ZESTAW 13
Metabolizm glukozo-6-fosforanu.
Biosynteza TTP- przebieg, regulacja.
Biosynteza DNA.
Ad 1. Glukoza wnikająca do komórki ulega fosforylacji do glukozo-6-fosforanu. Proces ten zachodzi przy udziale ATP pod wpływem glukokinazy(wątroba) lub heksokinazy(mięśnie) w reakcji, która jest pierwszym etapem glikolizy. G-6-P może powstawać z glikogenu albo z pirogronianu i aa glukogennych w drodze glukoneogenezy. Następnie G-6-P może być:
magazynowany w postaci glikogenu - glikogen tworzy się w sytuacji kiedy mamy nadmiar G-6-P i ATP; wówczas ulega on przekształceniu do G-1-P pod wpływem fosfoglukomutazy i dalej do glikogenu, który może być magazynowany w wątrobie i regulować stężenie Glc we krwi( pod wpływem glukozo-6-fosfatazy może ulec przekształceniu do Glc) lub w mięśniach stać się łatwo dostępnym źródłem jednostek heksozowych do glikolizy.
jeśli istnieje zapotrzebowanie na ATP i szkielety węglowe do biosyntez, G-6-P jest kierowany do szlaku glikolitycznego i przekształcany przy udziale izomerazy fosfoheksozowej do fruktozo-6-fosforanu i dalej do pirogronianu. Przemiana G-6-P w pirogronian może mieć charakter zarówno anaboliczny jak i kataboliczny.
Przekształcany w szlaku pentozofosforanowym, który dostarcza NADPH(etap oksydacyjny) do biosyntez redukcyjnych oraz rybozo-5-fosforanu do syntezy nukleotydów oraz kwasów nukleinowych i ksylulozo-5-fosforanu.Wówczas G-6-P jest przekształcany do 6-fosfoglukonianu przy udziale dehydrogenazy G-6-P, a w dalszym etapie do rybulozo-5-fosforanu w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę 6-fosfoglukonianową. Ketoizomeraza pozwala uzyskać rybozo-5-fosforan.
Ad 2. TTP (trifosforan tymidyny) powstaje przez fosforylację TMP przeprowadzana przez kinazy kosztem ATP i przy udziale jonów Mg. Synteza TMP z dUMP opisana jest w Harperze - synteza nukleotydów pirymidynowych.
Regulacja: Syntetaza karbamoilofosforanu hamowana allosterycznie przez UTP , aktywowana przez PRPP. Kolejny enzym (karbamoilotransferaza asparaginowa) hamowany jest allosterycznie przez CTP. Synteza regulowana jest także przez sprzężenie zwrotne przez produkt.
Ad 3. Zadaniem replikacji DNA jest dostarczenie potomstwu informacji genetycznej zawartej w cząsteczce macierzystego DNA. Replikacja ma charakter semikonserwatywny, tzn.w wyniku procesu powstaja 2 potomne cząsteczki DNA, z których każda zawiera jedna nić z cząsteczki DNA macierzystego i 1 nowo zsyntetyzowaną. Replikacja zachodzi na matrycy jednoniciowego DNA przy udziale specyficznych enzymów i białek. Nowopowstająca nić jest syntetyzowana w kierunku 5'3' (proces polarny). U Procariota DNA wystepuje w postaci kolistej cząsteczki dwuniciowego, heliakalnie zwiniętego DNA. Replikacja rozpoczyna się w miejscu ori, które bogate jest w pary A-T. Przyłączają się do niego białka wiążące DNA i helisa ulega miejscowemu rozpleceniu na 2 nici(tworzą się tzw.widełki replikacyjne).
Helikaza DNA rozplata krótki,dwuniciowy fragment DNA udostępniając jednoniciowy DNA
Białka SSB- białka wiążące jednoniciowy DNA, stabilizują rozplecione nici zapobiegając ich reasocjacji
Topoizomeraza I i II
Polimeraza DNA I,II,III
Prymaza, czyli polimeraza RNA, syntetyzuje krótki odcinek RNA komplementarny do DNA (starter);po zsyntetyzowaniu odcinka DNA starter jest usuwany przez polimerze DNA I, która również uzupełnia powstałą lukę właściwymi deoksynukleotydami
Proces inicjacji replikacji DNA bakteryjnego na jednoniciowym fragmencie DNA obudowanym białkami SSB wymaga obecności primosomu, czyli białkowego kompleksu inicjacyjnego. Białka primosomu rozpoznają miejsce inicjacji replikacji, przyłączaja helikazę DNA, a następnie prymazę. Po zsyntetyzowaniu startera RNA(długości10-200 nukleotydów)jego grupa 3'-OH ostatniego nukleotydu atakuje nukleofilowo a-fosforan pierwszego przyłączonego deoksyrybonukleotydu z odłączenie od niego pirofosforanu.Każdy kolejny włączany nukleotyd jest atakowany przez grupę 3'-OH poprzedniego. Kolejne nukleotydy są włączane zgodnie z zasada komplementarności A-T, G-C względem matrycy. Najpierw zasada azotowa nowego włączanego nukleotydu łączy się wiązaniami wodorowymi z zasadą matrycy, po czym zachodzi tworzenie wiązania fosfodiestrowego między nukleotydami nowej nici. Ewentualne błędy we włączaniu nukleotydów są identyfikowane i korygowane przez polimerazę DNA II. Replikacja zachodzi na obu niciach matrycy jednocześnie: w kierunku 3'5'(nić wiodąca) w sposób ciągły i w kierunku 5'3' (nić opóźniona) w sposób nieciągły w postaci fragmentów Okazaki, z których każdy syntetyzowany jest w kierunku 5'3'. Po zakończeniu replikacji obu nici w komórce znajdują się 2 cząsteczki DNA wzajemnie złączone jak ogniwa łańcucha(obie są koliste). Za rozdzielenie ich odpowiada topoizomerazaII. Enzym ten wiąże się z jedną z dwóch potomnych cząsteczek DNA i rozcina ją, przez to rozcięcie przesuwa się druga nierozcięta cząsteczka. Następnie enzym łączy rozciętą cząsteczkę odtwarzając jej strukturę. U Eucariota: proces replikacji DNA zachodzi w fazie S cyklu komórkowego. W tym okresie komórka zawiera wieksze ilości polimerazy DNA i enzymów wytwarzających trifosforany deoksyrybonukleotydów. Podczas fazy S jądrowy DNA jest replikowany tylko raz. Replikacja eukariotycznego DNA rozpoczyna się w wielu miejscach początku replikacji rozmieszczonych w odległości 3-300tys par zasad i przebiega dwukierunkowo. W każdym z tych miejsc tworzy się oczko replikacyjne, a w nim widełki replikacyjne przemieszczające się w obu kierunkach. Synteza DNA przebiega do momentu połączenia się sąsiednich oczek replikacyjnych. DNA jest replikowane stopniowo jako tzw.jednostki replikacyjne, czyli zespoły miejsc początku replikacji replikowane w tym samym czasie. Najwcześniej podczas fazy S replikowana jest chromatyna aktywna transkrypcyjnie, a potniej chromatyna skondensowana czyli nieaktywna transkrypcyjnie. Synteza DNA jest prowadzona w sposób semikonserwatywny i ukierunkowany( kierunku 5'3') ;podobnie jak u Procariota powstaje nic opóźniona i wiodąca. Proces replikacji prowadzony jest przez polimerazy DNA i przebiega wolniej niż u Procariota. Wspomagają go białka rozwijające helisę, stabilizujące jednoniciowe DNA i rozkręcające skręty helisy9dokonuja przecięcia 1 z nici przed widełkami replikacyjnymi, cząsteczka obraca się wokół nieprzeciętnej nici po czym przecięta nic jest ponownie spajana)- białka te funkcjonuja w tzw. bańkach replikacyjnych. Mechanizm syntezy nici opóźnionej przez polimerazę a sprawia, że końcowe odcinki liniowego DNA zwane telomerami nie ulegają całkowitej replikacji, co powoduje skracanie cząsteczki DNA po każdym powieleniu. Zapobiega temu enzym telomeraza działający na zasadzie odwrotnej transkrypcji. Składnikiem telomerazy jest kró6tki fragment RNA komplementarny do bogatego w G rejonu telomeru. Enzym wiąże swoje RNA za pomocą wiązań wodorowych z DNA telomeru i wykorzystuje RNA jako matrycę do syntezy DNA telomeru na jego końcu 3'-OH; następnie enzym odłącza się od zsyntetyzowanego fragmentu i przemieszcza się do jego końca wydłużając go. Cykl ten powtarza się setki razy, dzięki czemu proces wydłużania i skracania telomeru w procesie replikacji jest niemal zrównoważony. W procesie replikacji eukariotycznego DNA białka histonowe nie odłączają się całkowicie od DNA, a jedynie rozpadają na 2 połówki(tzw.półnukleosomy)umożliwiając dostęp enzymów do DNA. Po zakończeniu replikacji stare nukleosomy odtwarzają się i pozostają połączone z tą czasteczką potomną DNA, która zawiera nic wiodącą; z drugą cząsteczką DNA wiążą się nukleosomy powstałe z nowo zsyntetyzowanych w fazie S histonów.