KLASY ENZYMÓW:
Proteazy serynowe – umożliwiają zajście reakcji, która w pH obojętnym przy braku katalizatora przebiega tak wolno, iż jej szybkość praktycznie nie daje się zmierzyć.
Anhydrazy węglanowe – umożliwiają osiągnięcie prawdziwie wysokiego tempa reakcji odpowiedniego dla integracji z innymi szybkimi procesami fizjologicznymi.
Endonukleazy restrykcyjne – umożliwiają osiągnięcie bardzo wysokiego poziomu specyficzności
Kinazy NMP- umożliwiają przeniesienie grupy fosforanowej z ATP na nukleotyd, a nie na cząsteczkę wody.
STRATEGIE KATALITYCZNE:
Kataliza Kowalencyjna- powstaje wiązanie kowalencyjne między enzymem a substratem (kompleks ES z wiązaniem kowalencyjnym).W katalizie kowalencyjnej miejsce aktywne zaweira grupę reaktywną, silny nukleofil, który w trakcie katalizy podlega tymczasowej modyfikacji kowalencyjnej. przykład: chymotrypsyna.
Uniwersalna kataliza Kwasowo-zasadowa – cząsteczka pełni rolę donora lub akceptora protonu i tą cząsteczką w chymotrypsynie jest histydyna gdyż jej pK jest zbliżone do pH fizjologicznego (musi to być czasteczka inna niz woda!).
Jony metali- muszą być jony metali, jon metalu może być katalizatorem elektrofilowym, stabilizującym ładunki ujemne w produkcie pośrednim reakcji. Jon metalu może prowadzić do powstania nukleofilu zwiększając kwasowość sąsiedniej cząsteczki oraz może wiązać się z substratem, zwiększając liczbę jego oddziaływań z enzymem, zwiększając w ten sposób energię wiązania. Elektrofil- "lubi elektrony", posiada nadmiar protonów, jest akceptorem, ma ładunek +. Nukleofil- "lubi protony", posiada nadmiar elektronów, jet donorem, ma ładunek -. Przykład: Kinazy NMP
Kataliza Przez zbliżenie- do reakcji potrzebne są dwa odrębne substraty, enzym wiąże oba substraty blisko siebie, na powierzchni enzymu, zmienia konformację i zachodzi reakcja, przykład: kinaza NMP
ENERGIA WIĄZANIA- to energia swobodna uwalniana w trakcie tworzenia wielu słabych oddziaływań między enzymem a substratem, ustala specyficzność substratową i zwiększa skuteczność katalityczną. Oddziaływania między enzymem a substratem nie tylko sprzyjają wiązaniu substratu, ale także stabilizują stan przejściowy, co umożliwia obniżenie energii aktywacjo. Energia wiązania umożliwia również zmiany strukturalne, zarówno w enzymie, jak i w substracie, które ułatwiają katalizę. Proces ten nazywamy indukowanym dopasowaniem.
PROTEAZY: rozcinają białka w reakcji hydrolizy- dodania cząsteczki wody do wiązania peptydowego. Chociaż hydroliza wiązań peptydowych jest termodynamicznie korzystna, bez katalizatora trwałaby 10-1000 lat. Jednym z tych enzymów jest chymotrypsyna, która hydrolizuje wybiórczo wiązania peptydowe po karboksylowej stronie dużych hydrofobowych aminokwasów (tryptofan, tyrozyna, fenyloalanina i metionina). Enzym ten wykorzystuje modyfikację kowalencyjną jako strategię katalityczną. Wykorzystuje silny nukleofil do ataku na niereaktywną grupę karbonylową substratu. W trakcie katalizy nukleofil ten zostaje przejściowo związany kowalencyjnie z substratem. Nukleofilem jest reaktywna reszta seryny. W obecności DIPF chymotrypsyna ulega nieodwracalnej inaktywacji, poprzez modyfikacje seryny 195, co wskazuje na to, że ta seryna odgrywa kluczowa role w mechanizmie katalitycznym chymotrypsyny. Hydroliza prowadzona przez chymotrypsyne zachodzi w dwoch etapach, na wskutek oddziaływania seryny z substratem, w wyniku czego powstaje kowalencyjnie związany produkt pośredni enzym-substrat. Najpierw grupa hydroksylowa wysoce reaktywnej reszty seryny 195 atakuje grupe karbonylową substratu, co prowadzi do związku przejściowego w postaci acyloenzymu i uwolnienia p-nitrofenolu, który ulega deprotonacji do p-nitrofenolanu (lub aminy, jesli substratem jest amidem). Nastepnie produkt posredni w postaci acyloenzymu jest hydrolizowany, wskutek czego zostaje uwolniony składnik substratu mający postać kwasu karboksylowego, a enzym ulega regeneracji. Zatem p-nitrofenolan jest produkowany bardzo szybko po dodaniu substratu, czemu towarzyszy formowanie produktu pośredniego w postaci acyloenzymu.
KATALITYCZNA TRIADA:
Składa się z seryny, histydyny i kwas asparaginowego. Przekształca serynę 195 w silny nukleofil. Miejsce aktywne chymotrypsyny, zawierające serynę 195 znajduje się w kieszeniu zlokalizowanej na powierzchni enzymu. Łańcuch boczny seryny 195 jest połaczony wiazaniem wodorowym z piersciemiem imidazolowym histydyny 57. Grupa -NH jest polaczona wiazaniem wodorowym z grupą karboksylową asparaginianu 102. Ten układ nazywamy triada katalityczna.
Seryna- jest głównym nukleofilem, ma ładunek ujemny, który atakuje karbonylowy węgiel z wiązania peptydowego
Histydyna- jest donorem i akceptorem protonu, katalizator kwasowo-zasadowy, umożliwia odpowiednie ułożenie łańcucha bocznego seryny i polaryzację jej grupy hydroksylowej.
Kwas asparaginowy- pomaga ustawić w przestrzeni pierścień imidazolowy, ułatwia katalizę kwas-zasada. Zapewnia odpowiednia orientacje reszty histydyny i poprawia jej działanie jako akceptora protonu dzieki efektom hydrostatycznym.
Wiązanie peptydowe jest stabilne kinetycznie, niestabilne termodynamicznie. Silny nukleofil (seryna 195) atakuje węgiel w wiązaniu karbonylowym substratu, powstaje tetraedryczny stan przejściowy, obdarzony ładunkiem ujemnym na atomie tlenu w substracie i pęka, powstaje acyloenzym (produkt pośredni). Etap ten jest ułatwiony dzieki przeniesieniu protonu z reszty histydyny na grupę aminową powstałą w wyniku rozerwania wiązania peptydowego. Składnik aminowy jest uwalniany z enzymu (etap 4) i zastepowany przez wode (etap 5). Grupa estrowa acyloenzymu lega hydrolizie w procesie stanowiącym w istocie powtórzenie etapów od 2 do 4. Cząsteczka wody atakuje grupę karbonylową, podczas gdy pochodzący z niej proton jest równocześnie usuwany przez resztę histydyny, co prowadzi do powstania tetraedrycznego punktu pośredniego. Struktura ta rozpada sie, powstaje produkt zawierający grupę karboksylową. Po uwolnieniu tego produktu, enzym jest gotowy do nastepnego cyklu. Substratem tej reakcji jest woda. Najwolniejszy etap determinuje szybkość reakcji.
Dziura oksyanionowa- ochronna, stabilizuje stan przejściowy, w punkcie 4 pośredni produkt reakcji (acyloenzym), stabilizuje ładunek ujemny na atomie tlenu.
Kieszeń S1- hydrofobowa kieszen w chymotrypsynie, do ktorej dopasowane sa długie i pozbawione ładunku łańcuchy boczne reszt takich jak fenyloalanina i tryptofan. Zwiazanie własciwego łancucha bocznego w obrębie tej kieszeni ustawia sąsiednie wiązanie peptydowe w odpowiedniej orientacji do miejsca aktywnego, co umożliwia hydrolizę.
ELASTAZA: Homolog chymotrypsyny, rozcina wiązania peptydowe za resztami mającymi małe łańcuchy boczne, takie jak reszty alaniny i seryny. Na dnie kieszeni S1 są dwie reszty waliny, co umożliwia wejscie tylko małych łancuchów bocznych.
TRYPSYNA: Homolog chymotrypsyy, rozcina wiązania peptydowe za resztami, których łańcuchy boczne są długie i obdarzone ładunkiem dodatnim, czyli resztami argininy i lizyny. W trypsynie na dnie kieszeni S1 znajduje sie reszta asparaginianu, która przyciaga i stabilizuje obdarzoną ładunkiem dodatnim resztę argininy lub lizyny substratu.
Proteazy serynowe:
Chymotrypsyna
Trypsyna
Elastaza
Subtylizyna- proteaza serynowa z bakterii
Karboksypeptydaza II – proteaza serynowa z roślin
Proteazy cysteinowe (cysteina pełni funkcję nukleofilu atakującego wiązanie peptydowe):
Kaspazy- apoptoza
Katepsyny
Papaina
Proteazy aspartylowe (para reszt kwasu asparaginowego działają razem, co umożliwia wodzie przeprowadzenie ataku na wiązanie peptydowe)
Renina
Pepsyna
Proteazy rektorwirusowe z wirusa HIV
Metaloproteazy ( miejsce aktywne zawiera jony metali, przeważnie cynku, który atakuje czasteczke wody, co umożliwia jej działanie jako nukleofil)
termoliza
karboksypeptydaza A
Anhydraza węglanowa Co2+H20= HCO3- + H+ - reakcja szybka sama w sobie musi być jeszcze szybsza. Jon anhydrazy wiąże wodę, a potem powoduje jej dysocjację. Atom cynku wiąże się zwykle z czterema lub więcej ligandami, w anhydrazie węglanowej trzy miejsca koordynacyjne zajęte są przez pierścienie imidazolowe trzech reszt histydyny, a dalsze miejsca koordynacyjne jest zajęte przez cząsteczkę wody. Jon cynku obniża pK wody z 15,7 do 7, aktywuje wodę. Cynk ułatwia uwolnienie protonu z cząsteczki wody, co prowadzi do powstania jonu hydroksylowego. CO2 jako substrat wiąże się z miejcem aktywnym enzymu, wskutek czego jest tak ustawiany, aby doszło do reakcji z jonem hydroksylowym. Jon hydroksylowy atakuje CO2 przekształcając go w jon wodorowęglanowy. Miejsce aktywne ulega regeneracji, czemu towarzyszy uwolnienie jonu wodorowęglanowego i związanie następnej cząsteczki wody.
Histydynowe wahadło protonowe- Powstało w wyniku ewolucji, aby ułatwić składnikom roztworu buforowego udział w reakcji. Bufor może wiązać lub uwalniać protony. następuje deprotonacja wody, histydyna 64 przyłącza proton, a potem przekazuje go dalej na powierzchnię białka, daleko od miejsca aktywnego, do buforu.
ENDONUKELAZY: strategia obronną gospodarza są endonukleazy restrykcyjne, ktore rozcinają wirusowe DNA, enzymy te rozpoznają specyficzne sekwencje zasad w DNA, nazywane sekwencjami docelowymi lub miejscami docelowymi. Endonukleaza restrykcyjne EcoRV rozcina dwuniciową cząsteczke wirusowego DNA w sekwencji docelowej, ale nie narusza DNA komórkowego, dla każdej endonukleazy komórka wytwarza odpowiednią metylazę, która znakuje DNA komórkowe, i chroni przed degradacją. Pary tych enzymów nazywane są systemami restrykcyji-modyfikacji. W obrębie kompleksu enzym-substrat, DNA jako substrat jest odkształcany w sposób umożliwiający powstanie miejsca wiązania jonu magnezu między enzymem i DNA. Jon magnezu wiąże się i aktywuje cząsteczkę wody, która atakuje szkielet fosfodiestrowy. Niektóre enzymy odróżniają potencjalne substraty przez wiązanie ich z różnym powinowactwem. Inne mogą wiązać wiele potencjalnych substratów, ale umożliwiają skuteczne zajście reakcji tylko w przypadku specyficznych substratów. Endonukleazy restrykcyjne, takie jak endonukleaza EcoRV, wykorzystują ten drugi mechanizm w celu osiągnięcia poziomu rozróżnienia tak wysokiego, jak milion razy. Badania strukturalne wykazały, że enzymy te nie mogą wiązać cząsteczki nieswoistego DNA ale cząsteczki te nie ulegają odkztałceniu w posób pozwalający na związanie jonu Mg2+ i zajście katalizy. Metylacja kluczowych miejsc w obrębie sekwencji docelowych przez enzymy restrykcyjne zabezpiecza DNA komórki gospodarza przed działaniem tych enzymów. Dodana grupa metylowa blokuje specyficzne oddziaływania miedzy enzymem i DNA w ten sposób, że nie dochodzi do odkształcenia niezbędnego dla rozcięcia.
Kinazy NMP- enzymy używające strategii katalitycznej przez przybliżenie substratów. Miejsce aktywne nie istnieje, kiedy nie zbliżają się dwa substraty i zmienia się konformacja, potem katalizuja reakcje. Zamknięcie pętli P nad związanym substratem w postaci trifosforanu nukleozydu pozwala górnej domenie enzymu utworzyć pokrywę nad związanym nukleotydem,ustawiającą trifosforan blisko monofosforanu, z którym będzie reagował. Enzymy te zależą od jonów metali, ale jony te wiążą się z substratem, a nie bezpośrednio z enzymem. Związanie jonu metalu z trifosforanem nukleozydu wzmacnia specyficzność oddziływań enzym-substrat dzięki utrzymaniu nukleotydu w dobrze określonej konformacji i dostarczeniu dodatkowych miejsc oddziaływań, zwiększających energię wiązania. Posiadają pętlę p – charakterystyczny motyw strukturalny zawarty w enzymach lub białkach, pętla wiązania nukleotydu. Wymaga do katalizy jonów Mg2+..
Fibrynogen:
Jest rozpuszczalny we krwi
Zawiera helisy alfa zwinięte w superhelisę
Fibryna:
Jest nierozpuszczalna we krwi
Tworzy uporządkowane sieci włókien
Zawiera helisy alfa zwinięte w superhelisę
może być sieciowana przez transglutaminazę
KONTROLA ALLOSTERYCZNA: istotnym sposobem kontrolowania aktywności wielu białek jest regulacja przez małe cząsteczki sygnałowe. Związanie tych cząteczek regulatorowych w miejscach odrębnych od miejsca aktywnego uruchamia zmiany konformacyjne, które są przekazywane do miejsca aktywnego. Białka allosteryczne wykazują kooperatywność- aktywność 1 miejsca funkcjonalnego wpływa na pozostałe. Zmiana stężenia substratu może wywołać zasadnicze zmiany w aktywności. Białka podlegające kontroli allosterycznej są przetwornikami informacji- ich aktywność może być modyfikowana w odpowiedzi na cząsteczki sygnałowe lub informację przekazywaną między miejscami aktywnymi.
Witamina K: uczestniczy w syntezie protrombiny i kilku innych czynników krzepnięcia krwi.
Heparyna: polisacharyd, działa jak antykoagulant, przyspiesza tworzenie stałych kompleksów między antytrombiną III (białko osocza, ineaktywuje trombinę) a czynnikiem krzepnięcia krwi a aktywności proteazy serynowej, rozrzedza, obniża krzepliwość krwi.
Dikumarol: zapobiega powstawaniu skrzepów u chorych o zwiększonej krzepliwości krwi, hamuje powstawanie gamma-karboksyglutaminianu, analog witaminy K, razem z warfaryna.
Gamma-karboksyglutaminian: znajduje sie w prawidłowej formie protrombiny, zależna od witaminy K reakcja karboksylacji przekształca glutaminian, słaby chelator jonów Ca2+ w gamma-karboksyglutaminian, będacy silniejszym chelatorem Ca2+, jonów, które uczestnicza w procesie krzepniecia.
Tkankowo specyficzny aktywator plazminogenu (TPA): katalizuje reakcje powstawania plazminy w wyniku aktywacji proteolitycznej plazminogenu, prekursora wykazującego powinowactwo względem skrzepów fibrynowych, ułatwia oderwanie skrzepu.
Plazmina: proteaza serynowa, katalizuje rozpad fibryny, hydrolizuje wiązanie peptydowe w rejonach o strukturze superhelisy, rozcina fibrynę w miejscu pałeczek łącznikowych. Nieaktywna plazmina to plazminogen.
Kinaza białkowa: enzym katalizujący reakcje fosforylacji, wykorzystuję Thr, Ser lub Tyr jako akceptory w przenoszeniu grup fosforanowych. Wykazują różny stopień specyficzności. Specyficzne kinazy fosforylują określone białko lub kilka bardzo do siebie podobnych. Wielofunkcyjne kinazy białkowe modyfikują wiele różnych białek docelowych. Podstawowym wyznacznikiem jest liniowa sekwencja otaczająca ulegającą fosforylacji resztę seryny lub treoniny.
Izozymy: to homologiczne enzymy w obrębie danego organizmu, które katalizują tą samą reakcję, ale różnią się strukturą, Vmax, Km oraz właściwościami regulacyjnymi. Istnienie izozymow pozwala na precyzyjne modulowanie metabolizmu, umożliwiające dostosowanie do konkretnych potrzeb danej tkanki lub stadium rozwojowego.
Izoenzymy: ulegają ekspresji w różnych tkankach lub organellach lub w różnych stadiach rozwojowych.
ATCaza katalizuje pierwszy etap biosyntezy pirymidyn, kondensacja asparaginianu i karbmoilofosforanu w wyniku czego powstaje N-karbamolioasparaginian i ortofosforan. ATCaza jest hamowana przez CTP, końcowy produkt szlaku kontrolowanego przez ATCazę. Wpływ CTP na ten enzym to przykład hamowania na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Szybkość reakcji katalizowanej przez ATCazę jest duża w małych stężeniach CTP, spada wraz ze wzrostem stężeniem CTP. CTP stanowi przykład inhibitora allosterycznego, hamowanie przez sprzężenie zwrotne lub produkt końcowy. CTP wiążę się w miejscu innym niż aktywne, bo różni się całkowicie strukturą od substratów. Wiążę się w miejscu allosterycznym, lub regulatorowym. ATCaza składa się z odrębnych podjednostek katalitycznych c3, które wiążą substrat, lub regulatorowych r2, wiążących CTP i ATP. W hamującym wpływie CTP, stymulującym działaniu ATP i kooperatywnym wiązaniu substratów podjednostki c3 enzymu o stechiometrii c6r6 przemieszczają się i zmieniają orientację. To przejście allosteryczne jest zgodne z modelem jednoprzejściowym, sformułowanym przez model MWC. Wszystkie podjednostki ATCazy równocześnie przechodzą z formy T o niskim powinowactwie to formy R o wysokim powinowactwie. Stan równowagi zależy od liczby miejsc aktywnych zajmowanych przez substrat. Miejsce aktywne ATCazy znajduje sie w rejonach kontaktu miedzy parami łańcuchów c w obrębie katalitycznego trimeru. Każdy z trimerów dostarcza 3 miejsca aktywne w kompletnym enzymie. Enzymy regulowane allosterycznie nie podlegają zasadom kinetyki Michaelisa-Menten. ATCaza wykazuje kinetykę igmoidalną, ponieważ wiązanie substratu z jednym miejscem aktywnym sprzyja przejściu całego enzymu w formę R, co zwiększa aktywność pozostałych miejsc aktywnych. Zatem miejsca aktywne wykazują kooperatywność.
PALA: silny inhibitor kompetycyjny ATCazy, wiąże się z miejscami aktywnymi i blokuje je, jest to analog stanu przejściowego.
5 SPOSÓBÓW KONTROLI STRATEGII REGULACYJNEJ:
Kontrola allosteryczna- kontrola enzymu, wiązanie cząsteczek regulatorowych, zmienia się konformacja enzymu, przykład: ATCaza.
Izozymy i izoenzymy
Odwracalna modyfikacja enzymu- przykład: fosforylacja, oksydacja
Aktywacja proteolityczna- przekształca enzym nieaktywny w aktywny na drodze wiązania peptydowego
Kontrola ilości enzymu- na różnych etapach transkrypcji i translacji.
BUDOWA CTP- cukier ryboza + 3 grupy fosforanowe+ pirymidyna. Forma T- mniej aktywna, mniej rozluźniona. Forma R- bardziej aktywna, rozlużniona. Substrat przesuwa równowagę do formy R.
FOSFORYLACJA: reszty seryny, treoniny i tyrozyny ulegają fosforylacji (grupa -OH), trzeba dodać ATP aby zaszła fosforylacja-> powstaje ufosforylowana, białko + ADP, w fosforylacji zawsze grupa gamma ulega fosforylacji, jest to kinaza białkowa. Redukcja jest odwracalna przez fosfodazę białkową. Zależnie od klasy kinazy, końcowa (gamma) grupa fosforanowa ATP zostaje przeniesiona na specyficzna resztę seryny i treoniny, lub specyficzna resztę tyrozyny. Fosforylacja jest bardzo skutecznym sposobem kontrolowania aktywnosci białek:
grupa fosforanowa dodaje dwa ładunki ujemne do zmodyfikowanego białka. Istniejące w białku niezmodyfikowanym oddziaływania elektrostatyczne mogą ulec zerwaniu i mogą powstać nowe oddziaływania elektrostatyczne. Takie zmiany strukturalne mogą istotnie zmienić powinowactwo względem substratu i aktywność katalityczna
grupa fosforanowa moze tworzyć 3 lub wiecej wiazań wodorowych.
Energia swodobna fosforylacji jest wysoka, ok. -50kJ/mol. Fosforylacja moze zmienic rownowagę konformacyjna miedzy różnymi stanami funkcjonalnymi o duży mnożnik, rzędu 10^4.
fosforylacja i defosforylacja moze trwać od czasu krótszego niż sekunda do kilku godzin
skutkiem fosforylacji jest często silne wzmocnienie sygnału
KINAZA BIAŁKOWA A: W niektórych przypadkach hormon uruchamia tworzenie cyklicznego AMP (powstaje w wyniku cyklizacji ATP). W niektórych komórkach eukariotycznych większość efektów wywołanych przez cAMP jest osiągalne w wyniku aktywacji przez cAMP pojedynczej kinazy białkowej. Ten kluczowy enzym nazywany jest kinazą białkową A lub PKA. Kinaza ta zmienia aktywność białek docelowych przez fosforylację specyficznych reszt seryny lub treoniny. PKA jest aktywowana przez stężenie cAMP rzędu 10nM. PKA w mięśniach składa się z dwóch typów podjednostek: regulatorowej R, wykazujacej duże powinowactwo względem cAMP i katalitycznej. Przy braku cAMP, podjednostki regulatorowe i katalityczne tworzą kompleks R2C2, który nie wykazuje aktywności enzymatycznej. Związanie 2 cząsteczek cAMP prowadzi do dysocjacji kompleksu, uwolnione podjednostki są aktywne enzymatycznie. Każda podjednostka R zawiera sekwencje Arg-Arg-Gly-Ala-Ile, która jest bardzo podobna do sekwencji zgodnej ulegającej fosforylacji, z tym, że Ser jest zastąpiona Ala. W kompleksie R2C2 ta występująca w podjednostce R sekwencja przypominająca substrat zajmuje miejce katalityczne w podjednostce C, uniemożliwiając w ten sposób wejście białkowego substratu. Wiązanie cAMP z podjednostkami R przesuwa allosterycznie sekwencję przypominającą substrat poza miejsce katalityczne. Uwolnione podjednostki C mogą więc wiązać i fosforylować białka będące ich substratami.
PROTEOLIZA: Nieaktywny prekursor enzymów nazywamy zymogenem (lub proenzymem). Aktywacja proteolityczna może zajść tylko raz w życiu komórki. Aktywacja enzymu polega na rozszczepieniu jednego lub kilku wiązań peptydowych. Trypsynogen jest aktywowany przez enteropeptydazę lub trypsynę, a trypsyna aktywuje inne zymogeny, co prowadzi do trawienia.
CHYMOTRYPSYNA: enzym trawienny, który hydrolizuje białka w jelicie cienkim. Jej nieaktywny prekursor, chymotrypsynogen, jest syntetyzowany w trzustce, w komórkach pęcherzykowych trzustki. Ziarna zymogenu gromadzą się na szczycie komórki, kiedy komórka ulega symulacji przez sygnał hormonalny lub implus, zawartość pęcherzyków jest uwalniana do dwunastnicy. Chymotrypsynogen jest przekształcany w pełny enzym w wyniku prowadzonej przez trypsynę hydrolizy wiązania peptydowego miedzy argininą 15 i izoleucyną 16. W wyniku tych zmian powstaje specyficzne miejsce substratowe dla aromatycznych i dużych reszt niepolarnych (w zymogenie nie jest w pełni ukształtowana). Nieodpowiednie ułożenie atomu tlenu grupy karbonylowej i 2 grupami NH łańcucha głównego w zymogenie powoduje, że dziura oksyanionowa jest niekompletna.
TRYPSYNA: aktywowana z trypsynogenu przez enteropeptydazę lub trypsynę, uaktywnia chymotrypsynogen-> chymotrypsyny, proelastazę->elastazy, prokarboksypeptydazę->karboksypeptydazy, prolipazę->lipazy.
KASKADOWY PROCES KRZEPNIĘCIA KRWI: Skrzep fibrynowy powstaje na skutek wzajemnego oddziaływania układu wewnątrzpochodnego i zewnątrzpochodnego, oraz współnego szlaku końcowego.
UKŁAD WEWNĄTRZPOCHODNY : uszkodzona powierzchnia-> kininogen, kalikreina-> czynnik XII do XIIa (czynnik XI i IX w ten sam sposób) spotykaja białko symulujące VIIIa, aktywuje X do Xa (w tym miejscu łaczy sie z UKŁADEM ZEWNĄTRZPOCHODNYM który zaczyna się od urazu, czynnik VII do VIIa, spotyka czynnik tkankowy który aktywuje czynnik X do Xa). Wspólny szlak końcowy: czynnik Xa aktywuje Va który aktywuje protrombine do trombiny, trombina aktywuje fibrynogen do fibryny, fibryna z czynnikiem XIIIa tworzy usieciowiony skrzep fibrynowy. Układ wewnątrzpochodny jest aktywowany w wyniku ekspozycji powierzchni anionowych, co jest skutkiem uszkodzenia śródbłonka wyścielającego naczynia krwionośne. Układ zewnątrzpochodny jest uruchamiany przez substancje uwalniane z ich tkanek po ich uszkodzeniu.
BŁONY BIOLOGICZNE: są strukturami warstwowymi, ściśle ograniczone przez przedziały grubości 6-10nm. Zbudowane z lipidów białek, stosunek od 1:4 do 4:1. Błony zawierają węglowodany związane z lipidami. Ma reszty hydrofobowe i hydrofilowe. Błony są niezwiązane kowalencyjnie, są asymetryczne, są strukturami płynnymi, spolaryzowane elektrycznie. Kwasy tłuszczowe przeważnie posiadają parzystą liczbę węgli, nienasycone kwasy tłuszczowe mają niższą temperaturę topnienia niż kwasy nasycone o tej samej długości łańcucha. Przejście ze sztywnego stanu uporządkowanego do stanu płynnego zachodzi dość ostro, gdy temperatura podniesie się powyżej temperatury topnienia Tm. Kwasy tłuszczowe są bardziej płynne im ich łańcuchy są krótsze i bardziej nienasycone. Płynności błony zależy od długości łańcucha kwasu tłuszczowego, nasycenia, konformacji trans lub cis.Kwasy tłuszczowe i ich pochodne są tym bardziej płynne, im ich łańcuchy są krótsze i bardziej nienasycone. Przez błony mogą przechodzić cząsteczki hydrofobowe i woda.
WARSTWY BIMOLEKULARNE: w środowisku wodnym cząsteczki tworzą micele, kuliste struktury, hydrofilowa główka skierowana jest na zewnątrz, hydrofobowy łańcuch do środka. Częściej tworzona jest warstwa bimolekularna (dwuwarstwa lipidowa), gdyż łańcuchy hydrofobowe są zbyt długie żeby stworzyć micele. Formowanie się dwuwarstwy jest procesem samoistnym, szybkim, w którym główną siłę organizującą stanowią oddziaływania hydrofobowe. Dwuwarstwy mają kooperatywny charakter, mają naturalną tendencję do tworzenia struktur o dużej powierzchni, dążą do zaslepiania się i mają zdolnośc do samouszczelniania się.
CHOLESTEROL: należy do grupy steroidów, jest zbudowany z 4 połączonych pierścieni węglowych, z jednej strony jest węglowodorowy ogon, z drugiej grupa hydroksylowa. W organizmach zwierzęcych pełni krytyczną rolę w regulowaniu płynności błony. Cholesterol wpływa na płynność błon, powodując że są one mniej płynne, ale jednocześnie mniej podatne na przejścia pomiędzy różnymi stopniami płynności.
BIAŁKA INTEGRALNE: silnie oddziaływują z węglowodorowymi łańcuchami lipidów błonowcych, można je uwolnić używając detergentów, większość białek integralnych to białka transbłonowe, przechodzące przez całą szerokość dwuwarstwy lipidowej. PERYFERYCZNE: związane z powierzchnią błony głównie przez interakcje elektrostatyczną, wiązania wodorowe i kowalencyjne, mogą być zniesione przez dodanie soli lub zmianę pH. Związane są z błoną zarówno po cytozolowej jak i zewnętrznej stronie.
BAKTERIORODOPSYNA: uczestniczy w przekształcaniu energii, wykorzystując światło do pompowania proteonów ze środka komórki na zewnątrz, umożliwia to stworzenie ATP, w całości zbudowany z helis alfa.
PORYNA: zbudowana z nici beta, białko zewnętrzne błon bakterii gram ujemnych. Zewnętrzna powierzchnia poryny jest stosunkowo niepolarna i oddziaływuje z węglowodorowym rdzeniem błony. Wnętrze kanału jest hydrofilowe. W niciach beta naprzemiennie występują aminokwasy hydrofilowe i hydrofobowe.
SYNTAZA-1-PROSTAGLANDYNY H2: enzym ten katalizuje przekształcenie kwasu arachidonowego do prostaglandyny H2 w 2 etapach: w reakcji, w któej enzym działa jako cyklooksygenaza, i reakcji, w której działa on jako peroksydaza. Prostaglandyna H2 pobudza stan zapalny i wydzielanie kwasów żołądkowych. Białko to w niedużym stopniu zanurzona w błonie, wiążę się z powierzchnią błony przez helisy alfa o hydrofobowych powierzchniach utworzonych przez reszty niepolarne. Prostaglandyna zaliczona jest to integralnych białek błonowych.
MODEL PŁYNNEJ MOZAIKI: Błony są dwuwymiarowymi płynnymi strukturami przestrzennie zorientowanych lipidów i globularnych białek. Dwuwarstwa lipidowa jest zarówno rozpuszczalnikiem dla integralnych białek błonowych jak i barierą przepuszczalności.
DYFUZJA BOCZNA: lipidy białka przemieszczają się ruchem bocznym w błonie (lateralnym, wzdłuż płaszczyzny błony). Cząsteczka lipidu może w trakcie 1 sekundy przemieścić się z jednego końca bakterii na drugi. Niektóre białka są prawie tak samo ruchliwe jak lipidy, inne natomiast są praktycznie nieruchome.
DYFUZJA POPRZECZNA: przejście cząsteczki z jednej powierzchni błony na drugą- bardzo powolne, lub ruchem flip-flap w kilka godzin.
STANY KONFORMACYJNE ATPazy Ca2+ :
a) E1 – wysokie powinowactwo do Ca2+
jest fosforylowany przez ARP przy związaniu Ca2+
miejsca wiążące jony otwarte po stronie cytozlowej
b) E1-P – wysokie powinowactwo do Ca2+
miejsca wiążace jony otwarte po stronie cytozolowej
E2 – niskie powinowactwo do Ca2+
- miejsca wiążace jony otwarte po stronie wewnętrznej stronie błony
- jest defosforylowany przy uwolnieniu Ca2+
E2-P – niskie powinowactwo do Ca2+
- miejsca wiążace jony otwarte po wenętrznej stronie błony
DEPOLARYZACJA BŁONY:
potencjał błonowy -60mV
depolaryzacja błony komórkowej do -40mV
otwarcie kanałów sodowych
potencjał błonowy +30mV
spontaniczne zamknięcie kanałów sodowych
otwarcie kanałów potasowych
potencjał błonowy -75mV
potencjał błonowy -60mV
BUDOWA LIPIDÓW: SERYNA (aminokwas obojętny elektrycznie -CH2-OH), CHOLINA (organiczny związek chemiczny, posiadający czwartorzędową grupę aminową, występujący najczęściej w postaci chlorku, wchodzi w skład sfingomieliny i lecytyny), GLICEROL (3(CH2-OH) alkohol trójwodorotlenowy), INOZYTOL (cykliczny sześciowęglowy alkohol zawierający sześć grup hydroksylowych), CELEBROZYDY (złożone ze sfingozyny i glukozy lub galaktozy)
LIPIDY dzielimy na 3 grupy: fosfolipidy (dwa kwasy tłuszczowe, rdzeń zbudowany z glicerolu alfo sfingozyny, fosforan i alkohol), glikolipidy ( dwa kwasy tłuszczowe, rdzeń zbudowany z sfinozyny, nie ma fosforanu, zamiast alkoholu występuje cukier), steroidy.
POMPY: dwa rodzaje pomp zależnych od ATP, ATPazy typu P oraz pompy posiadające kasetę wiążącą ATP, podlegają zmianom konformacyjnym podczas wiązania i hydrolizy ATP, co powoduje, że związany jon może być przetransportowany przez błonę. Fosforylacja i defosforylacja obu pomp, ATPazy Ca2+ i ATPazy Na+ i K+, reprezentujących ATPazy typu P są sprzężone ze zmianami orientacji i powinowactwa ich miejsc wiązania jonów.
CZĄSTECZKI LIPOFILOWE: cząsteczki które mogą się przedostać przez błonę komórkową, ponieważ są rozpuszczalne w dwuwarstwach lipidowych, przedostają się przez błony zgodnie z gradientem swojego stężenia w procesie dyfuzji prostej
DYFUZJA PROSTA- zachodzi zgodnie z gradientem stężeń, cząsteczki hydrofobowe i woda przechodza przez błonę
DYFUZJA UŁATWIONA (transport bierny)- występują kanały białkowe przez które przechodzą jony, zgodnie z gradientem stężeń.
TRANSPORT AKTYWNY – potrzebujemy ATP i białka przenośnikowego (pompa), działa niezgodnie z gradientem stężeń.
POMPA SODOWO-POTASOWA – występuje w błonie neuronu, powoduje polaryzację błony. Jony Na+ w pompie sodowo-potasowej są na zewnątrz, wewnątrz K+, pompa będzie pompować K+ , pompa będzie pompować K+ do środka, a sodowe na zewnątrz. Hydroliza ATP dostarcza energii potrzebnej do aktywnego transportu Na+ na zewnątrz i K+ do wnętrza, w wyniku czego powstaje gradient jonowy. Pompa ta jest nazywana ATPazą Na+-K+ ponieważ hydroliza ATP zachodzi tylko wtedy, gdy jony Na+ i K+ są związane przez enzym. Dodatkowo ATPaza wymaga obecności jonów Mg2+.
POMPA WAPNIOWA - występuje w mięśniach, jony Ca2+ są uwalniane z retikulum sarkoplazmatycznego w momencie skurczu, duże stężenie Ca2+ w mięśniach utrzymuje ATPaza Ca2+. Rozkurcz mięśnia zależy od szybkiego przeniesienia Ca2+ z cytozolu do retikulum sarkoplazmatycznego, przez SR ATPazę Ca2+. SR ATPaza Ca2+ składa się z trzech domen: Domena N- wiąże nukleotyd ATP, P-przyjmuje grupę fosforanową na swej konserwatywnej reszcie asparaginowej, A-może służyć jako nastawnik domeny N.
MECHANIZM DZIAŁANIA ATPazy typu P:
Rozpoczyna się od związania ATP i dwóch jonów Ca2+ w stanie E1.
Enzym rozszczepia ATP przenosząc grupę gamma-fosforanową na swoją kluczową resztę asparaginianową. Wapń musi być związany z enzymem aby zaszła fosforylacja. Fosforylacja przesuwa równowagę konformacyjną ATPazy w kierunku E2.
Przejście ze stanu E1 do E2 prowadzi do wyeksponowania miejsca wiązania jonu (tzw. Ewersji białka) po wewnętrznej stronie błony SR, co powoduje, że jony mogą oddysocjować tylko po tej stronie błony
W stanie E2-P enzym wykazuje niskie powinowactwo do jonów Ca2+, które zostają uwolnione
Wraz z uwolnieniem Ca2+ reszta fosfoasparaginianowa ulega hydrolizie i grupa fosforanowa zostaje uwolniona
Enzym pozbawiony kowalencyjnie związanej grupy fosforanowej jest niestabilny w formie E2 i ulega z powrotem ewersji w formę E1, co kończy cykl.
ANTIPORTER: Sprzęgają przepływ przez błonę jednej cząteczki zgodnie z gradientem stężeń z transortem drugiej cząsteczki wbrew gradientowi w przeciwnych kierunkach.
SYMPORTER: Wykorzystują przepływ jednej cząsteczki do transportu drugiej w tym samym kierunku
WYMIENNIK SODOWO-WAPNIOWY: w błonie komórek zwierzęcych jest przenośnikiem antyportowym wykorzystującym elektrochemiczny gradient Na+ do pompowania Ca2+ na zewnątrz komórki. Jako że Ca2+ jest dla komórki bardzo ważną cząsteczką sygnalizacyjną, jego stężenie musi być pod ścisłą kontrolą. Wymiennik ma niższa niż ATPaza Ca2+ powinowactwo do Ca2+, ale jego zdolność do usuwania tego jonu jest większa.
PERMEAZA LAKTOZY: przenośnik symportowy do pobierania laktozy i innych cukrów wbrew gradientowi stężeń wykorzystuje powstający podczas utleniania paliwa komórkowego gradient H+ w poprzek błony E.coli. Permeaza ta posiada miejsce wiązania protonu oraz laktozy. Permeaza pompuje laktozę do komórki kosztem protonowej siły motorycznej. Miejsca wiążące, po związaniu z zewnątrz cząsteczki laktozy i protonu ulegają ewersji. Gdy przenoszone substancje zostają uwolnione do środka komórki, miejsca wiążące ponowanie ulegają ewersji, kończąc w ten sposób cykl transportu. KANAŁY JONOWE: stanowią bierny system transportu, są wysoce selektywne wobec poszczególnych jonów (kanały przepuszczające K+ nie przepuszczają Na+, lub kanały przepuszczające dodanie jony blokują przepływ jonów ujemnych), znajdują się w stanie otwartym lub zamkniętym a przejścia między tymi stanami podlegają kontroli. Kanały jonowe dzielimy na kanały bramkowane ligandem( otwierają się i zamykają w odpowiedzi na związanie specyficznej cząsteczki) i kanały bramkowane potencjałem(otwierają się i zamykają w odpowiedzi na różnicę potencjałow elektrycznych w poprzek błony). Stan otwarty często przechodzi spontanicznie w stan inaktywacji.
FUNKCJE METABOLIZMU:
-zdobywanie energii chemicznej
-degradacja biomolekuł komórki
-przekształcanie zewnątrzkomórkowych substancji w celu syntezy makroelementów
-składanie makromolekuł z mniejszczych cząstek
BUDOWA ATP: adenina+ryboza+3 grupy fosforanowe, są dwa wiązania energetyczne (związek z grupami fosforanowymi). Jest uniwersalną cząsteczką do przenoszenia grup fosforanowych, bo jednakowo dobrze przyjmuje i oddaje tą grupę.
BUDOWA ADP: adenina+ryboza+2 grupy fosforanowe, jedno wiązanie energetyczne
BUDOWA AMP: adenina+ryboza+2 grupa fosforanowa, zero wiązań energetycznych
POTENCJAŁ FOSFORYLACYJNY: zdolność cząsteczki do przenoszenia grup fosforanowych
FAD- przenośnik elektronów, przenosi 2 elektrony i 2 protony, zbudowany z adeniny+ryboza+2 grupy fosforanowe+ reszta cukrowa+ ryboflawina (przyłącza elektrony)
NAD+ - substancja która służy do przenoszenia elektronów, zbudowana z adeniny+ryboza+dwie grupy fosforanowe+ryboza+nikotynoamidowy pierścień.
CoA- przenosi jednostki węglowe, zbudowany z adeniny+ryboza+ 2 grupy fosforanowe+łańcuch z grupa SH.
TRANSMISJA IMPLUSU NERWOWEGO W SYNAPSACH: Impulsy nerwowe są przekazywane przez synapsy z udziałem małych, dyfundujących cząsteczek zwanych przekaźnikami nerwowymi, z których jednym z nich jest acetylocholina. Acetylocholina powoduje otwarcie tylko jednego rodzaju kanału kationowego, który jest prawie tak samo przepuszczalny dla Na+ jak i K+.
Uwolnienie acetylocholiny z pęcherzyków synaptycznych do szczelin synaptycznych
Zwiększenie stężenia acetylocholiny w szczelinie synaptycznej z 10nM do 500mikroM
związanie acetylocholiny do receptora acetylocholinowego
zwiększenie przepuszczalności błony postsynaptycznej dla Na+ i K+
depolaryzacja błony postsynaptycznej