• Zagadnienia do wykładu z BIOCHEMII

• Wprowadzenie do Biochemii

1. Czym zajmuje się biochemia?

BIOCHEMIA - dyscyplina naukowa opisująca składniki chemiczne organizmów (biochemia statyczna) oraz przemiany tych składników (biochemia dynamiczna). Całość procesów życiowych tzn. ogół reakcji chemicznych w organizmie żywym nazywamy metabolizmem, a substancje uczestniczące w tych reakcjach nazywamy metabolitami.

2. Jakimi cechami charakteryzują się reakcje biochemiczne?

*regulowanie ich przebiegu przez biokatalizatory zwane enzymami

*powiązanie z określonymi strukturami komórkowymi

*istnienie precyzyjnych mechanizmów integrujących poszczególne reakcje i procesy biochemiczne

*wymaganie tzw. fizjologicznych warunków przebiegu reakcji

*skojarzenie z przemianami energetycznymi

Ta ostatnia cecha jest wspólna zarówno reakcjom biochemicznym jak również chemicznym.

3. Co oznacza powiązanie reakcji biochemicznych z określonymi strukturami komórkowymi?

Proszę pomyśleć. Wpisaliście tutaj informacje pasujące do następnego pytania. Także następny opis dotyczy pytania niżej. Więc przeniosłem je tam właśnie.

4. Jak należy rozumieć „istnienie precyzyjnych mechanizmów integrujących poszczególne reakcje i procesy biochemiczne”? Jeżeli organizm funkcjonuje normalnie, każda reakcja, która w nim zachodzi wynika z jego potrzeb. Jeżeli dana komórka potrzebuje jakiegoś składnika to w zależności od dostępnych surowców wybiera określony szlak, aby go wytworzyć ( ten składnik).

.

6. Co to są „fizjologiczne warunki przebiegu reakcji biochemicznych”?
Aby dana reakcja nastąpiła muszą występować odpowiednie warunki: ciśnienie, temperatura, obecność substratu i enzymów niezbędnych do zajścia danej reakcji.

Dane reakcje mogą zajść tylko w odpowiednich warunkach, a niekiedy także muszą je poprzedzać odpowiednie procesy, bez których dana reakcja nie może zajść

5. Czym różni się wiązanie jonowe od wiązania atomowego związków chemicznych?

Wiązanie atomowe powstaje między atomami o takiej samej bądź porównywalnej elektroujemności zaś Wiązanie jonowe powstaje tylko w wyniku spotkania się atomu silnie elektroujemnego z atomem o małej elektroujemności (atomu elektrododatniego). W wiązaniu jonowym siły elektrostatyczne przyciągania zapewniają trwałość cząsteczkową.

Tutaj brak informacji o istocie tych wiązań (tworzenie wspólnej pary elektronów dla atomowego wiązania, a całkowite przejście elektronu/ów w jonowym)

6. Podaj nazwy głównych grup funkcyjnych związków chemicznych

-OH - grupa hydroksylowa

-CO0H - grupa karboksylowa

-CHO - grupa aldehydowa

=CO - grupa ketonowa

-NH₂ - grupa aminowa

-NO₂ - grupa nitrowa

- SO₃H - grupa sulfonowa

7. Na czym polega izomeria ketoenolowa? W jakich procesach biochemicznych ma ona znaczenie?

W cząsteczkach zawierających atomy wodoru i spolaryzowaną grupę funkcyjną, może wystąpić wędrówka protonu w ramach tej samej cząsteczki. Wędrówka taka możliwa jest w ketonach dzięki obecnej w nich grupie karbonylowej. Odwracalna wędrówka protonu od węgla do tlenu grupy karbonylowej prowadzi do zaistnienia równowagi dynamicznej dwóch form tego samego związku, które posiadają dwie różne grupy funkcyjne. Forma I jest ketonem, a druga II alkoholem (-ol) nienasyconym zawierającym wiązanie podwójne (-en) czyli „enolem”. Odmiany I i II nazywamy odpowiednio ketonową i enolową .

8. Na czym polega tautomeria związków organicznych?

TAUTOMERIA - współistnienie obok siebie dwóch odmian cząsteczek łatwo przekształcających się w siebie.

9. Co to są enancjomery?

ENACJOMERY - izomery optyczne, które są własnymi lustrzanymi odbiciami - mniej więcej tak jak prawa i lewa rękawiczka. Mogą istnieć tylko dwa enancjomery danego związku chemicznego.

• Aminokwasy i białka

1. Jakie grupy funkcyjne występują w aminokwasach? Jaki charakter nadają one tym związkom?

Aminokwasy posiadają dwie grupy funkcyjne: grupę aminową -NH₂ oraz grupę karboksylową -COOH. Nadają charakter amfoteryczny, czyli możliwość tworzenia jonów obojnaczych w roztworach wodnych.

2. Jak powstaje wiązanie peptydowe?

WIĄZANIE PEPTYDOWE - powstaje w wyniku odłączenia grupy OH od grupy karboksylowej oraz atomu H od grupy aminowej, z wytworzeniem jednej cząsteczki wody

3. Jakie oddziaływania mogą występować pomiędzy łańcuchami bocznymi aminokwasów w białkach?

- Aminokwasy z niepolarnym łańcuchem bocznym mają charakter hydrofobowy, natomiast te, których boczne łańcuchy są polarne, cechuje hydrofilowość. W łańcuchach bocznych aminokwasów kwaśnych występuje dodatkowa grupa karboksylowa, która w środowisku kom jest zjonizowana. Aminokwasy te są w związku z tym ujemnie naładowane. Aminokwasy zasadowe są natomiast naładowane dodatnio w wyniku dysocjacji dodatkowej grupy aminowej, znajdującej się w ich łańcuchach bocznych. Kwaśne i zasadowe łańcuchy boczne mają charakter jonowy, są więc hydrofilowe. To prawda, ale pytanie dotyczy skutków, jakie właściwości łańcuchów bocznych powodują tj. oddziaływanie pomiędzy tymi łańcuchami np. powstawania wiązań wodorowych, mostków siarkowych. Oddziaływań hydrofobowych, które nadają białkom odpowiednią strukturę przestrzenną (2,3 i 4 rzędową)

4. Na czym polega oddziaływanie wodorowe (powstanie mostku wodorowego)?

Wiązanie wodorowe - rodzaj stosunkowo słabego wiązania chemicznego polegającego głównie na przyciąganiu elektrostatycznym między atomem wodoru i atomem elektroujemnym zawierającym wolne pary elektronowe. Klasyczne wiązanie wodorowe powstaje, gdy atom wodoru jest połączony wiązaniem kowalencyjnym z innym atomem o dużej elektroujemności (np. tlenem) i w ten sposób uzyskuje nadmiar ładunku dodatniego. W wyniku tego oddziaływania pierwotne, kowalencyjne wiązanie wodór - inny atom ulega częściowemu osłabieniu, powstaje zaś nowe, stosunkowo słabe wiązanie między wodorem i innym atomem (akceptorem wiązania wodorowego).

5. Co określa struktura pierwszorzędowa białek?

Określa, jakie aminokwasy w cząsteczkach białka są z sobą połączone wiązaniami peptydowymi, czyli jak tworzą się łańcuchy. Inaczej struktura pierwszorzędowa określa kolejność aminokwasów w łańcuchu białkowym.

6. Co określa struktura drugorzędowa białek?

Określa dwie podstawowe formy występowania łańcuchów polipeptydowych - alfa helisa i forma harmonijkowa (pofałdowanej kartki), czyli w jaki sposób utworzone łańcuchy są ułożone w przestrzeni, czyli jakie formy przestrzenne (spirale, arkusze albo kule) tworzą one za pomocą wiązań wodorowych, łączących różne łańcuchy lub różne części tego samego łańcucha

7. Co określa struktura trzeciorzędowa białek?

Określa najbardziej korzystne uporządkowanie przestrzenne poszczególnych części cząsteczki białka z punktu widzenia energetycznego; zależy od oddziaływań między łańcuchami bocznymi jednej lub większej liczby makrocząsteczek. (denaturacja, wiazania v.d.vallsa,mostki siarczkowe)

8. Co określa struktura czwartorzędowa białek?

Określa sposób przestrzennego powiązania kilku polipeptydów (dla białek składających się z większej liczby łańcuchów polipeptydowych) w jedną złożoną strukturę białka. (te same siły co w 3rzedowej)

• Kataliza enzymatyczna

1. Jak zbudowany jest enzym?

ENZYM - rodzaj białek występujących naturalnie w organizmach żywych, których działanie sprowadza się do obniżenia energii aktywacji danych reakcji biochemicznych. Enzymy stanowią największą grupę tzw. biokatalizatorów.
Jeżeli enzym jest białkiem złożonym, to składa się z:

*części białkowej nazywanej apoenzymem

*części niebiałkowej nazywanej koenzymem lub grupą prostetyczną enzymu(trwale) (w zależności od rodzaju wiązania łączącego ją z apoenzymem)centrum aktywne.

Enzym (holoenzym) dzieli się na część białkową (apoenzym) i niebiałkową (kofektor), która może być trwale (grupa prostetyczna) lub nietrwale (koenzym) powiązana z holoenzymem

2. Jaki jest mechanizm katalitycznego działania enzymów?

Reakcja katalizowana przez enzym rozpoczyna się od związania substratów przez centrum aktywne i powstania przejściowego kompleksu enzym - substrat (E - S). Następnie zachodzi właściwa reakcja połączenia cząsteczki substratów w produkt reakcji albo rozłożenie substratu na mniejsze cząsteczki. Reakcja kończy się uwolnieniem produktów przez enzym. Cząsteczka enzymu nie zużywa się podczas reakcji i po uwolnieniu produktów jest gotowa do przyłączenia nowych substratów.

3. Co to jest energia aktywacji?

ENERGIA AKTYWACJI - energia, którą muszą mieć cząsteczki, aby były zdolne do określonej reakcji chemicznej; energia aktywacji wyraża się zwykle w kilodżulach na mol (kJ/mol) reagujących cząsteczek; im mniejsza jest energia aktywacji, tym reakcja zachodzi szybciej.

4. Jak odczyn wpływa na aktywność enzymów?

Do utrzymania aktywności katalitycznej enzymy wymagają odpowiedniego odczynu pH środowiska. Dla większości enzymów optymalne jest pH 5,5 - 7,4. Znane są jednak enzymy, które działają najlepiej w środowisku kwaśnym (np. pepsyna w pH 1,5 - 2,7) lub zasadowym (trypsyna, chymotrypsyna - pH 8-9).

Środowisko silnie kwaśne i silnie zasadowe z reguły działa na enzymy denaturująco, niszcząc nieodwracalnie ich aktywność. Niewielkie zmiany pH nie dezaktywują enzymu, ale obniżają szybkość reakcji, ponieważ wpływając na stopień jonizacji enzymu i substratu, zmieniają warunki tworzenia się kompleksu enzym - substrat. Dla większości enzymów optymalne jest środowisko obojętne lub słabo kwaśne.

Białkowa struktura enzymów determinuje szereg i podstawowych właściwości oraz uzależnia ich działanie od tych samych warunków i czynników, które wpływają na stan fizykochemiczny białek.

*Wartość pH decyduje o stanie jonizacji polarnych grup białka enzymatycznego. Dla każdego enzymu istnieje odpowiednia wartość pH (optimum), zapewniająca zarówno najodpowiedniejszy stan jonizacji jego cząsteczki jak też optymalne warunki dla przekształceń chemicznych substratu. Im pH jest odleglejsze od punktu optymalnego, tym wolniejszy jest przebieg reakcji enzymatycznej. Przy zbyt niskim lub wysokim pH dochodzić może do denaturacji białka, czyli zaniku jego właściwości (inaktywacja)

5. Wymień klasy enzymów.

*oksydoreduktazy - katalizujące reakcje utleniania i redukcji

*transferazy - katalizujące reakcje przenoszenia grup funkcyjnych

*hydrolazy - katalizujące reakcje hydrolizy, czyli rozpadu wiązań z udziałem wody

*liazy - katalizujące niehydrolityczne rozrywanie wiązań

*izomerazy - katalizujące reakcje izomeryzacji, czyli przegrupowania wewnątrzcząsteczkowego

* ligazy - katalizujące tworzenie wiązań połączone z hydrolizą ATP;

6. Jakie reakcje katalizują enzymy klasy ...........?

Oksydoreduktazy  enzymy, których funkcja katalityczna polega na odszczepieniu atomów wodoru z odpowiedniego donora (związku oddającego H+) i przenoszeniu ich na odpowiedni akceptor (związek przyjmujący H+)

Transferazy  enzymy te mają zdolność do przenoszenia pewnych grup atomów (np. grupę metylowa CH3,karboksylową, acetylowi i inne)

Hydrolazy  klasa obejmująca enzymy katalizujące procesy hydrolizy wiązań estrowych, eterowych i peptydowych. Hydrolityczne rozbijanie tych wiązań zachodzi z równoczesnym dołączeniem elementów cząsteczki wody H+ i OH-

Liazy  enzymy rozrywające wiązania: S-C, C-N, C-O, C-S oraz C-halogen.. w odróżnieniu od hydrolaz w procesie rozszczepienia wiązań przez liazy nie biorą udziału cząsteczki wody.

Ligazy  (syntetazy) katalizują wytwarzanie nowych wiązań kowalencyjnych

7. Co oznacza cząsteczkowość reakcji chemicznej?

CZĄSTECZKOWOŚC REAKCJI - liczba cząsteczek biorących udział w najwolniejszym stadium reakcji. Cząsteczkowość i rząd reakcji wyznacza się tylko eksperymentalnie nie można obliczyć ich teoretycznie.

8. Co oznacza praktycznie rzędowość reakcji chemicznej?

RZĘDOWOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ - suma wykładników potęg, w których występują stężenia reagentów w równaniu opisującym szybkość reakcji chemicznej.

Jest to ilość cząsteczek decydująca o szybkości reakcji.

9. Równanie Michaelisa-Menten i jego interpretacja.

Równanie te opisuje szybkość reakcji enzymatycznej V =

Równanie to pozwala obliczyć kinetyczne parametry reakcji enzymatycznych (Km i Vmax).

Km -> stała Michaellisa odpowiada jakiemu stężeniu substratu [S] przy którym szybkość reakcji V równa jest połowie szybkości max w Vmax. Stanowi wartość charakterystyczną dla danego enzymu w odpowiednich warunkach pH i temperatury. Określa powinowactwo dla danego enzymu do substratu znajdując wartość Km, można tak dopierać stężenia substratu, aby osiągnąć stan nasycenia enzymu substratem.

Przy niskich stężeniach substratów reakcja jest pierwszego rzędu, natomiast przy wysokich stężeniach substratów reakcja jest rzędu zerowego.

10. Jakie korzyści wynikają z transformacji Lineweavera-Burka i

równania Michaelisa-Menten?

Polega na linearyzacji równania MM i pozwala ona na proste wyznaczenie stałe Michaelisa i maksymalnej szybkości reakcji przy określonej ilości enzymu. Vmax.

11. Na czym polega inhibicja kompetycyjna?

INHIBICJA KOMPETECYJNA - sposób hamowania działania enzymu. Cząsteczka będąca inhibitorem ma podobną budowę do substratu hamowanego enzymu. Inhibitor wchodzi w centrum aktywne enzymu , blokuje centrum aktywne i uniemożliwia łączenie enzymu z substratem.

12. Na czym polega inhibicja niekompetycyjna

INHIBICJA NIEKOMPETECYJNA - mechanizm hamowania aktywności enzymu. Cząsteczka działająca jako inhibitor nie wchodzi w centrum aktywne enzymu, ale przyłącza się do innego miejsca na cząsteczce enzymu i hamuje jego działanie.

• Łańcuch oddechowy

1. Rola łańcucha oddechowego.

Celem łańcucha oddechowego jest dostarczenie komórce energii. Proces ten zachodzi stopniowo, ponieważ komórka chroni w ten sposób struktury białkowe przed denaturacją. Wydzielana porcjami energia może być odpowiednio „zagospodarowana”.

2. ATP - budowa i właściwości

Jest to uniwersalny przenośnik energii użytecznej biologicznie  adenozynotrifosforan. Cząsteczka substancji organicznych w których występuje wiązanie wysokoenergetyczne.(zawierające znaczną ilość energii swobodnej)

ATP pod względem chemicznym jest zmodyfikowanym nukleotydem zbudowanym z

• zasady azotowej - adeniny,

• cukru - rybozy (tworzą one adenozynę) oraz z

• trzech reszt fosforanowych.

Między resztami fosforanowymi występują dwa wysokoenergetyczne wiązania bezwodnikowe, których zerwanie powoduje uwolnienie określonych porcji energii. ATP w procesie rozpadu - hydrolizy - odłącza jedną resztę fosforanową i przekształca się w ADP - adenozynodwufosforan; odłączenie jednej reszty fosforanowej powoduje wydzielenie porcji energii równej 30,5 kJ/mol (7,3 kcal z 1 mola wiązań).

- ATP jest związkiem nietrwałym i nie może być wykorzystany w pracy ciągłej, nie może być również przenoszony na większe odległości, z jednej komórki do drugiej, ani w obrębie jednej komórki. W przypadku zwiększonego zapotrzebowania na energię w określonym rejonie komórki wytworzony ATP jest przenoszony w mitochondriach (wędrówka mitochondriów).




Rys. Budowa cząsteczki ATP (~ bezwodnikowe wiązanie wysokoenergetyczne)

Cząsteczki będące przenośnikami energetycznymi powinny mieć małą masę cząsteczkową, być dobrze rozpuszczalne w wodzie i zbudowane ze składników powszechnie występujących w komórce.

3. Jakie znaczenie ma występowanie szeregu przenośników w łańcuchu oddechowym(dlaczego procesy te nie są jednostopniowe?).

Przenośniki te pozwalają na stopniowe uwalnianie energii, dzięki czemu wysoka ilość energii powstająca w reakcji nie prowadzi do denaturacji białek organizmu. Co wyjaśnia nam wielostopniowość powyższych procesów.

4. Co decyduje o uszeregowaniu poszczególnych przenośników w łańcuchu oddechowym?

Potencjał oksyredukcyjny wyrażający liczbowo powinowactwo poszczególnych przenośników łańcucha oddechowego do elektronów.

szlak łańcucha oddechowego jest zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondriów. Składa się on z szeregu przekaźników elektronowych (enzymów) zatopionych w błonie. Elektrony pochodzące z utleniania NADH i FADH₂ zaczynają płynąć (prąd elektryczny) przez przenośniki zawarte w błonie. Polega to na redukcji kolejnych przekaźników przez poprzednie. O kierunku przepływu prądu decyduje potencjał oksydoredukcyjny przenośnika, im wyższy potencjał tym łatwiej przekaźnik przyjmuje elektrony. Enzymy łańcucha oddechowego uszeregowane są w błonach według rosnącego potencjału oksydoredukcyjnego. Końcowy akceptor elektronów to tlen cząsteczkowy, który redukuje się do wody (stąd w równaniu sumarycznym utleniania po stronie produktów znajduje się woda).

5. Dlaczego oddychanie tlenowe jest bardziej energodajne w porównaniu z procesami beztlenowymi?

Proces oddychania beztlenowego kończy się na etapie glikolizy oraz przemianie jej produktów, natomiast oddychanie tlenowe składa się z trzech etapów: glikolizy, cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego.

W procesie oddychania beztlenowego mamy do czynienia z częściowym utlenieniem substratu oddechowego, natomiast w oddychaniu tlenowym jest to proces całkowity.

Liczba uzyskanych moli ATP z jednego mola glukozy w oddychaniu beztlenowym wynosi 4 ATP, co daje zysk energetyczny równy 2 ATP w przypadku oddychania tlenowego powstaje 38 ATP dających zysk energetyczny równy 36 ATP

• Metabolizm tłuszczów

1. Czym są tłuszcze z chemicznego punktu widzenia?

Tłuszcze (lipidy)- są estrami wyższych kwasów organicznych (kwasów tłuszczowych) oraz alkoholu trójwodorotlenowego (gliceryny) lub wyższych alkoholi jednowodorotlenowych. Ich cechą wspólną jest:

1. Względna nierozpuszczalność w wodzie

2. Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych tj. eter, ch

2. Jakie kwasy tłuszczowe występują zazwyczaj w tłuszczach właściwych? Podaj ich wzory.

Tłuszcze właściwe (glicerydy) to estry glicerolu i kwasów tłuszczowych. Przykładem takiego tłuszczu jest tristearynian glicerolu, w którego cząsteczce wszystkie 3 grupy hydroksylowe glicerolu (gliceryny) zostały zestryfikowane cząsteczkami kwasu stearynowego. W reakcję z glicerolem mogą jednak wchodzić różne kwasy tłuszczowe i to między innymi decyduje o różnorodności tłuszczów właściwych.

1. Kwas palmitynowy CH₃(CH₂)₁₄COOH

2. Kwas stearynowy CH₃(CH₂)₁₆COOH

Do tłuszczy właściwych (lipidów prostych)- zaliczamy glicerydy oraz woski.

o wzorze ogólnym R-COOH,

Najważniejszymi kwasami tłuszczowymi o charakterze nasyconym wchodzącymi w skład glicerydów są:

Kwas masłowy Kwas butanowy CH3(CH2)2COOH

Kwas walerianowy Kwas pentanowy CH3(CH2)3COOH

Kwas kapronowy Kwas heksanowy CH3(CH2)4COOH

Kwas enantowy Kwas heptanowy CH3(CH2)5COOH

3. Na czym polega betaoksydacja (bez rysowania schematu)?

Kwasy tłuszczowe ulegają spaleniu w procesie b-oksydacji. Polega ona na cyklicznym odłączeniu reszty kwasu octowego połączonej z koenzymem A, która zostaje rozłożona w cyklu Krebsa. Łańcuch jest w ten sposób krótszy o dwa atomy węgla za każdym razem.
Proces zachodzi w mitochondriach w komórkach eukariotycznych głownie wątrobie.

4. Jaki jest pierwszy etap betaoksydacji?

Utworzenie acylo -SCoA, czyli przeprowadzenie cząsteczki kwasu w postać aktywną, związaną jako tioester z CoA. Donatorem energii jest tu ATP

5. Jakie koenzymy uczestniczą w odwodorowaniu w procesie betaoksydacji?

NAD i FAD.

6. Jeśli odłączone w beta oksydacji atomy wodoru są wykorzystywane w łańcuchu oddechowym, to czy występuje różnica efektu energetycznego w zależności od koenzymów dehydrogenazy?

Tak występuje. Wodór może być odwracalnie przyłączany do przenośników wodorowych, którymi są NAD i FAD. W przypadku przyłączenia do NAD powstają 3 cząsteczki ATP na skutek wcześniejszego przyłączenia do łańcucha oddechowego niż w przypadku, FAD , który daje efekt energetyczni równy 2cz. ATP. Wynika to z różnicy potencjałów red-ox koenzymów dehydrogenazy.

7. Ile cząsteczek ATP może powstać w wyniku jednego etapu beta oksydacji (skrócenia acylokoenzymu A o jeden dwuwęglowy fragment)?

5 ATP ..

8. Ile cząsteczek ATP może powstać w procesie całkowitego rozkładu kwasu ...... w wyniki betaoksydacji?

5 ATP razy liczba cykli, przy czym 1 cz. ATP musi zostać zużyta dla zainicjowania reakcji

9. Do jakich celów może komórka wykorzystywać odrywane w procesie betaoksydacji atomy wodoru?

Komórka może wykorzystywać atomy wodoru do procesu oddychania tlenowego, w którym jest on przenoszony przez przenośniki wodorowe na ostateczny akceptor w łańcuchu oddechowym, którym jest tlen. Ponadto wodór może być wykorzystywany do uzyskania energii. Drugie ważne znaczenie to dostarczanie atomów wodoru do procesów redukcyjnych (biosynteza składników komórkowych)

Mechanizmy adaptacyjne drobnoustrojów

1. Co to są ksenobiotyki?

KSENOBIOTYK - związek chemiczny występujący w środowisku przyrodniczym i organizmach żżywych?. Inaczej mówiąc, jest to substancja chemiczna niebędąca naturalnym składnikiem żywego organizmu. Inne nazwy to: substancja obca bądź egzogenna, materiał antropogenny (o ile powstaje w wyniku działalności człowieka).

2. Czym różni się biotransformacja od biodegradacji?

BIOTRANSFORMACJA - każda przemiana określonej substancji w procesie biologicznym.

BIODEGRADACJA - to biochemiczny rozkład związków organicznych przez organizmy żywe (bakterie, pierwotniaki, promieniowce, grzyby, glony, robaki) na prostsze składniki chemiczne.

3. Co rozumie się przez adaptację drobnoustrojów do rozkładu ksenobiotyków? Do czego sprowadza się taka adaptacja?

Adaptacja drobnoustrojów do rozkładu ksenobiotyków polega pozyskaniu populacji drobnoustroje posiadających odpowiedni aparat enzymatyczny umożliwiający przemianę tych związków.

4. Czym różni się indukcja enzymatyczna od aktywacji enzymatyczne?

INDUKCJA ENZYMATYCZNA - wzrost aktywności → enzymu pod wpływem induktora, cząsteczki pochodzącej z metabolizmu komórki lub z zewnątrz; induktor uruchamia proces → ekspresji odpowiednich genów, a więc transkrypcję i translację, w efekcie czego pojawiają się nowe cząsteczki białka - enzymu indukcyjnego

AKTYWACJA ENZYMATYCZNA -

Wzrost aktywności enzymów pod wpływem obecności określonej substancji

5. Co to jest represja enzymatyczna?

REPRESJA ENZYMATYCZNA - zahamowanie ekspresji genu wskutek dołączenia cząsteczki represora, co uniemożliwia transkrypcję; np. represja kataboliczna - polega na zahamowaniu ekspresji genów kodujących białko enzymatyczne, katalizujące rozkład substancji pokarmowych, na skutek wzrostu dostępności innego substratu, którego katabolizm jest bardziej wydajny energetycznie. Przykładem jest zahamowanie genów operonu laktozowego u pałeczki okrężnicy w obecności glukozy w pożywce.

6. Na czym polega adaptacja socjologiczna?

ADAPTACJA SOCJOLOGICZNA - selekcja mikroorganizmów po dodaniu substancji toksycznie działającej ale należącej do środowiska naturalnego.

7. Na czym polega adaptacja fizjologiczna?

ADAPTACJA FIZJOLOGICZNA - synteza odpowiednich enzymów wywołana jest pojawieniem się określonych substancji zanieczyszczeń środowiska. Jest to sygnał dla komórki, ze ma ona syntetyzować enzymy, czyli zmienia się fizjologia mikroorganizmów.

8. Na czym polega adaptacja genetyczna?

ADAPTACJA GENETYCZNA - wykorzystuje powstawanie mutantów. Pojawienie się w środowisku ksenobiotyków (substancje antropogeniczne, dostające się na skutek działalności człowieka - detergenty, pestycydy) takie substancje działają na mikroorganizmy mutagennie i tych komórek zaczyna być więcej.

9. Który typ adaptacji posiada szczególne znaczenie dla rozkładu ksenobiotyków?

Adaptacja genetyczna ( a dlaczego to proszę się zastanowić, ale martwi mnie, że niae widzicie powiązania pomiędzy poszczególnymi pytaniami, bo odpowiedz na to jest zawarta w 9nformacji na poprzednie pytanie)

10. Jakie znamy praktyczne metody adaptacji drobnoustrojów?

- hodowla w warunkach skrajnych - polega na stosowaniu już w pierwszym dniu stężenia danej substancji, do którego chcemy przystosować mikroorganizmy.

- hodowla wieloetapowa - na stosowaniu początkowo małych dawek danej substancji, które są stopniowo zwiększane. Może okazać się jednak, że pewna dawka jest za duża i trzeba zacząć przystosowywanie na nowo. Dlatego hodowla ta jest procesem dłuższym niż hodowla w warunkach skrajnych.

• Pomiar aktywności mikroorganizmów

1. Do czego mogą służyć pomiary aktywności metabolicznej drobnoustrojów?

- oceny aktualnego stanu fizjologicznego organizmu

- oceny stopnia zaadaptowania mikroorganizmów

- wyznaczania podatności na biodegradację określonych substancji.

- wyznaczania toksyczności poszczególnych substancji.

2. Dlaczego pomiar intensywności procesów zachodzących w łańcuchu oddechowym jest dobrym sposobem wyznaczania ogólnej aktywności drobnoustrojów?

Gdyż zbiegają się w nim wszystkie szlaki metabolizmu komórkowego . Można wykorzystać różne miejsca w łańcuchu oddechowym, np. do pomiaru zużycia tlenu wykorzystuje się koniec tego łańcucha.
W łańcuchu oddechowym zbiegają się wszystkie szlaki metabolizmu komórkowego. Powstają tam, poprzez utlenienie cząsteczki nad+ i NADP+, ATP - które jest źródłem energii mikroorganizmów. Poprzez badanie ttc, albo badanie wykrywania atp można określić aktywność mikroorganizmów.
Proces utleniania jest zawsze sprzężony z procesem redukcji i odwrotnie, z tego względu tego typu reakcje są nazywane reakcjami oksydacyjno-redukcyjnymi. Jeśli w środowisku znajduje się więcej niż jeden układ oksydacyjno-redukcyjny, to będzie przebiegała między nimi reakcja oksydacyjno-redukcyjna aż do osiągnięcia równowagi chemicznej.

3. Jakie właściwości powinien posiadać związek chemiczny, aby mógł pełnić rolę sztucznego akceptora elektronów ( i protonów) w łańcuchu oddechowym?

Wnikać do wnętrza komórki i mieć odpowiedni potencjał oksydoredukcyjny. Związek chemiczny pełniący rolę sztucznego akceptora elektronów (i protonów) powinien przede wszystkim mieć większe powinowactwo elektronowe w porównaniu z poprzednim akceptorem elektronów (i protonów). Dzięki temu przyjmuje on od poprzedniego akceptora elektron.

4. Jakie zabiegi wstępne warunkują poprawne wykonanie testu TTC?

- optymalnie stężenie TTC, co najmniej takie jak ilość transportowanych wodorów w łańcuchu.

- wyznaczanie czasu inkubacji w zależności od liniowego przyrostu TTC.

- odtlenianie próbek

- przeprowadzanie procesu w ciemności, ponieważ w warunkach świetlnych powstaje fotoTTC.

Horyzontalny transfer genów (HTG)

3. Czym różni się HTG od wertykalnego (pionowego) transferu genów?

Transfer genów horyzontalny (poziomy) jest to proces polegający na nabywaniu genów przez organizmy w procesie innym niż otrzymywanie ich od organizmu rodzicielskiego (w procesie rozmnażania). Jest to przekazywanie informacji genetycznej bez podziału, do drugiego osobnika dorosłego. W pionowym transferze genów mamy do czynienia z rozmnażaniem, czyli informacja genetyczna przekazywana jest od osobnika macierzystego do osobnika potomnego (np. przez podział)

4. Co to są plazmidy?

PLAZMIDY - cząsteczka DNA występująca w komórce poza chromosomem i zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji. Plazmidy występują przede wszystkim u prokariotów, ale znane są także nieliczne plazmidy występujące u eukariotów.

Plazmidy są rozpowszechnione u bakterii. Nośniki pozachromosalnych cząsteczek DNA (koliście zamknięte, dwuniciowe cząsteczki DNA) Nie są istotne dla wzrostu bakterii w normalnych warunkach. Nadają komórce gospodarza cechy specyficzne np. plazmidy odpornościowe na antybiotyki.

5. Jaki jest najczęstszy mechanizm oporności na antybiotyki?

Transformacja antybiotyku do formy nieszkodliwej.

Beta-laktamazy jest to jedna z najczęstszych mechanizmów oporności na antybiotyki. Wydzielanie tych enzymów jest charakterystyczne zwłaszcza dla bakterii Gram (-) i jest to spowodowane budową tych drobnoustrojów - beta-laktamazy są wydzielane u nich do przestrzeni periplazmatycznej, a nie na zewnątrz komórki, jak u bakterii Gram-dodatnich. Każda bakteria Gram (-) odpowiada więc za siebie, natomiast bakterie Gram (+) bronią wspólnie, co jest skuteczne dopiero przy ilości. Jest to przyczyną efektu inokulum, który polega na zniknięciu efektu terapeutycznego przy przekroczeniu określonej populacji bakteryjnej - stężenie beta-laktamaz wystarcza do rozłożenia całego antybiotyku.

Powszechne stosowanie antybiotyków pojawienie się bakterii odpornych rozprzestrzenianie plazmidów odpornościowych selekcja i namnażanie bakterii odpornych na antybiotyki

6. Na czym polega koniugacyjny HTG?

Polega na bezpośrednim poziomym przekazaniu genów z jednej komórki na drugą. Charakterystyczny dla przekazywania plazmidów.

7. Na czym polega transformacyjny HTG?

Komórka pobiera wolne odcinki DNA (plazmidy) ze środowiska np. z innych już martwych organizmów

8. Na czym polega transdukcyjny HTG?

Przekazywanie genów przez bakteriofagi do komórki bakteryjnej.

9. Czym różnią się plazmidy koniugacyjne od mobilizowanych?

Plazmidy mobilizowany w przeciwieństwie do koniugacyjnych nie mają

> zdolności do samoistnego przenoszenia genów, gdyż nie posiadają genów

> mogących tworzyć połączenia koniugacyjne. Plazmidy mobilizowane (często

> przenoszące geny oporności na antybiotyki) muszą współdziałać z

> plazmidami koniugacyjnymi żeby przekazywać jakieś cechy innym komórką.

---