ZESTAW 5

1. Metabolizm glikogenu

2. Struktura III rzędowa białek, metody badania

3. tRNA struktura, funkcje biologiczne

Ad.3 tRNA struktura, funkcje biologiczne

tRNA transportujący kwas rybonukleinowy

Jego rola polega na wiązaniu reszty aminokwasowej (aminoacylowej) i przenoszeniu jej na matrycę mRNA w czasie biosyntezy białka. Stanowi on ok. 15% wszystkich kw. rybonukleinowych.

Cząsteczki tRNA są najmniejsze ze wszystkich kw. rybonukleinowych, zawierają 65 110 nukleotydów. Masa cząsteczkowa: 22- 37 kDa.

Wszystkie tRNA mają jednakowe końce 3” i 5”. Nukleotydem 3”- końcowym jest zawsze AMP, poprzedzony dwiema resztami CMP. Grupa OH przy węglu 3” końcowego AMP jest wolna.

Nukleotydem 5”- końcowym jest zawsze GMP. Jego gr.OH jest ufosforylowana. Miejscem wiązania reszty aa jest koniec 3”. Gr. OH przy węglu 3” adenozyny wiąże aa wiązaniem estrowym. Powstaje aminoacylo tRNA.

Cząst. tRNA ma strukturę II rzędową, kształtem przypominającą liść koniczyny. Fragmenty zawierające typowe zasady tworzą odcinki paralelne, zespolone wiązaniami wodorowymi, między komplementarnymi zasadami: AU lub GC. Obecność nietypowych, niekomplementarnych wobec siebie zasad uniemożliwia wytworzenie między nimi w. wodorowych, dlatego fragmenty cząsteczek zawierające takie zasady tworzą pętle:

• D (zawiera dihydrouracyl)

• TpsiC (zawiera tyminę i pseudourydynę w sąsiedztwie cytozyny)

• Zmienną (zawiera 7 metyloguaninę)

• Antykodonu, na jej szczycie występują 3 nukleotydy tworzące antykodon. Zasady antykodonu są komplementarne względem zasad kodonu w mRNA. Dzięki antykodonowi aminoacylo tRNA odnajduje właściwe miejsce na matrycy mRNA w czasie biosyntezy białka.

Ad.1 Metabolizm glikogenu

Glikogen jest dużym polimerem zbudowanym z reszt glukozy połączonych wiązaniami alfa 1,4 glikozydowymi, od którego odgałęzienia w miejscach, gdzie występują wiązania alfa 1,6 glikozydowe, pojawiające się co 10 reszt. Glikogen stanowi dla organizmu ważną rezerwę energetyczną. Jest magazynowany głównie w wątrobie i mięśniach szkieletowych, gdzie jest przechowywany w postaci ziaren umiejscowionych w cytozolu.

hMetabolizm glikogenu ma duże znaczenie, ponieważ umożliwia utrzymanie między posiłkami stałego poziomu glukozy we krwi, a także służy jako zapas energii dla pracujących mięśni.

Synteza glikogenu

Przeprowadzają ją 3 enzymy:

1. pirofosforylaza UDP glukozy, katalizuje syntezę UDP glukozy z UTP i glukozo 1 fosforanu

UTP + glukozo 1 fosforan

pirofosforylaza UDP glukozy

UDP glukoza + PP_­i

Synteza glikogenowa pirofosfataza

Uwolnienie energii

2. Synteza glikogenowa przenosi reszty glikozylowe z UDP glukozy do gr.C4 OH przy końcu nieredukującym cząsteczki glikogenu, tworząc wiązania alfa 1,4 glikozydowe. Synteza glikogenowa może jedynie wydłużać już istniejący łańcuch. Dlatego potrzebny jest inicjator GLIKOGENINA (zawiera 8 reszt glikozydowych połączonych alfa 1,4 glikozydowo, które sama do siebie przyłącza)

3. Enzym rozgałęziający [amylo (1,4 1,6) transglikozylaza], gdy pewna liczba cząsteczek glukozy zostanie już połączona w prosty łańcuch o wiązaniach alfa 1,4 glikozydowych, enzym rozgałęziający rozcina jedno wiązanie alfa 1,4 glikozydowe, przenosi odcinek do bardziej wewnętrznego miejsca cząsteczki i przyłącza ten odcinek przez wiązanie alfa 1,6 glikozydowe.

Rozkład glikogenu

Proces ten katalizują 2 enzymy:

1. Fosforylaza glikogenowa rozkłada glikogen w ten sposób, że rozbija wiązania alfa 1,4 glikozydowe i usuwa kolejno reszty glukozy z nieredukującego końca cząsteczki glikogenu (gr,4”OH) w formie glukozo 1 fosforanu.

Drugim substratem potrzebnym w tej reakcji jest fosforan nieorganiczny (Pi). Ta reakcja jest przykładem fosforolizy (procesu, w którym wiązania kowalencyjne ulegają rozbiciu na skutek dodania gr. fosforanowej).

Glikogen(n reszt) + P_i

Glikogen(n 1 reszt) + glukozo 1 fosforan

Fosforylaza glikogenowa może usuwać tylko te reszty glukozy, które są oddalone od miejsca rozgałęzienia o więcej niż 5 reszt.

Kontynuację rozkładu glikogenu umożliwia

2. Enzym usuwający rozgałęzienia, który usuwa wiązania alfa 1,6 glikozydowe w miejscach rozgałęzienia

Utworzony w tej reakcji glukozo 1 fosforan zostaje przekształcony w glukozo 6 fosforan przez fosfoglukomutazę

Glukozo 1 fosforan

fosfoglukomutaza

Glukozo 6 fosforan

Dalszy los glukozo 6 fosforanu zależy od tkanki.

W wątrobie:

Glukozo 6 fosforan + H₂O

glukozo 6 fosfataza

Glukoza + P_i

||

Do krwi

W mięśniach: glukozo 6 fosforan natychmiast metabolizuje w szlaku glikolizy w celu uzyskania energii.

Kontrola:

1. allosteryczna i modyfikacja kowalencyjna

1. fosforylaza glikogenowa występuje w dwóch wzajemnie przekształcających się formach:

aktywna fosforylaza a ufosforylowana

nieaktywna fosforylaza b (dimer) zdefosforylowana

kinaza fosforylazowa

fosforylaza b fosforylaza a

ATP ADP

(fosforylacja pojedynczej

reszty seryny)

fosfataza 1 białek

(usuwa resztę fosforanową)

Fosforylaza a jest zawsze aktywna

Fosforylaza b: w wątrobie zawsze niesktywna

W mięśniach:

• duże stężenie AMP aktywuje fosf.b

• ATP i glukozo 6 fosforan fosf.b nieaktywna

Wysiłek

Spadek stężenia ATP i glukozo 6 fosforanu

Wzrost stęż. AMP

Aktywacja fosf.b

Szybki rozkład glikogenu w celu uzyskania energii

W wątrobie fosforylaza b jest stale nieaktywna, ponieważ AMP jej nie aktywuje i proces rozkładu glikogenu nie wykazuje wrażliwości na stan energetyczny komórki. Natomiast fosf.a w wątrobie ulega dezaktywacji przez glukozę,

wzrost stęż. glukozy spadek stęż. glukozy

zatrzymanie rozkładu rozkład glikogenu

glikogenu

b). Syntaza glikogenowa

Aktywna syntaza glikogenowa a zdefosforylowana

Nieaktywna syntaza glikogenowa b ufosforylowana

duże stęż. glukozo 6 fosforanu

aktywacja fosforylazy b

W czasie skurczu mięśnia:

niski poziom glukozo 6 fosforanu

nieaktywna syntaza b

najbardziej aktywna fosforylaza b

Rozluźnienie mięśnia:

wzrost stęż. Glukozo 6 fosforanu

hamowana fosforylaza b,

koniec rozkładu glikogenu

aktywacja syntazy b

gromadzenie zapasu glikogenu

2. Hormonalna z udziałem adrenaliny i glukagonu.

Glukagon jest wydzielany przez komórki alfa trzustki kiedy stęż. glukozy we krwi zmniejsza się. Działa w wątrobie stymulyjąco na procesy rozkładu glikogenu.

Adrenalina jest wydzielana przez korę nadnerczy w czasie skurczu mięśnia. Stymuluje rozkład glikogenu w mięśniach, aby dostarczyć energii potrzebnej komórce.

Aktywacja rozkładu glikogenu w wątrobie przez adrenalinę:

adrenalina wiąże się z rec. beta adrenergicznym (znajdującym się w błonie komórkowej komórki docelowej)

następuje zmiana konformacyjna białka

białko aktywuje cyklazę adenylanową poprzez

aktywację białka G (jest on pośrednikiem)

aktywna cyklaza przekształca AMP w cAMP

cAMP wiąże się z kinazą białkową A

aktywna kinaza białkowa A fosforyzuje kinazę fosforylazową

aktywna kinaza fosf. fosforyzuje fosforylazę b

aktywna fosforylaza a

szybki rozkład glikogenu

3. Hormonalna przez insulinę.

Po posiłku: dużo glukozy we krwi

insulina wydzielana z kom. beta trzustki

stymulacja syntezy glikogenu

Taka kontrola dokonuje się również w ciągu reakcji fosforylacji:

insulina wiąże się ze swoim rec. w błonie kom. i aktywuje go

rec.ten ma aktywność kinazy tyrozynowej

(fosforyzuje on tylko reszty tyrozynowe)

aktywacja rec. pobudza kinazę białkową wrażliwą na insulinę

hkinaza fosforyzuje fosfatazę 1 białek i aktywuje ją

defosforylacja syntazy glikogenowej: teraz aktywna

defosforylacja kinazy fosforylazowej: teraz nieaktywna

|

stymulacja syntezy glikogenu

4. Przez wapń.

Podczas skurczu mięśni: dużo Ca²⁺

|

aktywacja kinazy fosforylazowej

|

aktywacja fosforylazy glikogenowej

|

rozkład glikogenu

Ad.2 Struktura III rzędowa białek, metody badania

Struktura trzeciorzędowa dotyczy przestrzennego ułożenia aa zarówno odległych w sekwencji liniowej, jak i tych które ze sobą sąsiadują.

W przypadku rozpuszczalnych w wodzie białek globularnych (np. mioglobina),

Podstawową siłą odpowiedzialną za fałdowanie się łańcucha polipeptydowego jest energetyczny wymóg oddzielenia niepolarnych aa od wodnego, hydrofilowego otoczenia poprzez schowanie ich w hydrofobowym wnętrzu.

Łańcuch polipeptydowy fałduje się spontanicznie w ten sposób, że większość jego hydrofobowych łańcuchów bocznych zostaje skierowana do wnętrza powstającej struktury, a większość jego polarnych, obdarzonych ładunkiem łańcuchów bocznych znajduje się na jej powierzchni. Biologicznie aktywna (natywna) przestrzenna konformacja białka jest utrzymywana nie tylko dzięki oddziaływaniom hydrofobowym, ale także przez siły elektrostatyczne, wiązania wodorowe i kowalencyjne wiązania dwusiarczkowe(mogą się tworzyć między resztami cysteiny obecnymi w tym samym lub rożnych łańcuchach polipeptydowych). Siły elektrostatyczne obejmują wiązania jonowe między przeciwstawnie naładowanymi grupami liczne słabe oddziaływania van der Waalsa między ściśle upakowanymi alifatycznymi łańcuchami bocznymi we wnętrzu białka.

Metody badania:

1. krystalografia rentgenowska

Ujawnia statyczny obraz białka krystalicznego. Metoda ta wymaga dużych doskonale uporządkowanych kryształów białka, zawierających szereg powtarzających się regularnie identycznych cząsteczek silnie załamujących promienie X. gdy monochromatyczna wiązka promieni X zostanie skierowana na dobrze zorganizowany kryształ, promienie ulegają załamaniu w sposób umożliwiający wyznaczenie struktury pojedynczej cząsteczki.

Kryształy „hoduje się” w warunkach wiszącej kropli: kilka mikrolitów buforowego stężonego roztworu białka umieszcza się na szkiełku nakrywkowym. Po odwróceniu umieszczane jest ono nad małym zbiornikiem z roztworem zawierającym chlorek sodu lub glikol polietylenowy. W miarę jak woda dyfunduje z kropli do roztworu w zbiorniku roztwór białka stopniowo staje się przesycony, czemu towarzyszy krystalizacja. Wzrost kryształów jest zwykle powolny i może trwać wiele miesięcy.

Gotowy kryształ umieszczamy w kapilarze, nakierowujemy go na wiązkę monochromatycznego promieniowania X i obracamy tak, że padająca na niego wiązka może tworzyć wszystkie możliwe odwzorowania dyfrakcyjne. Promienie X są rozpraszane i tworzą obraz zależny od gęstości elektronowej w rożnych częściach białka. Otrzymane obrazy dyfrakcyjne SA rejestrowane na kliszy fotograficznej lub w polu detektora licznika promieniowania. Następnie liczy się intensywność maksimów dyfrakcji, poddaje analizie matematycznej i dane wykorzystuje do konstrukcji map gęstości elektronowej. Mapy te reprezentują serię równoległych przekrojów przez białko, w którym warstwice leżące blisko siebie przedstawiają regiony, gdzie gęstość elektronowa ulega znacznym zmianom.

Struktura białka nie może być jednak wyznaczona dokładnie z analizy map gęstości elektronowej. Aby rozróżnić grupy R o podobnej wielkości i kształcie, należy „na oko” dopasować znana strukturę pierwszorzędową do mapy. Pomoże to zmniejszyć błąd w wyznaczaniu położeń atomów.

2. Spektroskopia jądrowego rezonansu magnetycznego

Dostarcza informacji o strukturze białka w roztworze.

Spektroskopia NMR może być używana do badania otoczenia chemicznego jąder: ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ^bP, dostarczając dane dotyczące odległości atomów w cząsteczce. Rozważane razem z sekwencją aminokwasową białka, kątami wiązań, polarnością grup i promieniami van der Waalsa, te odległości protonów mogą dostarczyć wielu informacji o blisko związanych strukturach trójwymiarowych.

Do kreślenia struktury białka tą metodą wykorzystuje się najczęściej spin jądra ¹H. spin at. wodoru w białkach ustawia się w silnym polu magnetycznym zgodnie z polem. Ułożenie to może być zmienione do stanu wzbudzonego przez energię padającego promieniowania o częstości radiowej. Kiedy jądra ulegają odwróceniu do ich początkowych położeń, emitują promieniowanie, którego częstość radiowa zależy od otoczenia, w którym znajduje się dane jądro. Te poszczególne częstości nazywane są przesunięciami chemicznymi.

\

Kinaza zależna od cAMP, ma ona 2 podjednostki regulatorowe R i 2 podj. katalityczne C,tworzące nieaktywny kompleks R₂C₂. związanie 2 cząst. cAMP przez każdą jednostkę regulatorową powoduje dysocjację tego kompleksu na kompleks R₂ i 2 wolne podj. C

---