Biochemia

Przegląd budowy i funkcji białek od enzymów do prionów

Biochemia PWN ( Berg, Tymoczko )

Białko - Wyraz wprowadzony w 1883 r. Termin pochodzi od greckiego słow proteios, które oznacza „ pierwszorzędny”.

• Funkcje Ochronne ( przeciwciała )

• Funkcje hormonalne

• Funkcje strukturalne ( włosy )

• Funkcje ruchowe

• Funkcje enzymy

• Funkcje transportowe

Funkcje białek zależą od ich kształtu

Organizacja budowy białek:

• struktura 1 rzędowa ( wiele aminokwasów połączonych razem )

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFF

• struktura 2 rzędowa ( lokalna struktura powtarzająca się struktura prezstrzenna białka. Utrzymywana wiązaniami wodorowymi między grupami C=o i N-H w łańcuchu głównym białka )

SHLVEALYLVC

• struktura 3 rzędowa ( globalna struktura przestrzenna białka. Wzajemne relacje w położeniu struktur drugorzędowych )

• struktura 4 rzędowa

Aminokwasy: 20 aminokwasów białkowych

Dzielą się na aminokwasy L ( czynne optycznie) i D ( nieczynne optycznie) i są swoim lustrzanym odbiciem. W organizmie występują tylko aminokwasy L.

Aminokwasy ze względu na polarność

Aminokwasy Egzogenne i Endogenne

Aminokwasy ze względu na wartość punktu izoelektrycznego

Wiązania peptydowe ( wiązanie amidowe ) - grupa karboksylowa poprzedniego aminokwasu łączy się z grupą aminową nastepnego aminokwasu.

ASP lub ASN to ASX - w procesie analizy rozpad jednego z wiązań w dalszych cząsteczkach rozpada się identycznie i nie można zidentyfikować z którym z aminokwasów mamy do czynienia.

Rezonans - zachodzi podczas wiązań peptydowych. Wiązanie C - O jest pojedyncze natomiast C - N podwójne. Każde wiązanie w danym białku występuje w postaci płaszczyzny co uniemożliwia przemieszczenia. Jedyne swoboda rotacji powstaje pomiędzy wiązaniami N - C - C - N. Wiązania które mają swobodę są opisane nazwą kątów fi i si v

Wykres Rachamandrana - najczęstsze kombinacje wartości kątów wiązań peptydowych

Wiązania wodorowe - między atomem wodoru a tlenem lub azotem. Zawsze są stosunkowo słabe.

Alpha - heliks ( prawo skrętna helisa np. Alpha - keratyna we włosach)

Beta - kartka ( Fibroina - w jedwabiu, nie jest płaska)

Siły stabilizujące:

• wiązania wodorowe

• mostki solne

• wiązania kowalencyjne

• oddziaływania hydrofobowe ( chowają się przed wodą )

• oddziaływania van der Waalsa

Mostki dwu siarczkowe - wiązania między CYS - CYS. Dlatego nie utrzymują one struktury przestrzennej - Utlenianie powoduje mutacje. Komórka pracuje nad utrzymaniem środowiska redukującego. -SH HS- zamiast S-S

ADP + Pi = ATP

Enzym ma kształt dynamiczny. Zmienia się dostosowując się do cząsteczki substratu.

Centrum aktywne

Priony

Alpha heliks PrP^c( rozpuszczalny i podanty na trawienie proteazami ) może być przekształcony w Beta - Kartkę ( nie rozpuszczalny i nie trawiony )PrP^Sc

PrP^c zawiera resztę cukrową i resztę lipidową.

Cechy białek prionowych:

1.Poprawna i nie patogenna forma białka w zetknięciu z formą patogenną może być zmieniona w formę patogenną.

2. Możliwość konwersji pomiędzy formą patogenną a normalną. Forma patogenna potrafi wiązać się z inną formą patogenną tworząc złogi. Fosfataza i Kinaza powodują modyfikacje białek.

*************************************************************

kwasów nukleinowych i mechanizmy przekazywania informacji genetycznej

Leptyna - hormon sytości. Jeżeli nie może się wiązać z receptorem nie odczuwa się głodu.

Dlaczego komplementarność ?

• replikacja

• transkrypcja

• translacja

Chromosom - skondensowane chromosomy - skupisko chromosomów ( histony ) - chromatyna - formy chromatyny - podwójny helix DNA

Epigenetyka - zajmuje się zjawiskami genetycznymi nie wynikającymi bezpośrednio z budowy DNA.

Euchromatyna - luźna struktura DNA

Heterochromatyna - skondensowana struktura DNA

Wpływają one na przebieg reakcji np. Translacji. Im większa kondensacja tym reakcja będzie zachodzić wolniej.

Dna ulega:

Acetylacja - Acetyl

Mentylacja - Menthyl

Fosforylacja - Fosfor

5'->3' dobudowanie nici DNA (poprzez polimeraze w procesie polimeryzacji)

kwas rybonukleinowy dzielimy na:

mRNA

tRNA

rRNA

snRNA - bierze udział w splicingu pre-mRNA

siRNA - reguluje aktywność transkrypcyjną

miRNA - j/w

transportowe RNA - może przyjać strukture bardzo podobną do helixu jeżeli znajdzie identyczną formę tRNA

transkrypcja ( DNA pod wpływem siRNa i miRNA ulega przepisaniu w jądrze komórkowym na wersję roboczą tj. PRE-mRNA ) --> Splicing (snRNA ) juz poprawna forma RNA--> Translacja ( przepisanie tRNA na rRNA ) pod wpływem MetionylotRNA a nastepnie pod wpływem ArginylotRNA powstaje Białko.

Remodeling chromatyny - komórka może przesuwać nukleosomy.

PCR - Pod duża temp. Rozpada się heliks na pojedyncze nici. Po zmniejszeniu temperatury dołącza się startery i wraca się do normalnej temperatury. W ten sposób namnaża się ilość DNA.

Elektroforeza DNA - Ujemny kwas po przyłożeniu napięcia wędruje do bieguna dodatniego. Pozwala to rozdzielić fragmenty wygenerowane przy PCR.

*************************************************************

Ogólna charakterystyka węglowodanów i przemiany metaboliczne:

50 - 55% żywienia

WW - Aldehydy wielowodorotlenowe i ich pochodne ( glukoza, Fruktoza, sacharoza ( cukier ), skrobia, celuloza, glikogen itd. )

Rośliny - synteza cukrów z Co2, H2O i energii świetlnej

Człowiek - synteza glukozy z glicerolu i aminokwasów

Węglowodany:

• monosacharydy ( proste )

• disacharydy ( proste )

• polisacharydy

• oligosacharydy

Cukier	Słodkość
Fruktoza	173%
Sacharoza	100
Glukoza	74
Maltoza	33
Galaktoza	33
Laktoza	16

Monosacharydy:

• aldozy

• ketozy

C-3 Triozy

C-4 Tetrozy

C-5 Pentozy

C-6 Heksozy

C-7 Heptozy

C-8 Oktozy

Disacharydy: Maltoza ( cukier słodowy, piwom skrobia i glikogen ), Laktoza(mleko) i Sacharoza ( trzcina i buraki cukrowe )

Oligosacharydy: ( od 3 do 10 )

• maltotrioza (składniki skrobi )

• rafinoza (fasola i groch )

Polisacharydy:

• skrobia ( kasze, ziemniaki )

• celuloza

• glikogen

• podstawowe źródło energii ( skrobia, glukoza i fruktoza )

• materiał zapasowy u roślin i zwierząt ( skrobia i glikogen )

• składniki DNA i RNA

• składniki błon komórkowych ( glikoproteiny i glikolipidy )

• heparyna ( hamuje krzepnięcie krwi )

• materiał budulcowy u roślin ( celuloza = błonnik )

Trawienie:

Amylaza ślinowa - wstepne trawienie skrobi i glikogenu

Amylaza trzustkowa - dalsze trawienie skrobi i glikogenu do maltozy, maltotriozy, innych oligosacharydów i niewielkiej ilość glukozy

Hydrolazy jelitowe ( maltoza, laktoza, sacharoza - izomaltoza ) - odłączanie pojedynczych reszt cukrów ( glukoza, fruktoza, mannoza i galaktoza )

Część jest nietrawiona - polisacharydy błon komórkowych roślin ( celuloza, hemiceluloza, pektyny, pentozany ) i ligniny

Obecność insuliny warunkuje wnikanie glukozy z krwi do komórek, a także jej metabolizowanie

Przemiany WW:

• wszystkie węglowodany w pożywieniu są przekształcane w glukozę

• przemiany WW to w rezczywistości przemiany glukozy

Glikoliza:

• przebiega we wszystkich komórkach

• przebiega w cytozolu

• galaktoza i fruktoza mogą być wykorzystywane w procesie glikolizy

• galaktozemia

• z Glukozy powstaje Pirogronian / Mleczan

• mniej powszechna niż nietolerancja laktozy

• przebiega w warunkach tlenowych i beztlenowych

• utlenianie 1 cząsteczki glukozy dostarcza 38 moli ATP ( tylko 2 mole w warunkach beztlenowych )

Glukoza po szlaku pentozofosforanowym nie jest już odtwarzalna i wytwarza ryboze( synteza rybozy zachodzi we wszystkich komórkach na jej potrzeby ) i NADPH ( synteza NADPH zachodzi w wątrobie, tkance tłuszczowe, korze nadnerczy, tarczycy, erytrocytach, gruczolne sutkowym i jądrach ).

Glukoza ---> glikogen (Glikogeneza ) zachodzi w wątrobie i mięśniach

Glikogen ---> Glukoza (Glikogenoliza )

• nie jest odwróceniem glikogenogenezy lecz jest odrębnym szlakiem

• glikogen z mięśni zużywany jest na ich potrzeby

• glikogen z wątroby jest uwalniany w razie potrzeby do krwi

• zaburzenia w metaboliźmie prowadzą do choró ( Choroba Andersena, Forbesa, tarui, Hersa, Pompego itd. )

Glukoneogeneza - synteza glukozy

• zachodzi w wątrobie(75%), nerkach(25%) i jelitach(?)

• podstawowe źródło energii dla komórek

• nie jest prostym odwróceniem glikolizy

Poziom glukozy:

Stan na czczo - 80 - 110 mg/dl

Po posiłku - 120 - 140 mg/dl

stan głodzenia 60 - 70 mg/dl

Zależność do zużywania glukozy ( czyli czy organizm prawidłowo reaguje na podanie glukozy ). Pacjent z cukrzycą będzie miał dużo ponad normę gdy u normalnego już będzie malało )

Zaburzenie homeostazy glukozy - Hiperglikemia ( za dużo glukozy co jest toksyczne, na skutek produkcji ROS i glikacji białek )

Cukrzyca jest nieuleczalna i jej objawem jest hiperglikemia( >130 mg/dl ) i glukozuria

Cukrzyca nie boli

*************************************************************

Metabolizm lipidów - aspekty biochemiczne i kliniczne

Lipidy związki zaiwerające kwasy tłuszczowe:

• kwasy tłuszczowe

• prostaglandy

• mydła

• glicerydy

• fosfolipidy

• proste lipidy nieglicerynowe

Tłuszcze:

• Materiał budulcowy

• źródło energii

• magazyn energii

• przekaźnik informacji ( mediatory )

• komórki zbudowane są na szkielecie tłuszczowym ( błony komórkowe )

• tworzy się z niego sterydy ( hormony sterydowe ) lub żółć

Estrogen, Progesteron, Testosteron, Aldosteron lub Kortyzol

Cząsteczka cholesterolu jest źródłem do budowy hormonów

Tłuszcze spalanie w meta oksydacji. Główny narząd odżywiający się tłuszczem to serce. A Mózg to glukoza.

Synteza endogenna powoduje powstanie cholesterolu w wątrobie. Najwięcej powstaje w nocy jak śpimy.

Cholesterol nie występuje w stanie wolnym, wytrąca się w formie kryształów.

Aterogenna - miażdzycogenna

Ryzyko choroby wieńsowej a stężenie cholesterolu. Od 150 mg/dl do 350 mg / dl

Otyłość brzuszna

Hiperinsulinemia

Hiperglikemia

Hipertriglyceridemia

Cholesterol HDL

Nadciśnienie

Tkanka tłuszczowa podskórna ( szybko dostępna, materiał zapasowy )

Tkanka tłuszczowa trzewna ( głęboko zlokalizowana, aktywny narzad wew. wydzielania )

Czynniki ryzyka:

• związany z rozwojem choroby

• pozwala oszacować zagrożenie

• związek skutkowo przyczynowy z chorobą

• modyfikacja wpływa na prawdopodobieństwo ujawnienia się choroby

Wskaźnik ( marker ):

• wskazuje na zagrożenie i zaawansowanie choroby

Profil lipidowy krwi:

• surowica

• Osocze

• 12 godzinna głodówka

• stabilność 1 - 2 dni w 4 stopniach

Komu pobrać krew:

• mężczyźni 20 - 35 lat i kobiet jeżeli jest:

• cukrzyca

• wywiad rodzinny i choroby układu krążenia

• podejrzenie rodzinnej hiperlipidemii

• liczne czynniki ryzyka choroby wieńcowej

Żółtaki

Blaszka miażdzycowa

Wysokie stężenie LDL i niskie NDL jest bardzo szkodliwe.

Dlaczego aspiryna powoduje nie sklejanie płytek. Człowiek który zje tabletkę wchłania ją w jelita a z tamtąd do żyły wrotnej gdzie stężenie rośnie a zostaje unieczyniona w wątrobie i tam płytki zostają zablokowane bo spotykają się z dużym ciśnieniem.

*************************************************************

Enzymy: białka przemieniające energię i materię

Co robią enzymy:

biosynteza białka, przemiany, degradacja, itd.

Enzymy sa białkami - w okreslonym środowisku przyjmują określoną konfigurację. Dlatego wpływ na nie ma pH, temperatura i siła jonowa. Inne cząsteczki też moga mieć zdolności katalityczne.

Równowaga chemiczna

każda reakcja zachodzi do punktu równowagi ( stałej ) wynikiającej z proporcji Produkt | Substrat

Przemiany zachodzą samoistnie: spontanicznie.

Entalpia swobodna pozwala nam rozstrzygnąć czy prezmiana może zajść spontanicznie w warunkach stałego ciśnienie i temp a więc w takich jakie panują w żywym organizmie w oparciu o dane dot. Samego tylko ukł. Dla proc samo DeltaG<0.

Energia aktywacji jest potrzebna żeby zapoczątkować reakcje. Katalizatory p-rzyśpieszają osąnięcie równowagii. Przyśpieszając reakcję zarówno w lewo jak i w prawo. Działanie enzymu to sybstraty spotykają się z enzymem wytwarzają kompleks enzym-substrat i wychodzi produkt oddysocjowany od enzymu. Enzymy są ściśle okreslone i wypełniają określone rolę. Enzym pasuje do substratu. Klasy enzymów:

1. oksydoreuktazy

2. transferazy

3. hydrolazy

4. liazy

5. izomerazy

6. syntetazy

Kiedy braknie aminokwasów można wykorzystać inne czastki np. Koenzymu

Apoenzym = kofaktor = haloenzym

koenzymy - małe cząsteczki organiczne grypy prostetyczne gdy trwale związane

Koenzymy to witaminy rozpuszczalne w wodzie.

Liczba obrotów enzymu = liczba czasteczek substratu przekształcow w produkt przez cząsteczkę enzymu na jednostkę czasu w warunkach wysycenia.

Model Michaelisa - Menten opisuje właściwości kinetyczne wielu enzymów. ( kompleks enzym - substrat )

Przy wysokich stężeniach substancji szybkość nie wzrasta. Przy niskich st. Substratu szybkość wzrasta liniowo.

Współzawodnicze

Niewspółzawodnicze

Enzym moze być hamowany:

• odwracalnie

• nieodwracalnie

• nieodwracalnie wywołujce samobójstwo enzymu

enzymy mogą być zbudowane z kilku podjednostek ( enzymy allosteryczne ). Nie spełniają kinetyki. Mają kinetykę signoidalną.

Enzymy mogą wystepować w kompleksach ( po kilka enzymów )

Metody regulacji aktywności enzymów:

1. synteza - rozkład enzymu

2. kontrola allosteryczna

3. izoenzymy

4. odwracalna modyfikacja

5. kowalencyjna

6. aktywacja proteolityczna

*************************************************************

Trawienie cukrów, białek i tłuszczów. Mechanizmy wchłaniania produktów trawienia.

Trawienie

Ślina:

Woda - nadawanie śliskości

Elektrolity - odpowiednie pH

Amylaza ślinowa - rozpoczecie trawienia skrobi

Lipaza językowa - rozpoczęcie trawienia części tłuszczów

pH 7

Sok żołądkowy:

Woda - nadawanie śliskości

Elektrolity - odpowiednie pH

Śluz - ochrona ścian żołądka

HCL - denaturowanie białek i zabijanie bakterii

Pepsyna - rozkładanie białek

lipaza triacyloglicerolowa - rozkładania tłuszczów

Czynniki wewnętrzne - wiązanie witaminy B12

pH 1 - 3

Sok trzustkowy:

Woda - nadawanie śliskości

Elektrolity - odpowiednie pH

Trypsyna, chymotrypsyna i elastaza - rozkład białek

Karboksypeptydazy - rozkład oligopeptydów

Amylaza trzustkowa - rozkład skrobi

Lipaza triacyloglicerowa - rozkład tłuszczów

Kolipaza - kofaktor lipazy

Nukleazy - rozkład kwasów nukleinowych

pH 7,5 - 8,8

Sok jelitowy:

Aminopeptydazy i Dipeptydazy - rozkład oligopeptydów i dipeptydów

Glukozydazy - rozkład oligosacharydów i disacharydów

Fosfatazy - rozkład estrów kwasu fosforowego

Nukleotydazy i nukleozydazy - rozkład kwasów nukleinowych, nukleotydów i nukleozydów

Fosfolipazy - rozkład fosfolipidów

pH 6,5 - 7,8

Trójglicerole ( tłuszcze ) - rozkładane są do glicerolu i kwasów tłuszczowych

Białka - do aminokwasów

Polisacharydy - do monosacharydów

Trawienie jako hydroliza - substancje rozkładane są przy udziale wody

Budowa cukrów - skrobia i glikogen

Skrobia i glikogen zbudowane są z cząsteczek glukozy połączonych wiązaniami glikozydowymi.

Glikogen i skrobia ( amylaza ślinowa i trzustkowa ) ----> Oligosacharydy ( izomaltaza ) ----> glukoza

Glikogen i skrobia ( amylaza ślinowa i trzustkowa ) ---> maltoza ( maltaza ) --> glukoza

maltoza ( maltaza ) ---> glukoza + glukoza

sacharoza ( sacharaza ) ---> glukoza + fruktoza

laktoza ( laktaza ) ----> glukoza + galaktoza

Białka zbudowane są z aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniami peptydowymi.

Trawienie białek

Białka ( pepsyna ) ---> polipeptydy ( trypsyna, chymotrypsyna i elastaza ) ----> polipeptydy, oligopeptydy ( karbokypeptydaza ) ----> oligopeptydy i aminokwasy ( aminopeptydaza ) ----> dipeptydy i aminokwasy ( dipeptydaza jelita cienkiego ) ---> aminokwasy

HCL aktywuje proenzym pepsynogen przekształcając go w aktywną pepsynę.

Niskie pH powoduje odczepienie kwałka łańcucha polipetydowego i odsłonięcie miejsca aktywnego enzymu

proteazy rozszcszepiają wiązania peptydowe pomiędzy aminokwasami w białku.

Triacyloglicerole składają się z glicerolu i kwasów tłuszczowych połączonych wiązaniami estrowymi

Dwunastnica - żółć wytwarzana przez wątrobę ( emulsyfikacja )

Dwunastnica - lipaza wytworzona przez trzustkę

Sole żółci rozbijają krople tłuszczu na mniejsze - powstają tzw. Micele Zwiększa to dostęp lipazy do kropli tłuszczu

Lipaza rozszczepia wiązania estrowe pomiędzy glicerolem a resztami kwasów tłuszczowych.

Wchłanianie

Kosmyk jelitowy:

• pokryty cienką warstwą nabłonka ( enterocyty )

• naczynia krwionośne

• naczynia limfatyczne

Rodzaje transportu przez błony komórkowe:

• transport bierny ( dyfuzja i dyfuzja ułatwiona ) [ Zgodnie z gradientem, bez energi)

• transport aktywny

• Uniport

• Antyport

• Sumport

transport pęcherzykowaty:

Endocytoza - do środka komórki

Egzocytoza - na zewnątrz

Pompa sodowo-potasowa utrzymuje gradient jonów:

Na+( więcej na zewnątrz komórki ) oraz K+ ( więcej wewnątrz komórki )

wchłanianie monosacharydów

transport do enterocytów:

glukoza i galaktoza - transport aktywny wtórny i kontransport z Na+

Fruktoza - dyfuzja ułatwiona

Transport enterocytów do krwi - dyfuzja ułatwiona

wchłanianie aminokwasów:

• swoiste przenośniki dla poszczególnych grup aminokwasów - kontransport z Na+ lub dyfuzja ułatwiona

Wchłanianie monoacylogliceroli i kwasów tłusczowych:

W enterocycie resynteza triacyloigliceroli i przekształcenie w chylomikrony które przechodzą do limfy ( egzocytoza ).

Nietolerancja laktozy związana z niedoborem laktozy - prawdopodobnie przypadłość Darwina

Cystynuria - genetycznie uwarunkowane zaburzenoie wchłaniania cystyny. W moczu występuje podwyższona ilość cystyny i powstają kamienie umiejscowione w nerkach, moczowodach, pęcherzu moczowym

Zaburzenia trawienia i wchłaniania tłuszczu - niedobór soli żółciowych związanych z zaburzeniami czynności pęcherzyka żółciowego np. Kamica zółciowa.

---