1. Co stabilizuje strukturę białek (na przykładzie keratyny)?

KERATYNA- struktura dwuniciowej superhelisy skręconej α-helikalnie.

Białka są stabilizowane strukturami I, II, III, IV rzędowe. W przypadku keratyny jest to struktura II-rzędowa, zatem stabilizowana:

• Sekwencja połączonych aminokwasów- zawiera również kowalencyjne wiązania dwusiarczkowe między resztami cysteiny

• Struktura II-rzędowa powoduje regularne fałdowania rejonów łańcucha polipeptydowego, w tym przypadku jest to α-helisa, utrzymywana dzięki wiązaniom wodorowym przebiegającym równolegle do osi helisy

2. Inhibitory kompetycyjne. Czy mogą być lekami, jak ustalić ich dawkowanie?

INHIBITOR KOMPETYCYJNY jest zazwyczaj strukturalnie podobny do normalnego substratu danego enzymu, dzięki temu współzawodniczy z cząsteczkami substratu o wiązanie się z miejscem aktywnym. Enzym może wiązać albo cząsteczkę substratu albo cząsteczkę inhibitora, ale nie obie jednocześnie. I.k. wiąże się z miejscem aktywnym odwracalnie. Przy dużych stężeniach substratu działanie i.k. zostanie przezwyciężone, ponieważ duże stężenie substratu będzie z powodzeniem współzawodniczyć z cząsteczką inhibitora o wiązanie się w miejscu aktywnym. Nie nastąpi więc żadna zmiana w wartości V_max enzymu, ale w obecności i.k. pozornie zmniejsza się powinowactwo enzymu do jego substratu, dlatego wartość K_m wzrasta.

Dobrym przykładem hamowania kompetycyjnego dostarcza DEHYDROGENAZA BURSZTYNIANOWA. Enzym ten używa bursztynianu jako substratu i jest hamowany kompetycyjnie przez MALONIAN.

Wiele leków działa przez naśladowanie struktury substratu specyficznego dla enzymu docelowego. Kompetycyjny charakter inhibicji można rozpoznać z użyciem wykresu Lineweavera-Burka. Inhibicja kompetycyjna zwiększa nachylenie linie na wykresie, K_m wzrasta. Dlatego przy dawkowaniu należy pamiętać o odpowiednim stężeniu, gdyż duże stężenie substratu znosi inhibicję.

3. Dehydrogenaza pirogronianowa. Jakie są skutki niedoboru tiaminy?

DEHYDROGENAZA PIROGRONIANOWA

• kompleks złożony z 3 enzymów 5 koenzymów, utlenia pirogronian, (NAD⁺ → NADH), wskutek czego powstaje acetylo-CoA i CO₂

• jest hamowana przez NADH i acetylo-CoA

• jeden z 4 regulatorów cyklu Krebsa

• u eukariotów podlega również kontroli opartej na: fosforylacji, defosforylacji prowadzonej przez kinazę dehydrogenazy pirogronianowej i fosfatazę

KINAZA

• korzystając z ATP jako donora fosforanu, katalizuje fosforylację specyficznej reszty Ser w dehydrogenazie pirogronianowej, co powoduje inaktywację enzymu

• aktywność dp pojawia się z powrotem po usunięciu grupy fosforanowej przez fosfatazę

• aktywność dp determinowana jest przez równowagę ustalającą się między reakcją katalizowaną przez kinazę a reakcją katalizowaną przez fosfatazę,

• zwiększenie wartości stosunku NADH/NAD⁺, acetylo-CoA/CoA, ATP/ADP. Stymuluje fosforylację, inaktywując dehydrogenazę

• nagromadzenie się pirogronianu wpływa hamująco na kinazę, co umożliwia działanie fosfatazy, która przywraca aktywność dp

4. Jaka reakcja z cyklu Krebsa jest podobna do przekształcenia glukoniano-6-fosforanu do rybulozo-5-fosforanu? (szlak pentozofosforanowy) Jakie są związki pośrednie związane z enzymem w obu reakcjach?

Reakcją podobną jest reakcja przekształcania izocytrynianu w α-ketoglutaran w cyklu Krebsa, utleniane przeprowadzone przez dehydrogenazę izocytrynianową, ten mitochondrialny enzym współpracuje z NAD⁺ redukowanym do NADH, zaś w cyklu pentozofosforanowym

glukozo-6-fosforan

↓ dehydrogenaza glukozo-6-fosforazy

6-fosfoglukono-γ-lakton

↓

6-fosfoglukonian

↓ dehydrogenaza-6-fosforoglukonianowa

rybulozo-5-fosforan

W reakcjach tych powstają 2 cząsteczki NADPH

5.Karboksylaza Acetylo-CoA kontrola lipogenezy?

• Katalizuje pierwszy etap syntezy kw tłuszczowych a mianowicie karboksylacji acetylo-CoA do malonylo-CoA wykorzystując CO₂ w postaci wodorowęglanu

• Karboksylaza zawiera biotynę jako grupę prostetyczną, co stanowi wspólną cechę enzymów wiążących CO₂

• Reakcja karboksylazy jest nieodwracalna gdyż dochodzi do hydrolizy ATP

• Do syntezy kw tłuszczowych dochodzi wtedy, gdy węglowodany i energia są obecne w dużych ilościach a brakuje kw tł podstawową rolę w regulacji pełni karboksylaza acetylo-CoA która traci aktywność na skutek ufosforylowania pojedynczej reszty seryny, którą to reakcje katalizuje kinaza białkowa zależna od AMP. Kinaza jest wrażliwa na cAMP, ale jest aktywowana przez AMP a hamowana przez ATP

• Fosfataza 2A usuwa resztę fosforanową z nieaktywnej karboksylazy acetylo-CoA i w ten sposób przywraca jej aktywność

• Regulacja hormonalna: Glukagon i Adrenalina hamują fosfatazę białkową blokując syntezę kw tłuszczowych. Insulina stymuluje karboksylaze acetylo-CoA dzięki aktywacji fosfatazy białkowej 2A

• Regulacja allosteryczna- aktywator allosteryczny ->cytrynian

6.Modyfikacja m-RNA u eukariota.

Bezpośrednio po zsyntetyzowaniu końca 5' mRNA pierwotnych transkryptów ulega modyfikacji w wyniku której grupę 5'-OH transkryptu zostaje połączona z 5'-OH metyloguanzyny poprzez trifosforan. Jest to „cap”- czapeczka. Struktura tego rodzaju chroni koniec 5' przed atakiem rybonukleaz, zdolnych do hydrolizy wiązań 3',5'-fosfodiestrowych, ale niezdolnych do hydrolizy wiązań 5'5'-fosfodiestrowych jest to pierwsza modyfikacja. Kolejna: transkrypt z „cap” zostaje w pobliżu końca 3' rozcięty przez endonukleazy a następnie zostaje przyłączony do niego poliadenylowy ogon - poliadenylacja, tworzy się ogon poliA, który chroni koniec 3' przed trawieniem przez ryonukleazy oraz zwiększa wydajność translacji mRNA. Następna 3 modyfikacja to splicing (składanie pre-RNA) Jest to precyzyjne wycinanie sekwencji intronowych i łączenie końców sąsiadujących. W każdej z dwóch reakcji splicingu jedno wiązanie fosforanowo-estrowe ulega zmianie na inne analogiczne wiązanie a więc dwie reakcje transestryfikacji.

7.Porównaj polimerazę DNA III i polimerazę RNA u Prokaryota.

Polimeraza DNA III katalizuje syntezę DNA z 5'-trifosfornanów deoksynukleozydów zgodnie z matrycowym DNA. Wymaga startera z wolna grupą 3'-OH wydłużając go w kierunku 5'->3'. Wykazuje aktywność egzonukleazową w kierunku 3'-5' Jest to zasadniczy enzym w procesie replikacji. Polimeraza RNA nie wymaga startera wydłuża się w kierunku 3'-5' wykazuje aktywność egzonukleazową w kierunku 5'-3' (czy polimeraza RNA wykazuje w ogóle taką aktywność?) Polimeraza RNA katalizuje nukleofilowy atak grupy 3'-OH rosnącego łańcucha RNA na fosforan α wychodzącego 5'-trifosforanu rybonukleozydu.

8.Wiązania stabilizujące kolagen.

Pierwszorzędowa struktura każdego polipeptydu w kolagenie charakteryzuje się powtarzającą tripeptydową sekwencją Gly-X-Y, gdzie X jest często Pro, a Y resztą Hyp. Każdy z 3 łańcuchów polipeptydowych w kolagenie zawiera około tysiąca reszt i każdy z tych łańcuchów skręca się jako nić w helisę, na której pełny skręt przypada tylko 3,3 reszt a nie 3,6 reszt przypadających na skręt α-helisy. Ta drugorzędowa struktura jest wyjątkowa dla kolagenu i nazywa się często helisą kolagenową. 3 łańcuchy polipeptydowe są ułożone równolegle i owijają się jeden wokół drugiego z rozciągniętymi, skierowanymi w prawą stronę skrętem, przez co tworzy się trypletowa-helikalna linia. Reszty w pozycjach X i Y są umieszczone na zewnątrz trypletowo-helikalnej liny. Trzy łańcuchy polipeptydowe są także przesunięte względem siebie tak, że reszta Gly jednego łańcucha jest zestawiona z resztą X drugiego łańcucha oraz resztą Y trzeciego. Trypletowa helisa jest utrzymywana razem przez rozległą sieć wiązań wodorowych. Dodatkowo w stabilizowaniu struktury biorą udział grupy hydroksylowe Hyp. Względnie nieelastyczne reszty Pro i Hyp również wspomagają sztywność struktury kolagenu.

9.Dehydrogenaza Pirogronianowa jako kompleks enzymatyczny?

Składa się z 3 enzymów 1-dehydrogenaza pirogronianowa 2- acetylotransferazy dihydroliponianowe

3-dehydrogenazy dihydroliponianowej reakcję dekarboksylacji oksydacyjnej — przekształcenia pirogronianu w → acetylokoenzym A. I 4 kofaktorów - Tiamina NADH FADH₂ 5' lipoamid. Pirogronian przy udziale d.p. znajdującej się w kompleksie wieloenzymatycznym ulega dekarboksylacji do hydroksyetylowej pochodnej związanej z enzymem, który reaguje z lipoamidem acetylotransferazy dihydrolipoamidowej tworząc acetylolipoamid ten z kolei reaguje z koenzymem A tworząc acetylo-CoA i zredukowany lipoamid. Gdy ten ostatni zostanie ponownie utleniony przez flawoproteinę (zaw. FAD) w obecności dehydrogenazy dihydrolipoamidowej cykl jest zakończony. Ostatecznie zredukowana flawoproteina jest utleniona przez NAD, która przenosi równoważniki chemiczne do łańcucha oddechowego. D.p jest regulowana allosterycznie przez acetylo-CoA NADH i produkt. Modyfikacja kowalencyjna fosforylacja -kontrolowana przez kinazy defosforylacja kontrolowana przez fosforylazy.

10.Dehydrogenaza alfa ketoglutarowa?

• Kompleks złożony z 3 enzymów

• Wykorzystuje NAD⁺ jako kofaktor

• Katalizuje reakcję przekształcania α-ketoglutaranu do bursztynylo-CoA

• Hamowana przez bursztynylo-CoA i NADH

11 Ile cząsteczek ATP powstanie z utleniania bursztynianu a ile z jabłczanu? Przedstaw dlaczego.

Podczas utleniania bursztynianu powstaje 1 cz FADH₂ a z niej powstaje 1,5 ATP. Podczas utleniania jabłczanu powstaje 1 cz NADH a z niej 2,5 ATP.

12. Rola karnityny w β-oksydacji.

Reszty acylowe cząsteczek acylo-CoA o długich łańcuchach przekraczają wewnętrzną błonę po sprzężeniu z polarną cząsteczką karnityny. Reakcja ta katalizowana jest przez enzym umiejscowiony na zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondrialnej- acylotransferaza karnitynowa I- i polega na usunięciu CoA oraz zastąpieniu go cząsteczką karnityny. Następnie translokaza karnityny transportuje acylokarnitynę przez wew. błonę mitochondrium. Translokaza przenosi cząsteczki do matriks mitochondrialnej, gdzie cząsteczki karnityny są uwalniane , czemu towarzyszy przeniesienie grupy acylowej z powrotem na CoA. Reakcję tą katalizuje acylotransferaza karnitynowa II znajdująca się na wew. błonie mitochondrialnej od strony matriks.

13. Cykl Corich

W warunkach ograniczonego dostępu tlenu, panujących podczas intensywnego wysiłku fizycznego, ilość NADH wytworzonego podczas glikolizy przekracza możliwości łańcucha oddechowego pod względem utleniania tego NADH z powrotem do NAD⁺. W tym wypadku pirogronian syntetyzowany w mięśniu podczas glikolizy zostaje przekształcony w mleczan przez dehydrogenazę mleczanową w reakcji generującej NAD⁺, dzięki czemu glikoliza w dalszym ciągu wytwarza ATP. Jednakże mleczan jest metabolitem uwięzionym w ślepej uliczce, ponieważ metabolizowany może być dalej tylko pod warunkiem przemiany z powrotem w pirogronian. Mleczan dyfunduje więc z mięśnia do krwi, skąd przechodzi do wątroby. W wątrobie przedostaje się do komórek, gdzie działaniem dehydrogenazy mleczanowej zostaje przekształcony z powrotem w pirogronian. Następnie pirogronian w procesie glukoneogenezy ulega przekształceniu w glukozę, ta zostaje uwolniona do krwiobiegu, skąd może być pobierana przez mięsień szkieletowy i (mózg).

14. Glikoliza w erytrocycie, wpływ na wiązanie O₂; czy brak heksokinazy wpłynie na wiązanie O₂?

H⁺, CO₂, 2,3-bifosfoglicerynian są regulatorami allosterycznymi ułatwiającymi uwalnianie O₂ z hemoglobiny. H⁺ i CO₂ wiążą się z różnymi częściami łańcuchów polipeptydowych, 2,3-bifosfoglicerynian wiąże się w środkowej przestrzeni cząsteczki między 4 podjednostkami.

2,3-bifosfoglicerynian powstaje z fosfodihydroksyacetonu intermedianta glikolizy. Związek ten ułatwia uwalnianie O₂ z hemoglobiny, na skutek zmniejszania powinowactwa względem O₂. Zatem brak heksokinazy, jednego z kluczowych enzymów glikolizy, spowoduje brak 2,3-bifosfoglicerynianu, a to spowoduje zwiększenie powinowactwa O₂ do hemoglobiny i negatywnie wpłynie na tkanki.

15. Regulacja glikolizy.

Najważniejszy punkt kontrolny- reakcja katalizowana przez fosfofruktokinazę, która:

• Jest hamowana allosterycznie przez ATP

• Jest hamowana przez cytrynian- pierwszy produkt kompletnego cyklu kwasu cytrynowego, który informuje, że ilość intermedianta jest wystarczająca, dalsza glikoliza jest niepotrzebna

• Jest hamowana przez jony H⁺- szybkość glikolizy maleje gdy pH obniża się znacząco co zapobiega gromadzeniu się mleczanu w warunkach beztlenowych (kwasica)

• PKF jest aktywowana przez AMP

• PKF jest aktywowana przez fruktozo-2,6-bifosforan

16. Enzymy reakcji oksydoredukcyjnych.

Oksydoreduktazy- enzymy uczestniczące i w utlenianiu i w redukcji:

1. Oksydazy

• katalizują oderwanie wodoru z substratu w reakcji w której tlen jest akceptorem wodoru;

• produktem reakcji jest H₂O lub H₂O₂;

• niektóre zawierają miedź np. o. cytochromowa - końcowy przenośnik e^- w łańcuchu oddechowym;

• wiele oksydaz to flawoproteiny, które zawierają FMN (mononukleotydflawinowy) lub FAD (dinukleotyd flawino-adeninowy) jako grupy prostetyczne;

• zawierają też 1 lub więcej metali niezbędnych do ich działania- metaloflawoproteiny

• np. OKSYDAZA L-AMINOKWASOWA- występuje w nerkach, współdziała z FMN, katalizuje deaminację oksydacyjną L-aminokwasów; OKSYDAZA KSANTYNOWA- przemiana zasad purynowych w kwas moczowy, zawiera molibden, jelito cienki, nerka, wątroba; DEHYDROGENAZA ALDEHYDOWA- zaw. FAD, wątroba, molibden i żelazo, substraty- aldehydy i pochodne N-heterocykliczne; OKSYDAZA GLUKOZOWA- FAD, występuje w grzybach;

2. Dehydrogenazy

• Przenoszą H z jednego substratu na drugi w reakcji oksydoredukcyjnej; reakcje te są odwracalne i przydatne zwłaszcza w nieobecności tlenu (np. anaerobowa faza glikolizy)

• Transportują e^- z substratu na tlen jako składniki łańcucha oddechowego

• Wiele jest zależnych od koenzymów nikotynoamidowych- NAD⁺ lub NADP⁺; dehydrogenazy NAD-zależne przeprowadzają r. oksydoredukcji w oksydacyjnych szlakach metabolicznych a NADP-zależne syntezy redukcyjne

• Wiele jest zależnych od ryboflawiny- przenoszenie e^- w lub do łańcucha oddechowego

• Np. DEHYDROGENAZA NADH, D. BURSZTYNIANOWA, D. ACYLO-COA, NIEKTÓRE CYTOCHROMY

3. Peroksydazy

• Substrat: H₂O₂ lub nadtlenki organiczne

• Chronią organizm przed ich szkodliwym działaniem (WR)

• PEROKSYDAZY KLASYCZNE- grupa prostetyczna: protohem; redukcja H₂O₂ kosztem różnych związków jak askorbinian, zredukowany cytochrom c

• Np. w erytrocytach i in. tkankach PEROKSYDAZA GUTATIONOWA

• KATALAZA- HEMOPROTEINA; H₂O₂ jest tu donorem i akceptorem elektronów

4. Oksygenazy

• Dioksygenazy

• Przyłączają do substratu oba atomy tlenu

• Np. DIOKSYGENAZA HOMOGENTYZANOWA, D. 3-HYDROKSYANTRANILOWA, D. L-TRYPTOFANOWA

• Monooksygenazy= hydroksylazy

• Wbudowują tylko 1 atom tlenu, drugi ulega redukcji do H₂O

• Np. w mikrosomalnych systemach MO-cytP450 i mitochondrialnych systemach MO-cytP450

17. Glikogenogeneza

Synteza glikogenu przeprowadzana jest przez 3-enzymy 1)Pirofosforylaza UDP- glukozy katalizuje syntezę UDP-glukozy z UTP i glukozo-6-fosforanu UTP+glukozo-6-fosforan->UDP-glukoza + PPi

PPi ulega hydrolizie r. Egzoergiczna, zasadniczo nieodwracalna 2) Synteza glikogenowa przenosi reszty glikozylowe z UDP-glukozy do grup C-4 OH przy końcu nieredukującym cząsteczki glikogenu tworząc wiązania α-1,4 glikozydowe. Syntaza glikogenowa może jedynie wydłużać już istniejący łańcuch. Dlatego potrzebny jest inicjator - białko glikogenina. Glikogenina zawiera 8 połączonych wiązaniem α-1,4-glikozydowymi reszt glikozylowych które sama przyłącza do siebie. Każde ziarno glikogenu w swoim rdzeniu zawiera jedną cz glikogeniny 3 Enzym rozgałęziający [amylo-(1,4->1,6 transglikozylaza] rozcina jedno wiązanie α 1,4-glikozydowe przenosi odcinek do bardziej wewnętrznego miejsca cząsteczki i przyłącza ten odcinek przez wiązanie 1,6- glikozydowe.

18.Czynniki transkrypcyjne?

Do zainicjowania transkrypcji polimeraza RNA II wymaga współdziałania kilku innych białek lub kompleksów białkowych, określonych jako ogólne czynniki transkrypcyjne, które w miejscu promotorowym genu muszą utworzyć odpowiednio zorganizowany kompleks, umożliwiający związanie polimerazy RNA II i rozpoczęcie transkrypcji. Czynniki te mają grupową nazwę TF II. Pierwszym zdarzeniem rozpoczynającym transkrypcję jest związanie się z kasetą TATA kompleksu białkowego TFIID, kluczowa jednostka TFIID jest TBP (TATA box-binding protein). Po związaniu się TFIID, przyłączeniu ulega TFIIA, a następnie TFIIB. W tym momencie wiąże się polimeraza RNA II w formie wcześniej utworzonego kompleksu z TFIIF, po czym dochodzi do wiązania się TFIIE,H,J. Utworzony kompleks białkowy zawiera co najmniej 40 polipeptydów i jest określany jako kompleks inicjujący transkrypcję.