Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
I.
1.
Jakie procesy przeprowadzają w war tlenowych i beztlenowych bakterie kumulujące
fosfor?
W strefie beztlenowej obecne w ściekach bakterie fosforowe (np. Acinetobacter), które są
ścisłymi tlenowcami nie mogą oddychać w tych warunkach. Z drugiej strony obecność dużej
ilości pokarmu (szczególnie lotnych kwasów tłuszczowych - głównie octowego), ich
ulubionego pożywienia, jest tak atrakcyjna, ze zdobywają się na energię, aby je przyswoić i
zakumulować (w postaci polihydroksymaślanów lub poliwalerianianów) na "gorsze czasy",
gdy o pożywienie będzie trudniej. To "zdobycie się na energię" oznacza, że rozładowują one
swoją baterię polifosforanową i wydzielają fosfor do otoczenia. To uwolnienie fosforu do
ścieków w strefie beztlenowej jest z nawiązką rekompensowane w następnej strefie, którą
jest strefa napowietrzania. W warunkach tlenowych "objedzone" bakterie fosforowe
zużywają zakumulowany pokarm na procesy życiowe do których jest potrzebna energia. Gdy
jest większa konkurencja o pokarm i pokarmu zaczyna brakować, bakterie fosforanowe
zaczynają gromadzić fosfor w postaci polifosforanów (na wypadek, gdyby ponownie
znalazły się w warunkach beztlenowych). Dzięki temu, że w strefie napowietrzonej bakterie
te rozmnożyły się, zostaje wchłonięte dużo więcej fosforu niż uwolniło się go w strefie
beztlenowej.
2.
Wiązania wodorowe i znaczenie ich dla organizmów
Wiązanie takie może się wytworzyć między atomem elektroujemnym i atomem wodoru
połączonym kowalencyjnie z tlenem lub azotem. Atomy biorące udział w wiązaniu
wodorowym mogą się znajdować w dwóch częściach tej samej
cząsteczki lub należeć do różnych cząsteczek. Wiązania wodorowe decydują w znacznym
stopniu o właściwościach wody. Wiązania te należą do oddziaływań słabych: łatwo się
tworzą, łatwo również ulegają zerwaniu. Wiązania wodorowe są najsilniejsze wtedy, gdy 3
atomy ułożone są liniowo. Tworzenie się wiązania wodorowego wpływa znacznie na
właściwości fizyczne i chemiczne substancji, np. na podwyższenie temp wrzenia np. białka i
kwasy nukleinowe wiele ze swoich cech strukturalnych , a więc i właściwości zawdzięczają
wiązaniu wodorowym. Wiązanie wodorowe między atomami wiązania peptydowego i
łańcuchem bocznym aminokwasu ułatwiają stabilizację struktury przestrzennej białka.
3.
Wydzielenie grupy
-aminowej od aminokwasu.
Głównym miejscem rozkładu aminokwasów u ssaków jest wątroba. Grupy -aminowe z
wielu różnych aminokwasów są przenoszone na -ketoglutaran, co prowadzi do otrzymania
glutaminianu. Ten z kolei ulega deaminacji oksydacyjnej, dając NH
4
+
. Przeniesienie grup -
aminowych z -aminowkasu na -ketokwas katalizują aminotransferazy. Ogólnie te enzymy
skierowują spływ grup aminowych z różnych aminokwasów na -ketoglutaran w celu
przemiany w NH
4
+
. Najważniejsza z tej grupy enzymów aminotransferaza asparaginianowa
katalizuje przeniesienie grupy aminowej z asparaginianu na -ketoglutaran.
4.
Kinetyka enzymów. Model Michaelisa-Mentena.
Kinetykę enzymów opisuje model M-M. Zasadniczym założeniem teorii MM jest
konieczność wytworzenia odwracalnego kompleksu między enzymem, a substratem: E + S
k1
k2
ES
k3
E+P. Kompleks ten podlega przemianie nieodwracalnej do produktu P z
uwolnieniem enzymu. Stężenie enzymu jest wielokrotnie mniejsze w porównaniu ze
stężeniem substratu i produktu, dlatego można przyjąć, że stężenie kompleksu ES jest stałe i
zależy od stężenia enzymów w strukturze. Im większe jest stężenie kompleksu ES, tym
więcej produktu powstanie.
1
z wykresu wynika, że szybkość reakcji V początkowo jest wprost proporc. do stężenia
substratu S i przebiega zgodnie z reakcją I rzędu. W miarę zwiększenia się stężenia substratu
widać coraz mniejszy wpływ na szybkość reakcji. A po osiągnięci szybkości V
max
dalsze
zwiększenie substratu nie odnosi żadnego skutku. Reakcja osiągnie szybkość max, gdy
całkowita ilość enzymu E znajdzie się w postaci kompleksu ES, bo wtedy wszystkie
cząsteczki enzymu są wysycone substratem. K
m
– stała Michaelisa – równa się takiemu
stężeniu substratu, w którym szybkość reakcji enzymu równa się połowie szybkości Vmax,
tzn. K
M
=K
2
+K
3
/K
1
W warunkach stanu ustalonego szybkość tworzenia ES jest równa
szybkości rozpadu ES. K
1
[E][S]=(K
2
+K
3
)[ES] stąd: [ES]=([E] [S])/K
M
przekształcając: [ES]=[E
C
] * ([S]/[S]+ K
M
). [E
C
] – całkowite stężenie enzmu.
kiedy [S]/[S]+K
M
1 V
MAX
=K
3
[E
C
].
stąd Równanie MM
: V=V
MAX
* ([S]/[S]+K
M
)
Założenia graniczne
:
gdy [S] jest bardzo małe [S]<< K
M
to V=V
MAX
([S]/K
M
) – reakcja I rzędu. Czyli szybkość
reakcji jest wprost prop do [S].
gdy [S]>> K
M
to V=V
MAX
- reakcja zerowego rzędu. Szybkość jest maksymalna i
niezależna od stężenia substratu.
gdy [S] = K
M
to V = V
MAX
/2 K
M
jest równe takiemu stężeniu substratu, dla którego
szybkość reakcji osiąga połowę swej wartości maks.
Wykres Lineweavera-Burka
.
1/V=1/V
MAX
+K
M
/V
MAX
*1/[S]
Stała K
M
dla większości enzymów waha się od 10
-7
do 10
-1
mol/dm
3
.
II.
1.
Oksydacyjna deaminacja.
W procesie deaminacji aminokwasu wydziela się amoniak, w wyniku czego powstaje -
ketokwas. Jednym z typów tego procesu jest deaminacja oksydacyjna. Enzymy mogą
współdziałać z NAD
+
lub NADP
+
względnie z FAD lub FMN. Najważniejszym przykładem
enzymów enzymów deaminujących, współdziałających z NAD
+
jest dehydrogenaza
glutaminianowa. Enzym ten katalizuje przemianę kwasu glutaminowego do -
ketoglutarowego i amoniaku. Podstawowe znaczenie dehydrogenazy glutaminianowej, przy
pełnej jej odwracalności, polega na wprowadzaniu amoniaku o związków organicznych oraz
na powiązaniu przemiany aminokwasów z cyklem kwasów trójkarboksylowych, w którym -
ketoglutaran jest produktem pośrednim.
2.
Właściwości kinetyczne enzymów allosterycznych.
Enzymy alloster mają sigmoidalną kinetykę. Zbudowane są z podjednostek. Mają symetrie
cząsteczkową, znajdują się w miejscach rozgałęzień dróg metabolicznych. Enzymy alloster.
mają specjalne miejsce receptorowe (centrum allosteryczne). W innym miejscu niż centrum
aktywne. Większość enz alloste zwiera więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy. Są bardziej
skomplikowane. Enz allost mogą przyłączać w miejscu alloster efektory alloster (ligandy),
które oddziałują na aktywność enzymu. Zmienia się aktywność enzymu, wywołana zmianą
kształtu enzymu lub jego centrum aktywnego. Efektorami – mogą być same substraty reakcji.
W ich nieobecności enzymy alloster przejawiają niewielką aktywność katalityczną. Podczas
wiązania substratu następuje zmiana konformacyjna miejsca aktywnego i wzrost jego
właściwości katalitycznych. Następne cząsteczki substratu wiązane są w miejscach
aktywnych z większą szybkością i w większym tempie ulegają reakcjom chem.
Współdziałanie miejsc aktywnych różnych podjednostek enzymu alloster jest
odpowiedzialne za sigmoidalny charakter krzywej szybkości reakcji. Inhibitor wiązany w
miejscu allosterycznym jednej z podjednostek obniża reaktywność miejsca katalitycznego tej
podjednostki, jak również blokuje możliwość przejścia miejsc aktywnych w pozostałych
2
podjednostkach enzymu alloster ze stanu niskiej aktywności do konformacyjnego stanu
wysokoreaktywnego.
Aktywator - zwiększa ułamek wysycenia
sam SUBSTRAT
Inhibitor - zmniejsza ułamek
STĘŻENIE SUBSTRATU
STĘŻENIE SUBSTRATU
Model sekwencyjny, model jednoprzejściowy
3.
Rola transaminacji.
Transmicja, w której może uczestniczyć wiele naturalnych aminokwasów, ma ogromne
znaczenie w przemianie materii, gdyż pozwala organizmowi oszczędnie gospodarować
azotem i wytwarzać aminokwasy z odpowiadających im szkieletów węglowych. Przemiana
ta, katalizowana przez enzymy zwane aminotransferazami, polega na przeniesieniu grupy
aminowej z aminokwasu na -ketokwas. Reakcja transaminacji przez udział -ketokwasów,
a szczególnie szczawiooctanu, -ketoglutaranu i pirogronianu, stanowi ważne powiązanie
między przemianą azotową a przemianami cukrowców, a zwłaszcza z końcowym etapem ich
rozkładu w cykl kwasów trójkarboksylowych. Szkielety węglowe takich aminokwasów, jak
asparaginian, glutaminian czy alanina dzięki temu powiązaniu mogą być w miarę potrzeby
spalone w tej przemianie do CO
2
i H
2
O.
4.
Tetrahydrofolian
Bardzo uniwersalny nośnik aktywowanych fragmentów jednowęglowych, odgrywa ważną
rolę w metabolizmie aminokwasów i nukleotydów Koenzym ten przenosi fragmenty
jednowęglowe o trzech wzajemnie zamiennych stanach utlenienia; najbardziej
zredukowanym – grupę metylową; w stanie pośrednim – grupę metylenową; bardziej
utlenionym – grupę formylową, formiminową i metenylową. Składa się z 3 grup:
podstawowej pterydyny, p-aminobenzoesanu i glutaminianu. Ssaki mogą syntetyzować
pierścień pterydyny, ale nie są zdolne połączyć go z dwiema pozostałymi jednostkami i
dlatego pobierają tetrahydrofolian z pożywienia lub z mikroorganizmów żyjących w
przewodzie pokarmowym. Pochodne tetrahydrofolianu służą jako donory fragmentów
jednowęglowych w różnych biosyntezach. Służy jako akceptor fragmentów jednowęglowych
w reakcjach rozpadu. Przenosi on aktywowane fragmenty jednowęglowe o kilku poziomach
utlenienia.
III.
1.
Podstawowe cechy i rola przemiany materii.
Podstawowe zadania przemiany materii: dostarczenie substancji konstrukcyjnych;
wytworzenie odpowiedniej ilości energii; stworzenie odpowiedniego potencjału
redukcyjnego; zabezpieczenie organizmu przed raptownymi zmianami warunków
środowiska.
3
Cechy: Kompartmentacja – podział na przedziały subkomórkowe przemian metabolicznych
w komórce eukariotycznej; Istnienie wyspecjalizowanych organów metabolicznych w
wielokomórkowym organizmie eukariotycznym, (mózg, mięśnie szkieletowe, układ
pokarmowy, nerki, tkanka tłuszczowa); sieć reakcji biochemicznych w komórkach podlega
złożonym mechanizmom kontrolnym. Proces metabolizmu musi być stale kontrolowany i
regulowany. Warunek ten jest spełniany przez bardzo liczne mechanizmy regulacyjne,
funkcjonujące na wszystkich poziomach organizacji biologicznej: regulacja hormonalna i
nerwowa, czy też wytwarzanie enzymów pod kontrolą genetyczną. Regulacja aktywności
enzymów: -interakcje allosteryczne, modyfikacje kowalencyjne (kaskada amplifikacyjna);
utrzymanie odpowiedniego poziomu enzymu; przeciwstawne szlaki metaboliczne prawie
zawsze różnią się od siebie częścią reakcji.
Metabolizm jest integralnie związany z żywym organizmem i ustaje dopiero w chwili
śmierci. Dla podtrzymania metabolizmu każda komórka musi być układem otwartym, przez
który przepływają w sposób ciągły materia i energia.
2.
Rola, przebieg i regulacja cyklu pentozofosfora-nowego.
Szlak pentozofosforanowy wytwarza w cytozolu NADPH i rybozo-5-fosforan. NADPH jest
zużywany w biosyntezach redukcyjnych, natomiast rybozo-5-fosforan jest konieczny do
syntezy DNA i RNA i koenzymów nukleotydowych. Szlak pentozofosforanowy rozpoczyna
się od dehydrogenacji glukozo-6-fosforanu w wyniku której powstaje lakton, hydrolizowany
następnie do 6-fosfoglukonianu (oksydacyjna dekarboksylacja tego związku prowadzi do
utworzenia rybulozo-5-fosforanu) – akceptorem elektronów jest NADP
+
. Ostatnim etapem
szlaku jest izomeryzacja rybulozo-5-fosforanu (ketozy) katalizowana przez izomerazę
pentozofosforanową do rybozo-5-fosforanu (aldozy).
Odwodorowanie glukozo-6-fosforanu, pierwsza reakcja w odgałęzieniu utleniającym szlaku
pentozofosforanowego, jest zasadniczo nieodwracalna. W rzeczywistości ta reakcja ogranicza
szybkość procesu w warunkach fizjologicznych i stanowi miejsce kontroli szlaku.
Najważniejszym czynnikiem regulującym tą reakcję jest poziom NADP
+
- akceptora
elektronów podczas utleniania glukozo-6-fosforanu do 6-fosfoglukono--laktonu. NADPH
współzawodniczy z też z NADP
+
w wiązaniu enzymu. Wyraźny wpływ poziomu NADP
+
na
przebieg utleniającego odgałęzienia szlaku pentozowego dowodzi, że tworzenie się NADPH
jest ściśle powiązane z jego wykorzystaniem w redukcyjnych biosyntezach. Nieutleniające
odgałęzienie szlaku pentozowego jest regulowane głównie przez dostępność substratów.
O odpływie glukozo-6-fosforanu decyduje zapotrzebowanie na NADPH, rybozo-5-fosforan i
ATP.
Jeśli organizm potrzebuje znacznie więcej rybozo-5-fosforanu niż NADPH, czynne jest tylko
nieutleniające odgałęzienie szlaku. W tych warunkach fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-
fosfoglicerynowy, utworzone w procesie glikolizy, ulegają przekształceniu w rybozo-5-
fosforan bez jednoczesnej produkcji NADPH. Natomiast rybozo-5-fosforan utworzony w
utleniającym odgałęzieniu szlaku może być przekształcany do pirogronianu poprzez
fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy. W tych warunkach tworzy się ATP i
NADPH, a 5 z 6 węgli glukozo-6-fosforanu pojawia się w pirogronianie. Wzajemna
oddziaływania szlaku glikolitycznego i pentozofosforanowego umożliwiają dostosowanie
stężenia NADPH, ATP i związków budulcowych, takich jak rybozo-5-fosforan i pirogronian
do stale zmieniających się potrzeb komórki. Reakcje szlaku pentozofosforanowego
przebiegają znacznie mniej intensywnie w mięśniu szkieletowym, niż w tkance tłuszczowej.
3.
Narysuj dowolny aminokwas. Przedstaw jego stałą dysocjacji i co z niej wynika?
Dla glicyny pK grupy karboksylowej wynosi 2,3, a grupy aminowej 9,6. Punkt środkowy
pierwszej jonizacji znajduje się przy pH=2,3, a drugiej, przy pH=9,6. Łańcuchem bocznym w
4
glicynie jest tylko atom wodoru. Wartości pK zależą od temp, siły jonowej i
mikrośrodowiska grup ulegających jonizacji.
4.
Synteza „de novo” pierścienia purynowego i pirymidynowego.
Ważnym etapem w syntezie nukleotydów purynowych de novo jest powstanie 5-
fosforybozyloaminy z PRPP i glutaminy. Grupa amidowa bocznego łańcucha glutaminy
wchodzi na miejsce grupy pirofosforanowej, związanej z C-1 PRPP, z odwróceniem
konfiguracji do , charakterystyczną dla normalnie występujących nukleotydów. Z
fosforybozyloaminą łączy się glicyna, dając rybonukleotyd glicynoamidu. Wiązanie
amidowe między grupą karboksylową glicyny i grupą aminową fosforybozyloaminy
powstaje kosztem ATP. Pochodne folianu, jako aktywowane związki pośrednie, biorą udział
w kilku etapach biosyntezy nukleotydów. Rybonukleotyd formyloglicynoamidyny ulega
cyklizacji i powstaje rybonukleotyd 5-aminoimidazolu. Ten pośredni związek zawiera już
kompletny pięcioczłonowy pierścień szkieletu purynowego.
W syntezie nukleotydów pirymidynowych najpierw powstaje pierścień pirymidyny, który
następnie łączy się z rybozofosforanem tworząc nukleotyd pirymidynowy, odwrotnie niż w
sekwencji syntezy de novo nukleotydów purynowych. PRPP ponownie jest donorem reszty
rybozofosforanowej. Synteza pierścienia pirymidynowego zaczyna się od utworzenia
karbamoiloaparaginianu z karbamoilofosforanu i asparaginianu w reakcji katalizowanej przez
karbamoilotransferazę asparaginianową.
IV.
1.
Porównać inhibitory kompetencyjne i niekompetencyjne. Jak zmienia się V
max
i K
m
?
Ihibicja - unieczynnienie enzymu przez inhibitor. Inhibicja odwracalna:
kompetencyjna
: inhibitor jest cząsteczką bardzo zbliżoną strukturalnie do właściwego
substratu, która pasuje do centrum aktywnego i wiąże się z enzymem. Nie jest na tyle
podobny do substratu, by go w pełni zastąpić. Nie dochodzi więc do reakcji i do wytworzenia
produktu. Enzym jest natomiast zablokowany dopóty, dopóki inhibitor pozostaje w miejscu
aktywnym.
niekompetencyjna
: inhibitor i substrat mogą się równocześnie wiązać z cząsteczką enzymu.
Działanie inhibitora niekompetycyjnego polega na zmniejszeniu liczby obrotów enzymu, a
nie na zmniejszeniu liczby cząstek enzymu. na skutek tego czas reakcji, w której następuje
przemiana substratu, jak i szybkość wytworzenia produktu końcowego, znacznie się wydłuża.
Równanie Michaelisa Mentena w obecności
inhibitora kompetycyjnego
:
S
V
V
MAX
I
K
1
S
M
K
i
K
i
– stała dysocjacji kompleksu I
Wykres Lineweavera-Burka:
1
1
K
I
1
M
1
V
V
V
K
S
MAX
MAX
i
bez inhibitora: tg=K
M
/V
MAX
z inhibitorem
5