BIOCHEMIA 16 III 2011r
Człowiek i inne ssaki syntetyzują nukleotydy ze związków pośrednich, w ilościach, które wystarczają zarówno do syntezy kwasów nukleinowych, jak i do budowy nukleotydów wysokoenergetycznych, cyklicznych. Kwasy nukleinowe uwolnione ze strawionych nukleoprotein ( w wyniku proteolizy w przewodzie pokarmowym) są trawione do mononukleotydów, następnie do nukleozydów a one są albo absorbowane przez organizm, albo dalej degradowane do zasad purynowych/ pirymidynowych. Enzymy odpowiedzialne za to, to fosforylazy jelitowe.
Zasady są utleniane w końcowym etapie do kwasu moczowego i wydalane z moczem. Guanina -> ksantyna -> (utlenienie przy udziale oksydazy ksantynowej) kwas moczowy – końcowy produkt degradacji puryn u człowieka, ptaków, gadów lądowych, małp człekokształtnych. Kwas moczowy u innych ssaków, pod wpływem oksydazy moczanowej, przekształca się w alantoinę (utlenianie).
Katabolizm pirymidyn – w wątrobie. Dochodzi do wytworzenia łatwo rozpuszczalnych produktów końcowych (B-alanina, kwas 3-aminoizomasłowy, który przekształca się kwas bursztynowy wchodzący do cyklu Krebsa).
Deaminacja (cytozyna)
Uwodorowanie (uracyl)
Rozszczepienie pierścienia przez wodę (dihydrouracyl)
Dekarboksylacja
Deaminacja -> B-alanina
Deaminacja (tymina)
Uwodorowanie (dihydrotymina)
Rozszczepienie
Dekarboksylacja
Deaminacja -> kwas 3-aminoizomasłowy
Pochodzenie atomów węgla i azotu tworzących pierścień purynowy - RYSUNEK!
Różnice między syntezą puryn i pirymidyn:
Oba procesy zachodzą w wątrobie i obejmują wspólne prekursory: PRPP (fosforybozylo-1-pirofosforan), glutamina, CO2, asparaginian,
Podstawowa różnica: fosforan rybozy jest integralną częścią najwcześniejszego prekursora w syntezie puryn, co oznacza, że synteza puryn odbywa się na pierścieniu rybozy. W przypadku pirymidyn przyłączenie PRPP do zasady pirymidynowej następuje w późniejszych etapach syntezy.
Procesy syntezy puryn i pirymidyn wymagają znacznego wkładu energetycznego (pochodzącego z ATP).
Szlak syntezy puryn
Dołączenie grupy amidowej glutaminy do PRPP. Powstaje aminorybozylo-5-monofosforan.
Do azotu amidowego glutaminy (przy udziale ATP) dołącza się cząsteczka glicyny i rodnika formylowego. Powstają elementy pierścienia imidazolowego.
Przy drugiej cząsteczce glutaminy rozpoczyna się synteza pierścienia pirymidynowego.
Powstałe elementy imidazolu łączą się w pierścień imidazolowy.
Do pierścienia imidazolowego, który powstał, w pozycji C5 dołancza(!) się dwutlenek węgla a następnie grupa aminowa pochodząca z kwasu asparaginowego.
Do N3 (z glutaminy) przyłącza się rodnik formylowy.
Zamknięcie pierścienia, który z resztą imidazolową tworzy pierścień purynowy z wytworzeniem IMP (inozyno-5-monofosforanu).
Szlak syntezy pirymidyn:
W syntezie tego pierścienia biorą udział: karbamoilofosforan, który powstaje z dwutlenku węgla i amoniaku oraz asparaginian -> dochodzi do utworzenia kwasu karbamoiloasparaginowego. Odłancza(!) się cząsteczka wody, powstaje dwupierścieniowy kwas dihydroorodowy, który po odwodorowaniu daje kwas orodowy. On łączy się z PRPP, tworzy się OMP , które po dekarboksylacji tworzy UMP, które po wzbogaceniu w energię daje UTP, reaguje z glutaminą dając CTP.
Cykl purynowy – przemiana AMP i IMP. Regulacja tego procesu nukleotydów purynowych odbywa się na etapie deaminazy. U ludzi, u których występuje brak tego enzymu następuje nagromadzenie AMP i objawami klinicznymi są skurcze i bóle (bule – jak bulteriery:> w tym miejscu chciałam poinformować, że szukam sponsora, który w podzięce za notatki kupi mi bulteriera z hodowli Zig hauer, lub ewentualnie Bull Position :D ) mięśni. Wykazano, że niedobór tego enzymu zaburza przebieg cyklu odtwarzania IMP z AMP i powoduje upośledzenie wytwarzania energii. Wynikiem tego jest zmęczenie mięśni, które wolniej regenerują energię.
REPLIKACJA – pierwszy etap przepływu informacji w komórce (powielenie materiału genetycznego)
TRANSKRYPCJA – przepisywanie informacji genetycznej z DNA na mRNA
Dojrzewanie RNA– obróbka potranskrypcyjna. Zabezpieczenie pierwotnego transkryptu przed działaniem enzymów
TRANSLACJA – w cytoplazmie na rybosomach, biosynteza białka
Genom - Całość kwasu nukleinowego, który zawiera informację genetyczną
Gen – odcinek DNA stanowiący matrycę do syntezy ciągłego łańcucha RNA (np. mRNA) a w dalszej kolejności polipeptydu, czy białka.
Każda komórka organizmu wielokomórkowego zawiera tę samą informację genetyczną w postaci takich samych sekwencji DNA. Ludzki genom haploidalny każdej komórki składa się z 3,3 miliarda par zasad podzielonych na 23 chromosomy. Większość DNA w komórce nie jest DNA kodującym, czyli oznacz to, że zawarta w nim informacja nigdy nie jest tłumaczona na sekwencję aminokwasów. U eukariota DNA występuje oprócz jądra również w mitochondriach. Regiony kodujące DNA (eksony) przedzielone są zazwyczaj sekwencjami niekodującymi (introny). Pierwotne transkrypty (pre-mRNA, pre-tRNA, pre-rRNA) muszą podlegać w jądrze tzw. obróbce potranskrypcyjnej, czy też dojrzewaniu.
CHROMATYNA
Podstawową jednostką chromatyny jest fibryla zbudowana z wtórnie skręconej cząsteczki DNA, związanej z białkami histonowymi (nukleosom). Ze względu na stopień kondensacji fibryn chromatynowych wyróżniamy
Heterochromatynę – silnie skondensowana, nie ulega rozluźnieniu w cyklu komórkowym. Występuje tu satelitarny DNA, który nigdy nie ulega transkrypcji.
Euchromatynę – może występować w formie zdekondensowanej i wówczas przejawia aktywność genetyczną (transkrypcyjną), lub skondensowanej – nie wykazuje tej aktywności.
Cały genom ssaka replikuje się w ciągu 9 godzin.
REPLIKACJA:
Rozpoczyna się w fazie S cyklu komórkowego. Dzieli się na trzy etapy:
Rozdzielenie dwóch nici DNA i zabezpieczenie pojedynczej nici DNA przed atakiem nukleaz
Synteza DNA w kierunku od końca 5’ do 3’ nowej nici, gdyż nie ma enzymu zdolnego do polimeryzacji DNA w odwrotnym kierunku
Zabezpieczania przed błędami w replikacji poprzez sprawdzenie, czy właściwa zasada jest dołącza do łańcucha polinukletydowego.
We wszystkich tych etapach biorą udział odpowiednie białka:
helikaza – rozplata podwójną helisę,
prymaza – syntetyzuje starterowy odcinek RNA,
SSB – stabilizuje rejony jednoniciowe,
gyraza DNA – wprowadza ujemne skręty superhelikalne,
holoenzym polimerazy DNA III, polimeraza DNA I – usuwa startery i wypełnia brakujące fragmenty nici DNA,
ligaza DNA – łączy końce DNA
Replikacja jest procesem semikonserwatywnym – cząsteczki potomne są tylko w połowie nowe, matrycę stanowi stara nić DNA. Proces replikacji poprzedzony jest dekondensacją chromatyny. W czasie inicjacji replikacji następuje rozwinięcie podwójnej spirali DNA w specyficznym punkcie zwanym miejscem inicjacji replikacji (ori). W czasie inicjacji replikacji niezbędna jest synteza krótkich odcinków RNA, które mają długość ok. 10 nukleotydów (startery), są one syntetyzowane przez odpowiednią polimerazę RNA zależną od DNA. Startery są niezbędne do rozpoczęcia inicjacji replikacji. Ten fakt skłania do myślenia, że w teorii genezy życia to RNA a nie DNA jest pierwotnym materiałem genetycznym. Synteza DNA rozpoczyna się w obu kierunkach, dochodzi do wytworzenia widełek replikacyjnych, gdzie powstają nowe łańcuchy DNA. Oczka są wynikiem przesuwania się widełek replikacyjnych w przeciwnych kierunkach. Jednostką genomu, w obrębie której DNA ulega replikacji to replikon. Proces replikacji przeprowadzany jest przez wieloenzymatyczny kompleks zwany replisomem. Replisom tworzy się w obrębie widełek replikacyjnych, zawiera kompleks enzymów służących do replikacji.
W procesie replikacji jedna nić jest syntetyzowana ciągle (od 5’ do 3’), druga nić jest syntetyzowana w formie fragmentów okazaki (nić opóźniona). Fragmenty okazaki zawierają od 100 do 1000 nukleozydów, są łączone przez ligazę. U E. colli (prokariota) występują 3 polimerazy (I, II, III). III jest głównym enzymem odpowiedzialnym za replikację (syntezę nowego łancucha). U eukariota mamy 5 polimeraz DNA (α, β, γ, delta, epsilon). Odpowiednikiem polimerazy III jest delta.
CYKL KOMÓRKOWY:
G1 – komórka sprawia wrażenie, jakby nic się w niej nie działo, następuje intensywny wzrost komórki. Gdy komórka osiągnie odpowiednie rozmiary, przechodzi przez punkt restrykcyjny (kontrolny). Jak już przejdzie przez ten punkt, musi się podzielić
S – replikacja DNA
G2 – syntetyzowane są białka.
M – mitoza – podział komórki na dwie potomne.