Biochemia 03.11.2009 wyklad

Dokonczenie RNA

W kazdej komorce wystepuje ok. 50 do 60 roznych t RNA , rozpoznajacych 20 aminokwasow. Oznacza to ze dla wielu aminokwasow istnieja w komorce odmiany tRNA tzw. izoakceptory . Budowa pierwszorzedowa tRNA ,czyli sekwencja nukleotydowa jest doskonale poznana dla kilkuset roznych tRNA w rozmaitych organizmach. tRNA roznia się między soba sekwencja zasad, ale wszystkie charakteryzuje podobna struktura drugo rzedowa.

Jedno niciowy tRNA można przedstawic w postaci ' listka konieczyny'. Większość umieszczonych naprzeciw siebie zasad ,polaczonych wizaniami H⁺ tworzy tzw. dwuniciowe ramiona zakonczone jednoniciowymi petlami 1-4 . W czasteczce tRNA wyrozniamy kilka ramion. Pierwsze ramie aminokwasowe czyli akceptorowe przylaczajace aminokwasy ,czyli aminoacyle. Drugie dihydrourydynowe , trzecie ramie antykodonowe → zawiera 3 zasad komplementarnych do 3 zasad kodonu w mRNA. Czwarte ramie dodatkowe .oraz piate ramie TYC laczy się ono z rybosomem podczas biosyntezy bialka.

Biosynteza bialka → jest okreslana mianem translacji, ponieważ istota tego procesu jest przepisanie informacji genetycznej zapisanej w postaci sekwencji rybonukleotydow w mRNA na sekwencje aminokwasow w bialkach. Kazdy aminokwas jest kodowany przez triplet rybonukleotydu ( KODON ) w lancuchu mRNA.Kolejnosc ulozenia aminokwasow w nowo syntetyzowanym lancuchu peptydowym odpowiada sekwencji kodonow w mRNA poczynajac od kodonu startowego. Informacja genetyczna zawarta jest w DNA ,a u niektorych wirusow w RNA .Informacja ta zostaje przepisana w procesie transkrypcji z DNA na mRNA. A nastepinie ulega translacji z mRNA na sekwencje aminokwasow w bialku.

Kod genetyczny jest 3 tzn. ze 3 kolejne nukleotydy zwane kodonami w nici DNA wyznaczaja okreslony aminkwas w bialku. W DNA wystepuja 4 rodzaje zasad azotowych. ( adenina , tyminac , cytozyna guanina) .W mRNA wystepuja 4 zasady azotowe ,ktore uklada się komplementarnie do nich . Czyli uracyl . Adenina , guanina i cytozyna. Uklad ten może utworzyc 4³ = 64 rozne kodony z których 61 odpowiada poszczegolnym aminokwasom, a 3 pozostale są kodonami terminacyjnymi (nonsensowynimi) konczacymi translacje. To tzw. kodony STOP. Ponieważ w skald bialk wchodzi tylko 20 aminokwasow to kod genetyczny jest nie jednoznaczny → zdegradowany , to znaczy ze jeden aminokwas może być wyznaczony przez więcej niż jeden kodon ( max. przez 6 ) . często kodony wyznaczajace tez sam aminokwas roznia się tylko 3 litera. Odczytywanie kodu genetycznego rozpoczyna kodon inicjacyjny AUG. Jest to kodon 'start' który wyznacza aminokwas Metionine. Synteze konczy jeden z kodonow terminalnych STOP UAG → amber , UAA → ochre, UGA → opal . Kodony te nie koduja zadnego aminokwasu. Są nonsensowane.

Kod genetyczny jest bezprzecinkowy to oznacza ze nie ma zadnych sygnalow oddzielajacych jeden kodon od drugiego. Trojki zasad są odczytywane kolejno od kodonu inicjacyjnego i nie zachodza na siebie. Jeżeli wskutek mutacji wypadnie lub zostanie wstawiona jedna zasada lub wieksza ich liczba to caly odczyt odpowiednia się przesuwa powoduje to zmiane calego zapisu i calkowita zmiane skladu aminokwasowego bialka. Jest to tzw. mutacja fazy odczytywania.

Kod genetyczny jest uniwersalny to znaczy ze te same kodony wyznaczaja takie same aminokwasy u poszczegolnych organizmow. Badania nad kodem genetycznym zapoczatkowane zostaly w 1961r . a ostatecznie kod został rozszyfrowany przez KHORANA w 1967r.

Proces biosyntezy bialka przebiega wieloetapowo i zazwyczaj wyroznia się

• inicjacje syntezy → przygotowanie rybosomu z przylaczeniem do niego formylometioniny tRNA

• elongacje lancucha peptydowego (wydluzanie ) →

• terminacja syntezy bialka → zakonczenie

ENZYMY

Enzymy to biokatalizatory inaczej fermenty .Sa to wyspecjalizowane czasteczki bialka ,ktore katalizuja reakcje chemiczne zachodzace w ustroju. Dzialaja w komorkach i pozakomorkowo. Nie liczne enzymy zbudowane są wylacznie z aminokwasow np. AMYLAZA, TRYPSYNA , UREAZA ,RYBONUKLEAZA. Większość enzymow to bialka zlozone, które oprócz czesci bialkowej zwanej apoenzymem posiadaja część nie bialkowa. Część nie bialkowa enzymu moze być silnie zwiazana z apoenzymem za pomoca wiazan kowalencyjnych i wtedy nosi nazwe grupy prostetycznej. Część nie bialkowa może tez latwo od apoenzymu od dysocjowywac i wtedy okresalamy ja jako CoEnzym. CoEnzym może wizac się przejsciowo z roznymi apoenzymami na czas przeprowadzania reakcji. Część nie bialkowa enzymu mogą stanowic tez tzw. CoFaktory , czyli aktywatory lub inhibitory . Sam apoenzym nie wykazuje aktywnosci enzymatycznej uzyskuje ja dopiero po polaczeniu z odpowiednia grupa prostetyczna ,CoEnzymem lub CoFaktorem. Kompleks taki nosi nazwe HOLOENZYMU. ( ksero ) Podobnie jak katalizatory nie organiczne enzymy przyspieszaja reakcje jednak same nie ulegaja przeksztalcenia w inne zwiazki. Enzymy wykazuja pewne cechy specyficzne odrozniajace je od katalizatorow organicznych.

1. mogą przeprowadzac reakcje z duza szybkoscia w lagodnych warunakch temperatury ,cisnienia i pH.

2. Wykazuja duza specyficznosc substratowa , czyli rozrozniaja stereoizomey formy L i D. → właściwości tej nie posiadaj katalizatory nie organiczne.

3. Enzymy roznia się między soba stopniem specyficznosci substratowej tzn. ze obok enzymow specyficznych tylko dla jednego związku istnieja enzymy katalizujace reakcje w których mozne uczestniczyc wieksza liczba zwiazkow o podobnych strukturach . O specyficznosci substratowej enzymow decyduja właściwości i przestrzenne ulozenie reszt aminokwasow tworzacych miejsce aktywne w enzymie

4. enzymy w komorce mogą instniec jako niezalezne czasteczki lub mogą być zorganizowane w kompleksy wieloenzymatyczne katalizujace ciagi reakcji. W tym ukladzie produkt reakcji jednego enzymu jest substratem dla kolejnego enzymu.

Centrum aktywne

to część enzumy która uczestniczy w wiazaniu substratu i przeprowadzaniu reakcji. Jest to region enzymu znajdujacy się zazwyczaj w szczelinach i bruzdach o charakterze hydrofobowym i zajmuje stosunkowo niewielki fragment czasteczki enzymu. Substraty wiazane są za pomoca oddzialywan i wiazan nie konwalencyjnych.Poroponuje się dwa modele wyjasniajace sposob w jaki enzym wiaze swoj substrat w centrum aktywnym. Pierwszy model zamka i klucza oraz drugi to model dopasowania indukowanego. W modelu zamka i klucza ksztalt substratu do aktywnego miejsca ma sztywno utrwalona strukture idealnie pasujaca do siebie. (skan) W modelu indukowanego dopasowania zwiazanie substratu indukuje zmiane konformacji przezstrzennej w aktywnym miejscu enzymu. Po zwiazaniu czasteczki substratu i utworzeniu kompleksu enzym-substrat katalitycznie czynne reszty w obrebie aktywnego miejsca enzymu dzialaja na czasteczke substratu tak ,aby przeksztalcic go poczatkowo w stan przejsciowy a następnie w produkt reakcji który zostaje usuniety do roztworu. Potem enzym już wolny może zwiazac kolejna czasteczke substratu i rozpoczac nowy cykl katalityczny. Mechanizm dzialania enzymu → enzymy mogą przeprowadzac tylko takie reakcje ,ktore są termodynamicznie mozliwe tzn. przebiegaja ze spadkiem energii swobodnej ukladu. Katalityczne dzialanie enzymu polega na obnizeniu energii aktywacji tj. energii która trzeba dostarczyc substrata, aby mogly wejsc ze soba w reakcje przez co znacznie szybciej dochodzi do ustalenia stanu rownowagi. Dla wszystkich reakcji istnieje bariera energetyczna, która należy pokonac aby umozliwic przebieg reakcji. Jest to ilosc energii potrzebna do przeprowadzenia czasteczki substratu w stan przejsciowy który jest nie stabilna forma chemiczna prowadzaca od substratu do produktu. Stan przejsciowy ma najwieksza energie swobodna ze wszystkich zwiazkow w drodze reakcji. Energia aktywacji Ga rowna jest roznicy w energii swobodnej między stanem przejsciowym ,a substratem. Dzialanie enzymu polega na obnizeniu energii aktywacji w drodze stabilizowania stanu przejsciowego. Zmiana energii swobodnej ( DG ) decyduje czy reakcja będzie energetycznie kozystna czy nie kozystna. Reakcja jest kozystna gdy D G ma wartosc ujemna to znaczy ze produkty mają nizszy poziom energii niż substraty. (skan)

W enzymach obok centrum aktywnego mogą wystepowac tez tzw. Centra Allosteryczne. Są to miejsca przeznaczone dla tzw. efektoryow allosterycznych , czyli dal aktywatorow i inhibitorow enzymow. Wystepuja one w enzymach allosterycznych ,czyli enzymach regulatorowych. Enzymy allosteryczne są zbudowane z podjednostek i wykazuja dzialanie CoOperatypne. W czasteczce enzymu allosterycznego zwiazanie substratu lub innego efektora allosterycznego przez jedna pod jednostke wywiera wpływ na powinowactwo z substratem innych podjednostek wchodzacych w sklad tej samej czasteczki enzymu. Wyplyw ten może być dodatni lub ujemny. Enzymy allosteryczne są często bialkami zlozonymi z wielu podjednostek w których kazda podjednostka ma miejsce aktywne. Enzymy allostecyczne mogą być kontrolowane przez efektory ( aktywatory i inhibitory ) które wiaza się do miejsca innych niż miejsce aktywne. I zmieniaja szybkosc aktywnosci enzymatycznej. Kazda czasteczka która ma zdolnosc zaklucania aktywnosci enzymu jest nazywana inhibitorem. Inhibitor zmniejsza szybkosc katalityczna enzymu. Pewne inhibitory są normalnymi metabolitami komorkowymi ,ktore hamuja dany enzym w ramach naturalnej metabolicznej kontroli inne inhibitory mogą być substancjami obcymi np. ksenobiotykami ( toksyny i leki ). w tym przypadku hamowanie enzymu dziala terapeutycznie lub letalnie.

Typy inhibicji :

rozroznia się dwa glowne typy inhibicji enzymu

• inhibicja odwracalna → która dzielimy na

  • inhibicje kompetycyjna

  • inhibicje niekompetycyjna

• inhibicja nie odwracalna

Inhibicje odracalna można przezwyciezyc usuwajac inhibitor z enzymu na drodze dializy. W przypadku inhibicji nieodwracalnej jest to nie mozliwe .

Inhibicja odwracalna kompetycyjna → ihhibitor kompetecyjny jest strukturalnie podobny do noramlnego substratu danego enzymu. Dzieki temu wspolzawodniczy z czasteczkami substratu o wiazanie się w miejscu aktywnym. Enzym może zwiazac albo czasteczke substratu ,albo czasteczke inhibitora ale nie obie jednoczesnie. ( skan) . Inhibitor kompetecyjny wizae się z miejsce aktywnym odwracalnie. Przy duzym stezeniu substratu dzialanie inhibitora kompetycyjnego zostaje przezwyciezone, ponieważ duze stezenie substratu będzie wspolzawodniczyc z powodzeniem czasteczkami inhibitora o wizanie w miejscu aktywnym.

Inhibicja odwracalna nie kompetecyjna → inhibitor nie kompetecyjny wiaze się odwracalnie w innym miejscu enzymu niż jego miejsce aktywne. Powoduje zmiane rzestrzenneg ksztaltu enzymu co prowadzi do zmniejszenia akytwnosci katalitcznej. Ponieważ inhibitor wiaze się w innym miejscu niż substrat enzym może wizac albo inhibitor albo substrat, lub tez inhibitor i substrat rownoczesnie. Efektu dzialania inhibitora niekompetecyjnego nie można przezwyciezyc przez zwiekszenie stezenia substratu.

Klasyfikacja enzymow

Enzymy klasyfikuje się w zaleznosci od rodzaju przeprowadzanej reakcji, zgodnie z zaleceniami komisji enzymowej między narodowej unii biochemicznej wyroznia się 6 typow reakcji enzymatycznych które odpowiadaja 6 klasa enzymow.

1. Klasa 1 → OKSYREDUKTAZY → enzymy katalizuja reakcje oksyduredukcyjne do tej klasy naleza takie pod klasy jak :

   1. dehydrogenazy

   2. oksydazy

   3. oksygenazy

   4. peroksydazy

   5. katalazy

2. Klasa 2 → TRANSFERAZY → to enzymy zaangazowane w przenoszenie grup funkcyjnych między okreslonymi donatorami i akceptorami .Do tej klasy naleza nastepujace podklasy

   1. aminotransferazy ( przenosza grupy aminowe )

   2. kinazy ( przenosza grupy fosforanowe )

3. Klasa 3 → HYDROLAZY → enzymy katalizujace rozklad roznych wiazan z udzialem czasteczki wody. Do glownych podklas naleza :

   1. peptydazy ( rozkladaja wizania peptydowe )

   2. fosfatazy

   3. glikozydazy

   4. esterazy

   5. fosfolipazy

4. Klasa 4 → LIAZY → katalizuja odlaczenie grup od substratu bez udzialu czasteczki wody. Do glownych podklas naleza :

   1. dekarboksylazy

   2. aldolazy

   3. hydratazy

   4. Dehydratazy

   5. syntazy

5. Klasa 5 → IZOMERAZY → w zaleznosci od katalizowanej reakcji izomeryzacji wyrozniamy pod klasy

   1. racemazy

   2. epimerazy

   3. izomerazy

   4. mutazy

6. Klasa 6 → LIGAZY → enzymy katalizuja wytwarzanie wiazan pomiedzy atomami w czasteczkach substratu . Naleza tu podklasy

   1. syntetazy

   2. karboksylazy