Wykład czwarty

Prekursory RNA i DNA

ZASADA + CUKIER
(purynowa lub pirymidynowa) (D-ryboza lub 2- deoksyryboza)

RNA DNA

- nukleotydy
estry kwasów ortofosofrowego i nukleotydów

Triglicerydy

R1 – kwas organiczny
R2 – kwas nieorganiczny

TŁUSZCZ PŁYNNY(roślinny) – duży udział nienasyconych kwasów tłuszczowych(ok. 80%)
Uwodnienie – margaryna

TŁUSZCZ STAŁY(zwierzęcy) – najmniejszy udział kwasów nienasyconych kwasów tłuszczowych (ok. 50%)

Tłuszcze zawierają domieszki:

- witaminy A i D
- witaminy E (zwierzęce tokoferole, antyutleniacze,)
- karoteny (prowitamina A)

HYDROLIZA TŁUSZCZÓW – MYDŁA

- hydroliza zasadowa(zmydlanie)

Mydła – sole wyższych kwasów tłuszczowych

• Na+ lub K+ mydła rozpuszczalne

• Ca2+ lub Mg2+ mydła nierozpuszczalne (osad w twardej wodzie)

TŁUSZCZE ZŁOŻONE – FOSFATYDY - to estry glicerolu lub sfingozyny kwasu fosforowego + kwasy tłuszczowe

Występują: tkanka nerwowa, mięsień sercowy.

Resztę kwasu fosforowego w kwasie fosfatydynowym można zidentyfikować aminoalkoholami:

Choliną

Kolaminą

Seryną(aminokwas)

Sfingozyna

Sfingomielina

Glikolipidy – cerebrozydy

Budowa podobna do sfingomieliny, lecz bez kwasu fosforowego i choliny

Biologicznie ważne lipidy

Kardiolipina (olifosfatydyloglicerol) dwie reszty kwasu fosfatydowego połączone przez resztę glicerolu)

Fosfatydyloinozytol występuje w strukturze błon. Inezytol może być zestryfikowany kwasem fosforanowym

Plazmologeny

Fosfolipidy tworzące dwuwarstwowe układy w błonach. Dwa węglowodorowe ogony są skierowane do wnętrza, a polarne główki(glikozylowe) tworzą powierzchnię błony

Błony biomolekularne z białkami(o rozmaitych funkcjach) kontrolują przenikanie substancji do i na zewnątrz komórki.

Prostaglandyny:

- pochodne nienasyconych kwasów tłuszczowych

- mają 20 atomów węgla

- powstają na skutek utleniania i cyklizacji kwasu arachidonowego

- między C3 a C12 tworzy się pętla(pierścień cyklopantanu)

- przy C9 znajduje się tlen (-OH lub =O)

- aktywne w mikroskopijnych stężeniach

- działanie: przemiana tłuszczowa, liczba skurczów serca, ciśnienie krwi,

- zastosowanie w leczeniu astmy, reumatoidalnego zapalenia stawów, wrzodów żołądka, nadciśnienia

- enzymatyczne utlenianie leukotreiny i lipoksyny

- aspiryna – działanie jest związane z biosyntezą prostraglandyn, które są uwalniane przez komórki uszkodzone, dając stan zapalany, ból.

KWAS SALICYLOWY – hamuje wytwarzanie prostaglandyn na skutek wiązania się kwasu salicylowego z enzymem cykloksydenozą, która katalizuje reakcje utleniania kwasu arachidonowego. Blokowanie syntezy prostoglandyn prowadzi do zmniejszenia stanu zapalnego i obniżenia bólu

Spożycie tłuszczu a zatrucie:

Ilość i rodzaj spożywanych tłuszczów ma znaczenie dla profilaktyki i leczenia metabolicznych chorób układu krążenia oraz zapobieganie nowotworom

- decydujący wpływ zawartości cholesterolu w surowicy krwi(miażdżyca, niedokrwienna choroba serca[NChS])

- korelacje między zawartością NNKT i błonnika a NChS

AMINY

- grupa aminowa – NH2

- aminy to pochodne amoniaku (NH3), w którym atomy wodoru są zastępowane rodnikami alkilowymi

– amina I rzędowa

– amina II rzędowa

– amina III rzędowa

1. Otrzymywanie:
   - amoniak (lub amina I rzędowa lub II rzędowa) – halogenek alkilowy amina

2. Właściwości fizyczne:
   a) tworzenie wiązań wodorowych(nie dotyczy amin III rzędowych, brak atomu wodoru związanego z azotem)
   N-H … N to słabsze wiązanie od O-H … O lub F-H … F, ponieważ atom azotu jest mniej elektrolityczny niż O lub F
   b) konsekwencja powstania wiązań wodorowych jest zmniejszenie wartości tych amin oraz dobra rozpuszczalność w wodzie amin o krótkich łańcuchach alkilowych

3. Właściwości chemiczne:
   a) zadadowość
   
   R + NH2 + H2O R-N + H3 + OH-
   Moc amin:
   NH3 Ko= 1,8*10⁻⁵(pKa= 9,25)
   (CH3)2NH + 1rz Ko= 9,8*10⁻⁴(pKa=10,71)
   CH3NH2 + 1rz Ko= 4,4*10⁻⁴(pKa= 10,64)

(CH3)3N + III rz Ko= 5,1*10⁻⁴(pKa = 9,77)

b) tworzenie soli w reakcji z kwasami

R- NH2 + HCl [R-NH3]Cl

Chlorek alkiloaminowy

c) acylowanie amin

bezwodnik kwasowy

amina + chlorek sodu amid(związek obojętny chemicznie)

ester

d) reakcje kondensacji ze związkami karbonylowymi

Podział aminokwasów:

1. Aminokwasy z apolarnymi łańcuchami bocznymi (K)
   - glicyna (Gly)

- alanina (Ala)
- walina (Val)
- leucyna (Leu)
- izoleucyna (Ila)

- fenyloalanina (Phe)

-prolina (pro)

1. Aminokwasy z łańcuchami bocznymi zawierającymi grupę apolarną, nie ulegają jonizacji
   - seryna (Ser)

- treanina (Thr)

- tryptofan (Tr)
- tyrozyna (Tyr)
- cystyna

1. Aminokwasy zawierające podwójną grupę karboksylową w łańcuchu bocznym
   - kwas asparginowy

- kwas glutaminowy

- glutamina

1. Aminokwasy zawierające podwójną grupę aminową w łańcuchu bocznym
   - arginina (Arg)
   - lizyna (Lys)
   - histydyna (His)

Każdy aminokwas posiada właściwości związku amfoprotycznego, występuje jako jon obojętny, anion lub kation.

Jon obojętny w polu elektrycznym nie migruje ani w stronę anody ani w stronę katody (najmniejsza rozpuszczalność)

pH roztworu jonu obojnaczego to punkt izoelektryczny.

Źródła aminokwasów:

- pula białek ustrojowych, które po procesach rozkładu dostarczają aminokwasów potrzebnych do syntezy białek w komórkach

- białka pokarmowe pozyskiwane w wyniku procesów trawienia i wchłaniania

- biosynteza niektórych aminokwasów z kwasów organicznych w procesie transaminacji

Rola aminokwasów:

- synteza białek – materiał budulcowy

- synteza innych związków biologicznie aktywnych(enzymy, hormony)

- źródła energii, po uprzedniej deaminacji (po wyczerpaniu innych źródeł energii – węglowodorów i wolnych kwasów tłuszczowych)

Budowa:

C (węgiel) – 50-55%

H (wodór) – 6-7%

O (tlen) – 20-23%

N (azot) – 12-19%

S (siarka) – 0,2 -3%

P (fosfor) – 0-6%

Podział aminokwasów:

- egzogenne(niezbędne 8 aminokwasów) – których organizm nie potrafi syntetyzować i które muszą być dostarczane z pokarmem, tj. leucyna, izoleucyna, lizyna, metionina, fenyloalanina, treanina, tryptofan, walina

- tzw. względnie egzogenne (warunkowo niezbędne) – są syntetyzowane w szczególnych warunkach (szybki wzrost, choroba) tj. histydyna, arginina, seryna

- endogenne (nie niezbędne) – mogą być syntetyzowane w komórkach ze związków węglowych w procesie transaminacji, tj. alanina, asparagina, cysteina, cystyna, glicyna, kwas asparginowy, kwas glutaminowy, prolina, tyrozyna, hydroksyprolina

Jonizacja mian zależy od pH roztworu(zawsze jest forma jonowa).

PEPTYDY I BIAŁKA

Reakcja otrzymywania

GRUPA KARBOKSYLOWA + GRUPA AMINOWA AMID

Tworzenie oligopeptydów:

Alanina + walina alaninowalina(H-Ala-Val-OH)

Cysteina + lizyna cystel (H-Cys-Lys-OH)

Leucyna +histydyna+ fenyloalanina leucyno-histydylo-fenylolamina

Struktura białek:

- struktura I rzędowa: sekwencja aminokwasów – ich kolejność ułożenia w łańcuchu polipeptydowym(kolejność wiązań kowalencyjnych). Strukturę tę warunkują wiązania peptydowe.

- struktura II rzędowa: przestrzenne ułożenie wiązani peptydowych. Strukturę tę utrzymują wiązania wodorowe pomiędzy atomami tworzącymi wiązania peptydowe:

• α – helisa
  1. Wiązania wodorowe pomiędzy atomami wiązań peptydowych C=O…H-N tego samego łańcucha(co 4 wiązanie)

2. Każde wiązanie peptydowe zaangażowane w wiązanie wodorowe

3. Węgle α – aminokwasów w pozycji „trans”

4. Wiązania wodorowe równoległe do osi walca

5. Skok śruby 0,54nm, średnica walca 0,36nm

6. Helisę destabilizują:

- reszty kwasowe(Asp i Glu)

- roztwory zasadowe (Arg i Sys)

- załamanie helisy: prolina i hydroksyprolina

• β – harmonijka

1. Wiązania wodorowe pomiędzy atomami wiązań peptydowych C=O…H-N dwóch łańcuchów polipeptydowych

2. Wiązania wodorowe prostopadłe do łańcuchów polipeptydowych

3. Najczęściej łańcuchy polipeptydowe ułożone równolegle – współbieżne – ale np. w fibroinie jedwabiu łańcuchy przeciwbieżne – antyrównoległe

4. W łańcuchach polipeptydowych tworzących tę strukturę przeważająca obecność glicyny, alaniny, seryny, tyrozyny

• Kolagen

1. Potrójny helis zbudowany z trzech łańcuchów polipeptydowych

2. Skok śruby 0,86nm

3. Skład aminokwasów:

- glicyna 33%
- prolina i hydroksyprolina 21%

- alanina 11%

Co trzeci aminokwas to glicyna – bardzo giętka struktura

- struktura III rzędowa: przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego. Struktura ta jest stabilizowana przez wiązania:

• Wodorowe

• Disiarczkowe – S-S(mostki disulfidowe)

• Jonowe

• Hydrofobowe

- struktura IV rzędowa wzajemne przestrzenne ułożenie kilku łańcuchów polipeptydowych budujących białko(podjednostkę). Przy czym podjednostki te nie muszą być identyczne:

Wiązania:

• Wodorowe

• Jonowe

• Disiarczkowe

• Hydrofobowe

DEMATURACJA I HYDROLIZA

DENATURACJA BIAŁKA – zniszczenie struktury II, III i IV rzędowej powoduje utratę właściwości natywnych

DENATURACJA TRWAŁA – białko zostaje trwale pozbawione właściwości biologicznych

DENATURACJA ODWRACALNA – możliwa jest renaturyzacja i przywrócenie właściwości funkcjonalnych

Czynniki denaturujące:

1. Fizyczne
   - wysoka temperatura

- ultradźwięki

- promienie jonizujące

1. Chemiczne

- kwasy i zasady(zmiana pH – zerwanie wiązań hydrofobowych)

- jony metali ciężkich(wiązania disiarczkowe)

- detergenty(wiązania jonowe, wodorowe)

- mocznik(wiązania wodorowe)

- rozpuszczalniki organiczne(wiązania hydrofobowe)

CHEMICZNA DENATURACJA BIAŁEK – jony metali ciężkich zrywanie mostków disiarczkowych(wiązania kowalencyjne), tworzenie związków typu soli.

POTRANSLACYJNE MODYFIKACJE BIAŁEK

1. Rozerwanie wiązań chemicznych(głównie peptydowych)

a) ogrzanie od końca N- jednego, np. metioniny

b) hydroliza wewnątrz łańcuchowych wiązań peptydowych np. przekształcenie preprobiałek i probiałek w produkty ostateczne(np. preprokolagen lub preproinsulina, w której następuje odcięcie od N końca łańcucha sekwencji sygnowanej 2 i 4 aminokwasowej)

1. Modyfikacje grupy α – aminowej lub α- karboksylowej
   a) głównie acylowanie – np. N-formylogiczna lub N-acyloseryna (nieodrwracalna)
   b) modyfikacje grupy α – karboksylowej
   - przekształcenie w α- amidową pochodną

- ADP rybozylacja lizyny w histonie 1
- związanie tyrozyny z grupą α- karbonylową

1. Modyfikacja łańcuchów bocznych aminokwasów
   a) acetylacja(reakcja odwracalna, obejmuje głównie białka jądrowe)

b) fosforylacja – na atomie azotu w grupie aminowej (arginina, histydyna, lizyna) lub na atom tlenu asparaginianu oraz aminokwasów hydroksylowych(seryna, tyrozyna, treonina)

c) metylacja atomy azotu w aminokwasach zasadowych i glutaminie lub atomu tlenu w asparginie

d) racemizacja – α – asparaginianu w D- asparginian

e) ADP rybozylacja

f) hydroksylacja (proliny i lizyny)

g) glikozylacja (asparagina, seryna , treonina, cysteina )

h) kondensacja aldolowa (aldehydolizyny)

i) ubikwitynizacja

KWASY NUKLEINOWE

- biopolimery zbudowane z nukleotydów

Nukleotyd = zasada azotowa + cukier + reszta kwasu fosforowego

(purynowa lub pirymidynowa)(pentoza, ryboza lub deoksyryboza)

- dwa rodzaje kwasów nukleinowych różniących się budową, występowaniem w komórkach i funkcją biologiczną – DNA i RNA.

- nośniki informacji genetycznej, pośredniczą w produkcji białek(transkrypcja i translacja).

Źródło substratów dla kwasów nukleinowych:

- kwasy nukleinowe (oraz potrzebne substraty) są syntetyzowane na nowo w komórkach

- zasady purynowe i pirymidynowe zawarte w diecie nie są wbudowane do kwasów nukleinowych i tkanek

- analogi puryn i pirymidyn (leki przeciwnowotworowe) mogą być wbudowane do kwasów tylko po dodaniu dożylnym

- kwasy nukleinowe z pokarmu są degradowane do puryn i pirymidyn.

Zasady pirymidynowe:

W DNA:

- cytozyna

- tymina

W RNA:

- cytozyna

- uracyl

Zasady purynowe:

W DNA i RNA

- adenozyna

- guanina

Ważne pochodne zasad purynowych i pirymidynowych:

- hipoksantyna

- ksantyna

- kofeina

- kwas masłowy

- teofilina

- teobromina

Wykład piąty

PREKURSORY DNA I RNA

- nukleozydy:

Zasada + Cukier

(purynowa lub piramidowa) ( D-ryboza lub 2-deoksyryboza)

-nukleotydy:

Estry kwasu ortofosforowego i nukleozydów

BUDOWA KWASÓW NUKLEINOWYCH:

1.Struktura I-rzędowa- to kolejność ułożenia nukleotydów (sekwencja)

- struktura ta jest stabilizowana przez wiązania fosfodiestrowe łączące kolejne cukry: rybozy(deoksyrybozy), wiązanie pomiędzy grupą 3’-OH z jednej zasady z grupą 5-OH kolejnej zasady.

2.Struktura II-rzędowa, to przestrzenne ułożenie dwóch łańcuchów polinukleotydów (w DNA), lub struktura liścia koniczyny (fragmenty dwuniciowe RNA). Struktura ta jest stabilizowana przez:

- wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi zasadami- dwa wiązania wodorowe pomiędzy A T i trzy wiązania pomiędzy G C.

- oddziaływania typu ‘stacking’ – pomiędzy sąsiadującymi zasadami.

KWASY NUKLEINOWE

Denaturacja kwasów nukleinowych to zniszczenie struktury II-rzedowej.

Czynniki denaturujące:

- temperatura

-obniżenie pH roztworu

- niska siła jonowa.

Miarą denaturacji jest tzw. Temperatura topnienia DNA, czyli temperatura przy której zostaje zniszczona struktura II-rzędowa ( czyli dochodzi do zerwania wiązań wodorowych pomiędzy komplementarnymi zasadami).

Niższa temp. Topnienia dla DNA z przewagą par A-T.

Wyższa temp. Topnienia dla DNA z przewagą par G-C.

Miarą może być także absorbancja - wyższa dla zdenaturowanego DNA.

Hybrydyzacja - to termiczne rozdzielenie nici DNA na 2 pasma.

Po oziębieniu może dojść do:

- renaturacji, czyli odtworzeniu nici podwójnej

- połączenia (wiązaniami wodorowymi) z innym pasmem DNA lub RNA

Hybryd DNA-RNA jest niewrażliwy na działania RN-az (enzymów tworzących cząsteczki RNA)

BUDOWA DNA

- Liniowy, nierozgałęziony polimer, zbudowany z podjednostek nukleotydowych:

Nukleotyd w DNA = zasada (purynowa: A i G, pirymidynowa C i T) + cukier (pentoza- deoksyryboza) + reszta fosforanowa

- Zazwyczaj cząsteczka DNA składa się z dwóch komplementarnych przeciwbieżnych łańcuchów uformowanych w podwójną prawoskrętną helisę.

- James Watson i Francis Crick w 1953 przedstawili model podwójnej helisy DNA (został on ustalony na podstawie zdjęć krystalografii rentgenowskiej). Za odkrycie struktury DNA Watson i Crick otrzymali w 1962 r. Nagrodę Nobla.

BUDOWA RNA

- Liniowy, nierozgałęziony polimer, zbudowany z podjednostek nukleotydowych:

Nukleotyd w RNA= zasada (purynowa: A i G, pirymidynowa C i U) + cukier (pentoza-ryboza) +

Reszta fosforanowa

-RNA jest zazwyczaj jednoniciowy(postać dwuniciowa, występuję głównie jako materiał genetyczny niektórych wirusów). Jednak w wypadku cząsteczek jednoniciowych niekiedy dochodzi do parowania różnych odcinków tej samej nici- tworzenie fragmentów dwuniciowych decyduje to o strukturze całej cząsteczki.

-W komórce występuje wiele rodzajów kwasów rybonukleinowych różniących się pełnioną funkcją, masą cząsteczkową i strukturą.

RODZAJE RNA

1.informacyjne zwane matrycowym- mRNA

- heterogenne jądrowe (hnRNA) m.cz >10⁷ , głównie produkty transkrypcji DNA i przetwarzania surowego tran skryptu do mRNA

- cytoplazmatyczne (mRNA) m.cz.<10⁶

2.rybosomalne- rRNA

3.transferowe, przenośnikowe- tRNA

mRNA

- koniec 5’ RNA

Zakończony ‘czapeczką’ , trifosforan 7-metyloguanozyny przyłączony do 2-0-metylorybonukleozydu , a konkretnie do jego grupy 5-hydroksylowej przez reszty fosforanowe.

Translacja mRNA na białko zaczyna się od końca 5’.

- koniec 3’-RNA

Hydroksylowy z dołączonym polimerem zbudowanym z 200-250 nukleotydów adenylowych tzw. ‘ogon’ – Poli A

-synteza mRNA to transkrypcja- w procesie tym syntetyzowana jest kopia nici bezsensownej DNA komplementarnej do nici sensownej. Zsyntetyzowana cząsteczka mRNA zawiera informacje zawartą w genie (DNA) potrzebną do syntezy białka

-proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA - translacja

Struktura dojrzałego eukariotycznego mRNA

- cząsteczka na 5’ końcu (CAP)

- 5’ obszaru nieulegający translacji (5’UTR)

- sekwencja kodująca (CDS)

- 3’ obszar nieulegający translacji (3’UTR)

- ogon Poli-A

rRNA

- cytoplazmatyczna nukleoproteina- fabryka syntezy białka na na matrycach mRNA

tRNA

- transferowy (~75- nukleotydów)

- cząsteczki tRNA biorą bezpośredni udział w procesie syntezy białka- translacji, dostarczając kolejne aminokwasy

- każda komórka posiada przynajmniej 20 rodzajów cząsteczek tRNA odpowiadających 20 aminokwasom

- transportowany aminokwas łączy się do sekwencji końcowej, wiązanie estrowe pomiędzy grupą karboksylową aminokwasu a 3’ hydroksylową resztą adenozynową.