Zestaw 60
Pytanie 1: Metabolizm fenyloalaniny i seryny
Fenyloalanina należy do grupy aminokwasów, których człowiek nie potrafi sam syntetyzować w ustroju i dlatego musi być dostarczana w odpowiednich ilościach z pożywieniem. Wyodrębnienie się takiej grupy aminokwasów jest spowodowane bardzo skomplikowaną syntezą, która organizmowi nie opłacałaby się. Aby zsyntetyzować w ustroju fenyloalaninę z amfibolicznych związków pośrednich potrzeba byłoby aż 10 różnych enzymów, co było by bardzo kosztowną operacją dla organizmu.
Etap 1 hydroksylacja
Enzym hydroksylaza fenyloalaninowa katalizuje hydroksylację w pozycji para pierścienia i tym samym powstanie tyrozyny. Reakcja ta jest nieodwracalna. (dzięki temu tyrozyna jest aminokwasem endogennym). Enzym ten spotykany jest w wątrobie ssaków i jest oksygenazą. W reakcji niezbędny jest tlen cząsteczkowy. Jeden atom wbudowywany jest w pierścień, a drugi służy do powstania cząsteczki wody. Moc redukcyjną dostarcza tetrahydrobiopteryna, która odszczepia dwa protony utleniając się do dihydrobiopteryny. Regeneracja tetrahydrobiopteryny jest możliwa dzięki NADPH, który dostarcza protonów.
Etap 2 transaminacja
Zachodzi przy pomocy aminotransferazy tyrozynowej (aminotransferaza tyrozyna:alfa-ketoglutaran). W wyniku tej reakcji usuwany jest jon amonowy i pozosatej reszta łancucha węglowego (p-hydroksyfenylopirogronian)
Kolejne etapy prowadzą ostatecznie do acetylo-CoA i octanu. (Harp, str. 413)
Zaburzenia:
Upodsatwy zaburzeń metabolizmu fenyloalaniny leży deficyt hydroksylazy fenyloalaninowej, oraz czasami jej kofaktora (tetrahydrobiopteryny). Bark tego enzymu uniemożliwia przekształcenie fenyloalaniny w tyrozynę, co prowadzi do gromadzenia się fenyloalaniny w płynach ustrojowych. Poza tym do głosu dochodzą inne kierunki przemiany fenyloalaniny, które w zdrowym organizmie nie odgrywaja żadnej znaczącej roli (np. tworzenie fenylopirogronianu bezpośrednio z fenyloalaniny)
Konsekwencją nie choroba zwana fenyloketonurią, objawiającą się niedorozwojej umysłowym, nadpobudliwością, napadami padaczkowymi, mysim zapachem.
Diagnostyka:
Można oznaczać poziom fenyloalaniny we krwi lub robić przesiewowe badania prenatalne dzięki poznaniu struktury genu hydroksylazy fenyloalaninowej oraz występujących w nim mutacji warunkujących wystąpienie fenyloketonurii.
Leczenie:
Przede wszystkim poprzez racjonalne dostarczanie fenyloalaniny, która jest niezbędna do odbudowy białek organizmu. Czym wczesniej zostanie choroba wykryta i wporwadozna będzie odpowiednia dieta, tym stopień upośledzenia może być mniejszy.
Seryna należy do aminokwasów endogennych. Powstaje w wyniku utenienia 3-fosfoglicerynianu (związek pośredni glikolizy)
Człowiek rozkłąda serynę w łatwo odracalnej reakcji katalizowanej przez hydroksymetylotransferazę serynową do glicyny, a glicyna pod wpływem syntazy glicynowej rozkłądana jest do jonu amonowego, CO2, protonu i NADH. Kofaktorem jest fosforan pirydoksalu. (Harp. Str. 407/408)
Pytanie 2: Mechanizm działania insuliny na metabolizm węglowodanów i lipidów.
W tkance tłuszczowej, mięśniu sercowym i mięśniach szkieletowych insulina znacznie wzmaga dokomórkowy transport glukozy. (poprzez zwiększenie ilości przenośnika GLUT 4 i jego transport do aktywnego miejsca w błonie plazmatycznej)
Glukoza po dostaniu się do wnętrza komórki ulega następnie fosforylacji i dalszemu metabolizmowi.
W wątrobie proces ten wygląda nieco inaczej. Wzrastający poziom insuliny wpływa na glukokinazę - enzym odpowiadający za fosforylację glukozy. Dzięki wzmożonemu działaniu glukokinazy duża część glukozy przekształcana jest w glukozo-6-fosforan i przez to stężenie wolnej glukozy jest bardzo małe i dlatego glukoza z poza wątroby chętnie do niej napływa na zasadzie dyfuzji prostej zgodnie z gradientem stężęń.
Insulina:
nasila procesy glikolityczne poprzez zwiększenie aktywnosci i stężenia niektórych enzymów (glukokinazy, fosfofruktokinazy i kinazy pirogronianowej), co wywołuje spadek stężenia glukozy w osoczu, wzrost stężenia glukozy w obrębie komórek watrobowych i mięśniach.
Pobudza lipogenezę w taknce tłuszczowej poprzez dostarczenie acetylo-CoA i NADPH niezbędnych do syntezy kwasów tłuszczowych, dostarcza glicerolu do syntezy triglicerydów
Pobudza syntezę glikogenu poprzez pobudzenie powstawania glukozo-6-fosforanu, izomeryzacji do glukozo-1-fosforanu i dalej służącemu jako substat dla syntazy glikogenowej, która jest dodatkowo aktywowana przez insulinę. (aktywacja synteza glikogenowej przez insulinę ma charakter pośredni, gdyż insulina obniża stężenie śródkomórkowego cAMP, który przez to, że jest go mało nie może aktywować fosfodiesterazy inaktywującej syntazę)
Zmnijesza stężenie karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, ktróa odpowiedzialna jest za tworzenie fosfoenolopirogronianu ze szczawiooctanu i daje prekuror do glukoneogenezy. (przez co hamuje glukoneogenezę)
Jest inhibitorem lipolizy w watrobie i tkance tłuszczowej, przez co zmniejsza steżęnie wolnych kwasów tłuszczowych we krwi krążącej, co ma także pośredni wpływ na glikolizę (duze stężęnie wolnych kwasów tłuszczowych hamuje glikolizę)
Działanie insuliny rozpoczyna się z chwilą wiązanie tego hormonu ze swoistym receptorem glikoproteinowym umiejscowionym na powierzchni komórek docelowych. Skutki działania widoczne są w czasie ok. kilku sekund do kilku minut (transport i fosforylacja białek, aktywacja/hamowanie enzymów, synteza RNA) lub kilku godzin (synteza białek i DNA, wzrost komórek). Receptor insulinowy ulega ciągłej syntezie i dgradacji. Jego okres pól trwania wynosi 7-12 godzin. Jest syntetyzowany w szorstkiej siateczce jako jdnołańcuchowy peptyd, po czym ulega glikozylacji w aparacie golgiego.
Aktywowany receptor insulinowy przekazuje sygnał za pomocą wielu kaskad kinazowych.
Pytanie 3: Replikacja DNA - przebieg, inhibitory
U Procariota ( na przykładzie E. Coli)
Replikujący DNA ma kształt zamkniętego koła z wewnętrzną pętlą. (tzw struktura theta)
Synteza nowego DNA związana jest ściśle z rozwijaniem rodzicielskiego DNA. Miejscem jednoczesnego rozwijania i syntezy DNA są widełki replikacyjne.
W widełkach obie nici DNA służą jako matryce.
Polimerazy działają ZAWSZE w kierunku od 5' do 3'. Jedna z nici dobudowywana jest w sposób ciągły (tzw. nić prowadząca) a druga fragmentami w miarę rozwijania się podwójnej nici macierzystej DNA.
Powstające fragmenty Okazaki (długość ok. 1000 nukleotydów) są łączone przez ligazę DNA tworząc nic potomną (tzw nić opóźnioną)
Replikacja rozpoczyna się we fragmencie nici DNA zwanym miejscem oriC. Jest to fragment zbudowany z 245 par zasad i charakteryzuje się bardzo specyficną budową, gdyż zawiera trzy 13-nukleotydowe sekwencje bogate w A,T oraz cztery miejsca wiązania się białka dnaA, które to zapoczątkowuje długi i skomplikowany proces rozwijania i syntezy odcinka starterowego.
Matryca DNA jest już odkryta, ale replikacja może zacząć się tylko wtedy, gdy będzie gotowy odcinek starterowy posiadajacy wolną grupę 3'-OH.
Starterem (primerem) w syntezie DNA jest fragment RNA, który wytwarza wyspecjalizowana polimeraza RNA. Ten 5 nukleotydowy fragment jest usuwany w końcowej fazie replikacji przez polimerazę DNA I. Taki przebieg inicjacji replikacji wynika z tego, ze polimerazy DNA nie potrafią syntetyzować nowej nici de novo i tylko polimeraza RNA może wyprodukować krótki fragment rozpoczynający replikację.
Większosć DNA syntetyzuje holoenzym polimerazy III. Jest to olbrzymi kompleks zbudowany z 10 łańcuchów polipeptydowych o bardzo dużej procesywności, potencjale katalitycznym oraz wierności przepisywania. Potrafi wytworzyć wiele tysiecy wiązań fosfodiestrowych bez potrzeby oddysocjowania (polimeraza I mogła utowrzyć maksymalnie 20 takich wiązań).
Holoenzym pracuje z wydajnością 1000 nukleotydów/sekundę. Jest asymetrycznym dimerem (ma kształ obręczy do środka której wprowadzany jest DNA, gdyż dobudowywanie komplementarnych nici DNA musi odbywać się jednocześnie, a wiec powstawanie nici prowadzącej i opóźnionej odbywa się przy udziale tego samego enzymu. Dzieje się to dzięki temu, ze matryca służac do syntezy nici opóźnionej tworzy pętlę, aby umożliwić polimerazie III syntezę w kierunku od 5' do 3'.
U Eucariota (na przykładzie Drosophilia m.)
Jest semikonserwatywna (podobnie jak u procariota)
Eucariotyczny DNA jest replikowany dwukierunkowo i dodatkowo replikacja zaczyna się w wielu miejscach. (wynika to z dużych rozmiarów eucariotycznego DNA)
Replikacja największego chromosomu zajmuje niecałe 3 minuty dzięki kooperatywnemu działaniu 6000 widełek replikacyjnych na cząsteczkę DNA.
Wyróżniamy 5 rodzajów polimeraz DNA. Polimeraza α i ε odpowiadają za replikację jądrowego DNA, β i δ za naprawę jadrowego DNA, a χ za replikację mitochondralnego DNA.
Liniowy charakter chromosomów eukariotycznych nasuwa pewne trudności w replikacji. Usuwanie primerów z nici opóźnionej powodowałoby skracanie końca 5' i chromosom stawałby się coraz krótszy i niekompletny, dlatego u człowieka zakończenia chromosomów zawierają setki tandemowych powtórzeń sekwencji heksanuklepotydowych AGGGTT.Poza tym spotykamy enzym - telomerazę odpowiedzialną za syntezę telomerowych końców na matrycy RNA.
Inhibitory
Arabinozyd cytozyny -antymetabolit pirymidyny, w którym deoksyryboza została zastąpiona arabinozą. Inhibitor replikacji DNA łączący się z matrycą DNA u eukariota uniemożliwiając jej rozkręcenie i rozplecenie. Wykorzystywany jako lek przeciwnowotworowy w hematologii w leczeniu białaczek, ziarnicy złośliwej i chłoniaków nieziarniczych
Pochodne nitrozomocznika (karmustyna, lomustyna, nimustyna, fotemustyma) przyczepiaja się do łańcucha DNA uniemożliwiajac replikację.
Steptozocyna - inhibitor replikacji DNA wykazujący szczególne powinowactwo do DNA komórek β trzustki. Łącząc się z matrycą DNA degraduje ją.
Azydotymindyna (AZT) - nukleozydowy inhibitor odwrotnej transkryptazy. Działanie leku polega na przerwaniu procesu replikacji wirusa HIV w zainfekowanej komórce. Lek ten, hamując aktywność enzymu odwrotnej transkryptazy HIV wstrzymuje rozbudowę łańcucha DNA tego wirusa i tym samym spowalnia postęp skutków zakażenia. Azydotymidyna należy do leków antyretrowirusowych.
Sulfonamidy - wypierają kwas foliowy i uniemożliwiaja bakteriom syntezę DNA
Kladrybina - Jest analogiem nukleozydu adeniny, fazowo-specyficznym (faza S). Kladrybina zostaje konkurencyjnie wbudowana do DNA zamiast deoksyadenozyny, co kończy jego syntezę i powoduje śmierć komórki.