Zestaw 15

Biosynteza związków makroergicznych

Enzymy inaktywujące toksyczne pochodne tlenu

Odwrotna transkrypcja

AD 1

Związki makroergiczne mają w swoich cząsteczkach - wiązania makroergiczne (wiązania wysokoenergetyczne). Charakterystyczny rozkład elektronów wokół takich wiązań powoduje, że ich rozpad dostarcza dużych ilości energii. Związki makroergiczne mogą mieć różną strukturę chemiczną. Dzielimy je na cztery grupy w zależności od typu wiązania makroergicznego. Są to związki o wiązaniach:

1. bezwodnikowych fosforanowo-fosforanowych,

2. bezwodnikowych karboksylo-fosforanowych,

3. guanidyno-fosforanowych,

4. tioestrowych.

Związki o wiązaniach z trzech ostatnich wymienionych grup nie odgrywają szczególnej roli w metabolizmie.

1. Najbardziej uniwersalne są połącze­nia bezwodnikowe fosforanowo-fosforanowe. Wśród wszystkich makroergicznych fosforanów największe znaczenie ma ATP.

Głównymi szlakami metabolicznymi, w których powstaje ATP, są reakcje fosforylacji. Tak nazywamy reakcje, w których ATP powstaje z ADP i nieorganicznego fosforanu. U autotrofów jest to fosforylacja fotosyntetyczna. Pojawia się ona podczas fazy świetlnej fotosyntezy. Energia promieniowania słonecznego jest „ujarzmiana” i zatrzymywana w ATP oraz w NADPH. Te dwa związki są często określane mianem siły asymilacyjnej, która będzie wykorzystana w fazie ciemnej fotosyntezy, czyli w cyklu Calvina. Fosforylacja fotosyntetyczna występuje oczywiście tylko u organizmów fotosyntetyzujących, natomiast synteza ATP w glikolizie i cyklu Krebsa w połączeniu z łańcuchem oddechowym - u wszystkich organizmów, zarówno autotroficznych, jak i heterotroficznych. Cykl Krebsa i łańcuch oddechowy, który razem z glikolizą jest kompleksowym sposobem całkowitego utleniania glukozy, dostarcza ogromnych ilości ATP. Sama glikoliza, czyli przekształcenie glukozy do pirogronianu, wyzwala stosun­kowo niedużą część energii, gdyż w trakcie tworzenia dwóch cząsteczek pirogronianu z jednej cząsteczki glukozy powstają netto tylko dwie cząsteczki ATP. O wiele więcej energii uwalnia się podczas reakcji cyklu kwasów trikarboksylowych i łańcucha oddechowego.

Skąd biorą się tak duże ilości ATP, skoro w cyklu Krebsa w fosforylacji substratowej powstają tylko dwie cząsteczki tego związku wysokoenergetycznego? Pośrednim zyskiem energetycznym cyklu Krebsa jest powstawanie silnych reduktorów, czyli NADH i FADH₂. Reduktory te mają ujemny potencjał oksydoredukcyjny, a silne utleniacze (np. tlen cząsteczkowy) mają potencjał dodatni. Ujemny potencjał oksydoredukcyjny NADH i FADH₂ jest siłą napędową, umożliwiającą tworzenie wysokoenergetycznych wiązań fosforanowych, czyli proces nazywany fosforylacją oksydacyjną

2. Inne związki makroergiczne nie mają tak szerokiego znaczenia w metabolizmie, mimo że niektóre z nich charakteryzują się bardziej ujemną energią hydrolizy wiązań makroergicznych. Inaczej mówiąc, hydroliza występujących tam wiązań dostarcza więcej energii niż hydroliza wiązań w ATP.

Przykładem związku z bezwodnikowym wiązaniem karboksylo-fosforanowym jest
1,3-difosfoglicerynian. Jest on metabolitem pośrednim w glikolizie.

3. Innymi związkami makroergicznymi są fosfageny. Z punktu widzenia budowy wiązania makroergicznego są związkami guanidyno-fosforanowymi. Fosfageny stanowią ważną rezerwę energetyczną przy intensywnej pracy mięśni

Najważniejszymi fosfagenami są fosfoarginina u bezkręgowców i fosfokreatyna u kręgowców. Fosfokreatyna powstaje z ATP i kreatyny w czasie rozkurczu mięśnia, kiedy zapotrzebowanie na ATP nie jest tak duże. Fosforylacja kreatyny następuje przez fosfokinazę kreatynową, enzym specyficzny dla mięśni. Jej oznaczanie jest wykorzystywane dla rozpoznawania ostrych i przewlekłych schorzeń mięśni.

W warunkach fizjologicznych fosfageny pozwalają utrzymać stężenie ATP w mięśniach w sytuacji jego zbyt szybkiego zużycia.

4. Ostatnim rodzajem związków makroergicznych są pochodne typu tioestrów, będące połączeniem grup acylowych z koenzymem A. Koenzym ten przenosi w reakcjach biosyntezy resztę kwasu octowego lub innych kwasów karboksylowych.

AD 2 (Bańkowski)

Do najważniejszych enzymów inaktywujących toksyczne pochodne tlenu zaliczamy:

-katalazę

-peroksydazę

-dysmutazę ponadtlenkową

Dysmutaza ponadtlenkowa przekształca dwa anionorodniki ponadtlenkowe w nadtlenek wodoru ,a katalaza i peroksydaza rozkładają nadtlenek wodoru uniemożliwiając powstanie rodników wodorotlenowych.

Peroksydaza rozkłada nadtlenek z jednoczesnym utlenieniem glutationu.

AD 3 (krótkie wykłady)

Odwrotna transkrypcja polega na przepływie informacji genetycznej z RNA na DNA jest wykorzystywana przez tzw retrowirusy. Każdy retrowirus zawiera dwie cząsteczki genomowego RNA z których każda jest związana z komórkowym tRNA oraz 50 cząst enzymu zwanego odwrotną transkryptazą . Po zakażeniu komórki odwrótna transkrytpata kopiuje infekcyjny RNA tworząc DNA. Skopiowany DNA początkowo pozostaje związany z matrycą tworząc hybryd DNA-RNA. Odrwotna transkryptaza degraduje następnie nić tego hybrydu, a na jej miejsce syntetyzuje druga nić DNA tworząc dwuniciową cząsteczkę DNA, która ulega integracji z genomem gospodarza ( wbudowuje się w niego ) i działa jak matryca do syntezy wielu kopii wirusowego RNA .

---