ZESTAW 43
Powstawanie i udział wody w metabolizmie
Fosforylaza glikogenowa - występowanie, regulacja aktywności
Polimerazy RNA - budowa, regulacja aktywności
Powstawanie i udział wody w metabolizmie
Powstanie cząsteczki wody jest ściśle związane z transportem elektronów w łańcuchu oddechowym, a więc z procesami energetycznymi. Oksydaza cytochromowa, ostatnia z pomp łańcucha, katalizuje przeniesienie elektronów z ferrocytochromu c do akceptora końcowego, którym jest tlen cząsteczkowy. Przyjęcie 4 elektronów przez O2 powoduje jego całkowitą reedukcję do H2O.
Cząsteczki wody powstają również pod działaniem enzymów - dehydrataz, które katalizują odłączenie wody od danego zwiążku (np. akonitaza, podczas izomeryzacji cytrynianu do izocytrynianu najpierw katalizuje dehydratacje, a następnie hydratację intermediatu, z utworzeniem izocytrynianu)
Powstanie wody toważyszy również działaniu enzymów, typu katalazy i innych peroskydaz. Katalizują one proces rozkładu nadtlenku wodoru, inaktywując tym samym toksyczne pochodne tlenu. Katalaza rozkłada nadtlenek wodoru do H2O oraz ½ O2. Natomiast peroksydaza - współdziała z 2H+ i rozkłada nadtelnek wodoru do dwóch cząsteczek H2O.
Powstanie cząsteczki wody wiąze sie także z systemem monooksygenaz, wykorzystujących dwa systemy transportu elektronów:
I zależny od NADPH + H+ jako dawcy elektronów
(jego element to oksydoreduktaza NADPH : Cyt P-450 ; cytochrom P450)
II zależny od NADH + H+ jako dawcy elektronów
(oksydoreduktaza NADPH : Cyt b5 ; cytochrom b5 ; czynnik wrażliwy na cyjanki)
Monooksygenazy współdziałają z tlenem cząsteczkowym - jeden atom [O] wbudowywany do związku, drugi do czasteczki wody
Cząsteczka wody wykorzystywana jest w reakcjach hydratacji i hydrolizy. Jest istotnym elementem enzymów z grupy hydrolaz, w tym trypsyny, chymotrypsyny i elastazy. Wyjątkowość tych enzymów polega na tym, że w centrum aktywnym zawierają cząsteczkę wody (większość enzymów ma tak zbudowane otocznie centrum aktywnego, by nie dopuszczać do niego wody, która mogłaby unieczynnić enzym). Tu, przyłączenie wody jest korzystne i jak najbardziej porządane.
Ponadto woda tworzy srodowisko wielu reakcji, jest istotnym elementem krwi, cytozolu itd.
Fosforylaza glikogenowa - występowanie, regulacja aktywności
(na podst. „Biochemii Harpera”)
Fosforylaza glikogenowa jest enzymem uczestniczącym w glikogenolizie. Razem z syntazą glikogenową są enzymami kontrolującymi matabolizm glikogenu (oba te enzymy są regulowane przez złożoną serię reakcji, w których występują zarówno modyfikacje allosteryczne, jak i kowalencyjne polegające na odwracalnej fosforylacji/defosforylacji).
Fosforylaza glikogenowa katalizuje fosforolityczny rozpad wiązań 1-4 w glikogenie z wytworzeniem glukozo-1-fosforanu. Enzym jest aktywny do momentu pozostania czterech cząsteczek glukozy po każdej stronie rozgałęzienia.
W zależności od miejsca występowania wyróżna się fosforylazę mięśniową i wątrobową - różnią się one od siebie mechanizmami aktywacji, także są różne genetycznie i immunologicznie. Jest to związane przede wszystkim z tym, że działanie fosforylazy mięśniowej musi być skoordynowane z pracą mięśni. Mięśniowa fosforylaza jest dimerem, a każdy jej monomer zawiera po 1 mol fosforanu pirydoksalu Wystepuje w dwóch postaciach - jako fosforylaza a (ufosforylowana i aktywna zarówno w nieobecności jak i w obecności AMP - jej allosterycznego modyfikatora) i fosforylaza b (zdefosforylowana i aktywna jedynie w obecności AMP). Wzrost stężenia AMP jest sygnałem zapotrzebowania na energię - następuje podczas pracy mięśnia.
W przypadku fosforylazy mięśniowej zachodzi synchronizacja jej aktywności ze skurczem mięśnia. Odbywa się to poprzez jony wapnia, które aktywuja kinazę fosforylazy (ten sam sygnał aktywuje enzym i wyzwala skurcz). Jedna z podjednostek kinazy fosforylazy jest identyczna z kalmoduliną i dlatego mozliwe jest pobudzenie fosforylacji (a więc i rozpadu glikogenu) przez jony Ca2+.
Aktywacja fosforylazy mięśniowej (a więc rozkład glikogenu) w odbywa się z udziałem cAMP, co jest związane z działaniem hormonów (np. adrenalina). Połączenie adrenaliny z β-receptorem powoduje aktywację cyklazy adenylanowej i wzrost ilości cAMP.
Wzrost stężenia cAMP aktywuje cAMP-zależną kinazę białek. Enzym ten:
powoduje fosforylację kinazy b fosforylazy (nieakt.) do kinazy a fosforylazy (akt dzieki fosforylacji). Kinaza a fosforylazy powoduje fosforylację (a więc aktywację) fosforylazy b z utworzeniem fosforylazy a, która katalizuje rozkład glikogenu go glukozo-1-fosforanu, który w mięniu może ulegać dalszym przemianom do mleczanu.
jednocześnie cAMP-zależna kinaza białek powoduje fosforylację syntazy a glikogenowej do syntazy b glikogenowej, czyli jej dezaktywację.
Jednocześnie cAMP-zależna kinaza białek aktywuje (przez fosforylację) inhibitor-1, który zapobiega tworzeniu się aktywnych form enzymów sprzyjających glikogenogenezie (hamuje aktywność fosfatazy-1 białek, katalizującej przemiane
- kinazy a fosforylazy w kinazę b fosforylazy
- fosforylazy a w fosforylazę b
- syntazy b glikogenowej w syntazę a glikogenową)
!!! POLECAM RYC. 20-8 (Biochemii Harpera) !!!
Fosforylaza wątrobowa również może być akytywowana poprzez cAMP. Jego stężenie wzrasta pod działaniem glukagonu. Jednak glikogenoliza w wątrobie może być pobudzona na drodze niezależnej od cAMP mobilizacji Ca2+ z mitochondriów do cytozolu. przez działanie adrenaliny i noradrenaliny na receptor α1. Powoduje to pobudzenie wrażliwej na Ca2+/kalmodulinę kinazy fosforylazy. Niezależną od cAMP glikogenolizę wywołują również wazopresyna, oksytocyna i angiotensyna II działające za pośrednictwem wapnia lub fosfatydyloinozytolobisfosforanu.
Polimerazy RNA - budowa, regulacja aktywności
(„Biochemia” Bańkowskiego, „Krótkie wykłady”, regulacja- „Biochemia” Stryera, rozdz. 33)
Eukariota
- 3 polimerazy RNA, różniące się wrażliwością na hamujące działanie amanityny (oktapeptyd zawierający kilka rzadko występujących aminokwasów, wyizolowany z muchomora sromotnikowego Amanita phalloides).
Polimerazy eukariota składają się z 8-12 podjednostek. Wszystkie działają podobnie jak polimeraza bakteryjna
Polimeraza I występuje w jąderku, transkrybuje rRNA o stałych sedymentacji 5,8S ; 18S oraz 28S. Nie jest hamowana przez amanitynę.
PolimerazaII występuje w nukleoplazmie, syntetyzuje pre-mRNA (a więc pośrednio transkrybuje geny kodujące białka) i większość genów kodujących małe jądrowe RNA (snRNA), które uczestniczą w procesach dojrzewania mRNA, z wyjątkiem U6 snRNA. Jest bardzo wrażliwa na działanie amanityny. Hamujący efekt jest widoczny nawet przy bardzo niskich stężeniach inhibitora.
Polimeraza III występuje w nukleoplazmie, syntetyzuje tRNA oraz rRNA o stałej sedymentacji 5S, też jeden z genów snRNA (U6 snRNA) oraz gen 7S RNA. 7S RNA jest składnikiem cząstki SRP rozpoznającej peptyd sygnałowy, która uczestniczy w translokacji białek przez błonę retikulum endoplazmatycznego Podobnie, jak polimeraza II jest wrazliwa na hamujące działanie amanityny, ale efekt ten uwidacznia się przy wysykich stężeniach inhibitora.
Prokariota
- tylko jedna polimeraza RNA, złozona z 5 podjednostek.
α - wiążące białka regulatorowe (dwie takie podjednostki),
β - tworzącej wiązania fosfodiestrowe,
β'- wiążącej matrycę DNA,
σ70 - rozpoznającej promotor i inicjującej transkrypcję
Kompletny enzym, okreslany jako holoenzym, jest niezbędny do inicjacji transkrypcji (podjednostka σ odgrywa zasadniczą role w rozpoznaniu promotorów). Podjednostka σ zmniejsz powinowadztwo rdzenia enzymu (σ2ββ') do DNA o przypadkowej sekwencji a zwiększa specyficzne powinowadztwo holoenzymu do sekwencji promotorowych. U E. Coli ta podjednostka okreslana jest jako σ70. Tak więc polimeraza RNA nie wymaga startera do rozpoczęcia transkrypcji.
Regulacja:
Transkrypcja inicjowana jest w miejscach promotorowych. U prokariota składają się one z dwóch sekwencji: jednej w pobliżu -10 i drugiej w pobliżu -35 (10 i 35 nukleotydów przed miejscem startu). Sekwencja rejonu -10 to TATAAT (rozpoznawana przez podjednostkę σ). Powstający łańcuch zawiera miejsca stop, które kończą transkrypcję.
W przypadku eukariota, Stryer rozpisuje się o polimerazie II. Promotory przez nią rozpoznawane składają się z sekwencji TATA w pozycji około -25 i dodatkowych sekwecji od strony 5', zwykle położonych między -40 a -200. Miejsca te rozpoznawane są przez białka zwane czynnikami transkrypcyjnymi, a nie bezpośrednio przez polimerazę RNA II. Grupa czynników transkrypcyjnych TF II (transcription factor; II - od polimerazy RNA II) nakierowuje polimerazę na miejsce transkrypcji. Inicjację transkrypcji rozpoczyna wiązanie TF II D do rejonu TATA, następnie przyłącza się TF II A, TF II B, dopiero po nich polimeraza RNA II i ostatecznie TF II E, tworząc wraz z pozostałymi czynnikami kompleks - podstawowy aparat transkrypcyjny. Komplekst ten może transkrybować DNA ale robi to wolno. Do intensywnej syntezy RNA konieczne są dodatkowe czynniki transkrypcyjne, wiążące się do innych miejsc matrycy. Kluczowe jest rozpoznanie seksencji TATA przez białko wiążące się do kasety TATA - TBP (box bindind protein). TBP jest składnikiem TFIID. Elastyczność sekwencji bogatych w pary A-T zostaje wykorzystana do zagięcia DNA (po bokach sekwencji TATA DNA pozostaje w klasycznej konformacji B). Powstały kompleks TBP-sekwencja TATA jco decyduje o precyzyjnym rozpoznaniu miejsca startu i jednokierunkowym przebiegu procesu.
Transkrypcję mogą również stymulować sekwencje wzmacniające. Moga one byc oddalone nawet o tysiące zasad. Zwiększają one aktywność wielu promotorów. Same nie mają aktywności promotorowych. Mogą występować przed, za a nawet w środku transkrybowanego genu. Poszczególne sekwencje wzmacniające działają w okreslonych typach komórek. Np. odpowiedz komórki na glikokortykoidy. Związanie się kompleksu receptor-hormon z sekwencją wzmacniającą prowadzi do wzmożonej transkrypcji określonej grupy genów.
* Inhibitorem transkrypcji u prokariota jest antybiotyk ryfampicyna - przeszkadza w tworzeniu się pierwszego wiązania fosfodiestrowego w łańcuchu RNA. Działa na podjednostkę β polimerazy RNA
* Polimerazy RNA, w odróżnieniu od polimeraz DNA, nie potrzebuja starterów, a także nie mają aktywności nukleazowej właściwej polimerazom DNA.