ZESTAW 10

1. Aminokwasy glukogenne -metabolizm.

2. Wiązania chemiczne biorące udział w utrzymaniu struktury białek.

3. Biosynteza m-RNA.

Ad 1. Aminokwasy ulegające rozkładowi do pirogronianu, bursztynylo-CoA, a-ketoglutaranu, fumaranu lub szczawiooctanu nazywamy aminokwasami glukogennymi. Synteza glukozy z tych aa jest możliwa dlatego, że intermediaty cyklu kwasu cytrynowego i pirogronian mogą być przekształcone w fosfoenolopirogronian, a ten z kolei w glukozę (u ssaków brak toru prowadzacego do syntezy Glc z acetylo-CoA lub acetoacetylo-CoA). Do aa glukogennych zaliczamy: Ala, Arg, ASP, Cys, Glu, Gly, His, Hyp, Met, Pro, Ser, Thr, Val; natomiast Ile, Phe, Trp, Tyr są zarówno keto- jaki i glukogenne. Atomy wegla powstałe z rozkładu aa pojawiają się w głównych intermediatach metabolicznych.

• Asp,Asn szczawiooctan (wszystkie 4 atomy wegla Asp i Asn przekształcają się w szczwiooctan przy udziale asparaginazy i aminotransferazy)

• Ile, Met, Val bursztynylo-CoA (przemianie ulega tylko część szkieletu tych aa. Met kondensuje z ATP dając „aktywną Met”. Usuniecie grupy CH₃- daje S-adenozylo-homocysteinę dalej jej hydroliza L-homocysteinę i adenozynę. Homocysteina łączy się z Ser i tworzy cystationinę reakcja katalizowana jest przez b-syntazę cystationinową . W wyniku hydrolitycznego rozszczepienia cystationiny powstaje L-homoseryna i Cys, tak, że ostatecznym wynikiem jest przekształcenie homocysteiny w homoserynę a Ser w Cys. Homoserynę przekształca w a-ketomaślan g-liaza cystationinowa. Przekształcenie tego ostatniego do propionylo-CoA przebiega na sposób oksydacyjnej karboksylacji. Ile ulega przekształceniu do a-keto-b-metylowalerianianu ,dalej do a-metylobutyrylo-CoA, dehydrogenacja daje tyglilo-CoA, który ostatecznie przekształca się do propionylo-CoA i acetylo-CoA. Propionylo -CoA przez metylomalonylo-CoA ulega przekształceniu do bursztynylo-CoA. Val- poprzez a-ketoizowalerianian , izobutyrylo-CoA i metaakrylilo-CoA ulega przekształceniu do bursztynylo-CoA.)

• Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, Hyp pirogronian ( Ala- transaminacja przy udziale aminotransferazy, Ser - reakcja katalizowana przez dehydratazę serynową wymagającą fosforanu pirydoksalu przebiega z usunięciem cząsteczki wody tworząc nienasycony aa, który zostaje przeorganizowany w a-iminokwas samorzutnie hydrolizujący do pirogronianu Gly- przekształcenie do CO_2, NH₄⁺ i n5,n10-metylenotetrahydrofolianu katalizowane przez syntezę glicynową. Thr- przy udziale aldolazy treoninowej ulega rozszczepieniu do Gly i aldehydu octowego, który tworzy dalej acetylo-CoA, Hyp- przez szereg przemian katalizowanych przez dehydrogenaze hydroksyprolinową, dehydrogenazę, aminotransferazę i aldolazę ulega przekształceniu do pirogronianu i glioksylanu, Cys- 2 drogi: 1) transaminacja z udziałem aminotransferazy L-Cys daje tiopirogronian, dalej siarkotransferaza pirogronian lub przez bezpośrednie utlenienie przy udziale dioksygenazy cysteinowej, dalej aminotransferazy i desulfinazy otrzymujemy pirogronian.)

• Asp, Phe, Tyr fumaran ( Phe jest najpierw przekształcana w Tyr przez 4-monooksygenazę fenyloalaninową Tyr- przy udziale aminotransferazy tyrozynowej daje p-hydroksyfenylopirogronian, dioksyhenaza 4-hydroksyfenylopirogronianowa katalizuje tworzenie homogentyzynianu, 1,2-dioksygenaza homogentyzynowa maleiloacetooctanu. Izomeraza cis trans maleiloacetooctanowaq przekształca ten związek w fumaryloacetooctan a ten w reakcji hydrolizy przy udziale fumaryloacetoacetazy daje fumaran i acetooctan, który może przekształcić się w octan i acetylo-CoA w reakcji katalizowanej przez acylotransferazę acetylo-CoA. ALTERNATYWNE KATABOLITY: w reakcji z acetylo-CoA daje N-Acetylo-L-tyrozynę; pod wplywem aminotransferazy tyrozynowej p-hydroksyfenylopirogronian a ten przy udziale NADH+H⁺ i dehydrogenazy p-hydroksyfenylomleczan;pod wpływem natomiast dekarboksylazy tyrozynowej otrzymujemy tyraminę a zniej przy udziale dehydrogenazy+oksydazy tyraminowej i NAD⁺ p-hydroksyfenylooctan.).

• Arg, Glu, Gln, His, Pro a-ketoglutaran ( katabolizm Glu i Gln przebiega podobnie do Asp i Asn , ale z powstaniem innego produktu. Deamidację katalizuje glutaminaza, substratem dla aminotransferazy jest glutaminian; Pro utlenia się do dehydroproliny, która po przyłączeniu cząsteczki wody tworzy g-semialdehyd glutaminianu. Ulega on utlenieniu do glutaminianu i transaminacji do a-ketoglutaranu; Arg - usunięcie grupy guanidynowej katalizowane przez arginazę daje ornitynę, która ulega transaminacji na grupie d-aminowej tworząc

g-semialdehyd glutaminianowi, który przekształca się w produkt końcowy podobnie jak w

przypadku Pro. His - deaminacja tworzy urokanian, który przekształca się w 4-imidazolono-

5-propionian pod wpływem urokanazy, następnie hydroliza pod wpływem imidazolopropionazy do N-formiminoglutaminianu , dalej przeniesienie grupy formiminowej na C_a tetrahydrofolianu i utworzenie N⁵-formiminotetrahydrofolianu i glutaminianu przy udziale formiminotransferazy glutaminianowej. Z glutaminianu w reakcji katalizowanej przez aminotransferaze przechodzimy do ketoglutaranu).

Ad 2. Podstawowe znaczenie w utrzymaniu struktury pierwszorzędowej białek ma wiązanie peptydowe utworzone pomiędzy C_a grupy karboksylowej jednego aa, a N_a grupy aminowej drugiego aa. Ma ono częściowo charakter wiązania podwójnego,stąd nie ma tu swobodnej rotacji pomiędzy atomami C i N, a wszystkie 4 atomy leżą w jednej płaszczyźnie(są komplanarne). Wiązania te stanowią szkielet łańcucha polipeptydowego. Rozległa, swobodna rotacja zachodzi wokół pozostałych wiązań szkieletu polipeptydowego. Wiązanie disiarczkowe utworzone pomiędzy 2 resztami Cys tworzy kowalencyjne wiązanie w obrębie oraz pomiędzy łańcuchami polipeptydowymi niektórych białek. Wiązanie cystynowe jest oporne na warunki powodujące denaturację białka. Kwas nadmrówkowy(utleniający wiązanie S-S) lub b-merkaptoetanol(redukujący mostki S-S z utworzeniem 2 reszt Cys) rozdzielają łańcuchy polipeptydowe połączone wiązaniami S-S bez wpływu na ich strukturę pierwszorzędową. Trzy główne typy wiązań niekowalencyjnych szczególnie przyczyniają się do utrwalenia struktur białkowych. Wiązania wodorowe utworzone pomiędzy: resztami w łańcuchach bocznych peptydowo związanych aminokwasów, atomami H i O w samych wiązaniach peptydowych oraz między resztami polarnymi na powierzchni białek i cząsteczkami wody,odgrywają ważna rolę w utrzymaniu struktury białek powyżej I rzędu (heliks a i struktura b). Wiązania elektrostatyczne typu soli tworzą się pomiędzy przeciwstawnie naładowanymi grupami w łańcuchach bocznych aa albo pomiędzy resztami N- i C-końcowymi a innymi ugrupowaniami o przeciwnym ładunku. Elektrostatyczne oddziaływania wiążą reszty powierzchniowe w białkach. Interakcje hydrofobowe przyczyniają się do stabilizacji wnętrza cząsteczek białkowych. Niepolarne łańcuchy boczne aa obojętnych w białkach dążą do zasocjowania. Powiązanie nie jest stechiometryczne , wobec tego nie istnieje prawdziwe wiązanie. Niemniej jednak ich duża liczba powoduje, że odgrywają one znaczącą rolę w utrzymaniu struktury białek. Rozerwanie wiązań niekowalencyjnych przez czynniki denaturujące powoduje utratę aktywności biologicznej przez białka.

Ad 3. Biosynteza mRNA prowadzona jest na matrycy DNA przez polimerazy RNA, które w przeciwieństwie do polimeraz DNA nie wymagaja obecności odcinka starterowego. Transkrypcja rozpoczyna się od promotorów znajdujących się na matrycy DNA.U prokariota mamy 1 typ polimeraz, który bierze udział w biosyntezie mRNA, rRNA, tRNA. U eukariota występują 3 typy polimeraz I, II, III o różnych funkcjach. Transkrypcja przebiega w kierunku 5' 3' i rozpoczyna się od związania czasteczki polimerazy do miejsca promotorowego na matrycy DNA. W przeciwieństwie do polDNA polRNA nie sprawdza nowo powstałego łańcucha polinukleotydowego przez co dokładność transkrypcji jest znacznie mniejsza niż replikacji.Elongacja zachodzi w tzw.bąblu transkrypcyjnym. Miejsca inicjacji transkrypcji:

• Prokariota: 2 miejsca promotorowe poprzedzajce miejsce startu -10 - kaseta Pribnowa i -35. PolRNA może wykryć te sekwencje bez rozplatania podwójnej helisy DNA..

• Eukariota :kaseta TATA(Hognessa) w rejonie -25. Wiele eukariotycznych promotorow zawiera tez kasete CAAT , inne GC.Transkrypcje eukariotycznych genow stymuluja ponadto sekwencje wzmagające, które mogą być odlegle od miejsca startu transkrypcji. Odgrywaja kluczowa role w aktywacji genów przez hormony steroidowe.

U Prokariota polimeraza RNA to holoenzym składający się z następujących podjednostek a₂bb's. Podjednostka s odszukuje miejsce promotorowe,pomaga zainicjowac transkrypcje, a potem oddysocjowuje. Po związaniu polRNA z dwuniciowym DNA (kompleks promotorowy zamkniety) Przed zainicjowaniem syntezy polimeraza rozplata prawie 2 skręty matrycy DNA i powstaje kompleks otwarty. Powstający bąbel transkrypcyjny zawiera polRNA, DNA i powstający RNA .Zsyntezowany RNA tworzy hybrydowa helisę z nicią matrycy DNA. Na etapie terminacji formowanie wiązań fosfodiestrowych ustaje, z hybrydu RNA-DNA oddysocjowuje RNA ,a stopiony rejon DNA ponownie się splata. DNA zawiera sygnały stop, stąd zasady RNA mogą się parować i tworzyć strukturę spinki do włosów po której hybryda RNA-DNA jest bardzo niestabilna (bo dużo par U A- najsłabsze ze wszystkich możliwych kombinacji)i RNA oddysocjowuje od matrycy i enzymu.W terminacji pomaga także białko rho.U prokariota mRNA podlega niewielkiej modyfikacji lub nie podlega jej wcale i od razu ulega translacji.

W komórkach eukariotycznych transkrypcja i translacja są rozdzielona w czasie i przestrzeni, co umozliwia precyzyjna regulacje ekspresji genów.Za synteze prekursorow mRNA odpowiada polRNAIII zlokalizowana w nukleplazmie. Grupa czynników transkrypcyjnych TFII nakierowuje polRNAII do miejsca startu. Zwiazanie TFIID do rejonu TATA rozpoczyna proces transkrypcji (rola bialka TBP, które rozpoznaje sekwencję TATA).Podobnie jak u Prokariota transkrypcja zaczyna się od A lub G.Jednak u Eukariota 5'trifosforan na końcu cząsteczki jest natychmiast modyfikowany. Jedna reszta fosforanowaa jest uwalniana przez hydrolizę. Difosforan na koncu5' atakuje następnie atom fosforu a czasteczki GTP i tworzy się wiaznie 5'-5'trifosforanowe.Ten specyficzny koniec to czapeczka(cap) złożona z 7-metyloguanozyny.Do wiekszosci prekursorow mRNA przyłączony jest po rozcięciu ich przez endonukleaze ogon 3' poliadenylanowy (poliA), który nie jest kodowany przez DNA.Prekursory mRNA ulegają następnie procesowi splicingu , w którym wycinane są introny. Tworzą się dojrzałe cząsteczki mRNA.

---