FAD-dwunukleotyd flawinoadeninowy

FMN-mononukleotyd flawinowy

NAD⁺-dwunukleotyd nikotynoamidoadeninowy

NADP⁺-fosforan dwunukleotydu nikotynoamidoadeninowego

ATP-adenozynotrójfosforan

ADP-adenozynodwufosforan

Struktura DNA: Struktura przestrzenna- podwójny heliks z dwóch nici owinietych wokół siebie i biegnących w pzreciwnych kierunkach. Ściśle określona sekwencja zasad niesie z sobą informacje genetyczne. DNA jest spotykany głównie w jądrze komórkowym, mitochondriach i chloroplastach. Cztery podstawowe regularności w budowie DNA- 1 suma zasad purynowych(A i G)= sumie zasad pirymidynowych (C i T), 2 suma zasad z grupą 6-aminową A i 4-aminową C jest równa sumie zasad z grupą ketonową G=T; 3 ilość adeniny jest równa ilości tyminy A=T; 4 ilość guaniny jest równa ilości cytozyny G=C. Struktura podwójnego heliksu: 1 dwa odwrotnie skierowane łańcuchy polinukleotydowe zwinięte we wspólny heliks oplatają wspólną oś, 2 płaszczyzny zasad są prostopadłe do osi podwójnego heliksu, a płaszczyzny pierścieni dezoksyrybozy są prostopadłe względem zasad, 3 na pełny skręt heliksu przypada 10 zasad w każdym łańcuchu, 4 kolejność zasad w łańcuchu polinukleotydowym jest ograniczona, a określona sekwencja zasad to informacja genetyczna

Struktura RNA i podział: cząsteczki RNA są jednoniciowe. Zamiast tyniny wystepuje uracyl A=U, G=C. zamiast dezoksyrybozy jest ryboza bogata w tlen. W niektórych fragmentach nić może być podwójna jest to jednak zjawisko rzadkie. Ryboza jest bardziej reaktywna od dezoksyrybozy ze względu na obecność grupy -OH. RNA wyst zarówno w cytoplazmie jak i w jądrze komórkowym. Rodzaje: mRNA-matrycowy=informacyjny-przenosi informacje z jądra na rybosomy, rRNA-rybosomalny-wchodzi w skład rybosomów, gdzie pełni funkcje strukturalne, gdyż w połączeniu z określonymii białkami i mRNA stanowi matryce do wytwarzania łańcucha polipeptydowego,tRNA transportujący-wiąże i przenosi zaktywowane aminokwasy do miejsc syntezy białka, czyli rybosomów.

Wzajemne zależności między DNA i białkami:- replikacja DNA przeprowadzana jest przez białka enzymatyczne, nacinające nić, rozplatające, wiążące i stabilizujące, -zapis budowy białka w budowie DNA (kod genetyczny): uniwersalny-wszystkie organizmy wykorzystują ten sam kod; tripletowy-trzy kolejne nukleotydy to aminokwasy; bezprzecinkowy-nie ma miejsc pustych; niejednoznaczny- jeden aminokwas jest kodowany przez więcej niż jedną trójkę; zdeterminowany-jedna trójka to jeden aminokwas.

Fosforylacja oksydacyjna. ADP+H₃PO₄+energia uwalniana podczas przenoszenia wodorów i elektronów ATP

Czynnikiem regulującym prędkość przepływu elektronów jest sprzężony z systemem łańcucha oddechowego proces fosforylacji oksydacyjnej, czyli mechanizm wiążący energię wyzwalającą się w poszczególnych etapach. Dzięki obecności kolejnych przenośników energia swobodna rozkłada się na kilka reakcji i jest wydzielana porcjami, które są znacznie lepiej absorbowane przez biologiczne akceptory.

Fosforylacja substratowa. Umożliwia organizmom regenerację ATP. Polega na utlenieniu fosforanowej pochodnej dzięki czemu wiązanie z resztą PO₃H₂ zostaje podniesione na wyższy poziom energetyczny i przekształca się w wiązanie makroergiczne. Ma ona ograniczone znaczenie w porównaniu z fosforylacją oksydacyjną czy fotosyntetyczną.

Fosforylacja fotosyntetyczna. Barwniki uczestniczące w fotosyntezie ulegają aktywacji pod wpływem padających na nie kwantów świetlnych, a wybite z nich elektrony odbywają wędrówkę poprzez specyficzne przenośniki, podobnie jak w mitchondrialnym łańcuchu oddechowym. Pomiędzy kolejnym przenośnikami biologicznymi, o stopniowo wzrastającym potencjale oksyoredukcyjnym, występują różnice potencjałów, które są równoważne odpowiednim spadkom energii swobodnej. Część tej energii może być wykorzystane do zmiany w energię chemiczną. Dlatego wędrówka elektronów wybitych przez fotony i związana z nią synteza ATP jest określana jako fosforylacja fotosyntetyczna. U roślin mamy dwa rodzaje fotosyntetycznaj fosforylacji: cykliczną, niecykliczną.

Replikacja - podwojenie nici DNA. SubstratyL: matryca+tiofosforany, tiofosforany nukleotydowe. Odbywa się przed mitozą i mejozą, przeprowadzana jest przez białka enzymatyczne nacinające nić, rozplatające, wiążące i stabilizujące. Do aparatu replikacji należą enzymy: polimeraza DNA, ligaza DNA, prymaza DNA. Replikacja jest semikonserwatywna - jedna stara, druga nowa nić. Tworzą się widełki replikacyjne. Miejsce inicjacji jest ściśle określonym miejscem w chromosomie. Wierność procesu replikacji jest b. duża, określona jest ona przez zasady. Pomyłki naprawiane są przez aparat korekcyjny, błędny kawałek jest wycinany. Replikacja nie zaczyna się nigdy od samego końca DNA, muszą być fragmenty DNA do rozpoznania przez aparat enzymatyczny. Telomeraza (enzym) odbudowuje sekwencje telemerowe na końcach DNA.

Transkrypcja - przepisywanie z DNA na mRNA informacji genetycznej w oparciu o regułę komplementarności zasad, proces podobny do replikacji, lec bierze w nim udział tylko jedna nić heliksu.

Translacja - synteza białka. Rozpoczyna się aktywacją aminokwasu przez syntetazy aminoacylo-tRNA aminokwas+ATP-asminoacylo AMP. Trzy fazy biosyntezy: - inicjacja- dołączenie tRNA do miejsca P, dołączenie mRNA i połączenie się dwóch podjednostek do miejsca inicjacji rybosomu, - elongacja - każdy tRNA dołącza się do miejsca A. Transferaza peptydowa przenosi peptyd z miejsca P na aminokwas dołączony do tRNA w miejscu A. Następnie mRNA przesuwa się wzdłuż rybosomu o jeden kodon, a w tym czasie pusty tRNA usuwa się tylko taki tRNA, którego antykodon jest komplementarny do kodonu tego odcinka, który akurat znajduje się w rybosomie. - terminacja - pojawia się kodon nonsensowny terminacyny, następuje zastopowanie biosyntezy białka. mRNA zawiera w sobie kodony (3 nukleotydy) pasujące do konkretnego antykodonu tRNA

Ketogeneza-powstawanie Acetylooctanu i Hydroksymaślanu (produkty przemiany materii) powstają podczas: rozpadu Leucyny, przemiany fenyloalaniny do tyrozyny, a także z rozkładu kw. tłuszczowych w wątrobie. Zw. te z wątroby dostają się do krwioobiegu, a z niego do tkanek, gdzie ulegają przemianom do Acetoacetylo CoA-> Acetylo CoA->cykl Crebsa

Cykl mocznika Proces jako całość jest endoergiczny i wymaga dostarczenia w warunkach fizjologicznych energii swobodnej ok. 58 kJ/mol. Dlatego w tym procesie niezbędny jest udział ATP i karbomylofosforanu.

Cykl mocznikowy lub ornitynowy jest to cykl przemian trzech aminokwasów, w których po przyłączeniu cząsteczki NH₃ powstaje mocznik. Jest to związek mniej toksyczny od amoniaku, a jego stężenie w moczu może być większe, co daje oszczędność wody.

Synteza mocznika odbywa się w mitochondriach, dlatego że tu zlokalizowane są enzymy cyklu mocznikowego, który zazębia się częściowo z cyklem kwasu cytrynowego.

Przemianom ulegają aminokwasy i kwasy organiczne. Polegają one na na przyłączaniu lub odłączaniu od nich cząsteczek grupy aminowej.

Powstały w tym procesie alfa-ketokwas jest „szkieletem” węglowym aminokwasu i może być poddany przemianom. Mogą być z niego syntezowane cukry, tłuszcze lub ciała ketonowe lub może być przekształcony do acetylo-CoA. Powstaje też amoniak (oprócz alfa-ketokwasu), który przy udziale energii łączy się z CO₂ w wyniku czego powstaje karbonylofosforan, który zostaje włączony do cyklu mocznikowego.

Cykl Krebsa - acetylo-CoA łączy się z kwasem szczawiooctowym i powstaje kw. cytrynowy. Ulega on dehydrogenacji i dekarboksylacji i powstaje kwas alfa-ketoglutarowy. Teraz on ulega dehydrogenacji, dekarboksylacji i synteza jednej cząsteczki ATP. Powstaje kwas bursztynowy, który ulega dehydrogenacji i tworzy się kwas fumarowy. Ulega on uwodnieniu i powstaje kwas jabłkowy. Ten ulega dehydrogenacji i tworzy się kwas szczawiooctowy. Cykl Krebsa musi zajść dwa razy, żeby utlenić dwie cząsteczki aceylo-CoA. Acetylo-CoA zostaje utleniony z wydzieleniem CO₂, wodoru związanego przejściowo przez NAD, FAD oraz niewielkiej ilości energii. Cykl Krebsa zachodzi w matrix mitochondrium. a)glikoza - zachodzi w cytoplazmie. Polega na uaktywnieniu substratu oddechowego jakim jest glukoza przez 2 cząsteczki ATP. Ulega ona przemianie w fruktozo-1,6 dwufosforan, który ulega rozpadowi na dwa łańcuchy trójwęglowe: powstają 2 cząsteczki PGAL (aldehyd 3-fosfoglicerynowy). Odłącza się wodór w wyniku dehydrogenacji i powstają 2 cząsteczki kwasu 1,3-dwufosfoglicerynowego. Od tego kwasu dwa razy zostają odłączone reszty fosforanowe, dochodzi do fosforylacji substratowej, powstają 2 cząsteczki PGA (kwas -fosfoglicerynowy). Od niego odłącza się reszta fosforanowa i powstają 2 cząsteczki kwasu pirogronowego. W czasie tych przemian powstaje zredukowany przenośnik wodorowy NADPH2, a wydzielona energia jest skumulowana ATP. Kwas pirogronowy ulega redukcji do alkoholu etylowego i kwasu mlekowego. Z NADH2 jest odzyskiwany NAD do glikolizy. Drożność glikolizy zależy od NAD.

BIOSYNTEZA I ROZPAD GLIKOGENU-polisacharyd właściwy występujący gł.w roślinach, pełni rolę substancji zapasowej. Zbudowany jest z glukozy jako podstawowej jednostki. Biały proszek-typowy koloid w wodzie, nierozpuszczalny w alkoholu. Powstaje z cukrów prostych w procesie glukogenezy lub glikogenezy. W organizmach zwierząt występuje w wątrobie i mięśniach, a także w drożdżach, bakteriach, grzybach, w roślinach wyższych. Glikogen w wątrobie umożliwia utrzymanie stałego poziomu glukozy we krwi w mięśniach. Glikogen może powstać z substratów, czyli z galaktozy i fruktozy.

Enzymy - budowa i mechanizmy działania

Niektóre enzymy to białka proste, większość jednak to białka złożone - ptoteidy. Enzymy będące białkami złożonymi składają się z:

- apenzymu - duża cząstka białkowa

- koenzymu - mniejszy składnik niebiałkowy (należący przeważnie do grupy witamin B)

Rolę grup prostetycznych (koenzymu) pełnią wysoko cząsteczkowe połączenia organiczne o charakterze nukleotydów, w ich skład wchodzą witaminy lub niektóre metale (Cu,Fe,Mo, Co)

W reakcji katalizowanej przez enzym powstaje połączenie substratu i enzymu. Powstaje kompleks aktywny, który ulega dalszym przemianom.

W tworzeniu tego kompleksu bierze udział określony fragment łańcucha peptydowego enzymu zw. centrum aktywnym. W centrum aktywnym występują aminokwasy zawierające w łańcuchu bocznym grupy funkcyjne (np. SH, OH) zdolne do wiązania się z substratem. Nie cała cząsteczka białka uczestniczy w katalizie w równym stopniu, a tylko jej określony fragment(centrum aktywne) cechuje się ona kolejnością występowania określonych aminokwasów i konfiguracją przestrzenną. Zniszczenie centrum aktywnego (inaktywacja enzymu) lub powstanie kompleksu nieaktywnego (inhibitor kompetencyjny) blokuje centrum.

E+S ES E+P

S- substrat

ES - kompleks

P - produkt

Zarys łańcucha polinukleotydowego-DNA i RNA mają strukturę liniową, tzn. są zbudowane z długich powiązanych ze sobą łańcuchów nukleotydów. Łańcuch składa się z ułożonych na przemian cząsteczek rybozy RNA lub dezoksyrybozy DNA i fosforanu, a zasady zostają na zewnątrz łańcucha. Poszczególne nukleotydy są ze sobą powiązane wiązaniami diestrowymi-poprzez fosforan.

β-oksydacja kwasów tłuszczowych:

1.aktywacja:

-1ATP

-AcetyloCoA(przyłączenie kwasu do grupy tiolowej)

2.acylokarnityna-transport kwasu przez błony mitochondrium

tioester-kwas połączony z AcetyloCoA-forma aktywna.

3.rozpad:

a)odwodorowanie-dehydrogenaza AcetyloCoA. Powstaje kwas nienasycony CH=CH i FADH₂

b)hydrataza enoiloS-CoA. Do podwójnego wiązania dołącza się woda, powstaje β-hydroksykwas.

c)dehydrogenacja na NAD, powstaje nietrwały tioester β-oksokwasu

d)rozerwanie cząsteczki, powstaje AcetyloCoA i aktywny kwas tłuszczowy skrócony o C₂ .

AcetyloCoA może być ponownie włączony do reakcji(bez rozkładu ATP)aż rozłoży cały kwas do zw.C-2, czyli do A.CoA. Uwodorowanie NADH₂ i FADH₂ zostają utlenione w łańcuchu i ponownie włączone do procesu jako NAD i FAD. AcetyloCoA ulega utlenieniu w cyklu Krebsa do CO₂.

4 -oksydacja kwasów tłuszczowych.

Kwasy tłuszczowe powstałe na skutek hydrolizy lipidów są chemicznie stabilne i do zapoczątkowania rozkładu wymagają aktywacji. Następuje ona z udziałem ATP i CoA, zgodnie z reakcjami katalizowanymi przez acylo-S-CoA. Proces ten odbywa się poza mitochondrium a przeniesienie reszty acylowej przez błonę mitochondrialną następuje z udziałem karnityny, która przekazuje te resztę na cząsteczkę Co-A-SH. Reakcja jest odwracalna i katalizowana przez zcylotransferaze karnitynowa. W powiązaniu z CoA, a wiec w aktywnej formie tioestru, kwas tłuszczowy podlega kolejno przemianom prowadzącym do skrócenia łańcucha o jednostkę C2, która odłącza się w formie acetylo- S- CoA. Przemiany te to:

1)z udziałem dehydrogenazy acylo-S-CoA następuje odwodorowanie substratu do 2,3-dehydroacylo- S- CoA. Z enzymem współdziała FAD.

2) przez hydrataze enoilo-S-CoA do podwójnego wiązania jest przyłączana cząsteczka wody w wyniku czego tworzy się 3-hydroksyacylo-S-CoA

3) dehydrogenaza 3-hydroksyacylo-S-CoA współdziałająca z NAD⁺ katalizuje przeniesienie pary protonów i elektronów z aktywnego 3-hydroksyacylu na NADs24⁺

4) powstały 3-oksoacylo-S-CoA, jako tioester 3-oksokwasu, jest związkiem, który przy udziale acylotransferazy acetylo-S-CoA, drugiej cząsteczki CoA i fosforanu pirydoksalu, ulega rozpadowi.

W efekcie powstaje acetylo-S-CoA, która wchodzi do puli metabolicznej oraz cząsteczka aktywnego kwasu tłuszczowego, skróconego o jednostkę C2. Skrócony acylo-S-CoA wchodzi w kolejny obrót spirali i ulega skróceniu o kolejna cząsteczkę C2, aż do wytworzenia acyloacetylo-S-CoA. Związek ten rozpada się do dwóch cząsteczek acetylo-S-CoA.

-oksydacja kwasów tłuszczowych dostarcza acetylo-CoA

---