Aminokwasy proteinogenne:
Polarne
Z grupą jonizującą (kwaśne- kwas asparaginowy, glutaminowy) (zasadowe- lizyna, arginina, histydyna)
Z grupą niejonizującą ( tyrozyna, tryptofan, cysteina, metionina, seryna, treonina, asparagina, glutamina)
Apolarne (glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, prolina, fenyloalanina)
Białka: zbudowane z reszt aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi -CONH-. Występują we wszystkich żywych organizmach oraz wirusach. Synteza białek odbywa się przy udziale specjalnych organelli komórkowychzwanych rybosomami. Denaturacja- ścinanie włókien białka, utrata właściwości biologicznych. Wysalanie- uszkodzenie otoczki solwatacyjnej, co powoduje wypadanie białek z roztworu.
1. struktura pierwszorzędowa- czyli kolejność (sekwencja) aminokwasów w łańcuchu lub łańcuchach polipeptydowych a także umiejscowienie wiązań disiarczkowych jeżeli one w tych łańcuchach występują.
2. struktura drugorzędowa – to przestrzenne współzależności między aminokwasami zawartymi w pierwszorzędowym strukturalnym zakresie. Mogą być regularne np. heliks alfa, heliks beta bądź nieregularne np. przypadkowy zwój. Za stabilizację stosunków przestrzennych odpowiedzialne są słabe wiązania wodorowe, których rozerwanie może nastąpić pod wpływem wielu czynników fizycznych lub chemicznych np.:• silne kwasy lub zasady• temperatura powyżej 60*C • detergenty jonowe (amfipatyczne)• związki chaotropowe (mocznik, guanidyna)• ciężkie metale (Ag, Pb, Hg) lub rozpuszczalniki organiczneProces naruszenia tej rodzimej struktury białek nosi nazwę denaturacji. Denaturowane białka są na ogół gorzej rozpuszczalne i ulegają wytrąceniu.
3. struktura trzeciorzędowa- obserwujemy tu zjawisko dalszego zwijania się i fałdowania helisy w przestrzeni. Za utrzymanie i stabilizację makrocząsteczki białka odpowiadają tworzące się tu mostki dwusiarczkowe –S-S-, wiązania jonowe itp.
4. struktura czwartorzędowa- taką strukturę wykazują białka, które składają się z 2 lub więcej łańcuchów polipeptydowych połączonych wiązaniami innymi niż kowalencyjne np.:• niepeptydowymi• disiarczkowymi
Stabilizację tych struktur zapewniają wiązania wodorowe i elektrostatyczne (typu soli) utworzone między resztkami aminokwasowymi na powierzchniach łańcuchów polipeptydowych.
białka proste – zbudowane są wyłącznie z aminokwasów. białka złożone – oprócz aminokwasów zawierają składnik niebiałkowy, zwany grupą prostetyczną.(metaloproteiny, chromoproteiny, glikoproteiny, lipoproteiny,nukleoproteiny, fosfoproteidy) białka globularne – rozpuszczalne w wodzie, o cząsteczkach kulistych (np. albuminy, globuliny, histony); białka fibrylarne – nierozpuszczalne w wodzie, o cząsteczkach w kształcie włókien (np. keratyna, kolagen). Pełnione funkcje: odpornościowe – białka układu immunologicznego (np. immunoglobuliny)− motoryczne – uczestniczą w procesach związanych z ruchem (aktyna,miozyna); − zapasowe – np. owoalbumina w białku jaja stanowi źrodło aminokwasow dla
rozwijającego się zarodka, kazeina jest białkiem zapasowym mleka.
Główna funkcja DNA: to kodowanie sekwencji białek, tzw. „koni roboczych” wszystkich komórek. DNA zwiera informacje genetyczne o wszystkich cechach danego organizmu, stanowi genom ustroju. Stanowi matrycę dla biosyntezy wszystkich kwasów nukleinowych (DNA i wszystkie rodzaje RNA).
Proces sprzężony z podziałami komórek (mitoza) i występuje w fazie S tzw. fazy przejściowej cyklu komórkowego (przed podziałem komórek).
Cechy replikacji:
Semikonserwatywność (nowa cząsteczka DNA zawiera jedną nić nową a drugą – „starą”)
Polarność: synteza nowej nici DNA odbywa się w kierunku 5’→3’
Przynajmniej jedna nić jest syntetyzowana w sposób nieciągły (fragmenty ok. 1000 nukleotydowe, tzw. fragmenty Okazaki)
Synteza każdego fragmentu nici DNA rozpoczyna się od syntezy RNA – startera (tzw. primer, odcinek 40-100 nukleotydów) – katalizowanej przez polimerazę RNA zależną od DNA
Przebieg replikacji:
Rozpoczyna się od ściśle określonego miejsca w łańcuchu DNA (tzw. origin point, „O”) – jeden u prokariontów a wiele – u eukariontów. Fragment DNA powstający od tego samego punktu „O” nazywa się replikonem.
W trakcie replikacji podwójna helisa DNA ulega miejscowemu rozpleceniu (powstają tzw. „widełki replikacyjne”), w procesie tym biorą udział: giraza, helikazy i topoizomerazy DNA (białka rozwijające)
W replikacji uczestniczy kilkanaście różnych białek, w tym: helikazy, topoizomerazy, polimeraza RNA zależna od DNA, polimeraza DNA III (katalizuje główny przebieg syntezy nukleotydów), polimeraza DNA I (tzw. enzym Kronberga – posiada aktywność egzonukleazy (w kierunku 3’→5’) i nukleazy w kierunku 5’→3’), polimeraza DNA II („zapasowa”)
Synteza nukleotydów polega na nukleofilowym ataku grupy 3’-OH w deoksyrybozie pierwszego trójnukleotydu na atom P w drugim trinukleotydzie. Powstaje wiązanie diestrowe. Od drugiego trinukleotydu odszczepia się pirofosforan (PPi), który ulega hydrolitycznemu rozpadowi (na dwa fosforany w obecności pirofosfatazy) z wydzieleniem energii zużywanej na proces tworzenia wiązania diestrowego. Proces katalizowany przez polimerazę DNA III, na matrycy DNA (udział matrycy polega na „wybieraniu” nukleotydów z komplementarną zasadą)
Łączenie fragmentów syntetyzowanego DNA (fragmenty Okazaki) dzięki działaniu ligazy. Primerowe odcinki RNA wycinane sa przez polimerze DNA I. Enzym tez sprawdza również prawidłowość replikacji i „naprawia” błędy.
Transkrypcją nazywamy przepisanie informacji genetycznej z DNA na RNA.
- Transkrypcja zachodzi w jądrze na odcinku DNA, który odpowiada genowi kodującemu określone białko lub RNA. Nici DNA w obrębie genu ulegają rozpleceniu.
- Matrycą dla syntezy RNA jest tylko jedna nić DNA zwana matrycowym pasmem DNA. Transkrypcji ulegają zarówno ekzony, jak i introny u eukariotów.
– Do transkrypcji potrzebne są: trifosforany nukleotydów, fragment DNA (gen) jako matryca i polimerazy RNA.
- U prokariotów występuje jedna polimeraza RNA; w syntezie wszystkich trzech rodzajów RNA u eukariotów występują trzy polimerazy jądrowe i dwie w organellach cytoplazmatycznych.
Etapy transkrypcji
- Inicjacja – rozpoczyna się rozpoznaniem przez polimerazę RNA (podjednostka ) specyficznej sekwencji zasad w DNA, zwanej promotorem. Następuje związanie się polimerazy RNA z promotorem i rozsunięcie nici DNA. W komórkach eukariotycznych przed inicjacją dochodzi do usunięcia histonów i odsłonięcia DNA. Synteza RNA rozpoczyna się zawsze od pppG lub pppA)
- Elongacja – polega na wstawieniu odpowiednich nukleotydów (NTG) i łączeniu ich ze sobą. Polimeraza RNA przesuwa się wzdłuż DNA (odczyt matrycy DNA w kierunku 3’ →5’) i wydłuża łańcuch RNA (cząsteczka transkryptu powstaje w kierunku 5’ →3’), przy czym nukleotydy są włączane zgodnie z regułą dopełniania zasad:
G -> C; C -> G; T-> A; A -> U
Transkrypcji podlega odcinek DNA od promotora do terminatora. Nazywamy go jednostką transkrypcji.
Reakcja transkrypcji, schematycznie:
(RNA)n + NTP → (RNA)n+1 + PPi;
PPi → 2 P + energia
- Terminacja – etap elongacji kończy się, gdy polimeraza RNA dotrze do sekwencji kończącej transkrypcję. Np. czynnik białkowy „ro” rozpoznaje miejsce zakończenia transkrypcji.
Kompleks: polimeraza–DNA–RNA rozpada się.
W komórkach prokariotycznych:
produktem transkrypcji jest RNA, który po niewielkiej obróbce jest gotowy do użycia do syntezy białka. Geny kodujące enzymy jednego szlaku metabolicznego leżą blisko siebie i ulegają jednoczesnej transkrypcji – powstaje tzw. policistronowy mRNA.
Translacja- proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA. W jego wyniku dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej zawartej pierwotnie w kodzie genetycznym DNA na konkretną strukturę białka.
Cechy kody genetycznego: uniwersalny ( wszystkie org zywe) zdegenerowany (64 kodony kodują 20 aminokwasów) elastyczny (kilka kodonów może budować 1 aminokwas) zachodzący (możliwość zachodzenia na siebie genów)
Kodon- sekwencja 3 zasad w mRNA określająca dany aminokwas Antykodon- w tRNA sekwencja 3 zasad określająca który aminokwas jest przez tą cząsteczkę tRNA przenoszony do miejsca translacji
Translacja to proces biosyntezy białka czyli łańcucha polipeptydowego na matrycy mRNA, w którym biorą udział:
mRNA – matryca, w której zakodowana jest informacja o pierwszorzędowej strukturze konkretnego białka,
tRNA – transportuje „aktywne” aminokwasy na miejsce syntezy białek,
rybosomy – struktury, które umożliwiają odszyfrowanie informacji i odpowiednie ułożenie aminokwasów w białku, aminokwasy, ATP jako podstawowe źródło energii.
Biosynteza białka składa się z 4 etapów:
Aktywacji- właściwy aminokwas jest dołączany do właściwego tRNA za pomocą wiązania estrowego
Inicjacji- inicjatorowy tRNAMet łączy się z mniejszą podjednostką rybosomu (30S u Prokariota / 40S u Eukariota), następnie dołącza się mRNA w ten sposób, że naprzeciwko startowego kodonu AUG na mRNA znajduje się antykodon tRNAMet w miejscu P rybosomu. Z kompleksem inicjującym łączy się większa podjednostka rybosomu (50S / 60S). W procesie biorą też udział tzw. czynniki inicjujące (IF-1, IF-2, IF-3 oraz GTP)
Elongacji- polega na dobudowywaniu kolejnych aminokwasów i wydłużaniu peptydu. Translacja odbywa się w kierunku 5' → 3' na mRNA (kierunek przesuwania rybosomu na matrycy). W wolne miejsce A na rybosomie przyłącza się następny aatRNA poprzez przyłączenie antykodonu tRNA z komplementarnym do niego kodonem mRNA.
Terminacji- – syntezę łańcucha peptydowego kończą tzw. czynniki uwalniające, które rozpoznają kodony terminacyjne (kodony „stop” – UAA, UGA, UAG) niekodujące żadnego aminokwasu. Sygnałem do zakończenia translacji jest sytuacja, gdy jeden z kodonów „stop” znajdzie się w miejscu A rybosomu.
Nukleoid – obszar cytoplazmy komórek prokariotycznych bakterii i sinic, w którym znajduje się kolista nićkwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) w postaci genoforu. Jej odpowiednikiem u eukariontów jest jądro komórkowe, które dodatkowo otoczone jest błoną jądrową.
Chromosom – forma organizacji materiału genetycznego wewnątrz komórki
Nukleosom – jednostka strukturalna chromatyny składająca się z odcinka DNA o długości ok. 200 par zasad, z których 146 nawiniętych jest na 8 histonów rdzeniowych (po dwa histony H2A, H2B, H3 i H4 - tzw. oktamer histonowy) i tworzy tzw. cząstkę rdzeniową lub rdzeń nukleosomu.
Polirybosom, polisom, informosom – zespół rybosomów związanych z jedną cząsteczką mRNA i prowadzących jej translację, czyli syntezę białek.
Enzymy- wielkocząsteczkowe głównie białkowe biokatalizatory, przyspieszają szybkość reakcji obniżając energię aktywacji. Nie zużywają się w trakcie reakcji, nie zmieniają końcowego składu mieszaniny reagującej ani stałej równowagi. Są wrażliwe na zmiany czynników środowiskowych.
6 klas enzymów: oksydoreduktazy, transferazy, hydrolazy, liazy, izomerazy, ligazy. Enzymy- katalizatory układów biologicznych, pośredniczą w przekształcaniu różnych form energii. Optymalne pH: enzymy jako białka posiadają aminokwasy ulegające jonizacji, ładunek cząst białka enzymat ma wpływ na jej czynność katalityczną. Aktywatory: przysp reakcję, jony metali Zn2+, Mg2+, subst białkowe, niskocząst zw organ znoszące działanie inhibit. Inhibitory: specyf (obniż akt specyf enzymów) niespecyf ( jony metali cieżkich, łatwo i nieodwr wiążą się z wszyst białkami)
Km (stała Michaelisa) – stężenie substratu, dla którego szybkość reakcji enzymatycznej osiąga połowę szybkości maksymalnej. Jest to zatem takie stężenie substratu, przy którym połowa cząsteczek enzymu obecnych w układzie jest związana w kompleksy z cząsteczkami substratu.
Holoenzym- apoenzym(część białkowa holoenzymu) + koenzym (nieaminokwasowy którego nie można
traktować jako integralnej części enzymu)
Kofaktor- przyłączona część o niebiałkowym charakterze ( dzieli się na grupę prostetyczną i koenzym)