KOMÓRKA- najmniejsza anatomiczna jednostka żywej materii zdolna do przeprowadzenia wszystkich podstawowych procesów życiowych, jest to przestrzeń otoczona białkowo lipidową błoną komórkową. Wewnątrz jej znajduje się tzw. protoplazma oraz szereg wewnętrznych organelli pełniacych rozmaite funkcje życiowe komórki.
Budowa komórki eukariotycznej- jąderko, błona jądra komórkowego, rybosom,pęcherzyk, SRE, aparat Golgiego, mikrotubule, GRE, mitochondrium, wakuole, cytoplazma, centriola, lizosom
Komórka roślinna- posiada ścianę komórkową, wakuole, plastydy, brak lizosomów
Komórka prokariotyczna- nie posiaa jądra i innych organelli
BŁONA KOMÓRKOWA- to błona biologiczna oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego, jest złożona z dwóch warstw lipidów, białek, oraz niewielkich ilości sacharydów, jest selektywnie przepuszczalna. Funkcje- oddzielenie komórki od otoczenia- utrzymywanie właściwego składu jonowego i ciśnienia osmotycznego, porozumiewanie się pomiędzy komórkami poprzez wiązanie ligandów na powierzchni błony z białkami receptorowymi, udział w procesie egzo i endocytozy makrocząsteczek.
TRANSPORT METABOLITÓW PRZEZ BŁONE: Transport bierny- szybkość transportu zależy od gradientu stężenia, małe nienaładowane lub hydrofobowe cząsteczki: H2O,O2, CO2, NO, mocznik, etanol transportowane są na drodze dyfuzji prostej. Cząsteczki hydrofilowe- glukoza i inne cukry, aminokwasy, przenoszone są za pomocą specyficznych integralnych białek błonowych na drodze dyfuzji ułatwionej. Transport aktywny- wymaga nakładu energii maetabolicznej odbywa się wbrew gradientowi stężenia lub potencjału elektrochemicznego przy pomocy tzw. pomp.Transport jonów Na+ / K+ , sprzężone jest hydrolizą ATP. Uniport- transport jednego rodzaju cząsteczek, symport- powiązanie transportu kilk cząsteczek w tym samym kierunku, antyport- transport kilku cząsteczek w przeciwnych kierunkach.
JĄDRO KOMÓRKOWE- otoczone podwójną błoną jądrową, wypełnione nukleoplazmą w której mozna wyodrębnić jąderko, blaszkę jądrową i macierz jądrową. Funkcje- synteza kwasów nukleinowych, przechowywanie większości materiału genetycznego komórki.
MITOCHONDRIUM- organellum komórki eukariotycznej otoczone podwójną błoną białkowo-lipidową tworzącą tzw. grzebienie mitochondrialne. Mitochondria wypełnione są matrix- wodnego roztworu białek i metabolitów. Funkcje- wytwarzanie energii w postaci ATP na drodze fosforylacji oksydacyjnej, kodowanie nieznacznej części białek dzięki posiadaniu własnych genów i rybosomów, wewnątrz mitochondriów zachodzą procesy beta-oksydacji kwasów tłuszczowych, cyklu Krepsa, syntezy steroidów.
CHLOROPLAST- otoczona podwójną błona białkowo lipidową organella komórkowa roślin i eukariotycznych glonów zaliczana do plastydów. Wewnętrzna błona tworzy liczne woreczki zwane tylakoidami, które ułożone jeden na drugim budują struktury zwane granami. Funkcje- wewnątrz zachodzi proces fotosynetzy dzięki chlorofilowi, w fotosyntezie wykorzystywana jest do produkcji związków organicznych, kodowanie nieznacznej części białek dzięki posiadaniu własnch genów i rybosomów.
RETIKULUM ENDOPLAZMATYCZNE- inaczej siateczka śródplazmatyczna. Wewnątrzkomórkowy i międzykomórkowy system kanałów odizolowanych od cytoplazmy podstawowej błonami biologicznymi. Tworzy nieregularną sieć cystern kanalików i pęcherzyków. Szorstkie Retikulum Endoplazmatyczne (RER)- charakteryzuje się obecnością licznych rybosomów osadzonych na jego zewnętrznej powierzchni.Funkcje- miejsce biosyntezy białek błonowych, sekrecyjnych i lipidów, miejsce potranslacyjnej modyfikacji białek. Gładkie Retikulum Endoplazmatyczne(SER)- nie jest związane z rybosomami. Funkcje- miejsce biosyntezy fosfolipidów, miejsce unieczynniania toksyn i leków (ksenobiotyków- obcych związków).
AMINOKWASY- związki zawierające centralny atom węgla. Białka zbudowane z 19 aminokwasów i jednego iminokwasu (prolina- pro). Z wyjątkiem glicyny aminokwasy budujące białko w związku z występowaniem węgla asymetrycznego- alfa mają konfigurację L (grupa NH2 z lewej strony we wzorze strukturalnym).
Podział aminokwasów ze względu na właściwości łańcucha bocznego: hydrofobowe alifatyczne grupy R: glicyna, alanina, walina, leucyna, izoleucyna, metionina, prolina, cysteina. Hydrofobowe aromatyczne grupy R: fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan. Polarne grupy R obdarzone ładunkiem: arginina, lizyna, histydyna, kwas asparaginowy, kwas glutaminowy. Polarne grupy R pozbawione ładunku: asparagina, glutamina, seryna, treonina.
Aminokwasy podlegają jonizacji- wszystkie aminokwasy posiadają dwie grupy typu kwas-zasada, a niektóre taką grupę w łańcuchach bocznych. Ich sumaryczny ładunek zależy od pH, w punkcie izo elektrycznym- pl sumaryczny łądunek wynosi 0.
Aminokwasy kontaktowe- najbardziej reaktywne często występujące w centrach aktywnych enzymów: kwas asparaginowy, glutaminowy, lizyna, histydyna, seryna, treonina, cysteina. Aminokwasy egzogenne- nazywane też aminokwasami niezbędnymi- grupa aminokwasów, które nie mogą być syntetyzowane w organiźmie zwierzęcym i musza być dostarczane w pożywieniu, w przeciwieństwie do endogennych. Do egzogennych zalicza się osiem aminokwasów: fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina, treonina, tryptofan, walina, u dzieci histydyna i arginina. Aminokwasy niebiałkowe- wytwarzane w organizmach żywych mogą wchodzić w skład peptydów , ale nie można ich uzyskać w wyniku hydrolizy białek np. ornityna, cytrulina, 3-alanina, kwas 4aminomasłowy.
Polipeptyd- polimer syntetyzowany w rybosomach złożony z aminokwasów połączonych wiązaniem peptydowym między grupą alfa aminową jednego aminokwasu i alfa karboksylową kolejnego.
Przykłady oligopeptydów- a) glutation (tripeptyd- pełni funkcje przy regulacji potencjału redox w komórce) b) oksytocyna i wazopresyna (hormony przysadki mózgowej) c) insulina (hormon regulujący poziom cukru we krwi, zbudowany z dwóch łańcuchów polipeptydowych połączonych dwoma mostkami siarkowymi.
BIAŁKO- polipeptyd złożony z conajmniej stu reszt aminokwasowych przyjmujących określoną konformację przestrzenną, jego masa cząsteczkowa zwykle przekracza 10 kDa. Podział struktur białek-a) pierwszorzędowa- zwana również pierwotną, jest określana przez sekwencje aminokwasów w łańcuchu białkowym b) drugorzędowa- są to lokalne struktury powstające w wyniku tworzenia się wiązań wodorowych pomiędzy tlenem grupy C=O, a wodorem grupy NH dwóch niezbyt odległych od siebie w łańcuchu wiązań peptydowych do niej zalicza się helisę, strukturę beta- pofałdowanej kartki np. fibroina jedwabiu, zakręty łańcucha umożliwiają zmianę kierunku łańcucha jak w agrafce.c) trzeciorzędowa- wzajemne położenie elementów struktury drugorzędowej stabilizowany przez oddziaływania hydrofobowe reszt aminokwasowych, tworzenie mostków dwusiarczkowych -S-S- , powstających pomiędzy dwiema resztami cysteiny w łańcuchu, wiązania wodorowe. d) czwartorzędowa- dotyczy białek posiadających więcej niż jeden łańcuch polipeptydowy, opisuje ilość i wzajemne ułożene podjednostek cząsteczkowych białek, utrzymywana jest przez wiązania dwusiarczkowe, siły elektrostatyczne, wiązania wodorowe i oddziaływania hydrofobowe.
Białka proste- w wyniku ich całkowitej hydrolizy powstają tylko aminokwasy lub ich pochodne przyjmują postać globularną i fibrylarną: histony- zawierają dużo aminokwasów zasadowych, są dobrze rozpuszczalne w wodzie, blokują i stabilizują cząsteczki DNA w komórkach eukariotycznych, albuminy- ważny składnik tkanek stałych i płynów ustrojowych, wystepują w mleku, jajach, nasionach niektóych zbóż, globuliny- dobrze rozpuszczalne w roztworach soli fizjologicznych, składniki mięśni (miozyna) mleka (laktoglobulina), protaminy- wchodzą w skład główek plemników, prolaminy i gluteiny- (składnik glutenu), występują w części bielma ziarniaków i są substancjami zapasowymi, skleroproteiny- (składnik tkanki łącznej i strukturalnej u zwierząt), należą tu keratyny- zawiera duzo aminokwasów zasadowych i alifatycznych, słabo rozpuszczalne w rozpuszczalnikach, odporne na hydrolizę, kreatyna występuje we włosach, rogach, piórach, paznokciach, kopytach, pazurach i łuskach rogowych i kolageny- (kolagen) zawierają dużo proliny, hydroksyproliny, alaniny i glicyny, źle rozpuszczają sięw zimnej wodzie po zagotowaniu tworzą żelatynę.
Białka złożone- w wyniku całkowitej hydrolizy powstają aminokwasy i inne niebiałkowe związki. a)Chromoproteiny- zawierają substancje barwną skompleksowaną z częścią białkową- hemoglobina- tertameryczne białko odpowiedzialne za transport tlenu we krwi, mioglobina- magazynuje tlen w mięśniach, cytochrom- przenosi elektrony w łańcuchu oddechowym, katalaza- enzym rokładający H2O b) metaloproteiny- zawierają jony metali np. transferyna (magazynuje i przenosi żelazo), ferredoksyna (przenosi elektrony u autotrofów, zawiera jon Fe), plastocyjanina- (zawiera jon Cu i uczestniczy w transporcie elektronów u autotrofów) c) glikoproteiny
- zawierają kowalencyjne związane oligosacharydy np. glykoamylaza, lektyny d) lipoproteiny- zawierają lipidy, wchodzą w skład błon komórkowych e) nukleoproteiny- zawierają w składzie kwasy nukleinowe, budują chromatynę jądrową i rybosomy i wirusy f) fosfoproteiny- zawierają estrowo związaną grupę ortofosforanową z resztami seryny lub treoininy np. kazeina mleka.
funkcje białek- kataliza enzymatyczna- enzymy; transport i magazynowanie- hemoglobina, ferryna; odpowiedzialne za uporządkowany ruch- składnik mięśni; funkcje mechaniczno strukturalne kolagen, białka fibrylarne; ochrona immunologiczna- swoiste przeciwciała; wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych- rodopsyna; kontrola wzrostu i różnicowania- hormony białka represorowe
Cechy konforacji aktywnej białek- zwarta struktura, brak pustych miejsc gdzie mogłaby się wziązać woda, grupy boczne obdarzone ładunkiem występują na powierzchni cząsteczki gdzie mogą wiązać się z ropuszczalnikiem, duże hydrofobowe grupy boczne zwykle chowane są wewnątrz cząsteczki
Denaturacja białka- zjawisko praktycznie niodwracalne powodujące dużą zmianę w konformacji cząsteczki białka z równoczesną utratą jej biologicznej aktywności, zachodzi pod wpływem wysokiej temperatury mocnych kwasów i zasad, mocznika, chlorowodorku guanidyny, detergentów, niektórych związków aromatycznych, wysokiego stężenia jonów metali
Oczyszczanie białek- dla lepszej ich charakterystyki wydzielenie z mieszaniny. W oczyszczeniu wykorzystywane są rozpuszczalność(precypitacja- wysalanie siarczanem amonowym), masa cząsteczkowa, ładunek, specyficzność wiązania
ENZYMY- biokatalizatory- w większości białka(wyj. cząsteczki RNA- rybozymy), cechuje je wysoka wydajność, specyficzność, zdolnośc do regulacji, nie zmieniają stanu równowagi reakcji chemicznej, przyspieszają reakcję poprzez obniżenie energii aktywacji np. anchydraza węglanowa CO2+ H2O<-->H2CO3, zwiększa szybkość reakcji 10 mln razy, jedna cząsteczka enzymu uwalnia 600 tys. cząsteczek w ciągu jednej sekundy.
Miejsce aktywne enzymu- region który wiąże substrat i przemienia go w produkt, trójwymiarowa przestrzeń tworzona przez reszty aminokwasowe(aminokwasy kontaktowe), które moga być w dużym oddaleniu od siebie w liniowej sekwencji aminokwasowej, często jest to szczelina lub zagłębienie w cząsteczce enzymu o charakterze niepolarnym co ułatwia wiązanie się substratu.
Modele wyjaśniające wiązanie substratu: a)Fischera- model zamka i klucza: enzym + substrat --> kompleks enzym-substrat b) Koshlanda- model indukowanego dopasowania- enzym + substrat--> kompleks enzym-substrat
Specyficzność enzymów- wobec substratów/ produktów wykorzystywanych przez enzym np. trypsyna- katalizuje hydrolizę wiązań peptydowych, położonych po karbonylowej stronie lizyny lub argininy, subtilizyna- katalizuje podobną reakcję jak trypsyna, ale pomiędzy dowolnymi aminokwasami. Wobec typu katalizowanej reakcji np.reakcja hydrolizy (hydrolazy) lub przenoszenia elektronów (oksydoreduktazy).
Szybkość działania enzymu- mierzy się ubytkiem substratu, lub przyrostem produktu, w przeliczeniu na jednostkę czasu i ew. objętość lub stężeni białka.
Sposoby regulacji aktywność enzymatycznej- zmiana stężenie substratu, zmiana stężenia produktów, ujemne sprzężenie zwrotne- hamujące działanie ostatniego produktu szlaku metabolicznego na aktywność jednego enzymu pierwszych enzymów szlaku, aktywacje lub hamowanie allosteryczne, hamowanie nieodwracalne(inaktywacja), przyłączanie/ odłączanie podjednostki represorowej lub modyfikującej specyficznośc enzymu, kooperatywność, zmiany pH, zmiany temperatury, zmiany warunków jonowych, odwracalne i nieodwracalne modyfikacje kowalencyjne enzymów, zmiany szybkości syntezybiałek i szybkości degradacji enzymów.
Jednostka enzymatyczna (U)- ilość enzymu, która katalizuje przekształcenie 1 umola substratu w ciągujednej minuty w 30 stopniach Celsjusza, w warunkach pH, temperatury oraz stężenia substratu optymalnych dla danego enzymu.
Katal- ilość enzymu, która katalizuje przekształcenie jednego mola substratu w ciągu jednej sekundy w 30 stopnich Celsjusza, w warunkach pH, temperatury oraz stężenia substratu optymalnych dla danego enzymu, 1U=16,67 nanokat
Aktywność całkowita- liczba jednostek enzymatycznych w próbie
Aktywność specyficzna- liczba jednostek enzymatycznych przypadająca na jeden miligram białka, jest to miara czystości enzymu, największa po całkowitym oczyszczeniu enzymu.
Model Michaelisa-Menten- E+S<-- -->ES--> E+P. E- enzym; S-substrat; ES- kompleks enzym-substrat; k1 k2 k3 - stałe szybkości reakcji
Równanie Michaelisa-Menten:
V0- szybkość reakcji, Vmax- wartość maksymalna szybkości reakcji, S- stężenie substratu, KM- stała Kischaelisa. Założena do równania: enzym katalizuje reakcję z udziałem jednego substratu, powstaje jeden produkt, Vmax osiągnieta jest po całkowitym wysyceniu substratem enzymu, KM- stężenie substratu( jednostka 1mol na dm3) przy której V0= 1/2 Vmax, enzymy allosteryczne niue podlegają kinetyce Michaelisa-Menten
Modifikacja Lineweaveara-Burkea = równanie wykresu podwójnych odwrotności.
V0- szybkośc reakcji, Vmax- proporcjonalna do stężenia enzymów wartość maksymalna szybkości reakcji, S- stężenie substratów, KM- stała Michaelisa niezależy od stężenia enzymu, parametr charakterystyczny dla enzymu zależy od warunków pH, temperatury, siły jonowej oraz rodzaju substratu wykorzystywanego przez enzym.
Zastosowanie modifikacji Burkea- w doświadczalnym wyznaczaniu wartość KM i Vmax, określaniu typów inhibicji reakcji enzymatycznej.
Inhibitor- cząsteczka działająca na enzym, powoduje zmniejszenie jego szybkości katalitycznej.
melation- środek owadobójczy, neurotoksyczne działanie polega na łączeniu się z resztą seryny w centrum aktywnym acetyloholinoesterazy
penicylina- antybiotyk zakłóca powstawanie ściany komórkowej bakterii działanie polega na łączeniu się z resztą seryny w centrum aktywnym transpeptydazy peptydoglikanu.
Kofaktor lub koenzym- część enzymu nie będąca łańcuchem polipeptydowym i nie zużywająca się w czasie reakcji. Koenzym związany kowalencyjnie z cząsteczką białka nazywany jest grupą prostetyczną całość tworzy holoenzym część białkowa nazywana jest apoenzymem.
Etanol- stosowany przy zatruciach metanolem lub glikolem etylenowym(składnik płynów chłodniczych w samochodach) utleniany jest przez dehydrogenezę alkocholową do silnie toksycznego kwasu szczawiowego.
Pepstatyna- inhibitor reniny- część enzymu proteolitycznego uczestniczącego w obniżaniu ciśnienia krwi
PODZIAŁ INCHBICJI-a) nieodwracalna- nie można jej przezwyciężyć usuwająć w prosty sposób inhibitor z enzymu, inhibitor często wiąże się z enzymem wiązaniami kowalencyjnymi b) odwracalna- inhibitor wiąże się z enzymem szybko i odwracalnie: inhibicja kompetycyjna= hamowanie współzawodnicze- inhibitor wiąże się w centrum aktywnym enzymu współzawodniczy z substratem o miejsce wiązania w cząsteczce enzymu, działanie inhibitora można znieść przez zwiększenie stężenia substratów, substrat i inhibitor są strukturalnie do siebie podobnem, Vmax reakcji nie jest zmieniona przez inhibitor kompetycyjny, wartość KM wzrasta pod wpływem inhibitora kompetycyjnego. inhibicja niekompetycyjna- inhibitor wiąże się w innym miejscu enzymu niż jego miejsce aktywne, powoduje zmianę przestrzennego kształtu enzymu działanie inhibitora nie kompetycyjnego nie można znieść przez zwiększenie stężenia substratu, enzym może związać albo inhibitor EI albo inhibitr i substrat (ESI), Vmax reakcji zmniejsza się, wartość KM zmienia się pod wpływem inhibitora niekompetycyjnego
Enzymy allosteryczne- zbudowane są często z kilku podjednostek, z których każda ma jeden lub kilka miejsc aktywnych, kontrolowane sąprzez efektory (inhibitory lub aktywatory, które wiążą się w miejscu z enzymem, w miejscu odmiennym od miejsca aktywnego- na tej samej podjednostce lub na innej(tzw. jednostce regulatorowej), związanie substratu w jednym miejscu aktywnym indukuje zmianę konformacyjną w białku, nie stosuje się do nich równanie Michaelisa-Menten, wykres wartość V0 jako funkcji S jest krzywą sigmoidalnąa nie hiperbolą.
Modyfikacje kowalencyjne enzymów- a)odwracalne modyfikacje kowalencyjne- tworzenie i rozcinanie kowalencyjnych miedzy grupami niebiałkowymi a cząsteczką enzymu -dodawanie (fosforyzacja) i usuwanie grupy fosforanowej (defosforylacja) do reszty seryny i treoniny lub tyrozyny -ADP- rybozylacja- przeniesienie grupy adenozynodifosforybozylowej z NAD+ - Adenylacja- przeniesienie grupy adenylanowej z ATP -Acetylacja reszty aminowej w łańcuchu bocznym lizyny b) Aktywacja proteolityczna- nieodwracalna hydroliza jednego lub więcej wiązań peptydowych- występują nieaktywne enzymy-zymogeny lub ...
Zaky80