Enzymy to białka katalityczne, które zmieniają szybkość reakcji, same nie ulegają zmianie. Są specyficzne względem substratu,a ich aktywność można regulować przez zmianę stężenia substratu lub reagentu.

Przebieg reakcji: substrat->produkt

Szybkość reakcji w kierunku wprost s->p wynosi 10^-4 s

Szybkość rekcji w kierunku odwrotnym p->s wynosi 10^-6 s

W stanie równowagi s i p jest stały

K= ^[produkty] = ^{10^-4} = 100

^{[substraty] 10^-6}

Powstaje 100 cząsteczek produktu.

Charakterystyczną cechą enzymów jest:

-posiadanie centrum aktywnego

-specyficzność substratowa

Miejsce aktywne-część cząsteczki enzymu o określonej budowie przestrzennej, która wiąże substrat i przekształca go w produkt.

Wiązanie enzym-substrat ma charakter niekowalencyjny.

Trypsyna w centrum aktywnym zawiera (-) naładowany Asp, który oddziałuje

Z Liz i Arg , które są naładowane (+)Rozszczepia peptydy utworzone przez aminokwasy od COOH.

Chymotrypsyna w centróm aktywnym ma małe aminokwasy o krótkich łańcuchach np. Gly i Ser. Wiąże duże reszty aminokwasów aromantycznych i hydrofobowych, które odszczepia.

Elastaza w centrum aktywnym ma nienaładowane duże reszty Val i Thr. Pozwala jej to wiązać krótkie łańcuchy łancuchy boczne aminokwasow np. Gly i Ala.

Regulacja działania enzymów.

Procesy metaboliczne regulowane sa przez 2 mechanizmy.

1. Genetycznie poprzez kontrolę syntezy enzymów.

2. Regulacja szybkości działania enzymów istniejących.

Czynniki regulujące szybkość działania enzymów

↓ ↓

1. Strukturalne 2. Kinetyczne

Czynniki strukturalne-komórkowe

W komórce działanie enzymów zależy od jej organizacji, czyli od:

1. Powiązania enzymów ze strukturami komórkowymi

2. Rozgraniczenia błonami wewnątrzkomórkowymi

3. Regulowanego transportu reagenów przez błony komórkowe i cytoplazmatyczne

Kontrola działania enzymów

Czynniki kinetyczne:

1. Stężenia : enzymu, substratu

2. Temperatura

3. Odczyn środowiska-pH

4. Potencjał oksydoredukcyjny

5. Czynniki pośrednie: hormonalne, allosteryczne, motyfikacje kowalencyjne

6. Inhibitory

7. Aktywatory

Reakcje enzymatyczne podlegają regulacji przez steżenie zwrotne

W ciągu reakcji produkty końcowe hamuje enzym E1 szlaku

Regulacja może być także przez odwracalne motyfikacje kowalencyjne np.fosforylacje.

Odwracalne motyfikacje kowalencyjne (kinazy białkowe)

Aktywność enzymu zmienia sie przez tworzenie i rozrywanie wiązań kowalencyjnych między enzymem a grupą niebiałkową.

Np. – fosforylacje prowadzą kinazy białkowe z udziałem ATP

-defosforylacje- fosfatazy białkowe

-fosforylaza, uczestnyczy w degradacji polisacharydu do 1-P- glukozy ; do aktywacji wymaga fosforylacji reszt Ser, z udziałem kinazy białkowej.

-syntaza glikogenowa , katalizująca synteza glikogenu przez kolejne dołączanie jednostek glukozy w postaci 1-P- Glc; do aktywacji wymaga odłączenia P z udziałem fosfatazy bialkowej.

Odwracalne modyfikacje kowalencyjne

Podstawowe sposoby modyfikacji aktywności białek

Modyfikacja	Donor	Przykład modyfikowanego białka	Funkcja białka
Fosforylacja	ATP	Fosforylaza glikogenu	Homeostaza glukozowa
Acetylacja	Acetylo-CoA	histony	Upakowanie DNA, transkrypcja
Mirystylacja	Mirystoilo-CoA	Sre-( kinaza tyrozynowa białek)	Sygnaly międzykomórkowe
Famezylacja	Pirofosforan farnezylu	Ras (kinaza tyrozynowa białek)	Sygnaly międzykomórkowe
ADP-rybozylacja	NAD	Polimeraza RNA	Transkrypcja
Karboksylacja	HCO3	trombina	Krzepnięcie krwi
Siarczanowanie	3-fosforoadenozyno-5-fosfosiarczan	fibrynogen	Krzepnięcie krwi
Ubikwitynizacja	Ubiwityna	cyklina	Kontrola cyklu kom.

Struktura i funkcja kwasów nukleinowych:

- replikacja i jej kontrola

- rekombinacja

- ekspresja genów

- tworzenie wyspecjalizowanych komórek

- zmienność genetyczna

- metody manipulacji genami

Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA

1. Replikacja-synteza DNA komórki prokariotycznej

- Replikacja poprzedza podział komórki. W procesie uczestniczy wiele białek i enzymów- „aparat replikacyjny”

- Podstawą kopiowania informacji genetycznej jest zdolność tworzenia par zasad G-C, A-T

- Nici komplementarne- reszta G w jednej nici lezy naprzeciwko G w drugiej nici.

- Kierunek jednej nici 5’->3’ , jest antyrównoległy do drugiej 3’-> 5’

-Wszystkie polimerazy syntetyzują DNA tylko w jednym kierunku 5’-> 3’

Replikacja DNA jest semikonserwatywna:

Dwie identyczne cząsteczki potomne powstają po rozpleceniu heliksu przez enzym helikazę

I dobudowuje po jednej nici komplementarnej.

Każda cząsteczka DNA zawiera 1 nić wyjściową i 1 nowo dobudowaną.

Polimerazy DNA

-katalizują dołącznie kolejnych dNTP do grupy 3’-OH istniejącego fragmentu DNA

Enzym I, II i III mają aktywność egzonukleazową 5’-> 3’ (usuwają niepoprawnie dołączone nukleotydy)

Polimeraza DNA III syntezuje zarówno nić wiodącą i nić opóźnioną.

Replikacja zaczyna się w pojedynczym miejscu „ori” i przebiega dwukierunkowo.

Każde oczko replikacyjne składa się z 2 widełek replikacyjnych.

Widełki replikacyjne:

-Region genomu, w obrębie którego DNA ulega replikacji nazywany jest replikonem.(u bakterii 1 replikon u eukariona wiele)

Ruch widełek replikacyjnych wymaga udziału kompleksu złożonego z różnych białek (5 klas) nazwanego replisomem który zapewnia koordynacje syntezę DNA:

1. Helikazy- maszyna molekularna, która obraca i rozplata podwójną nić

2. Polimerazy DNA: I, II, III

3. Topoizomerazy

4. SSB- białka wiążące się z jednoniciowym DNA

5. Prymazy

6. Telomerazy

Nić wiodąca- 3’->5’, nowo powstający DNA jest syntezowany w sposób ciągly

Nić opóźniona- 5’->3’ syntezowana w postaci fragmentów Okazaki, które są łączone za pomocą ligazy DNA

Oprócz matrycy DNA wymagana jest obecność:

–dATP, dGTP, dTTP, dCTP

-jonów Mg

-odcinka starterowego z wolną grupą 3 –OH

-enzymów: polimerazy DNA I,II,III; helikazy, ligazy, prymazy, topoizomerazy I, II

-białek SSB

Białka uczestniczą w replikacji DNA:

1. Helikaza- rozplata podwójną helisę DNA, udostępnia pojedyncze nici. Wymagane ATP

2. Topoizomeraza I- enzym znoszący naprężenia torsyjne w podwójnej helisie, spowodowane przemieszczaniem widełek. Zrywa wiązania fosfodiestrowe przed widełkami i łączy zerwaną nić.

3. SSB- białka wiązące się z jednoniciowym DNA w celu zabezpieczenia przed ponownym łączeniem zasad w pary.

4. Polimeraza DNA III- enzym dobudowujący nukleotydy do obu nici DNA z trifosforanów deoksyrybonukleotydów: dAMP, dTMP, dGMP, dCMP

5. Prymaza- na nici wiodącej i opóźnionej DNA syntezuje startery RNA o dł. 5 nukleotydów.

6. Ligaza łączy fragmenty Okazaki na nici opóźnionej.

7. Polimeraza DNA I- nukleaza. Usuwa startery RNA dzięki aktywności egzonukleazowej 5’->3’

Wypełnia d-nukleotydami miejce po rozłożonym starterze RNA, dzięki aktywności polimerazowej

1. Polimeraza DNA II- ma funkcje kontrolną i naprawczą razem z polim. DNA I usuwają błędnie przyłączone d-nukleotydy

2. Topoizomeraza II-umożliwia rozdzielenie kolistych cząsteczek DNA połączonych jak ogniwa łańcucha do replikacji

3. Telomeraza- umozliwia replikacje końców chromosomów eukariotycznych, dodaje na końcach chromosomów kopie tych samych telomerów.

Rekombinacja

Sekwencje DNA chromosomów mogą ulegać rearanżacjom-przegrupowaniu

Przyczyną jest grupa mechanizmów tzw rekombinacja genetyczna.

Takie zmiany w genomach komórek są przyczyną zmienności genetycznej i ewolucji gatunków

Rekombinacja homologiczna jest podstawowym mechanizmem zmienności:

Zachodzi między 2 cząsteczkami DNA o podobnych sekwencjach nukleotydów. Na skutek zerwania i ponownego połącznia 2 homologicznych dwuniciowych cząsteczek DNA w crossing-over odtwarzają się dwie dwuniciowe helisy złożone z części pochodzących od 2 różnych cząsteczek DNA.