Pytania z egzaminu z biochemii:

Zestaw A:

1. Podaj definicję aminokwasów kontaktowych, egzogennych egzogennych pierwotnych oraz napisz wzór i nazwę przykładu z każdej z tych grup

Aminokwasy kontaktowe to takie aminokwasy, które delegują swoje grupy funkcyjne do centrum aktywnego. Wśród nich najważniejsze to: cysteina, seryna,
kw. glutaminowy, lizyna, histydyna, arginina.

20 aminokwasów dzielimy na:
endogenne alanina
asparagina cysteina glicyna
glutamina kwas asparaginowy kwas glutaminowy prolina seryna

egzogenne - organizm ludzki nie jest w stanie sam ich wyprodukować; u człowieka jest ich 9:

• Aromatyczne (fenyloalanina,
  tyrozyna, tryptofan)

• Z rozg łańc bocznym (leucyna, izoleucyna, walina)
  

• Pochodne kw L-2-amino-3-fenylopropionowego (lizyna, metionina,
  treonina)

Powstają wszystkie aminokwasy białkowe (pierwotne powstają bezpośrednio z włączenia NH₄⁺ do 2 - oksokwasów) (Kwas grutaminowy - glutaminian;
kwas asparaginowy, alaninę
)

2. Wymien kolejno nazwy 6 klas enzymów; do której z klas należą enzymy: arginaza, aldolaza 1,6-bis-P-fruktozy, fosforylaza glikogenowa, α-amylaza, karboksylaza pirogronianowa, trypsyna i heksokinaza

1. Oksydoreduktazy

2. Transferazy fosforylaza glikogenowa heksokinaza

3. Hydrolazy arginaza α-amylaza trypsyna

4. Liazy aldolaza 1,6-bis-P-fruktozy

5. Izomerazy

6. Ligazy (Syntetazy) karboksylaza pirogronianowa
   

3. Podaj nazwy i wzory 2 witamin rop. W wodzie, oraz nazwy koenzymów im pokrewnych a także typy reakcji, w których uczestniczą.
   ryboflawina
   wit.B2, koenzym FMN i FAD, FAD uczestniczy między innymi w końcowych procesie spalania metabolitów powstałych z rozkładu cukrów, tłuszczów i białek w komórkach organizmów żywych (cykl Krebsa).

amid kwasu nikotynowego
wit.PP,B3, koenzym NAD+ i NADP⁺, typy reakcji: oksydoredukcyjne

4. Napisz reakcję glikolizy w której jest redukowany NAD+ oraz nazwij enzym. Jaki jest sposób regeneracji tego koenzymu w warunkach tlenowych i beztlenowych? Udowodnij reakcjami 2 rodzaje regeneracji NAD+ przy braku tlenu.

5. Podaj sumaryczną reakcję CKTK i wymień 4 funkcje tej przemiany. Podaj wzory i nazwy 2 produktów pośrednich CKTK mogących bezpośrednio przejść w aminokwasy, w jakiego typu reakcjach?

6. Wymień enzymy uczestniczące w rozkładzie glikogenu w mięśniach. Podaj klasy enzymów, do której należą. Napisz reakcje syntezy aktywnej glukozy w procesie syntezy glikogenu.

W procesie rozkładu glikogenu w mięśniach i wątrobie biorą udział enzymy:

1. fosforylaza glikogenowa

2. transferaza glikogenowa

3. α-1,6-glikozydaza

Przy czym 1 i 2 to transferazy, a 3 należy do hydrolaz.

(glikogen)_n + UDP-glukoza → (glikogen)_n+1 + UDP

7. Wymień zasadnicze różnice w procesach β-oksydacji i biosyntezy kw. tłuszczowych. Napisz reakcje redukcji, zachodzące w czasie biosyntezy kwasów. Z jakich przemian pochodzi forma zredukowane tego koenzymu. Napisz 2 reakcje, w których koenzym ten ulega redukcji

Synteza kwasów tłuszczowych, pomimo że pod wieloma względami przypomina ich katabolizm, ale przebiega zupełnie innymi torami niż ich rozkład. Świadczą o tym następujące dane:

1. Synteza ma miejsce w cytozolu, podczas gdy rozkład w MATRIX mitochondrialnym.

2. Związki pośrednie syntezy są kowalencyjnie związane z grupą SH białkowego nośnika grup acylowych - ACP, podczas gdy produkty rozpadu zawsze połączone są z CoA.

3. Enzymy biorące udział w biosyntezie kwasów są połączone w 1 cząsteczkę białkową o nazwie syntaza kwasów tłuszczowych, natomiast enzymy rozkładające występują każdy osobno (nie są zasocjowane).

4. Produktami rozkładu kwasów są cząsteczki acetylo-CoA czyli cząsteczki dwuwęglowe, podczas gdy przy biosyntezie donorem jednostek dwuwęglowych jest związek trójwęglowy - malonylo-ACP

5. W procesie syntezy kwasów tłuszczowych zużywane są cząsteczki NADH + H⁺, podczas gdy w czasie rozkładu powstają NADH i FADH₂.

8. Podaj ile cząsteczek ATP powstanie w wyniku utleniania 3 cząsteczek acetylo-CoA do CO₂ i H₂O. Uzasadnij odpowiedź.

Zestaw B

1. Wtórna struktura białka, czy jest ona uwarunkowana genetycznie? Podać wiązania, które ją utrwalają.

Strukturę 2-rzędową utrwalają wiązania wodorowe.

Strukturę 3-rzędową utrwalają wiązania wodorowe, jonowe, odd. hydrofobowe i czasami dzięki SS.

Strukturę 4-rzędową utrwalają wiązania przede wszystkim SS, wiązania wodorowe i jonowe.

2. Co to jest stała Km. Narysować wykres, o czym on świadczy? Czym jest standardowa jednostka aktywności?

Km to stała Michaelisa-Menten. Definiuje się ja jako takie stężenie substratu (w molach na litr), przy którym szybkość reakcji enzymatycznej osiąga połowę szybkości maksymalnej.

Każdy enzym wykazuje charakterystyczna wartość Km w reakcji z odpowiednim substratem. Stała Km jest wskaźnikiem powinowactwa enzymu do substratu, niska jej wartość oznacza duże powinowactwo i duża szybkość procesu.

Im wyższa km tym powinowactwo enzymu do substratu jest mniejsze; im km mniejsza tym powinowactwo jest większe

Jednostka międzynarodowa, standardowa, uniwersalna, jest to tak ilość enzymu, która przekształca 1 μmol substratu w ciągi 1 min w optymalnym pH w temp 30^OC i przy nadmiarze substratu.

3. Co to jest kod genetyczny? Reakcje.

4. Uniwersalna struktura makroenergetyczna. ATP

Najważniejszym zw. makroergicznym jest ATP nazywany uniwersalnym związkiem makroergicznym, gdyż to właśnie on bierze bezpośredni udział w przekazywaniu energii reakcją anaboliczną (syntezy). Wszystkie pozostałe zw. makroergiczne najczęściej jedynie magazynują energię i następnie przekształcają ją na ATP.

5. Przemiany pirogronianu beztlenowe.

Jeśli przeważają warunki beztlenowe, uniemożliwiona staje się reoksydacja NADH w łańcuchu oddechowym przez przeniesienie równoważników redukujących na tlen. Pirogronian ulega redukcji przez NADH do mleczanu w reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę mleczanową. Reoksydacja NADH w reakcji powstawania mleczanu przez odtworzenie NAD potrzebnego w następnym cyklu reakcji umożliwia dalszy przebieg glikolizy w przypadku nieobecności tlenu. W warunkach beztlenowych pirogronian może przekształcić się w kwas mlekowy (fermentacja mleczanowa) lub etanol (fermentacja alkoholowa )

Fermentacja mleczanowa przebiega u wielu mikroorganizmów oraz w mięśniach zwierząt i ludzi. Znalazła ona zastosowanie w przemyśle spożywczym i rolnictwie do zakwaszania różnych surowców (kiszonki). Powstały kwas mlekowy zakwasza środowisko i zapobiega rozwojowi bakterii gnilnych. Ponadto kwas mlekowy tworzy estry, które nadają kiszonkom „niepowtarzalny smak i aromat kiszonego ogóra”.

Fermentacja alkoholowa przebiega przede wszystkim u drożdży i przemiana ta jest dwu enzymatyczna (2 stopniowa). Znalazła szerokie zastosowanie w gorzelnictwie , winiarstwie , piwowarstwie .

6. Enzymy anaboliczne. Wymienić i scharakteryzować.

Ad. 6 Ligazy (Syntetazy): katalizują reakcje syntezy nowych wiązań w wykorzystaniem energii związków makroergicznych (ATP, GTP, UTP). Enzymy z tej klasy wytwarzają wiązania C-C, C-N, C=O, C-S.

7. Cykl mocznikowy - reakcje, w których powstaje mocznik.

U organizmów ??? jon amonowy żeby mógł być przekształcony w cyklu mocznikowym w mocznik wcześniej musi być włączony w karbamoilofosforan przy udziale syntetazy karbamoilofosforanowej. Powstały karbamoilofosforan rozpoczyna cykl mocznikowy wchodząc w reakcję z L-ornityną. Reakcję tę katalizuje karbamoilo transferaza ornitynowa. Energia potrzebna do tej reakcji czerpana jest z rozpady wiązania makroergicznego obecnego w karbamoilofosforanie. Produktem tej reakcji jest L-cytrulina w drugiej reakcji cyklu katalizowanej przez syntetazę (ligazę) argininobursztynianową bierze udział L-cytrulina i kwas asparaginowy oraz ATP. Powstały w tej reakcji argininobursztynian w kolejnej reakcji katalizowanej przez liazę argininobursztynianową rozpada się w L-argininę i fumaran. Fumaran jest produktem ubocznym. Natomiast L-arginina jest rozkładana w czwartej reakcji cyklu katalizowanej przez arginazę (hydrolaza). L-arginina jest przekształcana w mocznik i L-ornitynę. L-ornityna rozpoczyna kolejny cykl.

8. Wszystkie dehydrogenazy uczestniczące w CKT. Cykl krebsa kwasu cytrynowego

9. Donor dwuwęglowych jednostek w syntezie kw. tłuszczowych.

malonylo-ACP

10. Scharakteryzować fosforyzację substratową i oksydacyjną

Fosforylacja substratowa jest to proces syntezy ATP z ADP i reszty fosforanowej kosztem energii wiązań makroergicznych w obecnych substratach. W szlaku glikolitycznym mają miejsce 2 fosforylacje substratowe tj. w reakcji katalizowanej przez kinazę fosfoglicerynianową i kinazę pirogronianową. Tak więc energia potrzebna do syntezy ATP powstaje z rozkładu wiązania karboksylofosforanowego obecnego w 1,3-bisfosfoglicerynianie, oraz druga z rozkładu wiązania enolofosforanowego obecnego w fosfoenolopirogronianie.

W cyklu tym ma miejsce fosforylacja substratowa tj. synteza ATP kosztem wiązań makroergicznych obecnych w substratach. Reakcją tą jest przekształcenie bursztynyloCoA w bursztynian z jednoczesną syntezą GTP. W procesie tym mają miejsce 4 odwodorowania, w których powstają 3 cząsteczki NADH i 1 cząsteczka FADH₂. Te zredukowane koenzymy są utleniane w łańcuchu oddechowym. Utleniając się dostarczają energii w formie ATP.

Proces fosforylacji oksydacyjnej przebiega zgodnie z teorią Mitchela, która zakłada, że energia swobodna uwalniana podczas transportu elektronów zostaje wykorzystana do tworzenia w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej gradientu protonowego. Gradient protonowy jest 1 z 2 sił napędzających syntezę ATP. Największa zmiana energii swobodnej, mająca miejsce w 3 głównych kompleksach enzymatycznych, tj. w I, III i IV jest podstawą tego, że w/w 3 kompleksy pełnią funkcję pompy protonowej. Wypompowywanie jonów H⁺ wytwarza nie tylko wysokie stężenie jonów H⁺ w przestrzeni międzybłonowej, ale tworzy też potencjał elektryczny wewnętrznej błony mitochondrialnej. Potencjał ten ma wartość dodatnią po stronie błony zwróconej ku przestrzeni międzybłonowej, a ujemną po stronie MATRIX`owej. W ten sposób powstaje elektrochemiczny gradient protonowy. Syntezę ATP prowadzi enzym syntaza ATP. Jest on zakotwiczony w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, ale z dala od przenośników tego łańcucha. Enzym ten napędzany jest (aktywowany) przez strumień protonów powracających w przestrzeni międzybłonowej do MATRIX. Tak, więc syntaza ATP jest aktywowana siłą protonomotoryczną, która jest sumą gradientu chemicznego i potencjału ładunków elektrycznych tworzonego w poprzek wewnętrznej błony mitochondrialnej. Synteza ATP zbudowana jest z części F₀, która jest zakotwiczona w wewnętrznej błonie i ma właściwości hydrofobowe. To stanowi kanał, przez który przechodzą protony w przestrzeni międzybłonowej i dalej do jednostki F tego enzymu. F₁ jest hydrofilowe i jest w niej zlokalizowane centrum, aktywne tego enzymu. F₁ zbudowane jest z wielu jednostek (, , γ W czasie przepływu protonów przez syntazę powodują one wibrację podjednostki X, która wibrując zmienia strukturę przestrzenną podjednostki  Zmiana konformacji podjednostki  powoduje uaktywnienie enzymu, wzrost powinowactwa do substratów: ADP i fosforanu nieorganicznego. Najnowsze badania wykazały, że transport 2 elektronów z NADH na tlen wiąże się z syntezą 2,5 cząsteczki ATP, a transport 2 elektronów z FADH₂ powoduje syntezę 1,5 cząsteczki ATP.

Zestaw C

1. Aminokwasy egzogenne.

b) egzogenne - organizm ludzki nie jest w stanie sam ich wyprodukować; u człowieka jest ich 9:

• Aromatyczne (fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan)

• Z rozg łańc bocznym (leucyna, izoleucyna, walina)

• Pochodne kw L-2-amino-3-fenylopropionowego (lizyna, metionina, treonina)

2. Witamina C, działanie, wzór.

Witamina C - reguluje następujące procesy:

• Hydroksylacja proliny w procesie biosyntezy kolagenu, stąd też niedobór to szkorbut.

• Degradacja tyrozyny i synteza adrenaliny

• Synteza kwasów tłuszczowych

• Wchłanianie i przyswajanie żelaza

• Reguluje procesy redoks - działa jako antyoksydat

• Hamuje powstawania nitrozoamin podczas trawienia (substancja szkodliwa - rakotwórcza).

3. Transkrypcja, biosynteza białka, działanie tRNA.

TRANSKRYPCJA:

Jest to proces syntezy RNA na bazie matrycy DNA. Głównym enzymem tej reakcji jest polimeraza RNA zależna od DNA.0

Oprócz tego enzymu w procesie transkrypcji potrzebne są:

• Matryce DNA.

• Substraty (trifosforany rybonukleotydów) - ATP, GTP, UTP, CTP.

• Dwuwartościowe jony metali: Mg²⁺, Mn²⁺.

TRANSLACJA - biosynteza białka, odbywa się ona na rybosomach w cytoplazmie i polega na przeniesieniu informacji zapisanej w mRNA na kolejność aminokwasów w łańcuchu polipepydowym. W procesie tym niezbędny jest rybosom, który u organizmów procariotycznych zbudowany jest z podjednostek 30S i 50S, a u eucariota z 40S i 60S. W każdej z podjednostek są też białka. U organizmów eucariotycznych stwierdzono aż 74 rodzaje białek o masie od 10 - 65 kDaltonów.

W procesie translacji wyróżnia się 5 etapów:

1. Aktywacja aminokwasów (taka sama jak przy charakterystyce tRNA) - każdy aktywowany aminokwas posiada kilka rodzajów tRNA.

2. Inicjacja syntezy łańcucha - ma tutaj miejsce powstanie kompleksu inicjującego, składającego się z mRNA obu podjednostek rybosomów pierwszego zaktywowanego aminokwasu z dołączonym tRNA, oraz kilku czynników białkowych nazywanych czynnikami inicjującymi (IF1, IF2,IF3)

3. Wydłużanie - W pierwszym podetapie cząsteczka aminoacylo - tRNA odpowiednia dla kodonu w mRNA przyłącza się do miejsca A na rybosomie. Następnie ma miejsce tworzenie wiązania peptydowego pomiędzy 2 aminokwasami. Następnie ma miejsce cykl przemieszczeń nazywany translacją. Potem rybosom się skurcza pod wpływem energii uwolnionej przez GTP gdy zjada go „żółty Pacman - enzym” (oznaczony jako EF-G) skutkiem jest przesunięcie się mRNA. Kodon następny jest przygotowany do przyjęcia kolejnego zaktywowanego aminokwasu. Translacja jest możliwa dzięki energii uwolnionej podczas rozkładu GTP.

4. Zakończenie - Proces kończy się w momencie pojawienia się jednego z kodonów (UAA,UAG,UGA) wówczas w miejsce A przyłącza się czynnik uwalniający RS.

5. Fałdowanie i modyfikacje potranslacyjne - Białka w procesie translacji ulegają różnym modyfikacjom np. skręcaniu łańcucha, przyłączaniu reszt cukrowych - (glikozylacji), przyłączaniu reszt metylowych (CH₃) - metylacji, przyłączaniu reszt fosforanowych - ufosforylowaniu. Białko syntetyzowane na terenie cytoplazmy jest kierowane do różnych struktur subkomórkowych tj. do miejsc gdzie funkcjonują.

tRNA Występuje zwykle w cytoplazmie i ma masę cząsteczkową najniższą ze wszystkich (25 - 30 Daltonów) w każdej komórce występuje ok. 60 różnych rodzajów tRNA specyficznych do aminokwasów. Ich struktura II-go rzędowa przedstawiana jest jako liść koniczyny. We wszystkich cząsteczkach tRNA na końcu C5' znajduje się GMP (guanozynomonofosforan). Natomiast na końcu C3' zawsze jest sekwencja CCA --→ (sekwencję zawsze czytamy od 5'!!!). Sekwencja ta bezpośrednio wiąże aminokwas. Cząsteczka tRNA zawiera 4 charakterystyczne pętle, najważniejsza to pętla antykodonowa, jej trójka zasad zwana jest antykodonem. Trójka ta jest znakiem rozpoznawczym dla wiązanego aminokwasu oraz miejsca w rybosomach gdzie wiązany jest aminokwas. Trójka ta musi być komplementarna do trójki zasad w mRNA. Zasadniczą funkcją tRNA jest udział w aktywowaniu aminokwasów i przenoszeniu zaktywowanych aminokwasów do miejsca syntezy białka. Aktywna forma aminokwasów to aminoacylo-tRNA. Powstaje przy udziale syntetazy aminoacylo-tRNA oraz ATP. Enzym ten wykazuje podwójną specyficzność tj. do stosunku do takowego aminokwasu oraz do antykodonu w przyłączonym tRNA.

4. Cykl pentozofosforanowy, reakcje, w których uczestniczą enzymy oksoreduktaz.

Szlak pentozofostoranowy:

Ciąg reakcji utlenienia glukozo-6-fosforanu do rubozo-5-fosforanu. Zachodzi w cytoplazmie i jest bardzo aktywny w tkance tłuszczowej, gruczołach mlekowych i korze nadnerczy - w tkankach gdzie przebiega intensywna synteza kwasów tłuszczowych, steroidów z acetylokoenzymu A. W przeciwieństwie do glikolizy przebiega z małą intensywnością w mięśniach. Pełni 2 główne funkcje:

• Przekształcenie heksozy w pentozę, a dokładnie rubozo-5-fosforan - cukier wykorzystywany do syntezy kwasów nukleinowych, związków makroergicznych, koenzymów (FAD, CoA, NAD, NADP)

• Tworzenie NADPH + H⁺ wykorzystywany do syntezy kwasów tłuszczowych i wielu innych procesów anabolicznych

Reakcje szlaku pentozofosforanowego dzielimy na 3 etapy:

1. Utlenienie glukozo-6-fosforanu do rybulozo-5-fosforanu i utworzenie 2 cząsteczek NADPH

2. Izomeryzacja rybulozo-5-fosforanu do rybozo-5-fosforanu

3. Przekształcenie rybozo-5-fosforanu we fruktozo-6-fosforan i aldehyd-3-fosfoglicerynowy.

Etap 3 jest pomostem łączącym przemiany szlaku pentozo-fosforanowego z glikolizą.

5. Hemoglobina, budowa hemu.

Hemoglobina - jest to białko, które występuje w erytrocytach. Stanowi 1/3 masy erytrocytów, zbudowana jest z 4 podjednostek (4 łańc. polipep.), 2 typu α i 2 typu β. Każdy z 4 łańc. polip. Połączony jest koordynacyjnie z jedną cząsteczką hemu. Połączenie jest za pośrednictwem imidazolowej reszty histydyny z udziałem 1 z 6 wiązań koordynacyjnych żelaza. Pods. funkcją hemoglobiny jest transport O₂ do wszelkich tkanek organizmu za pomocą naczyń krwionośnych. O₂ przyłącza się do jonu żelazawego hemu tworząc oxyhemoglobinę. Żelazo jest utlenowane!!!. Fe zawsze na Fe²⁺. To połączenie jest b. nietrwałe i wraz ze spadkiem stężenia O₂ rozpada się na tlen i hemoglobinę (hem wypada). Hemoglobina może połączyć się, z CO, uniemożliwiając tym samym przyłączenie się O₂. Kompleks hemoglobiny, z CO jest bardzo trwały i dlatego często następuje potworny zgon.

Inna pochodna hemoglobiny to tzw. nitrozohemoglobina powstaje w wyniku peklowania mięsa, czyli traktowania go saletrą. Zabieg ten obok konserwacji nadaje mięsu świeży wygląd i czerwoną smaczną barwę.

Hem - grupa prostetyczna (niebiałkowa część) wielu enzymów. Występuje m.in. w hemoglobinie, mioglobinie oraz w cytochromach.

Część organiczna hemu posiada strukturę analogiczną do porfiryny, która jest płaska. W cząsteczce hemu odpowiednia porfinyna posiada związany kation żelaza (Fe²⁺ lub Fe³⁺) przez cztery wiązania N-Fe. Formalnie dwa z nich to wiązania kowalencyjne, a dwa koordynacyjne, choć w rzeczywistości są one równocenne. Kation żelaza w strukturze hemu może znajdować się zarówno w płaszczyźnie porfiryny jak i wystawać ponad płaszczyznę. W cząsteczce hemoglobiny kation ten jest wysunięty ponad płaszczyznę o około 0.04 nm czyli 0.4 Å natomiast po związaniu cząsteczki tlenu przesuwa się do płaszczyzny. W wyniku delokalizacji wiązań szkieletu porfirynowego cząsteczka hemu silnie absorbuje światło widzialne. Hem nadaje białku i krwi czerwony kolor. Zaburzenia w biosyntezie hemu u człowieka objawiają się nadmiernym wydalaniem porfiryn w moczu (porfirie).W organizmach żywych zidentyfikowano szereg hemów (m.in. hem A, B, C, D, L, M, O, S) różniących się podstawnikami pierścienia porfirynowego.

6. Nośnik łańcucha oddechowego, kompleksy.

Koenzym Q - Ubihinon (przenośnik łańcucha oddechowego) występuje w mitochondriach i jest przenośnikiem protonów i elektronów w łańcuchu oddechowym. Przenosi elektrony między dehydrogenazą NADH (kompleks I), względnie reduktazą bursztynian-koenzym-Q (kompleks II) na kompleks cytochromów bc₁, jest więc zatem miejscem zejścia się dróg elektronów pochodzących z NADH oraz FADH₂.

Oksydoreduktaza NADH-koenzym Q (Kompleks I) [edytuj]

Kompleks I: oksydoreduktaza NADH-koenzym Q

Oksydoreduktaza NADH-koenzym Q, nazywana także dehydrogenazą NADH lub kompleksem I, jest pierwszym białkiem łańcucha transportu elektronów^[16]. U ssaków kompleks I jest ogromnym enzymem, składającym się z 46 podjednostek o łącznej masie około 1000 kDa^[17]. Struktura kompleksu została dobrze poznana jedynie u bakterii^[18], u większości organizmów kompleks ma kształt litery L z pionowym ramieniem umieszczonym w błonie a pionowym skierowanym do wnętrza mitochondrium ^[19][20]. Geny kodujące poszczególne podjednostki, podobnie jak ma to miejsce dla wielu enzymów mitochondrialnych, zawarte są zarówno w jądrze komórkowym, jak i genomie mitochondrialnym.

Reakcja katalizowana przez enzym polega na przeniesieniu dwóch elektronów z NADH na koenzym Q₁₀ (ubichinon, Q), związek lipofilny swobodnie dyfundujący w błonie mitochondrialnej:

  

Reakcja rozpoczynająca łańcuch transportu elektronów rozpoczyna się od przyłączenia cząsteczki NADH do kompleksu I i oderwaniu dwóch elektronów. Elektrony przekazywane są na kompleks przez grupę prostetyczną wchodzącą w skład enzymu, mononukleotyd flawinowy (FMN). Przekazanie dwóch elektronów na FMN przekształca go w zredukowaną formę, FMNH₂. Następnie elektrony przenoszone są przez kolejne centra żelazo-siarka, drugi rodzaj grup prostetycznych obecnych w kompleksie^[18]. W enzymie znajdują się centra [2Fe-2S] oraz [4Fe-4S].

Podczas przejścia przez kompleks dwóch elektronów cztery protony przemieszczane są z macierzy mitochondrialnej do przestrzeni międzybłonowej. Mechanizm przenoszenia protonów nie jest w pełni poznany, prawdopodobnie dochodzi do zmian konformacyjnych w wyniku których protony przyłączone po stronie macierzy mitochondrialnej zostają przeniesione na stronę przestrzeni międzybłonowej i tam odłączone od białka^[21]. Pobrane elektrony poprzez centra żelazo-siarka przenoszone są ostatecznie na cząsteczkę ubichinonu w błonie^[16]. Zredukowanie ubichinonu również przyczynia się do wytworzenia gradientu protonowego, ponieważ oba przyłączane protony pobierane są z macierzy mitochondrialnej, co prowadzi do wytworzenia ubichonolu (QH₂).

Oksydoreduktaza bursztynian-ubichinon (kompleks II) [edytuj]

Kompleks II: Oksydoreduktaza bursztynian-ubichinon.

Oksydoreduktaza bursztynian-ubichinon, określana także jako kompleks II lub dehydrogenaza bursztynianowa, jest drugim punktem wejścia elektronów do łańcucha transportu elektronów^[22]. Jest to szczególny kompleks, który jest zarówno enzymem cyklu kwasu cytrynowego, jak i łańcucha oddechowego. Kompleks II składa się z czterech podjednostek oraz zawiera kofaktor w postaci dinukleotydu flawinoadeninowego (FAD), centra żalazo-siarka oraz grupę hemową, która nie uczestniczy w przenoszeniu elektronów na koenzym Q, lecz prawdopodobnie odgrywa rolę w zmniejszeniu produkcji reaktywnych form tlenu ^[23][24]. Enzym utlenia bursztynian do fumaranu redukując jednocześnie ubichinon. W reakcji tej uwalniane jest mniej energii niż podczas utleniania NADH, nie dochodzi również do przemieszczania protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. Kompleks II nie bierze więc udziału w wytwarzaniu gradientu protonowego.

  

U niektórych eukariotów, takich jak należąca do pasożytniczych nicieni Ascaris suum, enzym zbliżony do kompleksu II, reduktaza fumaranu (oksydoreduktaza menachinon:fumaran, QFR - ang. menaquinol:fumarate oxidoreductase), przeprowadza reakcję odwrotną redukując fumaran. Pozwala to przeżyć pasożytowi w warunkach beztlenowych panujących w jelicie grubym, poprzez przeprowadzanie beztlenowej fosforylacji oksydacyjnej, z fumaranem jako akceptorem elektronów^[25]. Innym przykładem nietypowego wykorzystania kompleksu II jest pasożytniczy pierwotniak wywołujący malarię Plasmodium falciparum. U tego organizmu odwrócenie działania kompleksu II umożliwi odtwarzanie ubichinonu, który jest następnie zużywany w wyjątkowym procesie biosyntezy pirymidyn^[26].

Oksydoreduktaza flawoproteina przenosząca elektron-ubichinon [edytuj]

Oksydoreduktaza flawoproteina przenosząca elektrony-ubichinon (oksydoreduktaza ETF-Q), nazywana także dehydrogenazą flawoproteiny przenoszącej elektrony, jest trzecim punktem wejścia do łańcucha transportu elektronów. Jest to enzym odbierający elektrony od flawoproteiny przenoszącej elektrony występującej w macierzy mitochondrialnej i redukujący pulę ubichinonu w błonie^[27]. Enzym zawiera flawinę i centrum żelazo-siarka typu [4Fe-4S], jednak w przeciwieństwie do innych kompleksów nie jest białkiem transbłonowym, lecz pozostaje związany z wewnętrzną powierzchnią błony^[28].

  

U ssaków enzym odgrywa ważną rolę w β-oksydacji kwasów tłuszczowych, katabolizmie aminokwasów i choliny, spełniając funkcję akceptora elektronów dehydrogenazy acylo-CoA^[29][30]. U roślin, oksydoreduktaza ETF-Q nie bierze udziału w β-oksydacji, jednak odgrywa ważną rolę w metabolizmie podczas długich okresów ciemności^[31].

Oksydoreduktaza koenzym Q-cytochrom c (kompleks III) [edytuj]

Kompleks III, Oksydoreduktaza koenzym Q-cytochrom c przenosi elektrony z ubichinolu na cytochrom c w dwóch etapach. Podczas utleniania dwóch cząsteczek QH₂, po stronie zewnętrze błony, powstaje dodatkowa cząsteczka QH₂ po stronie wewnętrznej.

Oksydoreduktaza koenzym Q-cytochrom c nazywana także reduktazą cytochromu c, kompleksem cytochromów bc₁ lub kompleksem III^[32][33]. U ssaków enzym składa się z dwóch identycznych podjednostek, z których każda składa się z 11 podjednostek białkowych, centrum żelazo-siarka [2Fe-2S] i trzech cytochromów: cytochromu c₁ i dwóch cytochromów b^[34]. Cytochromy są białkami przenoszącymi elektrony, zawierającymi jedną lub więcej grup hemowych. Atomy żelaza obecne w kompleksie III znajdują się na przemian na +2 lub +3 stopniu utlenienia, przyjmując lub oddając elektron.

Reakcja katalizowana przez kompleks III polega na utlenieniu cząsteczki ubichinolu i redukcji dwóch cząsteczek cytochromu c, białka zawierającego hem, luźno związanego z błoną mitochondrialną. W przeciwieństwie do cząsteczki koenzymu Q, przenoszącej dwa elektrony, cytochrom c przenosi tylko jeden elektron.

  

Ze względu na możliwość przeniesienia tylko jednego elektronu z cząsteczki QH₂ na cytochrom c, reakcje zachodzące na kompleksie III są bardziej złożone niż reakcje na pozostałych kompleksach i zachodzą w dwóch etapach nazywanych cyklem Q^[35]. W pierwszym etapie z kompleksem związane są trzy substraty, utleniana cząsteczka QH₂, cytochrom c oraz cząsteczka ubichinonu. Jeden z elektronów pobranych z ubichinolu przekazywany jest na cytochrom c. Drugi elektron przekazywany jest do cząsteczki ubichinonu przyłączonej po stronie macierzy mitochondrialnej. Protony powstające po pobraniu elektronów z cząsteczki QH₂ uwalniane są do przestrzeni międzybłonowej. Cząsteczka ubichinonu redukowana po przeciwnej stronie kompleksu przyłącza protony z macierzy mitochondrialnej. Po odebraniu elektronów z ubichinolu odłącza się on od kompleksu. To samo dzieje się ze zredukowanym cytochromem c. Druga cząsteczka ubichinonu, na którą został przeniesiony jeden elektron tworzy semichinon i pozostaje związana z kompleksem. W drugim etapie do enzymu przyłączona zostaje następna cząsteczka QH₂ i po raz kolejny jeden z elektronów przenoszony jest na cytochrom c a drugi na na związaną cząsteczkę semichinonu. W efekcie semichinon zostaje zredukowany do QH₂, a dwa dodatkowe protony poprane z macierzy mitochondrialnej. Powstała cząsteczka QH₂ odrywa się od kompleksu i może zostać utleniona w części utleniającej enzymu^[36].

Utlenianie koenzymu Q do ubichinonu po zewnętrze stronie błony i redukcja do ubichinolu po stronie wewnętrznej, daje efekt przenoszenia protonów przez błonę, co prowadzi do zwiększenia gradientu elektrochemicznego^[3]. Dwa etapy utleniania ubichinolu zwiększają efektywność przenoszenia protonów. Bez zachodzenia cyklu Q redukcji jednej cząsteczki cytochromu c towarzyszyłoby przeniesienie przez błonę tylko jednego protonu^[3].

Oksydaza cytochromu c (Kompleks IV) [edytuj]

 Osobny artykuł: oksydaza cytochromu c.

Kompleks IV: oksydaza cytochromu c.

Oksydaza cytochromu c, określana także jako kompleks IV, jest ostatnim enzymem łańcucha transportu elektronów^[37]. Kompleks IV mitochondriów ssaków zbudowany jest z 13 podjednostek, dwóch cząsteczek hemu oraz wielu kofaktorów w postaci jonów metali - trzech atomów miedzi, jednego magnezu i jednego cynku ^[38].

Enzym katalizuje końcową reakcje łańcucha oddechowego przenosząc elektrony na tlen i jednocześnie przemieszczając protony przez błonę^[39]. Tlen po przyjęciu elektronów ulega redukcji przyłączając protony z macierzy mitochondrialnej, co prowadzi do powstania wody. Zarówno przenoszenie protonów w poprzek błony, jak i zużywanie, po stronie macierzy mitochondrialnej w reakcji powstawania wody, prowadzi do zwiększenia gradientu protonowego. Reakcja katalizowana polega na utlenianiu cytochromu c i redukcji tlenu według równania:

  

7. Aktywacja kwasu palmitynowego.

Reakcja utlenienia palmitynianu:

Palmitylo- CoA + 7FAD + 7NAD⁺ + 7CoA + 7H₂O 8acetylo- CoA + FADH₂ + 7NADH + 7H⁺

Proces elongacji ma charakter cykliczny gdzie w każdym obrocie bierze udział acylo-ACP zawsze o 2 węgle dłuższym łańcuchu oraz malonylo-ACP. Proces ten trwa do chwili, gdy produktem końcowym jest 16-sto węglowy kwas połączony z ACP. Proces ten kończy deacylaza, która usuwa ACP i uwalnia kwas palmitynowy.

8. Włączenie azotu nieorganicznego w związki organiczne.

9. Fosforyzacja substratowi.

Fosforylacja substratowa jest to proces syntezy ATP z ADP i reszty fosforanowej kosztem energii wiązań makroergicznych w obecnych substratach. W szlaku glikolitycznym mają miejsce 2 fosforylacje substratowe tj. w reakcji katalizowanej przez kinazę fosfoglicerynianową i kinazę pirogronianową. Tak więc energia potrzebna do syntezy ATP powstaje z rozkładu wiązania karboksylofosforanowego obecnego w 1,3-bisfosfoglicerynianie, oraz druga z rozkładu wiązania enolofosforanowego obecnego w fosfoenolopirogronianie.

W cyklu tym ma miejsce fosforylacja substratowa tj. synteza ATP kosztem wiązań makroergicznych obecnych w substratach. Reakcją tą jest przekształcenie bursztynyloCoA w bursztynian z jednoczesną syntezą GTP. W procesie tym mają miejsce 4 odwodorowania, w których powstają 3 cząsteczki NADH i 1 cząsteczka FADH₂. Te zredukowane koenzymy są utleniane w łańcuchu oddechowym. Utleniając się dostarczają energii w formie ATP.

Zestaw D

1. Utworzyć tetrapeptyd z aminokwasów o charakterze, niepolarnym.

niepolarne-alifaty

2. Napisać reakcję CKT, w której powstaje CO₂. Podać enzymy i ich klasy.

enzymem jest dehydrogenaza izocytrynianowa, enzym klasy oksydoreduktaz

3. Napisać reakcję cyklu mocznikowego, w którym powstaje mocznik. Podać enzymy.

4. Napisać przemiany beztlenowe pirogronianu zachodzące z mięśniach.

W warunkach beztlenowych pirogronian może przekształcić się w kwas mlekowy (fermentacja mleczanowa) lub etanol (fermentacja alkoholowa )

Fermentacja mleczanowa przebiega u wielu mikroorganizmów oraz w mięśniach zwierząt i ludzi. Znalazła ona zastosowanie w przemyśle spożywczym i rolnictwie do zakwaszania różnych surowców (kiszonki). Powstały kwas mlekowy zakwasza środowisko i zapobiega rozwojowi bakterii gnilnych. Ponadto kwas mlekowy tworzy estry, które nadają kiszonkom „niepowtarzalny smak i aromat kiszonego ogóra”.

5. Co to jest lecytyna, kefaliny, fosfatydyloseryny. Podać wzór.

Lecytyny (nazwa chemiczna: fosfatydylocholiny) - organiczne związki chemiczne z grupy fosfolipidów, w których reszta fosforanowa zestryfikowana jest choliną^[1][2]. W ujęciu żywieniowym nazwa "lecytyna" może obejmować także inne fosfolipidy, np. kefaliny (fosfatydyloetanoloaminy) lub fosfatydyloinozytol.

kefaliny (gr. kaphalé `głowa') biochem. fosfatydyloetanoloaminy, fosfolipidy występujące gł. w substancji mózgowej i osłonkach mielinowych zakończeń nerwowych.

Fosfatydyloseryna jest elementem funkcyjnym ścian komórkowych, odgrywa kluczową rolę szczególnie w komórkach centralnego układu nerwowego, gdzie jest nośnikiem wielu czynności nerwowych. Aktywuje i odnawia komórki nerwowe, produkuje i uwalnia nośniki nerwowe itp. W ostatnich czasach duża ilość prac badawczych podkreśla znaczenie fosfatydyloseryny dla podstawowych funkcji mózgu - pamięci i zdolności uczenia się. Stwierdzono, że pojawiający się z wiekiem spadek funkcji psychicznych (pamięć, zdolność uczenia się, żwawość) związany jest ze spadkiem ilości fosfatydyloseryny w mózgu. Fosfatydyloseryna przeciwdziała objawom zapominania, wpływa na sprawność umysłową. Poprawia koncentrację i zdolność uczenia się, i dlatego ta substancja odżywcza jest idealna dla studentów, menadżerów i osób intelektualnie aktywnych, również dla ludzi starszych.

6. Napisać wzór fosforanu pirodoksalu, w jakich przemianach uczestniczy? Napisać jedną z nich.

PLP lub PAL - fosforan pirydoksalu - przenosi grupy aminowe. Koenzym ten jest pochodną witaminy B6, która występuje w 3 formach:

Pirydoksyna

Pirydoksamina

Pirydoksal

1,5-fosforan pirydoksalu uczestniczy w reakcjach transaminacji

7. Co to jest biosynteza białka? Reakcje aktywowania aminokwasów.

TRANSLACJA - biosynteza białka, odbywa się ona na rybosomach w cytoplazmie i polega na przeniesieniu informacji zapisanej w mRNA na kolejność aminokwasów w łańcuchu polipepydowym. W procesie tym niezbędny jest rybosom, który u organizmów procariotycznych zbudowany jest z podjednostek 30S i 50S, a u eucariota z 40S i 60S. W każdej z podjednostek są też białka. U organizmów eucariotycznych stwierdzono aż 74 rodzaje białek o masie od 10 - 65 kDaltonów.

W procesie translacji wyróżnia się 5 etapów:

• Aktywacja aminokwasów (taka sama jak przy charakterystyce tRNA) - każdy aktywowany aminokwas posiada kilka rodzajów tRNA.

• Inicjacja syntezy łańcucha - ma tutaj miejsce powstanie kompleksu inicjującego, składającego się z mRNA obu podjednostek rybosomów pierwszego zaktywowanego aminokwasu z dołączonym tRNA, oraz kilku czynników białkowych nazywanych czynnikami inicjującymi (IF1, IF2,IF3)

• Wydłużanie - W pierwszym podetapie cząsteczka aminoacylo - tRNA odpowiednia dla kodonu w mRNA przyłącza się do miejsca A na rybosomie. Następnie ma miejsce tworzenie wiązania peptydowego pomiędzy 2 aminokwasami. Następnie ma miejsce cykl przemieszczeń nazywany translacją. Potem rybosom się skurcza pod wpływem energii uwolnionej przez GTP gdy zjada go „żółty Pacman - enzym” (oznaczony jako EF-G) skutkiem jest przesunięcie się mRNA. Kodon następny jest przygotowany do przyjęcia kolejnego zaktywowanego aminokwasu. Translacja jest możliwa dzięki energii uwolnionej podczas rozkładu GTP.

• Zakończenie - Proces kończy się w momencie pojawienia się jednego z kodonów (UAA,UAG,UGA) wówczas w miejsce A przyłącza się czynnik uwalniający RS.

• Fałdowanie i modyfikacje potranslacyjne - Białka w procesie translacji ulegają różnym modyfikacjom np. skręcaniu łańcucha, przyłączaniu reszt cukrowych - (glikozylacji), przyłączaniu reszt metylowych (CH₃) - metylacji, przyłączaniu reszt fosforanowych - ufosforylowaniu. Białko syntetyzowane na terenie cytoplazmy jest kierowane do różnych struktur subkomórkowych tj. do miejsc gdzie funkcjonują.

Aktywacja aminokwasu - w procesie biosyntezy białek to proces powstawania kompleksu tRNA-aminokwas (aminoacylo-tRNA). Aktywacja aminokwasu zachodzi dwuetapowo i wymaga nakładu energii z ATP.

• I etap: aminokwas + ATP- aktywowany aminokwas + 2P/ aktywacji ulega grupa karboksylowa

• II etap: aktywny aminokwas + tRNA- aminoacylo-tRNA + AMP

8. Co to jest tRNA?

tRNA Występuje zwykle w cytoplazmie i ma masę cząsteczkową najniższą ze wszystkich (25 - 30 Daltonów) w każdej komórce występuje ok. 60 różnych rodzajów tRNA specyficznych do aminokwasów. Ich struktura II-go rzędowa przedstawiana jest jako liść koniczyny. We wszystkich cząsteczkach tRNA na końcu C5' znajduje się GMP (guanozynomonofosforan). Natomiast na końcu C3' zawsze jest sekwencja CCA --→ (sekwencję zawsze czytamy od 5'!!!). Sekwencja ta bezpośrednio wiąże aminokwas. Cząsteczka tRNA zawiera 4 charakterystyczne pętle, najważniejsza to pętla antykodonowa, jej trójka zasad zwana jest antykodonem. Trójka ta jest znakiem rozpoznawczym dla wiązanego aminokwasu oraz miejsca w rybosomach gdzie wiązany jest aminokwas. Trójka ta musi być komplementarna do trójki zasad w mRNA. Zasadniczą funkcją tRNA jest udział w aktywowaniu aminokwasów i przenoszeniu zaktywowanych aminokwasów do miejsca syntezy białka. Aktywna forma aminokwasów to aminoacylo-tRNA. Powstaje przy udziale syntetazy aminoacylo-tRNA oraz ATP. Enzym ten wykazuje podwójną specyficzność tj. do stosunku do takowego aminokwasu oraz do antykodonu w przyłączonym tRNA.

9. Reakcja glukozy, w którą wchodzi cykl glikolityczny.

10. Wymień enzymy z cyklu glikolitycznego. Podać klasy.

Heksokinaza transferaza

Izomeraza glukozofosforanowa izomeraza

Fosfofruktokinaza transferaza

Aldolaza liaza

Izomeraza triozofosforanowa izomeraza

Dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego oksydoreduktaza

Kinaza fosfoglicerynianowa transferaza

Fosfogliceromutaza izomeraza

Enolaza liaza

Kinaza pirogronianowa transferaza

Zestaw E

1. Co to jest wtórna struktura białka? Czy jest ona uwarunkowana genetycznie? Podać wiązania, które ja utrwalają.

Struktury białek i wiązania

1. Pierwotna - sekwencja aminokwasów (wiązania peptydowe)

2. Wtórna: Różne usytuowanie łańcucha polipeptydowego w przestrzeni decyduje o wtórnej strukturze białka.

1. Drugorzędowa (α, β, mieszana)

2. 3-cio rzędowa

3. 4-to rzędowa

Do najważniejszych wiązań utrzymujących st. wtórną należą:

• wodorowe

• dwusiarczkowe

• jonowe

• hydrofobowe

• Van der Wallsa

Wiązanie peptydowe:

Wiązanie pomiędzy C-N w ok. 40% ma charakter wiązania podwójnego.

Wiązanie pomiędzy C-O w ok. 60% ma charakter wiązania podwójnego.

Te 2 fakty powodują, że w. peptydowe wykazuje znaczną sztywność, a wszystkie jego 4 atomy (C,O,N,H) są w tej samej płaszczyźnie. Łańcuch nie jest do końca sztywny, gdyż wiązanie przy węglu α umożliwia swobodną rotację łańcucha.

Wiązanie wodorowe:

Tworzą się między dwoma elektroujemnymi atomami, które silnie przyciągają proton. Proton ten pełni funkcję czynnika wiążącego. W białkach wiązanie wodorowe tworzy się najczęściej między tlenem grupy CO, a azotem grupy NH. W. w mogą tworzyć się w obrębie jednego łańcucha, lub między gr. CO i NH sąsiednich łańcuchów. Energia w. w jest niewielka (10-cio krotnie mniejsza niż kowalencyjnych), ale b. duża ich ilość jest w białkach.

Wiązania dwusiarczkowe (disulfidowe):

Wiązanie te są typu kowalencyjnego, powstają zawsze w wyniku odwodorowania grup SH dwóch cząstek cysteiny wchodzących w skład białek. Duża ich ilość jest w białkach strukturalnych, dzięki nim wykazują dużą stabilność i są odp. na denaturację termiczną.

Wiązania jonowe (solne) - tworzą się między dodatkowymi gr. funkcyjnymi o przeciwnych ładunkach (+ z -). Najczęściej tworzą się między gr. NH₃ lizyny (dodatkowej), a gr. COO^- (dodatkowa) kw. asparaginowego lub glutaminowego. Mogą one również występować w formie pojedynczego łańcucha jak i między łańcuchami polipeptydowymi.

Oddziaływania (wiązania) hydrofobowe:

Określają one siły wzajemnego oddziaływania między apolarnymi rodnikami aminokwasów łańc. polipep. Reszty hydrofobowe w białku mają tendencję do unikania wody, a reszty polarne otaczają się cząstkami wody. W rezultacie takich oddziaływań cząsteczki białka przyjmują taką konformację, że rodniki apolarne znajdują się wewnątrz cząsteczki, a polarne na zewnątrz w kontakcie z fazą wodną.

Struktura 1-szo rzędowa:

Jest to kolejność aminokwasów w łańć. polipep. Tworzą ją wyłącznie wiązania polipeptydowe. Jest to jedyna st., która jest warunkowana genetycznie, dlatego jej znajomość pozwala na ustalenie pochodzenia genetycznego.

Struktura 2-go rzędowa:

Występuje w postaci 3 form α (α - heliks = śrubowa), β - (dywanowa lub fałdowa), oraz mieszana (jest α i β). St. tę utrwalają wiązania wodorowe.

α - heliks można przedstawić w postaci łańcucha prawoskrętnie zwiniętego wokół jednej wspólnej hipotetycznej osi. Każdy skręt (zwój) ma 3,6 reszt aminokwasów, a każdy skok heliksu ma 0,54 nm. Wśród aminokwasów utrudniających tworzenie się α - heliksu jest prolina lub hydroxyprolina gdyż atom azotu tych aminokwasów jest wbudowany w pierścień heterocykliczny, co uniemożliwia możliwość obrotu wokół węgla α. Obecność tych am. jest przyczyną tworzenia się w tych miejscach tzw. pętli.

Struktura β polega na utworzeniu się wokół siebie najczęściej równolegle zygzakowatych odcinków łańcucha polipeptydowego. St. tę najczęściej stabilizują poprzeczne wiązania wodorowe. W porównaniu z α - heliksem struktura β jest bardziej rozciągnięta. Przykładami białek z tej struktury jest np. keratyna, która ma zdolność do przechodzenia z α w β i na odwrót.

Struktura 3-cio rzędowa:

Mówi nam o stopniu zwinięcia heliksu α lub st. β w przestrzeni. Ten typ st. występuje w białkach globularnych. Struktura 3-cio rzędowa utrzymywana jest dzięki wiązaniom wodorowym, jonowym, odd. hydrofobowym i czasami dzięki SS.

Struktura 4-to rzędowa:

Mówi nam o stopniu i sposobie połączenia kilku podjednostek (dotyczy białek o dużych masach cząsteczkowych). St. tą przyjmują białka w celu wypełnienia b. ważnych funkcji metabolicznych. Przykładami są hemoglobina i enzymy (syntetaza glutaminy, dehydrogenaza mleczanowa). Białka o st. 4-to rzędowej są oligomerami. St. tę stabilizują przede wszystkim SS, wiązania wodorowe i jonowe.

2. Reakcje przyswajania azotu przez rośliny i zwierzęta.

Zarówno u organizmów zwierzęcych, roślinnych jak i mikroorganizmów jedyną formą azotu nieorganicznego, która może być bezpośrednio włączona do zw. organicznych jest forma amonowa. Rośliny mają zdolność do pobierania i gromadzenia dużych ilości azotanów. Są one nietoxyczne dla roślin. Ta forma azotu gromadzona jest u roślin w formie dwóch pul:

• zapasowej

• metabolicznej

Jedynie pula metaboliczna podlega przekształceniu w formę amonową, są one zlokalizowane w różnych strukturach subkomórkowych tj:

• pula metaboliczna w cytoplazmie

• pula zapasowa w wakuoli

W procesie redukcji azotanów do jonów amonowych uczestniczą 2 enzymy:

• reduktaza azotanowa

• reduktaza azotynowa

NO₃^- + NAD(P)H + 2H⁺
NO₂^- + NAD(P)⁺ + H₂O

Proces redukcji azotanów do azotynów przebiega w cytoplazmie

Drugi enzym reduktaza azotynowa działa w chloroplastach

NO₂^- + 6Fd_zred + 8H⁺
NH₄⁺ + 6Fd_utl + H₂O

Pomimo, że dla zwierząt azotany nie są toksyczne to jednak surowce pochodzenia roślinnego zawierające wysokie poziomy azotanów nie mogą być wykorzystywane w przemyśle spożywczym. Wynika to z faktu, że w czasie przechowywania surowca zwłaszcza w warunkach niedostępności światła zahamowany jest 2 stopień redukcji azotanów tj. zahamowana jest reakcja katalizowana przez reduktazę azotynową. W warunkach tych spada poziom ferredoksyny i gromadzą się azotyny - związki bardzo toksyczne dla człowieka.

Jony amonowe mogą być włączone do związków organicznych w postaci grupy aminowej, grupy amidowej, grupy karbamoilofosforanowej.

U roślin podstawową drogą asymilacji NH₄ jest cykl GS/GOGAT to jest cykl synetazy glutaminowej i syntetazy glutaminianowej. Cykl ten funkcjonuje zarówno w chloroplastach roślin, plastydach korzeni oraz w cytoplazmie. W chloroplastach w cyklu tym bierze udział chloroplastowa izoforma GS oraz Fd zależna forma GOGAT. W cytoplazmie w cyklu tym biorą udział cytoplazmatyczna izoforma GS i NAD(P)⁺ zależna forma GOGAT. U zwierząt cykl ten nie funkcjonuje. U zwierząt rolę enzymów asymilujących NH₄ pełnią:

• dehydrogenaza glutaminianowa

• syntetaza glutaminy

• amoniakoliaza asparaginowa katalizująca reakcję odwracalną

Synteza karbamoilofosforanu przebiega zarówno u roślin, zwierząt i mikroorganizmów i w znacznym stopniu reakcja ta służy procesowi syntezy zasad azotowych zwłaszcza pirymidynowych. Związek ten jest substratem wyjściowym do ich syntezy.

3. Co to jest replikacja? Podać enzymy.

W każdej żywej komórce przed podziałem ma miejsce powielanie DNA, czyli replikacja. Proces ten jest po to, żeby każda komórka potomna była wyposażona we wszystkie niezbędne informacje.

Biosynteza DNA - replikacja odbywa się wg modelu semi-konserwatywnego polegającego na tym, że podwójna nić DNA musi ulec rozpleceniu i do każdej z 2 nici dobudowana jest nowa nić komplementarna. Rozpleciona pojedyncza nić stanowi matrycę na bazie, której syntetyzowana jest nowa nić, a kolejność zasad w matrycy musi być komplementarna do kolejności zasad w nowej nici. Głównymi enzymami procesu replikacji są:

• Polimeraza DNA III

• Polimeraza DNA I

• Helikaza

• Prymaza

• Ligaza DNA

• Topoizomeraza I

• Topoizomeraza II

4. Co to jest fosforyzacja substratowa. Podać reakcję.

Fosforylacja substratowa jest to proces syntezy ATP z ADP i reszty fosforanowej kosztem energii wiązań makroergicznych w obecnych substratach. W szlaku glikolitycznym mają miejsce 2 fosforylacje substratowe tj. w reakcji katalizowanej przez kinazę fosfoglicerynianową i kinazę pirogronianową. Tak więc energia potrzebna do syntezy ATP powstaje z rozkładu wiązania karboksylofosforanowego obecnego w 1,3-bisfosfoglicerynianie, oraz druga z rozkładu wiązania enolofosforanowego obecnego w fosfoenolopirogronianie.

Fosforylacja substratowa - reakcja chemiczna, która ma miejsce, gdy reszta fosforanowa zostanie przeniesiona ze związku ufosforylowanego - substratu - bezpośrednio na ADP przez enzymy, najczęściej z grupy kinaz. Ten sposób wytwarzania ATP nie wymaga udziału tlenu i zachodzi np. w glikolizie oraz cyklu Krebsa. Ten sposób wytwarzania ATP jest ewolucyjnie najstarszy, jednak ilość związków, które mogą wejść w reakcję fosforylacji substratowej jest ograniczona. Fosforylacja ta pozwala, np. mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie podczas dużego wysiłku fizycznego przy niedostatecznym dopływie tlenu.

Substrat wysokoenergetyczny (ufosforylowany) + ADP → produkt niskoenergetyczny + ATP

5. Porównać β-utlenianie z syntezą kw. tłuszczowych. Napisać reakcje redukcji zachodzące w syntezach.

Synteza kwasów tłuszczowych, pomimo że pod wieloma względami przypomina ich katabolizm, ale przebiega zupełnie innymi torami niż ich rozkład. Świadczą o tym następujące dane:

Synteza ma miejsce w cytozolu, podczas gdy rozkład w MATRIX mitochondrialnym.

Związki pośrednie syntezy są kowalencyjnie związane z grupą SH białkowego nośnika grup acylowych - ACP, podczas gdy produkty rozpadu zawsze połączone są z CoA.

Enzymy biorące udział w biosyntezie kwasów są połączone w 1 cząsteczkę białkową o nazwie syntaza kwasów tłuszczowych, natomiast enzymy rozkładające występują każdy osobno (nie są zasocjowane).

Produktami rozkładu kwasów są cząsteczki acetylo-CoA czyli cząsteczki dwuwęglowe, podczas gdy przy biosyntezie donorem jednostek dwuwęglowych jest związek trójwęglowy - malonylo-ACP

W procesie syntezy kwasów tłuszczowych zużywane są cząsteczki NADH + H⁺, podczas gdy w czasie rozkładu powstają NADH i FADH₂.

W procesie syntezy kwasów tłuszczowych bierze udział 7 enzymów połączonych w kompleks enzymatyczny „syntaza kwasów tłuszczowych”:

karboksylaza acetylo-CoA

transacylaza acetylowa

transacylaza malonylowa

Te 3 enzymy mają za zadanie przygotowania dwóch substratów wyjściowych czyli: acetylo-ACP i malonylo-ACP rozpoczynających proces wydłużania łańcucha acylowego. Z kolei elongacja przebiega przy udziale 4 enzymów:

enzymu kondensującego - acylomalonylo-ACP

reduktazy β-ketoacylo-ACP

dehydratazy 3-hydroksyacylo-ACP

reduktazy enoilo-ACP

Proces elongacji ma charakter cykliczny gdzie w każdym obrocie bierze udział acylo-ACP zawsze o 2 węgle dłuższym łańcuchu oraz malonylo-ACP. Proces ten trwa do chwili, gdy produktem końcowym jest 16-sto węglowy kwas połączony z ACP. Proces ten kończy deacylaza, która usuwa ACP i uwalnia kwas palmitynowy.

• Redukcja acetoacetylo-ACP do D-3-hydroksybutyrylo-ACP, podczas której wykorzystywana jest jedna cząsteczka NADPH. Enzym- Reduktaza beta-ketoacylo-ACP

• Redukcja krotonylo-ACP do butyrylo-ACP, podczas której zostaje wykorzystana kolejna cząsteczka NADPH. Enzym: reduktaza enoilo-ACP

6. Jakich formach występują nukleotydy? Podać ich różne funkcje.

Podstawową cegiełką są nukleotydy. Połączone są one ze sobą wiązaniem 3,5-fosfodiestrowymi, każdy nukleotyd ma zasadę azotową połączoną wiązaniem N-glikozydowym z 1-szym węglem rybozy, a cukier przy 5-tym węglu łączy się estrowo z kwasem fosforowym. Wśród puryn są adenina(A) i guanina(G), a wśród zasad pirymidynowych cytozyna(C), uracyl(U) i tymina(T).

Zasady azotowe pirymidynowe są pochodnymi pirymidyny, zawierającymi przy C2 zawsze grupę posiadającą tlen, natomiast przy C^ - grupę hydroksylową lub aminową. Tego rodzaju rozmieszczenie grup sprzyja występowaniu zjawiska

 

 

 

 

 

tautomerii, polegającego na tym, że atom wodoru może łączyć się z tlenem na pierścieniu lub atomem azotu w pierścieniu. Formę, w której wodór znajduje się w grupie hydroksylowej (postać enolowa), nazywamy laktim, natomiast jeśli tlen występuje w postaci ketonowej, mamy do czynienia z formą, zwaną laktam. Analogicznie pochodne aminowe mogą występować w formie iminowej.

W nukleotydach istotne są te formy zasad pirymidynowych, u których przy N3 w pierścieniu znajduje się wodór, ponieważ może on być zastąpiony pentozą, która w tym miejscu łączy się wiązaniem N-glukozydowym. Z reguły występują formy aminowe.

 

 

 

 

Do najczęściej spotykanych zasad pirymidynowych należą: uracyl, tymina, cyto-zyna, 5-metylocytozyna oraz 5-hydroksymetylocytozyna.

Zasady purynowe zawierają układ puryny, powstały przez skondensowanie pirymidyny i imidazolu. Podobnie jak w przypadku zasad pirymidynowych spotyka­my formy tautomeryczne: laktim i laktam oraz aminowe i iminowe. Istotne dla nukleotydów są formy ketonowe i aminowe pochodnych puryn.

 

 

 

7. Podać klasy enzymów i reakcję, w której uczestniczą, izomerazy.

1. Oksydoreduktazy

2. Transferazy

3. Hydrolazy

4. Liazy

5. Izomerazy

6. Ligazy (Syntetazy)

8. Podać enzymy zaliczane do klasy oksydoreduktaz uczestniczące, w CKT. Napisać jedną z nich.

9. Napisać reakcję jednego ze związków z CKT, z którego możne powstać aminokwas.

Zestaw F

1. Co to są białka złożone? Wymień 5 grup białek złożonych oraz podaj przykłady białek z poszczególnych grup.

2. Wymień 4 różne funkcje, jakie mogą pełnić związki o budowie nukleotydowej. Napisz wzory i podaj nazwy dwóch związków tego typu pełniących różne frakcje.

3. Co to SA enzymy allosteryczne. Podaj przykład takiego enzymu i omów sposób regulacji jego aktywności. Co to jest 1 katal?

4. Napisz wzór i nazwę witaminy spokrewnionej z NAD+, wymień 2 enzymy współdziałające z tym koenzymem i napisz pełna reakcję jednego z nich. Wymień 2 inne przykłady współdziałania koenzymów z witaminami, napis wzory i nazwy obu witamin.

5. Napisz reakcje glikolizy, w której jest redukowany NAD+ oraz nazwij enzym. Jaki jest sposób regeneracji tego koenzymu w warunkach tlenowych i beztlenowych? Udowodnij reakcjami 2 rodzaje regeneracji NAD+ przy braku tlenu.

6. Napisać fragment glikogenu. Nazwać występujące wiązania oraz enzymy rozkładające ten związek w przewodzie pokarmowym człowieka.

7. Wymień i krótko scharakteryzuj 2 enzymy proteolityczne trawienne działające w jelicie cienkim.

8. Co to jest struktura II-rzędowa DNA, jakie wiązania ja utrzymują? Przedstaw je schematycznie. Co oznaczają pojęcia: replikacja, transkrypcja, translacja?

9. Podaj ile cząsteczek ATP powstanie w wyniku utleniania cząsteczki kw. palmitynowego do CO₂ i H2O. Uzasadnij odpowiedź.

Zestaw G

1. Co rozumiemy pod pojęciem struktury 2-, 3- i 4- rzędowej białek. Wymień 5 funkcji białek oraz podaj przykłady białek pełniących określone funkcje.

2. Omów budowę centrum aktywnego enzymu. Podaj definicję 1 Katala. Na czym polega działanie inhibitora współzawodniczącego oraz efektora allosterycznego na enzym.

3. Podać nazwy i napisać wzory 2 związków makroergicznych w tym jeden o wiązaniu karboksylofosforanowym oraz drugi o wiązaniu guanidynofosforanowym. Czy związki te mogą bezpośrednio uczestniczyć w reakcjach endoergicznych. Uzasadnij odpowiedź. NIE, one tylko przechwytują i magazynują, a następnie przekształcają energię w ATP

4. Napisz reakcje CKT, w których powstaje CO₂. Nazwij enzymy katalizujące te reakcje i klasy, do których należą.

5. W jakich przemianach aminokwasów bierze udział difosforan tiaminy,. Napisz wzór tego związku oraz dowolna reakcję biegnąca z udziałem tego koenzymu. Z jaką witaminą związek ten jest spokrewniony strukturalnie.

6. Co to jest fosforyzacja substratowa. Napisz po jednej reakcji tego typu zachodzącej w dwóch różnych przemianach. Nazwij te przemiany.

7. Podaj zasadnicze różnice w budowie DNA i RNA. Jakie wiązania utrzymują pierwszorzędową strukturę DNA a jakie drugorzędową. Co oznaczają pojęcia: replikacja, transkrypcja i translacja.

8. 8. Wymień nazwy enzymatycznych kompleksów łańcucha oddechowego działających jako pompy protonowe. Wyjaśnij związek miedzy ich działaniem a synteza ATP.

9. Napisz wzór kwasu fosfatydowego oraz 3 związków azotowych o charakterze alkoholi mogących wchodzić w skład fosfolipidów.

Pytania z zerówki 2005:

1. Co to są aminokwasy egzogenne. Napisz tripeptyd z aminokwasów pochodzących z 3 różnych grup.

2. Jak działają enzymy allosteryczne. Opisać. Napisać przykładową reakcje.

3. Difosforan tiaminy. Narysować, napisać, w jakich 2 reakcjach bierze udział, jedną z nich opisać.

4. Reakcja glikolizy, w którym jest redukowane NAD+. Napisać enzym. Gdzie jest regenerowany w środowisku tlenowych i beztlenowych? W beztlenowych napisać obie reakcje.

5. Produkt z cyklu Crebsa, który jest bezpośrednio wykorzystywany do syntezy aminokwasów. Napisać reakcje, w której powstaje, enzym i klasę enzymu, który bierze w tym udział.

6. 2 związki i ich nazwy, z których azot tworzy mocznik w cyklu mocznikowym (chodziło chyba o karbamoilofosfor an i kw. askorbinowy)

7. 2 reakcje redukcji podczas syntezy kw. Tłuszczowych, skąd biorą się NADPH skąd są 2 reakcje redukcji tego enzymu.

8. 2 rzędowa struktura DNA. Jakie wiązania je tworzą, narysować je schematycznie Definicje: transkrypcja, translacja, replikacja, kodon i antykodon

9. Kompleksy, które uczestniczą w tworzeniu pompy protonowej i jaki ma to zw z procesem syntezy ATP

10. Ile cząsteczek ATP powstaje podczas procesów przekształcania aldehydu 3 fosfoglicerynowego do CO₂ i H₂O? Uzasadnić.

26

---