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 a-aminowej od aminokwasu.
Głównym miejscem rozkładu aminokwasów u ssaków jest wątroba. Grupy a-aminowe z wielu różnych aminokwasów są przenoszone na a-ketoglutaran, co prowadzi do otrzymania glutaminianu. Ten z kolei ulega deaminacji oksydacyjnej, dając NH4+. Przeniesienie grup a-aminowych z a-aminowkasu na a-ketokwas katalizują aminotransferazy. Ogólnie te enzymy skierowują spływ grup aminowych z różnych aminokwasów na a-ketoglutaran w celu przemiany w NH4+. Najważniejsza z tej grupy enzymów aminotransferaza asparaginianowa katalizuje przeniesienie grupy aminowej z asparaginianu na a-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¬ k1k2® 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.
¬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 Vmax 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. Km – stała Michaelisa – równa się takiemu stężeniu substratu, w którym szybkość reakcji enzymu równa się połowie szybkości Vmax, tzn. KM=K2+K3/K1 W warunkach stanu ustalonego szybkość tworzenia ES jest równa szybkości rozpadu ES. K1[E][S]=(K2+K3)[ES] stąd: [ES]=([E] [S])/KM
przekształcając: [ES]=[EC] * ([S]/[S]+ KM). [EC] – całkowite stężenie enzmu.
kiedy [S]/[S]+KM » 1 ® VMAX=K3 [EC]. stąd Równanie MM: V=VMAX * ([S]/[S]+KM)
Założenia graniczne:
· gdy [S] jest bardzo małe [S]<< KM to V=VMAX ([S]/KM) – reakcja I rzędu. Czyli szybkość reakcji jest wprost prop do [S].
· gdy [S]>> KM to V=VMAX - reakcja zerowego rzędu. Szybkość jest maksymalna i niezależna od stężenia substratu.
· gdy [S] = KM to V = VMAX/2 KM jest równe takiemu stężeniu substratu, dla którego szybkość reakcji osiąga połowę swej wartości maks.
Wykres Lineweavera-Burka.
1/V=1/VMAX+KM/VMAX*1/[S]
Stała KM dla większości enzymów waha się od 10-7 do 10-1 mol/dm3.
II.
1. Oksydacyjna deaminacja.
W procesie deaminacji aminokwasu wydziela się amoniak, w wyniku czego powstaje a-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 a-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 a-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 podjednostkach enzymu alloster ze stanu niskiej aktywności do konformacyjnego stanu wysokoreaktywnego.
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 a-ketokwas. Reakcja transaminacji przez udział a-ketokwasów, a szczególnie szczawiooctanu, a-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 CO2 i H2O.
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.
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-d-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 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 a do b, 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 Vmax i Km?
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:
Ki – stała dysocjacji kompleksu I
Wykres Lineweavera-Burka:
bez inhibitora: tga=KM/VMAX
z inhibitorem
:
Równanie Michaelisa Mentena w obecności inhibitora niekompetycyjnego:
Wykres Lineweavera-Burka
bez inhibitora: tga=KM/VMAX
z inhibitorem:
Wpływ inhibitorów na kinetykę reakcji enzymatycznej:
2. Porównać fotosystem I i fotosystem II.
Chociaż równanie fotosyntezy pozornie jest bardzo proste: 6CO2 + 6H2O—energia świetlna ® C6H12O6 + 6O2 to w rzeczywistości proces ten jest niezwykle złożony i wymaga współdziałania 2 fotosystemów. Fotosystem I (fosforylacja cykliczna) wytwarza potencjał redukujący w postaci NADPH, a w pewnych warunkach wytwarza też ATP. Fotosystem II (fosforylacja niecykliczna) rozszczepia wodą, produkuje wolny tlen i dostarcza reduktora.
Centrum reakcji fotosystemu I jest cząsteczka chlorofilu A. Liczne cząsteczki chlorofilu absorbując światło ulegają wzbudzeniu a energię wywołującą ten stan przenoszą na centrum P700 (tzw. chlorofil a bo max absorbcji światła wynosi 700nm). P700 przenosi elektron na akceptor zwany w skrócie FRS, jego zredukowana forma przenosi elektron na ferredoksynę, która ulega redukcji i przekazuje elektron na NADP tworząc NADPH + H+. Ferredoksyna po przekazaniu elektronu na następny akceptor ulega utlenieniu. Elektrony pochodzące z centrum reakcji fotosystemu I mogą się przemieszczać innym torem ® w wyniku tego tworzy się cząsteczka ATP. Wtedy elektron z FRS lub z ferredoksyny jest przeniesiony do cytochromu bf zamiast NADP+. Elektron ten powraca do formy utlenionej P700. Podczas tego powrotu wytwarzana jest energia, która zużyta jest na wytworzenie ATP. Warunkiem funkcjonowania fosforylacji cyklicznej jest mała ilość NADP+.
Fotosystem II funkcjonuje na zasadzie współdziałania chlorofilu a i chlorofilu b. Wybite elektrony z chlorofilu a są przenoszone na ferredoksynę, a następnie na NADP+. Związek ten reaguje z protonami, które powstają na skutek fotolizy wody i daje postać zredukowaną na NADPH+H+. Równocześnie chlorofil b pod wpływem światła ulega wzbudzeniu, a oderwane elektrony są przekazywane na chlorofil a i powodują jego powrót do stanu wyjściowego. Po przekazaniu elektronów na chlorofil z cytochromu na chlorofil a, następuje fosforylacja i powstaje ATP. Wzbudzony chlorofil b staje się silnym utleniaczem i przechwytuje elektrony od powstałych w wyniku fotolizy wody jonów OH- stanu wyjściowego. Wytworzone rodniki OH łączą się ze sobą dając cząsteczkę wody i tlen.
3. Model chemio-osmotyczny w oddychaniu tlenowym.
Zasadniczą rolę w oddychaniu tlenowym pełni łańcuch oddechowy z jego stopniami oksydoredukcyjnymi. Znaczenie łańcucha oddech. polega na tym, że na poszczególnych jego etapach część energii swobodnej zostaje zachowana pod postacią energii chemicznej zmagazynowanej w ATP (oksydacyjna fosforylacja). Mechanizm chemiczny sprzęgający reakcje oksydoredukcji w łańcuchu oddechowym, z powstaniem wysokoenzymatycznych wiązań jest opisany teorią chemioosmotyczną. Zgodnie z modelem chemio-osmotycznym łańcuch transportu elektronów (zlokalizowany w wewnętrznej błonie mitochondriów) działa jak pompa protonowa. W trzech miejscach łańcucha oddechowego energia uwolniona podczas transportu elektronów jest wykorzystywana do przenoszenia protonów z mitochondriów do przestrzeni międzybłonowej. Mogą one przenikać przez specjalne kanały w syntezie ATP.
4. Reakcje enzymatyczne w biosyntezie pirymidyn.
Biosynteza pirymidyny zaczyna się od utworzenia karbamoilofosforanu, który powstaje z udziałem różnych syntetaz karbamoilofosforanowych. Następny etap (utworzenie N-karbamoiloasparaginianu z asparaginianu i karbamoilofosforanu) katalizuje karbamoilotransferaza asparaginianowa – enzym regulujący. Orotan (powstał przez odwodorowanie dihydroortanu) reaguje z fosforybozylopirofosforanem (PRPP) i powstaje ortodylan (nukleoid pirymidynowy). Reakcję ta katalizuje fosforyozylotransferaza orotanowa. Udział w ostatni...