Zestaw nr 28:
Łańcuch oddechowy-lokalizacja, funkcje, inhibitory.
Metabolizm cysteiny.
Różnorodność struktury i funkcji białek.
1.Łańcuch oddechowy- lokalizacja, funkcje, inhibitory.
Mitochondria zawierają zespół katalizatorów, znany jako łańcuch oddechowy. Zbiera on i przenosi równoważniki redukujące, skierowując je do ich końcowej reakcji z tlenem, w której powstaje H20. Cała użyteczna energia uwalniana podczas utleniania kwasów tłuszczowych i aminokwasów oraz niemal cała energia z utleniania węglowodanów staje się dostępna w obrębie mitochondriów w postaci równoważników redukujących (H+ lub e-).
Składniki łańcucha oddechowego są uporządkowane w kolejności wzrastających potencjałów redoks. H+ lub e- przepływają stopniowo przez łańcuch od składników bardziej elektroujemnych do bardziej elektrododatniego tlenu (różnica potencjałów między NADH i O2 wynosi 1,14V). Łancuch ten zawiera liczne nośniki redoks: dehydrogenazy współdziałające z NAD, flawoproteiny, cytochromy. Składniki łańcucha są zgrupowane w wewnętrznej błonie mitochondrialnej w 4 białkowo-lipidowe kompleksy, z których każdy zajmuje całą grubość błony:
Reduktaza NADH-Q: e- z NADH na FMN -> 4Fe-4S -> Q -> 2Fe-2S -> Q
(przejście dwóch e- powoduje wypompowanie 4H+ na cytoplazm. str. wewn. blony mitochondrialnej).
Reduktaza bursztynian-Q- e- z FADH2 -> centra Fe-S -> Q
Reduktaza cytochromowa : e- z QH2 na cytochrom b i c1 (wypompowanie 2H+)
Oksydaza cytochromowa: cyt.c-> cyt a3 ( przeniesienie 4H+ na cytopl. stronę błony)
Inhibitory:
Hamują łańcuch w 3 miejscach:
Blokując przepływ e- między Fe-S a CoQ, hamują utlenianie substratów, które kontaktują się bezpośrednio z łańcuchem oddechowym przez NAD-zależne dehydrogenazy. Mogą powodować śmiertelne skutki.
Są to: barbiturany, antybiotyk pierycydyna A, rotenon (śr.owadobójczy)
Zahamowanie łańcucha miedzy cyt.b a c: dimerkaprol, antymycyna A
Zahamowanie oksydazy cytochromowej : H2S, CO, cyjanki
Karboksyna i TTFA swoiscie hamują przeniesienie równoważników redukcyjnych z dehydrogenazy bursztynianowej na koenzym Q. Malonian jest inhibitorem kompetycyjnym dehydrogenazy bursztynianowej.
Oligomycyna -antybiotyk, całkowicie blokuje oddychanie i fosforylację w nieuszkodzonych mitochondriach- działa na etapie fosforylacji.
Związki rozsprzęgające (2,4-dinitrofenol, dinitrokrezol)- odłączają proces utleniania od fosforylacji. Oddychanie zachodzi w sposob niekontrolowany.
2. Metabolizm cysteiny
Cysteina to aminokwas zawierający atom S w łańcuchu bocznym. Jest syntezowana z seryny. Ta ostatnia powstaje z 3-fosfoglicerynianu (zw. pośredniego w glikolizie). Przekształcenie Ser w Cys zachodzi przez zastąpienie atomu C w bocznym łańcuchu atomem siarki pochodzącym z Met. Ser kondensuje z homocysteiną (prekursorem metioniny) dając cystationinę. Reakcję katalizuje synteza cystationinowa, enzym PLP. Cystationina ulega nastepnie deaminacji i rozpada się z udziałem cystationazy ( γ-liazy cystationinowej) na cysteinę i α-ketomaślan.
Homocysteina + seryna ----------- cysteina + α-ketomaślan
Rys.28.12, rozdz.28 Biosynteza aa i hemu, Stryer
Cysteina (podobnie jak Ala i Ser) ulega przemianie do pirogronianu. Może to nastąpić na kilka sposobów, a jej atom S pojawia się jako H2S,SO3 2- lub SCN-.
W wyniku bezpośredniego utleniania cysteiny powstaje sufinian cysteiny- reakcję katalizuje dioksygenaza cysteinowa, wymagająca Fe2+ i NAD(P)H. Dalszy katabolizm cysteinosulfinianu obejmuje prawdopodobnie transaminację do β-sulfinylopirogronianu, a następnie konwersję w pirogronian i siarczyn, katalizowaną przez desulfinazę. Cysteina może ulec również transaminacji do 3-merkaptopirogronianu. Reakcję tą katalizują aminotransferazy cysteinowa, glutaminianowa lub asparaginianowa. Redukcja 3-merkaptopiropgronianu przez dehydrogenazę mleczanową tworzy 3-merkaptomleczan, występujący w moczu ludzkim w związku z cysteiną. Alternatywnie 3-merkaptopirogronian ulega desulfuracji (odsiarczaniu), tworząc pirogronian i H2S.
(Rys.32.8; 32.9; str.409, rozdz.32: Katabolizm aminokwasów, wyd.V, Harper )
3.Różnorodność struktury i funkcji białek
Rola białek:
enzymatyczna-prawie wszystkie enzymy są białkami
budulcowa- keratyna, kolagen, białka błon, elastyna
magazynująca-ferrytyna (mag. Fe), mioglobina ( O2 w miesnich),ceruroplazmina (Cu)
transportowa- transferyna (przenosi Fe),Hb (przenosi O2 i CO2), albuminy (transport białek nierozp. w H2O, lekow)
ochronna- immunoglobuliny, fibrynogen i trombina
wytwarzanie impulsów nerwowych- rodopsyna (białko fotoreceptorowe)
regulacyjna- hormony
ruchowa- albuminy/globuliny
buforowa-albuminy osocza
kontrola wzrostu i różnicowania komórek (rozpoznanie odpowiedniej sekwencji, blokada transkrypcji i translacji- np. białko represorowe dla operonu lac Eischerichia coli)
Różnorodność funkcji białek jest spowodowana różnorodnością ich budowy ( różnią się ułożeniem aminokwasów, strukturą, reaktywnością chemiczną, grupami bocznymi).
Można wyróżnić 4 typy struktury białek :
-1-rzędowa ( pierwotna)-oznacza sekwencję aa w łańcuchu polipeptydowym
-2-rzędowa- przestrzenne ułożenie aa sąsiadujących ze sobą w sekwencji liniowej; obejmuje oprócz regularnie powtarzających się jednostek helisy α, harmonijki β i zwrotów β, nieregularne konformacje nazywane pętlami lub zwojami.
Helisa α-kształt cylindra; powstaje, gdy szkielet polipeptydowy skręca się równomiernie wokół każdego węgla α; charakteryzuje się najniższą energią i największą stabilnością (stabilizacja wynika z bardzo dużej ilości wiązań wodorowych i oddziaływań van der Waalsa)
Struktura β-różni się od helisy α stopniem upakowania (szkielet peptydowy jest niemal w pełni rozciągnięty ) i tym, że wiązania wodorowe tworzą się między sąsiednimi łańcuchami polipeptydowymi (w α helisie wiązania w obrębie jednego łańcucha).
-3-rzędowa- określa przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego, a więc powiązania przestrzenne i wzajemne ułożenie reszt aa oddalonych od siebie w sekwencji liniowej; struktury 2-rzędowe i naddrugorzedowe są organizowane w domeny-zbite jednostki połączone szkieletem polipeptydowym
-4-rzędowa- dotyczy białek zbudowanych z więcej niż jednego łańcucha ; umożliwia tworzenie bardzo dużych cząsteczek białkowych i dostarcza bialku większej różnorodności funkcjonalnej poprzez łączenie róznych aktywności w jedną całość.