Replikacja DNA - proces, w którym podwójna helisa DNA ulega skopiowaniu; umożliwia ją parowanie zasad; 1 z łańcuchów w potomnej cząst DNA jest syntezowany de novo, 2 niezmieniony pochodzi z cząst rodzicielskiej; odbywa się to dzięki replikacji semikonserwatywnej
Polimerazy DNA katalizują dołączanie kolejnych jednostek deoksyrybonukleotydowych do tworzonego łańcucha DNA; (DNA)nreszt + dNTP → (DNA)n+1 + Ppi (dNTP = trifosforan deoksyrybonukleotydu)
W czasie replikacji z nicią matrycowego DNA musi być związany primer z wolną grupą 3'-OH, syntetyzowany przez polimerazę RNA (prymazę).
Do redukcji konieczne są aktywowane prekursory - 5'-trifosforany deoksyrybonukleozydów: (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) i Mg2+.
Polimeraza DNA działa od końca 3' do 5' (matryca), czyli syntetyzuje nową nić od 5' do 3'; z tego powodu nić wiodąca jest syntetyzowana w sposób ciągły, druga fragmentami (nić opóźniona tzw. fragm Okazaki).
Reakcja wydłużania łańcucha DNA odbywa się w kierunku 5' → 3' i zachodzi w wyniku nukleofilowego ataku grupy 3'-OH startera na atom P trifosforanu deoksyrybonukleozydu położony najbliżej deoksyrybozy; tworzy się wiązanie fosfodiestrowe i równocześnie zostaje uwolniony pirofosforan.
Jeśli nukleotyd nowo wprowadzony podczas polimeryzacji nie jest komplementarny do nukleotydu w matrycy, to polimeraza DNA go usuwa dzięki swej aktywności egzonukleazowej 3' → 5' (aktywność edytorska).
Struktura przestrzenna RNA - jednoniciowa; cząst RNA mogą mieć regiony, które tworzą komplementarne pary zasad po zmianie biegu łańcucha RNA w przeciwnym kierunku: struktura typu spinki do włosów (trzon + pętla) = II-rzędowa struktura RNA; cząst tRNA mają strukturę „liścia koniczyny”, w której trzy spośród czterech ramion są strukturami typu spinki.
Rodzaje i funkcje RNA: inform (mRNA) -matryca do syntezy białek (translacji); tRNA -przenosi zaktywowane aminokwasy do rybosomów, gdzie łączą się wiąz peptydowymi w kolejności określ przez matrycę mRNA; rRNA - gł skł rybosomów, pełni podczas biosyntezy białka funkcje katalityczne i strukturalne; niskocząst (snRNA) -bierze udział w usuwaniu intronów i łączeniu egzonów i kierowaniu białek na zewn kom lub do określ przedziałów wewnątrzkom.
Transkrypcja - synteza RNA na matrycy DNA, katalizowana przez polimerazę RNA (konieczne aktywowane prekursory: trifosforany rybonukleozydów - ATP, GTP, UTP i CTP, Mg2+ lub Mn2+); (RNA)n reszt + trifosforan rybonukleozydu ↔ (RNA) n + 1 reszt + PPi ; 5' → 3'; mechanizm elongacji jak w DNA
Kod genetyczny - współzależność między sekwencja zasad w DNA (lub mRNA stanowiącym jego transkrypt), a sekwencją aa w białkach; trójkowy 1 aa koduje 3 nukleotydy (kodon); niezachodzący; bezprzecinkowy; zdegenerowany niektóre aa są kodowane przez >1 kodon; uniwersalny; Trp i Met są kodowane każde przez 1 kodon
Metabolizm - Szlaki metaboliczne: kataboliczne (obejmuje reakcje rozkładu złożonych zw org na produkty proste, łańcuch oddechowy, glikoliza); Cząst paliwa kom (cukry, tłuszcze) → CO2 + H2O + energia użyteczna; anaboliczne (obejmują reakcje syntezy złożonych zw org ze zw prostych, biosynteza białek, lipidów, węglowodanów, asymilacja CO2 w przebiegu foto- lub chemosyntezy); Użyteczna energia + małe cząst→ złożone cząst; amfiboliczne (łączniki między ciągami anabol i katabol np. cykl Krebsa)
Adenozynotrifosforan (ATP): nukleotyd z adeniny, rybozy i trifosforanu; cząst bogata w energię, bo jego jednostka trifosforanowa ma 2 bezwodnikowe wiąz fosforanowe.
Cykl ATP/ADP: duża ilość energii jest uwalniania, gdy ATP ulega hydrolizie do ADP i ortofosforanu (Pi) lub gdy jest on hydrolizowany do AMP i pirofosforanu (PPi); ATP + H2O ↔ ADP + Pi + H+ + energia; tworzenie ATP z ADP i fosforanu (proces endoergiczny) nast w wyniku utleniania cząst pokarmu (chemotrofy) lub pochłaniania energii świetlnej (fototrofy).Źródła ATP: glikoliza i β-oksydacja kw tłuszcz, cykl Krebsa, fosforylacja oksydacyjna
Sposoby syntezy ATP: Fosforylacja oksydacyjna (przy udziale łańcucha odechowego), substratowa (w glikolizie ADP + fosforan + energia → ATP + H2O i cyklu Krebsa), fotosyntet (w kom rośl)
Glikoliza= rozpad glukozy do pirogronianu w cytoplazmie; Etap 1 -„inwestycyjny”: fosforylacja glukozy - ufosforylowana glukoza zostaje uwięziona w kom., r-a zasadniczo nieodwracalna, izomeryzacja glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu- r-a katalizowana przez izomerazę glukozo-fosforanową, fosforylacja fruktozo-6-fosforanu- r-a zasadniczo nieodwracalna katalizowana przez enzym allosteryczny - fosfofruktokinazę, który reguluje szybkość przebiegu glikolizy. Etap 2 - rozczepienie jednostki C6 do dwóch fragm C3 (2 r-e: rozpad fruktozo-1,6-bis-fosforanu -enzym aldolaza <- reakcja odwrotna- kondensacja aldolowa; izomeryzacja fosfotriozy
-fosfodihydroksyaceton może szybko zostać przekszt w aldehyd 3-fosfoglicerynowy dzięki izomerazie triozofosforanowej ->z każdej cząst fruktozo-1,6-bis-fosforanu tworzą się 2 cząst aldehydu 3-fosfoglicerynowego), Etap 3 - odzyskiwanie i uzyskiwanie energii użytecznej; fragm C3 utleniane są do pirogronianu z wytw ATP na drodze fosforylacji substratowej (5 r-ji: utlenianie aldehydu 3-fosfoglicerynowego do 1,3-bis-fosfoglicerynianu, kataliztor dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego z użyciem fosforanu nieorg i NAD+, zasoby NAD+ są w cytozolu ograniczone, więc NADH musi być ponownie utleniony, aerobowo odtwarzanie NAD+ zachodzi poprzez utlenianie NADH w łańcuchu oddechowym; powst ATP z 1,3-bis-fosfoglicerynianu -utworzone w 1,3-bis-fosfoglicerynianie wiąz fosforanowe o wys energii jest wykorzyst do syntezy ATP, przeniesienie grupy fosforanowej z 1,3-bis-fosfoglicerynianu na ADP katalizuje kinaza fosfoglicerynianowa, tworząc ATP i 3-fosfoglicerynian (fosforylacja substratowa)->odzyskanie zainwestowanej energii; fosforan z C3 do C2; dehydratacja 2-fosfoglicerynianu, katalizator enolaza, powst fosfoenolopirogronian (PEP), niskoenerget estrowe wiąz fosforanowe 2-fosfoglicerynianu-> wysokoenerget wiąz fosforanowe PEP; utworzenie pirogronianu, kinaza pirogronianowa katalizuje fizjologicznie nieodwracalne przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogronianu na ADP i utworzenie ATP i pirogronianu (fosforylacja substratowa) ->energia użytecznej (2 cząst ATP)
Wydajność energet glikolizy w warunkach beztlen: bilans: 2ATP + 2NADH (glukoza → glukozo-6-fosforan -1; fruktozo-6-fosforan → fruktozo-1,6-bisfosforan -1;1,3-bisfosfoglicerynian → 3-fosfoglicerynian (f.substr.) 2x +2; fosfoenolopirogronian → pirogronian (f.substr.) 2x +2 = +2 ATP)
Znaczenie glikolizy - dostarcza energii potrzebnej do procesów życiowych, jedyna droga metabol u zwierząt, dostarcz ATP w nieobecn tlenu, w org tlenowych etap wstępny cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego
Pirogronian-> mleczan: zużyty NAD+ musi być zregenerowany aby kontynuować glikolizę, przy ogranicz ilości O2 udział dehydrogenazy mleczajowej: pirogronian + NADH + H+ ↔ mleczan +NAD+ ; tlenowo regeneracja NAD+ <- reoksydacja NADH przez łańcuch oddechowy
Pirogronian-> etanol: regeneracja NAD+, beztlenowo kontynuacja glikolizy, np.drożdże; 1) dekarboksylacja: pirogronian + H+ ↔ aldehyd octowy + CO2, 2) redukcja aldehydu do alkoholu, przy czym reoksydacja NADH do NAD+: aldehyd octowy + NADH + H+ ↔ etanol + NAD+
Wejście pirogronianu do cyklu Krebsa- oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu (katalizator dehydrogenaza pirogronianowa obecna w matrix mitochondrialnym, po czym acetylo-CoA -> cykl Krebsa: pirogronian + NAD+ + CoA-SH ↔ acetylo-CoA + CO2 + NADH + H+
Regulacja glikolizy: miejsca kontroli- enzymy katalizujące reakcje zasadniczo nieodwracalne; ich aktywność regulowana jest przez odwracalne wiązanie się czynników allosterycznych lub kowalencyjną fosforylację (kinaza pirogr) 1)aktywność heksokinazy jest hamowana przez produkt - glukozo-6-fosforan 2)katalizator fosfofruktokinaza hamowany allosterycznie przez wzrost stęż: ATP, cytrynianu, H+; aktywowany przez AMP 3)Kinaza pirogronianowa kontroluje wpływ metabolitów glikolizy, aktywowana przez fruktozo-1,6-bisfosforan (przyspiesza glikolizę na tym etapie), hamowana przez wys.stęż ATP i pośrednio przez niskie stęż glukozy
Glukoneogeneza- synteza glukozy z niewęglowodanowych prekursorów (proces anaboliczny)
Cykl Krebsa w mitochondriach eukariontów i w cytozolu prokariotów; 1) kondensacja szczawiooctanu z acetyloCoA, przy udziale syntazy cytrynianowej ->cytrynian (kw trójkarboksylowy) 2) jego izomeryzacja do izocytrynianu, katalizator akonitaza, grupa -OH z atomu C na C sąsiedni 3)oksydacyjna dekarboksylacja izomeru cytrynianu przy udziale dehydrogenazy izocytrynianowej (odłączenie CO2, utworzenie NADH)-> α-ketoglutaran, 4)jego oksydacyjna dekarboksylacja przy udziale kompleksu dehydrogenazy α-ketoglutaranowej (odłączenie CO2, utworzenie NADH) -> bursztynylo-CoA zawierający wiąz tiestrowe o wys energii 5)rozerwanie wiąz przez Pi, przeniesie go na GDP-> bursztynian i 1 wysokoenerget wiąz w postaci GTP (na drodze fosf subst.), 6) utlenienie bursztynianu przy udziale dehydrogenazy bursztynianowej do fumaranu (FAD odbiera z bursztynianu 2 at.H-> FADH2), 7) jego uwodnienie do jabłczanu (fumaraza) (gr -OH przy C obok C karboksylowego) 8) utlenienie jabłczanu przez dehydrogenazę jabłczanową regeneruje szczawiooctan (H jest przeniesiony na NAD, -> NADH)
W jednym obrocie cyklu Krebsa powstają: 3 NADH, 1 FADH2, 1 ATP, suma:12 cząst ATP/1 obrót; Utlenienie 1 cząst glukozy → 2 obroty cyklu Krebsa; Acetylo-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O → 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H+ + CoA
Znaczenie cyklu Krebsa: Utlenianie pirogronianu (wytwarzanego w procesie glikolizy) do CO2 i H2O; końcowy wspólny szlak utleniania cząst mat energet, nie tylko pirogronian jest utleniany do acetylo-CoA, ale kw tłuszcz i niektóre aa też wytwarzają acetylo-CoA jako gł produkt rozpadu; główne źródło energii wykorzystywanej do syntezy ATP; powst w nim prekursory dla wielu szlaków biosyntez
Tlen cząsteczkowy nie bierze bezpośrednio udziału w cyklu Krebsa
Cykl może funkcjonować jedynie w warunkach tlenowych, ponieważ NAD+ i FAD mogą być zregerowane w mitochondriach tylko przez transport elektronów do O2
Łańcuch transportu elektronów (oddechowy) i synteza ATP (fosf oksydacyjna): Cząst NADH i FADH2oddają swoje elektrony o wys energii na łańcuch oddech. w wewn błonie mitochondrialnej (eukariota) lub błonie kom (prokariota); elektrony są przenoszone wzdłuż łańcucha do O2, koenzymy ulegają reoksydacji, a uwolniona energia jest wykorzyst do syntezy ATP; łańcuch oddechowy -reakcja oksydoredukcyjna; NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O; Biol utlenianie H - przeniesieniu elektronów przez wiele układów redox (energia uwalnia się małymi porcjami i może być wykorzyst dzięki sprzęgnięciu tych ukł z reakcjami magazyn. energię w sposób chem (ATP)
Łańcuch oddechowy składa się z prawie 40 białek, zgrupowanych w postaci 3 dużych (k. dehydrogenazy NADH, cytochromów b-c1, oksydazy cytochromowej) i 2 mniejszych kompleksów enzymatycznych, elem ruchomymi ł.o. są ubichinon i cytochrom c; Transport elektronów powoduje gradient protonowy w poprzek błony; Gradient protonowy napędza syntezę ATP (fosforylacja oksydacyjna)1 NADH = 3 ATP; 1 FADH2 = 2 ATP
Porównanie oddychania tlen i beztlen: tlenowo w wyniku utlenienia 1 cząst glukozy powstaje 38 (36) cząsteczek ATP, a beztlenowo (fermentacja mlekowa lub alkoholowa) -> 2 cząst ATP