ZESTAW 9

1. Metabolizm acetylo-CoA.

2. Kolagen - struktura i funkcje.

3. Regulacja biosyntezy białka u Procariota.

Ad 1. Acetylo-CoA powstaje w wyniku dekarboksylacji oksydacyjnej pirogronianu katalizowanej przez enzym - dehydrogenaze pirogronianową, b-oksydacji kwasów tłuszczowych lub z aminokwasów. Wszystkie aa tworzące pirogronian (alanina, cysteina, cystyna, glicyna, hydroksyprolina, seryna i treonina) dostarczaja acetylo-CoA. Ponadto 5 aa formuje acetylo-CoA bez wstępnego wytwarzania pirogronianu. Są to: fenyloalanina, tyrozyna, lizyna, tryptofan, leucyna.W przeciwieństwie do wielu innych cząsteczek ulegajacych metabolizmowi, los acetylo-CoA jest ściśle zdeterminowany. Reszta acetylowa może ulec całkowitemu utlenieniu do CO₂ w cyklu kwasu cytrynowego lub z trzech cząsteczek acetylo-CoA może powstać 3-hydroksy-3-metyloglutarylo-CoA będący prekursorem cholesterolu i ciał ketonowych, które odgrywają role przenośnika reszt acetylowych między wątroba i niektórymi tkankami peryferyjnymi. Trzecim głównym kierunkiem przemian acetylo-CoA jest jego eksport w formie cytrynianu ( po reakcji kondensacji ze szczawiooctanem katalizowanej przez syntazę cytrynianowa) do cytozolu, gdzie jest wykorzystywany do syntezy kwasów tłuszczowych . U ssaków acetylo-CoA nie może przekształcać się w pirogronian w wyniku czego ssaki nie są zdolne do przemiany lipidów w węglowodany.

Ad 2. Kolagen jest głównym składnikiem większości tkanek łącznych. Stanowi ok. 25% białka ssaków. Zapewnia zewnątrzkomórkowe rusztowanie wszystkich zwierząt metazoalnych i występuje w praktycznie każdej tkance. Kolagen posiada bardzo wysoką odporność na rozciąganie i stanowi główny składnik ścięgien. Jest odpowiedzialny za elastyczność skóry. Ubytek kolagenu ze skóry powoduje powstawanie zmarszczek, w trakcie jej starzenia. Kolagen wypełnia także rogówkę oka, gdzie występuje w formie krystalicznej. Kolagen jest powszechnie stosowany w kosmetykach, zwłaszcza w kremach i maściach przeciwzmarszkowych. Stosuje się go też jako wypełniacz w chirurgii kosmetycznej - np. do wypełniania ust. Wszystkie typy kolagenu maja strukture potrójnego heliksu. Każda podjednostka polipeptydowa lub łańcuch a tworzy lewoskrętny heliks o 3 resztach na 1 skręt. 3 takie łańcuchy a zostaja nastepnie zwinięte w prawoskrętny superheliks., który tworzy pałeczkowata czasteczkę. Kolagen ma nietypowy skład aminokwasów. Zawiera duże ilości glicyny i proliny oraz dwa aminokwasy nie pochodzące bezpośrednio z translacji w rybosomach - hydroksyprolinę i hydroksylizynę, z czego tę pierwszą w dość dużych ilościach. Aminokwasy te są formowane z proliny i lizyny już w gotowym produkcie translacji w procesie enzymatycznym, która wymaga obecności kofaktorów:witaminy C i a-ketoglutaranu, a zachodzi przy udziale enzymów: hydroksylazy prolilowej i lizylowej.To właśnie ten proces wymaga konieczności występowania stałego stężenia witaminy C w organizmie, gdyż zablokowanie syntezy kolagenu skutkuje chorobą zwaną szkorbutem, polegającą na uszkodzeniach skóry, błon śluzowych i wypadaniu zębów. Inną rzadką cechą kolagenu jest regularność rozmieszczenia aminokwasów, w każdym z jego α-łańcuchów. Łańcuchy te składają się z regularnych triad aminokwasów: Gly-X-Y, gdzie Gly - to glicyna a X i Y to inne aminokwasy. Na ogół X to prolina, zaś Y to hydroksyprolina. Niewiele innych białek wykazuje taką regularność. Regularność ta powoduje, że łańcuchy α mają tendencję do przyjmowania ściśle określonej konformacji, na skutek oddziaływań między sobą. Trzy cząsteczki kolagenu skręcają się spontanicznie w podjednostki zwane tropokolagenem. Tropokolagen ma strukturę potrójnej, ściśle upakowanej helisy, o skoku tylko 0,3 nm (nanometra) w porównaniu ze skokiem 0,36 nm, typowym dla innych białek. Wiązania kowalencyjne i wodorowe tworzone przez hydroksylizynę i hydroksyprolinę odgrywają kluczową rolę w stabilizowaniu helisy kolagenu, a także mają silny wpływ na ostateczny kształt włókien zbudowanych z kolagenu.Typy kolagenu tworzące długie, pałeczkowate włókienka powstają przez boczne połączenie jednostek potrójnego heliksu w taki sposób, że każda z nich jest przesunięta w stosunku do sąsiedniej o nieco mniej niż ¼ swojej długości. To ułożenie jest odpowiedzialne za prążkowanie tych włókien w tkankach łącznych. Włókna kolagenu są dalej stabilizowane przez tworzenie kowalencyjnych mostków poprzecznych zarówno wewnątrz jaki i między heliksami. Powstają dzięki działaniu oksydazy lizolowej zależnej od Cu i są ważne dla odporności włókien na rozciąganie. Niektóre formy kolagenu, jak kolagen typu IV, nie tworza włókien prążkowanych; charakteryzuje je przerywanie heliksu odcinkami białkowymi bez sekwencji Gly-X-Y, które powoduja powstawanie globularnych obszarów w strukturze heliksu. Kolagen jest syntetyzowany w postaci preprokolagenu na rybosomach. Cząsteczki prokolagenu zawierają zarówno na N- jaki i C-końcu peptydy wydłużające, których brak w dojrzałym kolagenie. Zawieraja one reszty Cys i tworza wiązania disiarczkowe śródłańcuchowe na N-końcu i śród- + międzyłańcuchowe na C-końcu. Pomaga to w ułożeniu 3 cząsteczek kolagenu tak, że tworzą potrójny heliks, którego zawijanie zaczyna się od C-końca. Peptydy te są później usuwane przez enzymy aminoproteinazę i karboksyproteinazę prokolagenową. SA rózne typy kolagenu: TYP I : skóra, ścięgna, kości, zębina, powięzie. TYP II: chrząstka, jądro galaretowate, ciało szkliste TYP III: skóra(gł.płodowa), macica, naczynia krwionośne TYP IV( o nieciągłej strukturze heliakalnej): kłębuszki nerkowe, torebka soczewki, błony podstawowe wszystkich komórek nabłonkowych i śródbłonkowych TYP V: w błonie podstawnej naczyń krwionośnych i kom. mięśni gładkich. Łańcuchy polipeptydowe budujące kolagen mogą być różne( typ I,IV,V) lub jednakowe(typII,III).

Ad 3. Proces biosyntezy białek może być regulowany zarówno na etapie transkrypcji, jak i samej translacji. U Procariota głównym etapem podlegającym regulacji jest transkrypcja. U bakterii wiele genów zgrupowanych jest w jednostki zwane operonami, które ulegaja skoordynowanej transkrypcji, a ta z kolei podlega regulacji przez białka represorowe i białka stymulujące. Model operonu obejmuje:

• grupę genów struktury kodujących białka, których ekspresja podlega regulacji

• gen regulatorowy kodujący białko rozpoznające sekwencje operatorową

• operator(miejsce operatorowe) czyli sekwencję DNA regulujaca transkrypcję genów struktury

Gen regulatorowy wytwarza białko -represor, który może łączyć się z operatorem, co zapobiega transkrypcji genów struktury. Działanie represora może być hamowane przez induktor, który uniemożliwia wiązanie represora z operonem. Przykładem takiej regulacji jest operon laktozowy u E.coli.

---