BIOCHEMIA

Wykład 6

Regulacja ekspresji genów - poziom I

Biosynteza białka enzymu - włączona lub wyłączona

Chymotrypsyna jest aktywowana proteolizą.

Enzymatycznie wydzielana jako proenzymy - forma nieaktywna.

Chymotrypsynogen jest syntezowany w trzustce i wydzielany do światła jelita cienkiego (nieaktywny), w którym znajduje się trypsyna, która wycina jednostki ( 2 aminokwasy - R15-116). Ze względu na mostki siarczkowe utrzymuje się struktura białka. Po działaniu trypsyny powstaje Chymotrypsyna π , która ma zdolność autokatalizy. Dwie jej cząsteczki ( Jedna - enzym, Druga - substrat) biorą udział w kolejnym wycięciu kolejnych 2 aminokwasów - T147-N148) i wtedy powstaje Chymotrypsyna aktywna.

Proteoliza ograniczona - z wielkiego białka wycinane są TYLKO specyficzne odcinki.

Inhibicja allosteryczna - W centrum allosterycznym przyłączane są związki o charakterze efektorów, powodują zmiany w kształcie centrum aktywnego. Wynikiem tego mogą być dwojakie działania - inhibicja bądź aktywacja.

II mechanizm:

Sprzężenie zwrotne: zw. A -(enzym1)-> zw. B -(enzym2)-> zw.C -(enzym3)-> …. ( jest to tzw. Ścieżka metaboliczna) W pewnym momencie produkt staje się inhibitorem, dla kolejnego związku. Przy pewnym stężeniu produkt ostatniej rekacji reaguje z enzymem grupy 1 i ją blokuje, lub drastycznie zwalnia.

KLASYFIKACJA ENZYMÓW

6 klas głównych ( x1 od 1 do 6 - zmienność na tej pozycji ; x2 - x4 od 1 do 99)

(EC. x1, x2, x3, x4)

Każda aktywność enzymu może być scharakteryzowana przez 6 głównych klas.

Nr enzymu ( szereg liczb) -> E.C.

EC.

1 - OKSYDOREDUKTAZY ( przenoszenie protonów i elektronów + tlen)

2 - TRANSFERAZY ( przenoszenie grup - reszt)

3 - HYDROLAZY ( reakcje hydrolizy)

4 - LIAZY ( rozpad wiązań chemicznych bez udziału wody)

5 - LIGAZY/SYNTETAZY ( wytwarzanie nowych wiązań udziałem ATP)

6 - IZOMERAZY ( przegrupowanie wewnątrz komówkowe)

Z wyjątkiem grupy 3 ( białka proste) są to enzymy zbudowane z białek złożonych. Wymagają współpracy koenzymu/gr. Prostetycznej (niebiałkowej).

KOENZYMY OKSYDOREDUKTAZ

Przyłączają się do centrum aktywnego enzymów klasy 1 ( przyłączają się luźno)

• Nukleotydy NIKOTYNOAMINOADENINOWE (NAD+, NADP+) - współdziałają z dehydrogenazami (podklasa oksydoreduktaz). Reagują bezpośrednio z uwodorowanymi związkami:
  x-H₂ + NAD+ x + NADH + H⁺

NADP+ - funkcja równoważnika redukcyjnego ( jako NAPDH jest donorem wodoru)

Na `ringu' fenolowym zachodzi przyjmowanie protonów i oddawanie elektronów. ( zmiana postaci `ringu' na chinonową)

• Nukleotydy FLAWINOWE (FAD - dinukleotyd flawinowy; FMN - mononukleotyd flawinowy). Zbudowany z układu izoaloksazylu - 3 skondensowanych pierścieni, do których przyłączona jest cząsteczka rybozy -> ryboflawina ( bez grup fosforowych). Współpracują z dehydrogenazami flawinowymi, reduktazami i oksydazami.

x-H₂ + NAD+ X + NADH + H⁺

y-H₂ + FAD y + FADH₂ ( zredukowana postać)

substraty odwodornione -> utlenione i przenoszony H⁺ na dinukleotydy.

- Reduktazy/oksydoreduktazy ( 2 funkcje enzymów flawinowych). Są to enzymy, które odbierają wodór ze zredukowanych NADH, same się redukując.

NADH + H⁺ +FAD NAD⁺(utleniony) + FADH₂

- Oksydazy np. oksydaza glukozowa ( jest syntezowana w kom. Mikroorganizmów, powstaje z reszty laktozowej(niestabilna) i FADH₂, a H przekazuje na ten atom i powstaje FAD i H₂O₂ .

β-D-glukoza + O₂ + FAD kwas D-glukonowy + H₂O₂ (rozkładany przez katalazę i peroksydazę)

glukoza + O₂ -(oksydaza glukozowa)-> glukonolakton + H₂O₂

glukonolakton + H₂O kwas D-glukonowy

H₂O₂ -(katalaza, peroksydaza)-> H₂O + ½ O₂

Glukoza + O2 kw. glukozowy (układ tych enzymów + katalizatory)

Zastosowanie enzymów glu-kat :

1. glukoniany szeregu metali - najbardziej przyswajalna forma tych minerałów (przemysł farmaceutyczny)

2. reakcje Maillarda - eliminowane przez enzymy - usunięcie glukozy

3. soki wchodzą w reakcje z O₂ (gdy chcemy odtlenić środowisko w którym jest glukoza)

Gdy usuwamy katalazę i dodajemy peroksydazę:

H₂O₂ + (ODA)_red -(peroksydaza)-> H₂O + (ODA)_utl

(ODA)_utl - wchodzi w reakcję(barwną) z β-D-glukozą. Reakcja używana w biosensorach - urządzenia do szybkiej analizy glukozy (diabetycy)

UBICHINON (koenzym Q)

Akceptor H+ w łańcuchu przenoszenia. Gr. Prostetyczna silnie związana z białkiem Zbudowany z pierścienia chinowego, podstawników i ogona. Rdzeń chinonowy + boczny łańcuch IZOPENTENOLOWY.

FADH₂ + CoQ utl FAD + CoQ red

CoQ red - przejmuje protony I elektrony na pierścien chinonowy.

Charakterystyczny związek dla łańcucha oddechowego ( mitochondria) ostatni etap spalania substancji.

PLASTOCHINON - analog ubichinonu, występuje tylko w chloroplastach ,przenoszenie protonów i elektronów w procesie fotosyntezy. Tylko rośliny go posiadają.

CoQ red + 2cyt b (Fe3⁺) CoQ utl + 2H⁺ + 2cyt b (Fe2⁺)

Protony się kumulują - impulsowe przenoszenie przez błony mitochondriów - synteza ATP, bądź ciepła.

Cytochrom b ( grupa prostetyczna hemu) - żelazo przyjmuje/oddaje elektrony.

KWAS LIPONOWY - grupa prostetyczna enzymów, bierze udział w procesach oksydacyjnej dekarboskylazy ( skrócenie łańcucha o 1 atom C i utlenienie go do CO₂).

W formie zredukowanej COOH - tworzy wiązanie peptydowe z grupą epsilon-aminową lizyny ( nie jest koenzymem)

Grupy SH - czynią związek podatny na tworzenie mostka disiarczkowego wewnątrz cząsteczek.

KOENZYMY PROSTETYCZNE transferaz, liaz, izomeraz i ligaz.

• ATP - koenzym transferaz ( donor ostatniej reszty fosforowej - kinaza ADP; difosfokinazaATP + 2 reszty kw. fosforowego)

AMP przenoszone jest (aminoacylowa reszta) powstaje aminoacylo-AMP produkt difosforanowa ; przeniesienie reszty adenozynowej synteza S-adenozyno-metioniny.

Metionina + ATP adenozynometionina + p + p~ (hydroliza do p)

SAM - donor grup metylowych.

CoASH - współdziała z enzymami przenoszącymi gr acylowe

• Kwas Foliowy CoF ( reszta ptercilowa + kw. p-aminobenzoesowy + kw. glutaminowy). Po uwodorowaniu przy G tworzy się kwas tetrafoliowy -> Co w reakcjiach przenoszenia reszt 1-węglowych, przenoszone do azotu o nr 10)

THF + ATP + HCOOH N¹⁰- formyloCo-THF + ADP + P

Kwas foliowy przenosi reszty metylowe, hydroksylowe i C=NH.

• Biotyna ( pierścień imidazowy + pierścień tiofenowi + reszta kwasu walerianowego) grupa prostetyczna karboksylaz zależnych od ATP. Np. karboksylazy pirogronianowej i karboksylazy CoA.

Biotyna (konieczna do reakcji karboksylacji/ dekarboksylacji) - enzym karboksybiotyna - enzym

• Tiamina ( reszta pirynudyny + n tiazolu) pirofosforan tiaminy. Koenzym enzymów kat. Reakcje kondensacji.

• Witamina B₆ ( fosforanu: pirydoksyny, pirydoksaminy, pirydoksalu)

Fosforan pirydoksaminy fosforan pirydoksalu

Bierze udział podczas racemizacji/transaminacji/dekarboksylacji aminokwasów.

• Wit C - przeciwutleniacz, zapobiega: peroksydacji lipidów, przemianie azotanów do nitrozoamin, utlenianiu jonów Fe²⁺) Nieznana funkcja Co.

Kw. askorbinowy (-2H)kw. dehydroaskorbinowy

Konieczna w procesie hydroksylacji proliny (biosynteza białek kolagenowych)

• Wit B₁₂ kobalamina, aktywna w procesie izomeracji kw. dikarboksylowych, przekształcenie rybonuklo- cośtam (niestety Pan przeskoczył na inny slajd)

• Wit A - Retinol, retinal, kw. Retinowy. Retinal - gr. Prostetyczna rodopsyny (białka kom. Siatkówki, kwant świetlny powoduje fotoizomeracjie 11-cis-retinalu do transretinalu) Posiada sprzężone układy wiązań podwójnych + układ pirydynowy.

• Wit D₃ - cholekalcyferol, budowa sterolowa. Ważny w homeostazie wapnia.

Skóra : światło + 7-dehydrocholesterol cholekalcyferol D₃

Wątroba: cholekalcyferol 25-hydroksycholekalcyferol

Nerki: 25-hydroksycholekalcyferol 1,2-dihydroksycholekalcyferol (kalcytriol)

Kalcytriol - podwyższa stężenie Ca²⁺ w osoczu; pobudza resorpcję Ca i P przez kości i absorbcję Ca²⁺ z diety w jelicie.

• Witamina E - α-tokoferol(właściwości przeciwutleniające) - występuje w olejach. Silny i efektywny przeciwutleniacz.

Witamina C + glutation redukują ult. Formę α-tokoferol do pierwotnej zredukowanej postaci.

D₃ + glutation potrzebne dla osób po bajpasach.