Zestaw I
Struktury i funkcje białek
W budowie białka wyróżnia się 4 zasadnicze poziomy organizacji łańcucha polipeptydowego:
- struktura I rzędowa - jest określona przez sekwencję (kolejność) aa połączonych wiązaniami peptydowymi w łańcuchu polipeptydowym. Sekwencja pierwszorzędowa determinuje wyższe struktury.
- struktura II rzędowa - przestrzenne ułożenie reszt aa sąsiadujących ze sobą w sekwencji liniowej (wiązania wodorowe, jonowe, disiarczkowe, oddziaływania hydrofobowe, wiązania van der Waalsa, estrowe, O, N - glikozydowe).
Najbardziej stabilnymi rodzajami struktury drugorzędowej białek są alfa-helisa i kartka beta.
Alfa-helisa
beta-harmonijka
beta-zakręt
- struktura III rzędowa - określa przestrzenny kształt całego łańcucha polipeptydowego, powiązania przestrzenne i wzajemne ułożenie reszt aa oddalonych od siebie w sekwencji liniowej oraz lokalizację mostków disiarczkowych. Określa przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego. Trzeciorzędowa struktura białka jest utrzymywana głównie przez wiązania jonowe, oddziaływania hydrofobowe oraz przez mostki disiarczkowe.
- struktura IV rzędowa - w białkach zbudowanych z więcej niż jednego łańcucha polipeptydowego. Określa wzajemne ułożenie przestrzenne podjednostek i rodzaj ich kontaktu (hemoglobina, kolagen, wirus polio, Rynowirus 14).
Rola białek, funkcje:
- enzymatyczna - prawie wszystkie enzymy są białkami, zwiększają szybkość reakcji o około 1 mln razy. Istnieje kilka tysięcy enzymów, z których każdy katalizuje swoistą dla siebie reakcję chemiczną np.: trypsyna, pepsyna, rybonukleaza, dehydrogenaza alkoholowa, katalaza, fosfofruktokinaza.
- budulcowa, strukturalna:
α - keratyna - włosy, paznokcie
kolagen
elastyna - białko tkanki łącznej, odpowiedzialnym za zdolność tkanek do rozciągania i powrotu do uprzedniego kształtu. Nie jest tak rozpowszechniona jak kolagen, ale występuje w dużych ilościach w tkankach, które wymagają takich właściwości fizycznych, a więc np.: w płucach, dużych tętnicach i niektórych więzadłach sprężystych
białka błonowe - białka strukturalne
przyleganie komórek - np. katcheryny
- magazynowa:
ceruloplazmina - białko magazynujące Cu
ferrytyna - białko magazynujące Fe3+
mioglobina - magazynuje O2 w mięśniach
- transportowa:
hemoglobina - transport O2 we krwi
transferyna - transport Fe2+
albumina - transport np. leków
- regulacyjna - regulacja przebiegu procesów biochemicznych
hormony: peptydowe, białkowe np. GH, PRL
białka represorowe - hamują transkrypcję genów,
kontrola przenikalności błon - regulacja stężenia metabolitów w komórce,
- ochronna:
immunoglobuliny - układ odpornościowy
trombina, fibrynogen - ochrona przed utratą krwi
- ruch uporządkowany:
aktyna, miozyna - skurcz mięśnia
tubulina - białko mikrotubul biorące udział w podziałach komórkowych
- rola buforowa:
we krwi - albuminy
- wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych:
białka receptorowe - rodopsyna (białko fotoreceptorowe, występujące w siatkówce oka).
2. Biosynteza kwasów tłuszczowych - przebieg, regulacja.
Biosynteza kwasów tłuszczowych odbywa się przede wszystkim w wątrobie, w cytoplazmie komórek tłuszczowych (adipocyty, lipocyty), w nerce i gruczole mlekowym. Do procesu potrzebny jest acetyloS-CoA i NADPH+H+, a dawcą energii jest ATP. Acetylo-S-CoA powstaje w oksydacyjnej dekarboksylacji pirogronianu lub w beta-oksydacji kwasów tłuszczowych, rozpadzie ciał ketonowych i szkieletów węglowodorowych niektórych aminokwasów. Żródłem NADPH+H+ jest szlak pentozofosforanowy i dekarboksylacja jabłczanu przez enzym jabłczanowy.
W biosyntezie kwasów tłuszczowych wyróżnić można kilka etapów:
1. Aktywacja acetylokoenzmu A przez karboksylazę do malonylo-koenzymu A w obecności ATP i biotyny. Zatem acetylokoenzym A ulega karboksylacji do malonylokoenzymu A (malonylo-CoA).
2. Wydłużanie łańcucha kwasów tłuszczowych przebiega na kompleksie enzymatycznym - syntetazie kwasów tłuszczowych (enzym o strukturze dimerycznej). W skład syntetazy wchodzi białko przenoszące acyl ACP (Acyl Carrier Protein). ACP przenosi acyle, czyli produkty pośrednie. ACP zawiera z kolei kwas pantotenowy w formie 4'fosforanu panteteiny. Na początku inicjująca cząsteczka acetylo-CoA łączy się z grupą -SH cysteiny (r. katalizowana przez transacylazę acetylową). Malonylo-coA łączy się z sąsiadującą grupą -SH 4'fosfopanteteiny należącej do ACP drugiego monomeru, co jest katalizowane przez transacylazę malonylową i wytwarza się acetylo(acylo)malonyloenzym. Następnie wydzielony jest CO2 i w wyniku działania syntazy 3-ketoacylowej i powstaje 3-ketoacyloenzym, co uwalnia grupę SH cysteiny związana przez grupę acetylową.
3. Etap redukcji odbywa się przy udziale NADPH+H+ i reduktazy 3-ketoacylowej. Dochodzi do redukcji, odwodnienia i ponownej redukcji grupy 3-ketoacylowej, dzięki czemu powstaje odpowiedni 2,3-nienasycony acylo-S-enzym. Nowa cząsteczka malonylo-CoA łączy się z grupą -SH 4'fosfopanteteiny, wypierając nasyconą resztę acylową na wolną grupę -SH cysteiny.
4. Powyższa sekwencja reakcji powtarza się jeszcze 6 razy, aż do powstania palmitylowego rodnika. Jest on uwalniany z kompleksu enzymatycznego z udziałem tioesterazy. Wolny palmitynian musi zostac zaktywowany do acyloCoA, zanim będzie mógł wejść do innego szlaku netabolicznego. Zazwyczaj ulega estryfikacji do acylogliceroli.
CH3CO ~ S-CoA + 7HOOC-CH2CO~S-CoA + 14 NADPH + 14 H+ à CH3(CH2)14CO~S-CoA + 7 CO2 + 7 HS-CoA + 14 NADP+ + 6H2O
(wydaje mi się, że lepiej przejrzeć ten cykl z rysunkiem z Harpera)
Regulacja lipogenezy
stan odżywienia - synteza kwasów tłuszczowych jest lepsza u dobrze odżywionych, gdy w diecie jest dużo węglowodanów.
etap karboksylazy acetyloCoA - karboksylaza acetyloCoA to enzym allosteryczny aktywowany przez cytrynian, który jest wskaźnikiem obfitego dostarczania acetylo-CoA. Hamowany przez acyloCoA o długim łancuchu węglowym.
acyloCoA może hamowac mitochondrialny transporter trójkarboksylanów i w ten sposób zapobiegać wychodzeniu cytrynianu z mitochondriów do cytozolu.
insulina pobudza lipogenezę (wzmaga transport glukozy do komórki, zmienia nieaktywną postać dehydrogenazy pirogronianowej w aktywną, aktywuje karboksylazę acetyloCo, poprzez zdolność do zmniejszania stęż. wewnątrzkomórkowego cCAMP, hamuje lipolizę).
3. Katabolizm nukleotydów pirymidynowych.
Rozpad cytozyny i uracylu odbywa się wspólnym szlakiem metabolicznym. Wolna cytozyna zostaje przeniesiona do uracylu w wyniku deaminacji zachodzącej pod działaniem deaminazy cytozynowej. Podwójne wiązanie w pierścieniu uracylu zostaje wysycone dwoma atomami wodoru, pochodzącymi z NADPH+H+. reakcje katalizuje dehydrogenaza dihydrouracylowa. Powstaje dihydrouracyl. Działanie dihydropirymidynazy powoduje otwarcie pierścienia dihydrouracylu. Powstaje beta-ureidopropionian, który pod wpływem ureidopropionazy rozpada się do końcowych produktów przemiany zasad pirymidynowych: beta-alaniny, NH3 i CO2. Beta-alanina powstała w tym procesie jest wykorzystywana jako substrat do biosyntezy CoA-SH.
Rozpad tyminy (metylouracylu) przebiega tym samym szlakiem, ale produktem końcowym jest metylowa pochodna beta-alaniny (beta-aminoizomaślan).