170
7/23/2019 Biochemia Cz.1 http://slidepdf.com/reader/full/biochemia-cz1 1/170 Literatura z biochemii Podstawowa 1) Bańkowski E.: Biochemia. Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2010 2)  Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L.: Biochemia. PWN, Warszawa 2007 3) Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A., Rodwell V.W.: Biochemia Harpera. PZWL, Warszawa 2006 Uzupełniająca 1)  Koolman J., Röhm K-H.: Biochemia, ilustrowany przewodnik. PZWL, Warszawa 2005 2) Pasternak K.: Biochemia. Czelej, Lublin 2005

Biochemia Cz.1

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    1/170

    Literatura z biochemii

    Podstawowa1)

    Bakowski E.: Biochemia. Elsevier Urban & Partner, Wrocaw2010

    2)

    Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L.: Biochemia. PWN, Warszawa2007

    3) Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A., Rodwell V.W.:

    Biochemia Harpera. PZWL, Warszawa 2006

    Uzupeniajca

    1)

    Koolman J., Rhm K-H.: Biochemia, ilustrowany przewodnik.PZWL, Warszawa 20052)

    Pasternak K.: Biochemia. Czelej, Lublin 2005

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    2/170

    Znajomo struktury molekularnej organizmu ywego

    i procesw metabolicznych w nim zachodzcych jest fundamentemwspczesnej wiedzy medycznej. Tylko na jej podstawie monapozna i zrozumie:

    nowoczesn fizjologi,genetyk,

    farmakologi,

    mikrobiologi,diagnostyk laboratoryjn.

    Znajomo biochemii jest niezbdna do zrozumienia:

    istoty procesu patologicznego,

    dogbnej diagnozy stanu chorobowego,

    poznania mechanizmu dziaania leku.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    3/170

    Postp w zakresie biochemii kwasw nukleinowych

    i biaek utorowa drog rozwojowi:biologii molekularnej,

    inynierii genetycznej,biotechnologii.

    Umoliwi dogbn diagnostyk szeregu proceswchorobowych na poziomie molekularnym, stworzywarunki do uzyskiwania wielu lekw metodami

    biotechnologicznymi i da szans rozwoju terapii genowej- nowego kierunku leczenia, polegajcego na naprawieaparatu genetycznego komrki.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    4/170

    Biochemia cz. 1

    opracowa dr J. Szubert

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    5/170

    I. Waciwoci materiioywionejOrganizmy ywe s zbudowane

    z pierwiastkw wystpujcych w ich martwymotoczeniu. Podlegaj wszystkim prawom fizyki

    i chemii odnoszcymi si do caej materii.Pomimo to odznaczaj si waciwociami, jakich

    nie wykazuj adne zbiory materii nieoywionej.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    6/170

    Organizmy ywe wykazuj wielk zoonoi wysoki stopie organizacji. W przeciwie-stwie do materii nieoywionej, ktra skada sizazwyczaj z przypadkowych mieszanin pro-stych zwizkw chemicznych, organizmy ywe

    wykazuj skomplikowan struktur wewn-trzn, obejmujc wiele rodzajw bardzo

    zoonych czsteczek oraz zrnicowaniegatunkowe.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    7/170

    Skad pierwiastkowy ywych organizmwjest jakociowo zupenie rny od skadu ichrodowiska fizycznego. Spord ponad 100pierwiastkw wystpujcych w przyrodzie,jedynie 16 uczestniczy w budowie wszystkich

    ywych organizmw. S to: O, C, N, H, S, Na,K, Mg, Ca, Cl, Mn, Fe, Co, Cu i Zn. Oznacza

    to, i tylko niektre z pierwiastkw s przy-datne w tworzeniu biomaterii.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    8/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    9/170

    Wikszo skadnikw ywych organizmw

    stanowi zwizki organiczne, w skad ktrychwchodz wgiel i azot. Te dwa pierwiastki

    wystpuj w atmosferze i w skorupie ziemskiejjedynie w postaci wolnej lub w postaci prostychzwizkw nieorganicznych, jako O2, C02, N2,wglany i azotany. Na szczegln uwagzasuguje fakt, i okoo 65-70% masy

    organizmw ywych stanowi woda, ktra jestgwnym nonikiem tej wielkiej iloci tlenu

    i wodoru.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    10/170

    W odrnieniu od materii nieoywionej,

    kady skadnik organizmu ywego peniokrelon funkcj, a niektre peni po kilka

    rnych funkcji. Na przykad, aminokwasy sjednostkami strukturalnymi biaek, ale su

    take jako substraty do biosyntezy hormonw,barwnikw, koenzymw, zasad purynowychi pirymidynowych, a ich szkieletywglowodorowe s wykorzystywane jakosubstraty energetyczne.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    11/170

    Zwraca uwag wielka rnorodno

    i zoono zwizkw organicznych. Nawetjednokomrkowe organizmy bakteryjne

    zawieraj po kilka tysicy rnych biomoleku.Ich liczba ronie wraz ze stopniem zoonoci

    organizmw. Liczb rnych biaekw organizmie ocenia si na okoo 3000u bakterii do ponad 5 000 000 u czowieka.Wikszo z nich wystpuje w ogromnejliczbie czsteczek.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    12/170

    Organizmy kadego gatunku maj wasny,

    charakterystyczny dla siebie zestaw biaeki kwasw nukleinowych. adna z czsteczek

    biakowych, czy czsteczek kwasw nuklei-nowych jednego gatunku nie jest identycznaz odpowiednimi czsteczkami innego gatunku.

    Naley podkreli, e ta ogromnai zrnicowana liczba makromoleku powstaje

    z prostych elementw skadowych, identycznychu wszystkich organizmw ywych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    13/170

    Wszystkie biaka, niezalenie od ich

    pochodzenia gatunkowego, s zbudowanez tych samych 20 aminokwasw. Liczba

    elementw skadowych, budujcych kwasynukleinowe, jest jeszcze mniejsza. Skadaj si

    one z 4 rybonukleotydw lubz 4 deoksyrybonukleotydw identycznychu wszystkich organizmw, niezalenie od ichprzynalenoci gatunkowej.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    14/170

    ywe organizmy pobieraj i przeksztacaj

    energi z otaczajcego je rodowiskai wykorzystuj j do budowy wasnych

    skomplikowanych struktur z prostychsubstratw wyjciowych (entropia maleje).

    Materia nieoywiona take pochania energiz zewntrz (np. ciepo lub wiato), leczpociga to za sob efekt przeciwstawny,prowadzi do zmniejszenia stopnia jejuporzdkowania (wzrasta entropia).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    15/170

    ywa komrka jest ukadem

    izotermicznym, tj. wszystkie jej czciskadowe wykazuj t sam temperatur.

    Z tego powodu nie jest ona zdolna dowykorzystania energii cieplnej. Ciepo bowiem

    moe by przetworzone na prac pod staymcinieniem tylko wwczas, gdy przechodzi zestrefy o wyszej temperaturze do strefyo niszej temperaturze.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    16/170

    Organizmy autotroficze przyswajaj energiwietln, organizmy heterotroficzne

    przyswajaj energi, pochodzc z utlenianiazredukowanych substratw energetycznych.

    W obydwu przypadkach energia pochodzcaze rodowiska jest przetwarzana w energichemiczn, ktrej podstawowym nonikiemjest adenozynotrifosforan (ATP).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    17/170

    Tylko ta forma energii jest uyteczna

    procesach biosyntezy skadnikw komreki macierzy pozako-mrkowej, w transporcie

    metabolitw przez bony biologiczne,w przekazywaniu sygnaw regulacyjnych, lubmoe by zamieniona na prac mechaniczn.

    Procesy bioenergetyczne cechuj si wysoksprawnoci. Okoo 40% energii wytwarzanej

    w wyniku utleniania rnych substratwmagazynuje si w postaci ATP. Pozostaa cz

    rozprasza si w postaci ciepa.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    18/170

    W komrce zachodzi jednoczenie, z wysok

    wydajnoci, ogromna liczba reakcjichemicznych. Szybki ich przebieg i dua

    wydajno, bez produktw ubocznych, jestmoliwa dziki enzymom - biokatalizatorom -yspecjalizowanym w nadawaniu kierunku

    i przyspieszaniu przebiegu okrelonych reakcji.Umoliwiaj one powstawanie rnych zwizkw

    z tych samych substratw. Synteza czsteczkibiaka zawierajcego od 100 do 1000

    aminokwasw trwa zaledwie kilka sekund.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    19/170

    Przebieg procesw chemicznych w komrcepodlega precyzyjnej regulacji. Nastpuje to na

    drodze mechanizmw autoregulacyjnych,funkcjonujcych w kadej komrce, jak

    rwnie przez impulsy nerwowe oraz przezczsteczki regulacyjne pochodzce z innychkomrek, jak hormony czy cytokiny.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    20/170

    Najbardziej zadziwiajc waciwoci ywych

    organizmw jest ich zdolno do precyzyjnegosamoodtwarzania si przez setki i tysice pokole.Ogromna ilo informacji genetycznych,

    przekazywanych z pokolenia na pokolenia, jestzaszyfrowana w znikomej iloci kwasudeoksyrybonukleinowego, w postaci sekwencji

    nukleotydowej, charakterystycznej dla kadegogatunku. adne zbiory materii nieoywionej nieprzejawiaj jakichkolwiek tendencji dosamoodtwarzania si w identycznych formach.Ta specyfika skadu, budowy i funkcjonowaniabiomaterii jest przedmiotem zainteresowania biochemii.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    21/170

    II. Aminokwasy,peptydy i biaka Biaka s podstawowymi skadnikami komrek,

    macierzy komrkowej i pynw ustrojowych.

    Stanowi one okoo 10% masy ciaa ludzkiego. Ponadpoowa z nich wystpuje w miniach szkieletowych.S zbudowane z reszt aminokwasowych zespolonychspecyficznymi wizaniami kowalencyjnymi,okrelanymi mianem wiza peptydowych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    22/170

    Specyficzna struktura, waciwoci i funkcjebiaek s zdeterminowane przez ich skad

    aminokwasowy, sekwencj (kolejno) resztaminokwasowych oraz sposb ich powizania.

    Z tego powodu rozwaania nad biochemibiaek musz by poprzedzone poznaniem

    budowy i waciwoci aminokwasw.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    23/170

    Istnieje grupa zwizkw biologiczniewanych, zwanych peptydami, ktrych skad

    i zasadniczy plan budowy odpowiada biakom,jednak rni si one od biaek mniejsz liczb

    reszt aminokwasowych, a tym samymwielkoci czsteczki i prostsz struktur

    przestrzenn.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    24/170

    AminokwasyAminokwasy s pochodnymi kwasw organicznych,w ktrych co najmniej jeden z atomw wodoru jest

    podstawiony grup aminow. Tylko 20 spord okoo 300poznanych aminokwasw wystpuje powszechniew biakach. Nosz one nazw aminokwasw biakowych.

    Kady z nich (z wyjtkiem proliny) ma grup aminowzwizan z wglem . Pozostae aminokwasy peni innefunkcje. Trzy z nich: hydroksyprolina, hydroksylizyna,-karboksyglutaminian, wystpuj tylko w nielicznychbiakach, inne spotyka si w niektrych peptydach,

    w poczeniach niebiakowych lub w postaci wolnej.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    25/170

    1.Struktura i systematyka

    aminokwasw biakowychKady aminokwas biakowy (z wyjtkiem proliny) cechujesi jednakowym ukadem podstawnikw przy wglu a. Sto: grupa aminowa, grupa karboksylowa, atom wodorui acuch boczny o rnej budowie, ktry oznacza si

    symbolem R (ryc.1). W fizjologicznym pH (okoo 7,4)wikszo grup karboksylowych jest zdysocjowana, tworzyanion: -COO, a wikszo grup aminowych wie H+,

    tworzc kation: -N . Dominujc form aminokwasujest wic jon obojnaczy, bdcy nonikiem

    przeciwstawnych adunkw elektrycznych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    26/170

    Dlatego do celw dydaktycznych przyjto jako

    regu zapisywanie wzorw strukturalnychaminokwasw z grup aminow w postacikationowej: -N i grup karboksyloww postaci anionowej: -COO(ryc.1).Struktura acucha bocznego decyduje o roli

    aminokwasu w biaku. Z tego wzgldu uytecznyjest podzia aminokwasw na kilka grup, za-lenie od charakteru ich acuchw bocznych,biorc za podstaw podziau ich polarno orazadunek elektryczny.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    27/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    28/170

    a) Aminokwasy z acuchami niepolarnymi

    Do tej grupy aminokwasw nale: alanina,walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina,

    tryptofan, metionina i (nietypowy aminokwas)prolina, ktra zamiast grupy -aminowej magrup iminow =N-H, wbudowan w struktur

    piercienia pirolidynowego. Do tej samej grupyzalicza si rwnie glicyn, chocia aminokwas

    ten nie ma bocznego acucha wglowo-dorowego, a jego miejsce zajmuje atom wodoru(ryc.2).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    29/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    30/170

    acuchy boczne tej grupy aminokwasw nie

    maj adnych grup funkcyjnych. Nie oddaj, aninie przyczaj protonw, nie uczestniczw tworzeniu wiza jonowych ani wodorowych.S hydrofobowe; nie wi wody.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    31/170

    Hydrofobowy charakter acuchw bocznychaminokwasw niepolarnych, wbudowanych do

    biaka, ujawnia si w rodowisku wodnym.acuchy te unikaj kontaktu z wod, przyle-gaj nawzajem do siebie, kierujc si ku wntrzu

    czsteczki biakowej. W rodowisku wodnymzachowuj si jak kropelki oleju, ktre cz si

    ze sob w wiksze krople, zmniejszajc suma-ryczn powierzchni ich kontaktu z wod.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    32/170

    b)Aminokwasy z acuchami

    polarnymi bez adunkuDo tej grupy aminokwasw nale: seryna,

    treonina, tyrozyna, asparagina, cysteina i glutamina(ryc.3). acuchy boczne aminokwasw,w fizjologicznym pH, wykazuj zerowy adunek

    elektryczny, ale w rodowisku alkalicznym grupa-SH cysteiny i grupa -OH tyrozyny mog odczaprotony. Seryna, treonina i tyrozyna zawierajgrupy hydroksylo e, ktre mog uczestniczyw tworzeniu wiza wodorowych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    33/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    34/170

    acuchy boczne cysteiny zawieraj grupysulfhydrylowe (-SH), ktre s wanym

    elementem skadowym miejsc aktywnych wieluenzymw. W biakach grupy -SH dwu resztcysteilowych mog utlenia si, tworzc dimer

    zwany cystyn, zespolony poprzez wizaniekowalencyjne, zwane mostkiemdwusiarczkowym lub disulfidowym. Mostki takiemaj istotne znaczenie w stabilizacji strukturyprzestrzennej biaek (ryc.4).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    35/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    36/170

    Grupy hydroksylowe (-OH) reszt seryny,treoniny i tyrozyny - wbudowanych do biaka -mog by miejscem wizania fosforanu. Proces

    ten nosi nazw fosforylacji biaek. acuchboczny seryny jest wanym skadnikiem miejsc

    aktywnych wielu enzymw. Grupa amidowaasparaginy oraz grupy hydroksylowe seryny,treoniny i hydroksylizyny mog by miejscem

    wizania skadnikw cukrowych. Proces ten nosinazw glikozylacji biaek.

    ) A i k h i k i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    37/170

    c) Aminokwasy z acuchami kwasowymi

    Tylko dwa aminokwasy nale do tej grupy.S to kwas asparaginowy i kwas glutaminowy

    (ryc.5). acuchy boczne tych aminokwaswzawieraj grupy karboksylowe, dysocjujcez uwolnieniem H+. W obojtnym pH ulegaj one

    penej jonizacji i staj si nonikami adunkuujemnego (-COO). Z tego powodu zasadne jest

    uywanie nazwy asparaginian, na okreleniekwasu asparaginowego i glutaminian, naokrelenie kwasu glutaminowego.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    38/170

    Chocia te pierwsze nazwy s poprawne, naog uywa si tych drugich. Wnosz one bowiem

    istotne informacje o tych aminokwasach.Wskazuj, i w rodowisku o fizjologicznejwartoci pH s one anionami:

    asparaginianowym i glutaminianowym. Takienazewnictwo ma zastosowanie wycznie do tychdwch aminokwasw.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    39/170

    d) A i k h i d i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    40/170

    d) Aminokwasy z acuchami zasadowymi

    Do tej grupy aminokwasw nale: lizyna,arginina i histydyna (ryc.6). Ich acuchy bocznezawieraj grupy wice protony. S to grupa-aminowa lizyny, grupa guanidynowa argininyi piercie imidazolowy histydyny.

    W fizjologicznych warunkach pH acuchy bocznelizyny i argininy s naadowane dodatnio.W przeciwiestwie do nich, acuch boczny

    histydyny ma sabe waciwoci zasadowe,w fizjologicznych warunkach pH wikszoczsteczek nie jest naadowana.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    41/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    42/170

    2. Aminokwasy rzadkowystpujce w biakach

    Niektre biaka, oprcz wymienionych 20

    aminokwasw biakowych, zawieraj dodatkoweaminokwasy. Do nich nale przede wszystkim:

    hydroksyprolina i hydroksylizyna, a w mniejszejiloci take kwas -karboksyglutaminowy,ktry w postaci anionowej nosi nazw

    -karboksyglutaminianu (ryc.7).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    43/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    44/170

    Hydroksyprolina wystpuje niemal wyczniew kolagenie i w elastynie, natomiasthydroksylizyna wystpuje tylko w kolagenie.

    Biorc pod uwag fakt, i kolagen stanowi ponad30% biaek ustrojowych, zawarto

    hydroksyproliny i hydroksylizyny w organizmiejest do wysoka. Trzeci z tych aminokwasw,-karboksyglutaminian, wystpuje w biakach

    osoczowych uczestniczcych w procesiekrzepnicia krwi.

    3 Aminokwasy egzogenne i endogenne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    45/170

    3. Aminokwasy egzogenne i endogenne

    Podzia aminokwasw, nie opierajcy si naich budowie a jedynie na pochodzeniu, to podziana aminokwasy egzogenne (organizm niewytwarza ich, dlatego niezbdne jest ichdostarczanie z poywieniem) oraz endogenne

    (organizm potrafi je sam wytworzy). Doaminokwasw egzogennych nale: histydyna,leucyna, izoleucyna, lizyna, metionina,fenyloalanina, treonina, walina i tryptofan.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    46/170

    4. Symbolika aminokwasw biakowychKademu aminokwasowi biakowemu

    przypisano symbol trjliterowy i symboljednoliterowy. Symbole trjliterowe tonajczciej pierwsze trzy litery nazwy

    anglojzycznej poszczeglnych aminokwasw.Wyjtkami s amid kwasu glutaminowego;glutamina (Gln) i amid kwasu asparaginowego;asparagina (Asn).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    47/170

    Symbol jednoliterowy - to pierwsza litera

    nazwy anglojzycznej w sytuacji, gdy tylko jedenaminokwas rozpoczyna si od tej litery. Jeeliwicej ni jeden aminokwas rozpoczyna si od

    danej litery, wwczas pierwsz liter nazwyprzypisuje si temu aminokwasowi, ktry

    wystpuje najczciej.

    Alanina wystpuje czciej ni arginina dlatego

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    48/170

    Alanina wystpuje czciej ni arginina, dlatego

    przypisano jej symbol A. To samo uczynionowobec kilku innych aminokwasw najobficiejwystpujcych: glicyny (G), leucyny (L), treoniny

    (T). Wszystkie one nosz symbole jednoliterowe,identyczne z pierwsz liter ich nazwy. Natomiastinne aminokwasy o nazwach rozpoczynajcych siod tych liter nosz inne symbole: np. glutaminian(E), (lizyna (K), a tyrozyna (Y). Wykaz

    aminokwasw biakowych oraz ich symboliprzedstawia tabela 1.

    Tabela l.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    49/170

    Nazwy oraz

    symbolikaaminokwaswbiakowych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    50/170

    5. Aminokwasy niebiakowe

    Wikszo aminokwasw wystpujcychw przyrodzie nie uczestniczy w tworzeniu biaek.

    Nosz one nazw aminokwasw niebiakowych.Wiele z nich peni bardzo istotne funkcjebiologiczne.

    Niektre s:

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    51/170

    Niektre s:

    hormonami (tyroksyna, trijodotyronina), wchodz w skad koenzymu A ((3-alanina), uczestnicz w przebiegu cyklu

    mocznikowego (ornityna i cytrulina), peni funkcj przekanika sygnaw

    w centralnym ukadzie nerwowym (kwas-aminomasowy), s metabolitami porednimi, powstajcymi

    w trakcie przemiany aminokwaswsiarkowych (homocysteina i homoseryna)

    (ryc.8).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    52/170

    6. Biologiczne znaczenie aminokwasw

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    53/170

    6. Biologiczne znaczenie aminokwasw

    Aminokwasy s przede wszystkim elementamiskadowymi peptydw i biaek.Uczestnicz w budowie centrw katalitycznych

    enzymw.S substratami, z ktrych powstaj niektre

    hormony, jak adrenalina, noradrenalina,tyroksyna, trijodotyronina, histamina,serotonina, dopamina, melatonina.

    Niektre aminokwasy s wbudowywane dobarwnikw biologicznych: melaniny i hemu.

    Inne uczestnicz w syntezie

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    54/170

    y

    drobnoczsteczkowych skadnikw enzymw -zwanych koenzymami - np. koenzym A lubkwas tetrahydrofoliowy.

    Pewne z nich s przeksztacane w przekanikisygnaw nerwowych - zwane

    neurotransmiterami - np. acetylocholina czykwas -aminomasowy.Niektre aminokwasy s substratami

    zuywanymi w biosyntezie puryn i pirymidyn -zasad wystpujcych w nukleotydach

    i kwasach nukleinowych.

    Z aminokwasw powstaj niektre elementy

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    55/170

    p j y

    skadowe fosfolipidw.Siarka zawarta w aminokwasach jest

    utleniana do siarczanu, a ten uczestniczy

    w procesach detoksykacji lub w syntezieniektrych polisacharydw (siarczanowanych

    glikozoaminoglikanw).Ponadto, szkielety wglowodoroweaminokwasw s zuywane do syntezy

    substratw energetycznych: glukozy lub ciaketonowych.

    Peptydy

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    56/170

    PeptydyAminokwasy wi si ze sob poprzez reakcj

    grupy -karboksylowej z grup -aminow. Powstaje

    wizanie peptydowe, odcza si czsteczka wody.Poczenie dwch aminokwasw daje dipeptyd(ryc.9.). Poczenie kilku do kilkunastu aminokwasw

    tworzy oligopeptyd (gr. oligo - kilka). Duszepeptydy, zawierajce po kilkadziesit resztaminokwasowych, nosz nazw polipeptydw. Nie

    ustalono powszechnie obowizujcej granicy midzyoligo- i polipeptydami.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    57/170

    1. Wizanie peptydowe

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    58/170

    p p y

    Aminokwasy uczestniczce w tworzeniu peptydutrac fragmenty czsteczek: -OH z grupy

    karboksylowej i H z grupy aminowej, ktreodczaj si w postaci wody. Prawdopodobniedlatego aminokwasy zawarte w peptydach

    i biakach nosz nazw reszt aminokwasowych(Ryc.10). Nazwy poszczeglnych resztaminokwasowych nie s jednobrzmice z nazwamiaminokwasw, chocia zachowuj rdze nazwy.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    59/170

    Mona uywa zamiennie terminw: np. reszta

    proliny lub reszta prolilowa, reszta lizyny lub resztalizylowa, reszta histydyny lub reszta histydylowa.Niepoprawnymi natomiast s nazwy: reszta

    prolinowa", reszta lizynowa" czy resztahistydynowa".

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    60/170

    Peptydy s strukturami nierozgazionymi. Maj

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    61/170

    dwa charakterystyczne koce. Na jednym z nichwystpuje aminokwas z woln grup a-aminow.Nosi on nazw koca aminowego lub koca N,

    a aminokwas bdcy nonikiem tej grupy nazywasi aminokwasemN-kocowym.Na drugim kocu

    wystpuje aminokwas z woln grup-karboksylow. Nosi on nazw kocakarboksylowego lub koca C, natomiast aminokwas

    bdcy nonikiem tej grupy nosi nazwaminokwasu C-kocowego(ryc.11).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    62/170

    Grupa karboksylowa aminokwasuC-kocowego moe wej w reakcj z grupaminow aminokwasu N-kocowego. T drogpeptyd liniowy przeksztaca si w peptydpiercieniowy, czyli cykliczny, nieposiadajcy

    koca aminowego ani koca karboksylowego(ryc.11). Nie ma on moliwoci przyczaniadalszych reszt aminokwasowych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    63/170

    2. Nazewnictwo peptydw

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    64/170

    Nazw peptydu rozpoczyna si od nazwy resztyaminokwasu N-kocowego, potem wymienia sinazwy kolejnych reszt aminokwasowych, a koczysi nazw aminokwasu C-kocowego w jejoryginalnym brzmieniu. Na przykad: dipeptyd

    zoony z cysteiny z woln grup -NH2 (-N )i treoniny z woln grup COOH (-COO) tocysteinylotreonina. Natomiast dipeptyd zoonyz tych samych aminokwasw, lecz poczonychw odwrotnej kolejnoci, to treonylocysteina(ryc.12).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    65/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    66/170

    Kolejno (sekwencj) aminokwasww peptydach zapisuje si za pomoc symbolitrjliterowych lub jednoliterowych. Na przykad,peptyd o sekwencji aminokwasowej: Arg-Lys-Val-Leu (RKVL), to arginylo-lizylo-walilo-leucyna,

    natomiast peptyd o identycznym skadzie, leczo odwrotnej sekwencji aminokwasowej: Leu-Val-Lys-Arg (LVKR), to leucylo-walilo-lizylo-arginina.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    67/170

    W nazewnictwie peptydw - szczeglnie tycho krtkim acuchu - uwzgldnia si liczb resztaminokwasowych. Na przykad nazwy: dipeptyd,tripeptyd, tetrapeptyd, pentapeptyd, oznaczajpeptydy zawierajce odpowiednio: dwie, trzy,

    cztery, pi reszt aminokwasowych. Peptydombiologicznie wanym przypisano odpowiednienazwy zwyczajowe.

    3. Peptydy penice funkcje biologiczne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    68/170

    Glutation jest tripeptydem o nietypowej strukturze.Skada si z glutaminianu, cysteiny i glicyny. Peptyd tenwystpuje w formie zredukowanej i utlenionej. Glutation

    zredukowany posiada woln grup sulfhydrylow (-SH).Glutation utleniony powstaje poprzez utlenienie (odczenie

    pary atomw wodoru) od grup -SH dwu czsteczek

    glutationu zredukowanego. Atomy siarki pozbawionewodoru wi si ze sob, tworzc mostek dwusiarczkowy,zwany take mostkiem disulfidowym. Powstaje glutation

    utleniony (ryc.13). Zdolno glutationu do przechodzenia naprzemian w stan utleniony i zredukowany jest niezwyklewana w procesach oksydacyjno-redukcyjnych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    69/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    70/170

    Kininy s kolejnymi peptydami o niewielkiejmasie czsteczkowej. Jedna z nich - kalidyna - jestdekapeptydem, a druga - bradykinina - jestnanopeptydem. Rni si tylko jednymaminokwasem (Lys), ktry wystpuje w kalidynie,

    jako aminokwas N-kocowy. Nie ma go natomiastw bradykininie. Obydwie kininy rozszerzajnaczynia krwionone, natomiast kurcz miniegadkie przewodu pokarmowego.

    Angiotensyny: I i II

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    71/170

    Angiotensyna I jest dekapeptydem. Odczenie dwuostatnich reszt aminokwasowych, w postaci dipeptydu:His-Leu, przeksztaca angiotensyn I w bardzo

    aktywny oktapeptyd, zwany angiotensyn II.Angiotensyna II kurczy minie gadkie drobnychnaczy krwiononych, podnosi cinienie ttnicze,zwiksza si skurczu minia sercowego, nasilaaktywno ukadu nerwowego wspczulnego, reguluje

    biosyntez i wydzielanie niektrych hormonw,uczestniczy w regulacji rwnowagi wodno-elektrolitowej.

    Enkefaliny i endorfinys pentapeptydami wystpujcymiw mzgu Wykazuj silne dziaanie przeciwblowe S to

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    72/170

    w mzgu. Wykazuj silne dziaanie przeciwblowe. S toMet-enkefalina i Leu-enkefalina.Endorfiny s peptydami wystpujcymi w przysadcemzgowej. Podobnie jak enkefaliny wykazuj dziaanie

    przeciwblowe.Endorfina zawiera 16 reszt aminokwasowych.

    Endorfina skada si z 31 reszt aminokwasowych.Endorfina zawiera 27 aminokwasw.Wszystkie endorfiny powstaj ze wsplnego prekursora.

    Jest nim polipeptyd zwany lipotropin , zawierajcy 91reszt aminokwasowych. Przez jego rozkad powstajendorfiny.

    Oksytocyna i wazopresyna s nanopeptydami

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    73/170

    produkowanymi przez tylny pat przysadkimzgowej. Rni si jedynie dwomaaminokwasami. Cysteina wystpujca w pozycji 4

    i 9 wytwarza wewntrzczsteczkowy mostekdwusiarczkowy (ryc.14).Oksytocyna jest hormonem pobudzajcymczynno skurczow macicy w okresie porodu,natomiast wazopresyna, zwana inaczej adiuretyn,

    pobudza resorpcj wody w kanalikach nerkowych,a w dawkach farmakologicznych kurczy naczyniakrwionone i podnosi cinienie ttnicze.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    74/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    75/170

    Formalnie nie ustalono granicy midzy peptydema bialkiem. Zwyczajowo uwaa si, e peptyd(polipeptyd) zawiera do 100 reszt

    aminokwasowych, co odpowiada masieczsteczkowej okoo 10kDa. Z tego powodu dopeptydw naley zaliczy take niektre hormony,np. parathortnon, kalcytonina, glukagon,insulina czy hormon adrenokortykotropowy

    (ACTH).

    Biaka

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    76/170

    Biaka s wielkoczsteczkowymi produktamipowstaymi poprzez interakcj grup

    -karboksylowych z grupami -aminowymiaminokwasw z wytworzeniem wizapeptydowych. Nie ma formalnej granicy midzy

    peptydami i biakami.Zwyczajowo uznaje si, eprodukt zawierajcy ponad 100 reszt

    aminokwasowych i wykazujcy mas czsteczkowpowyej l0 kDa jest biakiem.

    W skad jednego acucha biakowego wchodzi

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    77/170

    od 100 do 1000 (niekiedy wicej) resztaminokwasowych. Masa czsteczkowa wikszocibiaek (a cilej pojedynczych acuchw

    biakowych) waha si od l0 do 100 kDa. Nielicznez nich osigaj mas czsteczkow okoo 1000 kDa.W wikszoci biaek wystpuje 20 aminokwasw.Nieliczne biaka (przede wszystkim kolagen)zawieraj dodatkowo hydroksyprolin

    i hydroksylizyn, a niektre biaka osoczowe -uczestniczce w krzepniciu krwi - zawierajjeszcze -karboksyglutaminian.

    Struktura biaek jest pojciem bardzo zoonym.Obejmuje ona sposb powizania ze sob

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    78/170

    Obejmuje ona sposb powizania ze sobposzczeglnych aminokwasw, ich kolejno (czylisekwencj), sposb przestrzennego pofadowania

    acuchw biakowych oraz moliwo wzajemnegowizania si ze sob dwch lub wikszej liczbyacuchw w jedn czsteczk.

    Rozrnia si cztery podstawowe typy (poziomy)struktur biaka. S to struktury: pierwszorzdowa,

    drugorzdowa, trzeciorzdowa i czwartorzdowa.Trzy ostatnie s okrelane wspln nazw:konformacja biaka.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    79/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    80/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    81/170

    l. Struktura pierwszorzdowa biaekStruktura pierwszorzdowa okrela sekwencj,

    czyli kolejno reszt aminokwasowych w acuchubiakowym. Poszczeglne reszty aminokwasowe s

    poczone kowalencyjnie poprzez wizaniapeptydowe. Schemat struktury pierwszorzdowej

    przedstawia ryc.16.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    82/170

    Jakkolwiek w biaku wystpuje tylko 20aminokwasw, to liczba ich kombinacji jest niezwykle

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    83/170

    wysoka. Przy dugoci acucha, odpowiadajcej 100resztom aminokwasowym, liczba moliwych kombinacji

    wynosi 20

    100

    . Warto ta narasta w miar zwikszaniasi dugoci acucha biakowego. acuch zoonyz 1000 reszt aminokwasowych stwarza moliwo 201000

    wzajemnych kombinacji tych 20 aminokwasw. S toliczby niewyobraalnie due. Jednak w biakachwystpuj tylko niektre, spord teoretycznie

    moliwych sekwencji aminokwasowych. Sekwencjaaminokwasowa biaek jest zdeterminowanagenetycznie.

    Wiele biaek wykazuje daleko idce podobiestwo

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    84/170

    (homologi) sekwencji aminokwasowej. Gdybyponumerowa poszczeglne reszty od koca

    aminowego w kierunku koca karboksylowego,okazaoby si, e pewne biaka na znacznej przestrzeni,w odpowiadajcych sobie pozycjach, posiadaj te sameaminokwasy. Takie odcinki acucha biakowegonosz nazw sekwencji homologicznych. Zazwyczaj

    biaka zawierajce sekwencje homologiczne penipodobne funkcje biologiczne.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    85/170

    Na przykad trypsyna i chymotrypsyna, biakao wysokim stopniu homologii, s enzymamiproteolitycznymi (trawicymi biaka). Natomiasthomologiczne wzgldem siebie acuchy i hemoglobiny oraz (chocia w mniejszym stopniu)

    acuchy mioglobiny, wykazuj zdolno dowizania tlenu czsteczkowego.

    Sekwencja aminokwasowa biaka to

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    86/170

    podstawowy element, od ktrego zaley jegozdolno do penienia funkcji biologicznej.Wykazano to przekonujco na przykadziehemoglobiny - biaka krwinek czerwonych -transportujcego tlen z plu do innych narzdw.

    Stwierdzono, i zastpienie choby jednegoaminokwasu innym aminokwasem powoduje

    powstanie hemoglobiny patologicznej. Opisanoponad 400 takich hemoglobin.

    Hemoglobina jest biakiem zoonym z 4 (paramijednakowych) acuchw biakowych, zwanych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    87/170

    podjednostkami. Czsteczka hemoglobiny zawiera 2podjednostki i 2 podjednostki . Krwinki czerwone,obarczone zmienion hemoglobin, maj nietypowy ksztat,

    yj krcej, s bardzo podatne na hemoliz (uszkodzenie bonkomrkowych - poczone z uwalnianiem hemoglobiny doosocza). Stan ten prowadzi do obnienia liczby erytrocytw

    we krwi. Produkty ich rozpadu s wychwytywane przezwtrob i ledzion, prowadzc do powikszenia tychnarzdw. We krwi ronie stenie bilirubiny, ktra jest

    produktem rozpadu hemu zawartego w hemoglobinie. Rozwijasi obraz chorobowy okrelany niedokrwistoci (anemi)hemolityczn.

    Kolejnym przykadem patologii molekularnejs pojedyncze zmiany w sekwencji

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    88/170

    aminokwasowej kolagenu tkanki kostnej.Zastpienie pojedynczych reszt glicyny przez inny

    aminokwas: arginin, cystein, seryn czy alaninzaburza tworzenie struktury przestrzennej kolagenu.Rozwija si zesp chorobowy zwany: wrodzonamliwoci koci (osteogenesis imperfecta),cechujcy si drastycznym obnieniem odpornoci

    mechanicznej tkanki kostnej, a w konsekwencjiskonnoci do zama koci.

    2. Struktura drugorzdowa biaek

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    89/170

    Struktura drugorzdowa biaka jest to sposbprzestrzennego rozmieszczenia acuchapolipeptydowego. Struktura drugorzdowa biaekmoe by badana metodami dyfrakcji promieniX. Promienie te ulegaj rozproszeniu lub ugiciu

    przez elektrony otaczajce kady atom. Najsilniejuginaj promienie X atomy o duej gstocielektronowej, natomiast najsabiej - atomy o maejgstoci elektronowej, np. atomy wodoru.

    a) -Helisa

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    90/170

    Najczciej spotykan form strukturydrugorzdowej jest -helisa (ryc.17). Jest tospecyficzna forma spirali. Na jeden skrt -helisyprzypada 3,6 reszt aminokwasowych. Na zewntrzstercz" acuchy boczne aminokwasw,

    oznaczone na rycinie symbolem R. wiatowewntrzne spirali jest znikomo mat. Skok spiraliwynosi 0,54 nm, a odlego osiowa dwu resztaminokwasowych wynosi 0,15 nm.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    91/170

    ki k d i i d i h k

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    92/170

    Taki ukad wyrnia si od innych strukturspiralnych tym, e pozwala na tworzeniewewntrzacuchowych, midzyzwojowych

    wiza wodorowych. W -helisie wizaniewodorowe powstaje pomidzy atomem wodoru

    zawartym w grupie =N-H jednego wizaniapeptydowego, a tlenem grupy =CO, nalecej doczwartego z kolei aminokwasu.

    Zagszczenie aminokwasw, ktrych acuchyboczne s nonikami adunkw elektrycznych( l i i i i hi d li l b

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    93/170

    (glutaminianu, asparaginianu, histydyny, lizyny lubargininy), destabilizuje -helis, z uwagi na

    oddziaywania elektrostatyczne pomidzy grupamiobdarzonymi adunkiem. Ponadto aminokwasyz duym (jak tryptofan) lub rozgazionym (jak

    walina czy izoleucyna) acuchem bocznym, takedestabilizuj -helis. Obecno proliny w acuchu

    biakowym powoduje znieksztacenie -helisy, gdyazot wbudowany do piercienia pirolidynowegozaburza geometri wizania peptydowego.

    Obecno aminokwasw destabilizujcychi znieksztacajcych sprawia, i struktura

    h li i j t i N k d

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    94/170

    -helisy na og nie jest ciga. Na przykad-keratyna (biako wystpujce we wosach, pa-

    znokciach i w powierzchniowej warstwie naskrka)jest niemal cakowicie objta struktur -helisy,natomiast hemoglobina tylko w 80%, a lizozym(biako enzymatyczne) jedynie w 25%. Kolageni elastyna (biaka obfitujce w prolin

    i hydroksyprolin) w ogle nie wytwarzajstruktury -helisy.

    b) Struktura

    St kt j t t k f d k tk "

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    95/170

    Struktura zwana jest take pofadowan kartk"lub harmonijk ". acuch biakowy o strukturze jest bardziej rozcignity w kierunku osiowym, ni

    acuch o strukturze -helisy.Odlego dwu ssiednichreszt aminokwasowych jest ponad dwukrotnie wiksza niw acuchu o strukturze a-helisy i wynosi okoo 0,35 nm.

    W biakach o strukturze nie wystpujwewntrzacuchowe wizania wodorowe midzygrupami =CO (n) i grupami =N-H (n+4). Wizania takie

    powstaj natomiast midzy grupami =C=O i =N-Hssiadujcych ze sob acuchw i s usytuowane

    poprzecznie do ich dugiej osi (ryc.18).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    96/170

    Wizanie peptydowe jest tak skonstruowane, i

    t C O i N H i d i d i t

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    97/170

    atomy grup =C=O i =N-H i dwa ssiednie atomywgla tworz jedn paszczyzn. Wgiel kadejreszty aminokwasowej jest miejscem styku tychpaszczyzn. Z tych wzgldw biako o strukturze moe by traktowane jako ukad sztywnych

    paszczyzn ustawionych wzgldem siebie podpewnym ktem. Dlatego zasadne jest nazywanie tej

    formy przestrzennej biaka strukturpofadowanej kartki lub struktur harmonijki .

    Struktur posiada np. fibroina jedwabiu lub keratyna t j i i i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    98/170

    -keratyna, powstajca przez rozcignicieacuchw -keratyny pod dziaaniem rozgrzanej

    pary wodnej. Rozcignicie wkien (wosw,weny) jest skutkiem rozrywaniawewntrzacuchowych wiza wodorowychwystpujcych w -keratynie i zastpienie ichmidzyacuchowymi wizaniami wodorowymi

    wystpujcymi w -keratynie.

    c) Struktura trzeciorzdowa biaek

    Struktura trzeciorzdowa biaek okrela sposb j i f d i ki

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    99/170

    Struktura trzeciorzdowa biaek okrela sposbwtrnego, trjwymiarowego pofadowania czsteczkibiaka z zachowaniem wyej opisanych elementw

    struktury drugorzdowej. Sposb przestrzennegoupakowania czsteczki biaka jest zdeterminowany przezjego struktur pierwszorzdow (a porednio take przez

    drugorzdow). Struktura trzeciorzdowa jeststabilizowana poprzez interakcje acuchw bocznychreszt aminokwasowych, zarwno poprzez wizania

    kowalencyjne (mostki dwusiarczkowe) (ryc.19.), jaki wizania niekowalencyjne o niskiej energii(ryc.20.).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    100/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    101/170

    Przykady struktur trzeciorzdowych

    Mioglobina biako mini szkieletowych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    102/170

    Mioglobina - biako mini szkieletowychwice tlen czsteczkowy (O2)- skada si ze 153

    reszt aminokwasowych i trwale zwizanejczsteczki barwnika, zwanego hemem. Okoo 75%

    reszt aminokwasowych jest objtych struktur-helisy. Wyrnia si 8 odcinkw -helikalnych,zawierajcych od 7 do 23 reszt aminokwasowych,rozdzielonych odcinkami o sekwencji niehelikalnej(ryc.21).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    103/170

    Lizozym - biako enzymatyczne trawice

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    104/170

    Lizozym - biako enzymatyczne trawiceciany polisacharydowe komrek bakteryjnych

    - skada si ze 129 reszt aminokwasowych. Tylko25% z nich jest objtych struktur -helisy.

    W biaku tym wystpuje wicej zagi acucha niw przypadku mioglobiny.

    d) Struktura czwartorzdowa biaek

    Biaka o wysokiej masie czsteczkowej sj li i k d j i i d h l b

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    105/170

    Biaka o wysokiej masie czsteczkowej szazwyczaj oligomerami, skadajcymi si z dwch lubwikszej liczby acuchw polipeptydowych, zwanych

    podjednostkami. Bywaj one identyczne lub rne.Mog funkcjonowa niezalenie od siebie lub ze sobwspdziaa. Skad podjednostkowy i wzajemnyukad przestrzenny podjednostek w obrbie jednejczsteczki biakowej jest nazywany struktur

    czwartorzdow biaka. W odrnieniu od strukturwyej opisanych, ta ostatnia wystpuje tylkow niektrych biakach.

    Na og podjednostki biakowe, uczestniczce

    w tworzeniu struktury czwartorzdowej s

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    106/170

    w tworzeniu struktury czwartorzdowej, szespolone ze sob wizaniami niekowalencyjnymi

    o niskiej energii, jak wizania hydrofobowe, jonowelub wodorowe. W niektrych biakach struktura tajest stabilizowana poprzez mostki dwusiarczkowe

    pomidzy resztami cysteiny nalecymi do rnychpodjednostek. Jedynie w kolagenie i w elastynie

    wystpuj bardzo stabilne wizaniakowalencyjne pomidzy podjednostkami.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    107/170

    Bardzo dobrze poznano strukturczwartorzdow hemoglobiny (Ryc.22.), wielubiaek enzymatycznych - przede wszystkimdehydrogenazy mleczanowej oraz

    immunoglobulin - biaek osoczowych penicychfunkcje odpornociowe.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    108/170

    Inny podzia biaek

    Przy tak zoonej i licznej grupie zwizkw chemicznych,jakimi s biaka, oczywiste jest wystpowanie wielu cech,

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    109/170

    y j j g p y ,jakimi s biaka, oczywiste jest wystpowanie wielu cech,ktre mog lee u podstaw ich dzielenia i szeregowania.

    I tak, ze wzgldu na struktur czsteczki, biaka moemypodzieli na:1) fibrylarne (skleroproteiny, wkienkowe) podporowe,np. kolagen,2) globularne (sferoproteiny) np. albumina, globulina.Podziau moemy take dokona ze wzgldu na

    rozpuszczalno w wodzie. Dzielimy wtedy biaka na:1) rozpuszczalne w wodzie,2) nierozpuszczalne w wodzie.

    Kolejny podzia moe dotyczy skadu biaek.W takim przypadku mwimy o:

    1) biakach prostych (zbudowanych jedynie z AA)

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    110/170

    1)

    biakach prostych(zbudowanych jedynie z AA),2)

    biakach zoonych (zbudowanych z AA oraz

    innego komponentu): metaloproteiny,fosfoproteiny, ipoproteiny, nukeoproteiny,

    glikoproteiny, chromoproteiny (barwne).Jeszcze inny podzia wyodrbnia grupy

    o waciwociach katalitycznych (enzymy) i beztych waciwoci (biaka nieenzymatyczne najczciej strukturalne).

    Gdy biako znajdzie si w skrajnych warunkach,jego struktura moe ulec zniszczeniu. Najczciejuywanym okreleniem tego zjawiska jest

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    111/170

    uywanym okreleniem tego zjawiska jestdenaturacja. Mona j okreli jako proces

    nieodwracalnego zniszczenia i zmianykonformacji (uporzdkowania przestrzennegobiaka). Denaturacja moe by spowodowana:

    podwyszon temperatur dziaaniem kwaswi zasad, jonw metali cikich, detergentw,

    stonych roztworw mocznika i guanidyny,promieniowania X, UV oraz innegopromieniowania jonizujcego.

    Funkcje biologiczne biaek

    Biaka s grup biomoleku o rnorodnych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    112/170

    Biaka s grup biomoleku o rnorodnychfunkcjach biochemicznych. Przede wszystkim

    s one elementami strukturalnymi komrek.Uczestnicz w tworzeniu bon plazmatycznych,

    odzielajcych komrk od jej rodowiska, orazbon wewntrzkomrkowych otaczajcychrne organelle komrkowe (jdra,

    mitochondria, lizosomy).

    Niektre biaka bon plazmatycznych i biakabon wewntrzkomrkowych peni funkcje

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    113/170

    y p jprzenonikowe. Umoliwiaj one wymian

    metabolitw pomidzy poszczeglnymiprzedziaami komrkowymi, midzy komrka jej otoczeniem oraz pozwalaj na utrzymanie

    gradientu (zrnicowania) ste niektrychmetabolitw po obydwu stronach

    wspomnianych bon.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    114/170

    Wiele biaek wchodzi w skad bon siateczki

    endoplazmatycznej, rybosomw i chromatynyjdrowej. Biaka mini, zarwno gadkich, jaki poprzecznie prkowanych, umoliwiaj ich

    kurczliwo.

    Biaka s podstawowymi skadnikami

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    115/170

    p ymacierzy pozakomrkowej. Niektre z nich

    tworz struktury wkniste, z ktrychzbudowane s cigna (kolagen) lub wizada(elastyna). Inne (niektre kolageny

    i proteoglikany) tworz bony podstawne,oddzielajce tkank nabonkow od

    podcieliska cznotkankowego.

    Liczne biaka peni funkcje transportowe, np.hemoglobina przenosi tlen z puc do rnychtkanek oraz uczestniczy w transporcie CO2

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    116/170

    y pw kierunku odwrotnym. Niektre z biaek za-

    pewniaj rozpuszczalno substancjomhydrofobowym, np. albumina osoczowa wiei transportuje kwasy tuszczowe, apoproteiny

    osoczowe wice rne zwizki lipidowe,zapewniajc ich rozpuszczalno w osoczu

    i transport midzynarzdowy. Inne biakawi i transportuj jony metali, bilirubin,hormony i witaminy.

    Istnieje grupa biaek - zwanychimmunoglobulinami, ktre zapewniajodporno przeciw infekcjom bakteryjnym

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    117/170

    p p j yj yi wirusowym. Liczne biaka (enzymy) peni

    funkcje katalityczne, a inne s ich inhibitorami.Niektre biaka osoczowe zapewniajkrzepliwo krwi, przez co zapobiegaj jej

    utracie w przypadku przerwania cigociciany naczyniowej, a inne zapobiegaj

    wewntrznaczyniowemu krzepniciu krwi(powstawaniu zakrzepw), przez co zapewniajdrono naczy ylnych i ttniczych.

    Niektre biaka s hormonami, czynnikamiwzrostowymi (pobudzajcymi wzrost i podziay

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    118/170

    komrek) lub interleukinami. Gwna rola

    fizjologiczna tych ostatnich polega na regulacjiczynnoci komrek odpowiedzialnych zafunkcje odpornociowe organizmu. Specjaln

    grup biaek stanowi integryny, ktrezespalaj komrki i skadniki macierzy

    pozakomrkowej w jedn cao.

    Hydrofilno biaek sprawia, i s one i i i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    119/170

    gwnym skadnikiem wicym wod

    w komrkach, w macierzy pozakomrkowej,w osoczu, w limfie i w pynie mzgowo-rdzeniowym. Amfoteryczny charakter biaek

    czyni je istotnym elementem, stabilizujcymstenie jonw wodorowych, przede wszystkim

    w osoczu i w pynie rdmiszowym tkanek.

    III. Enzymy i metabolizm

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    120/170

    Cech materii jest nieustanna dno dozmniejszania stopnia jej uporzdkowania i rozpraszania

    energii. Miar postpujcego nieuporzdkowania jest

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    121/170

    entropia. Im wikszy stan nieuporzdkowania, tym

    wiksza entropia. Materia ulega spontanicznymprzemianom w kierunku takiego uoenia jej elementwskadowych, ktre charakteryzuj si najwikszentropi. Jest to uniwersalna zasada (drugie prawotermodynamiki), majca zastosowanie zarwno do

    caego wszechwiata, jak i do dowolnego ukaduizolowanego. Dotyczy take organizmw ywych.

    Cige przeksztacanie materii i energii w organizmachywych nosi nazw metabolizmu. Komrka przeksztaca

    setki wnikajcych do niej skadnikw odywczychi t i d i h d kt t h k t

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    122/170

    i tysice porednich produktw tych przeksztace.

    Niektre procesy metaboliczne zachodz take pozakomrk, czyli w macierzy pozakomrkowej lubw pynach biologicznych. W jednej komrce, a nawet

    w poszczeglnych jej przedziaach, zachodzi jednoczenieogromna, niemoliwa do ustalenia, liczba reakcji

    chemicznych. Rwnolegle funkcjonuj dwaprzeciwstawne procesy metaboliczne; katabolizmi anabolizm.

    Procesy kataboliczne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    123/170

    yProcesy kataboliczne przeksztacaj zoone

    skadniki tkanek do zwizkw prostszych.Kocowymi produktami katabolizmu s bardzo

    proste substancje drobnoczsteczkowe, jakwoda, dwutlenek wgla, amoniak, mocznik czy

    kwas moczowy.

    Procesom katabolicznym, zwaszcza tym polegajcym nareakcjach utleniania, towarzyszy uwalnianie energii. Tylko

    cz tej energii przetwarza si w form biologicznieuyteczn Jest ona magazynowana w postaci zwizkw

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    124/170

    uyteczn. Jest ona magazynowana w postaci zwizkwbogato-energetycznych (ATP). Wikszo energiiuwolnionej w przebiegu procesw katabolicznychrozprasza si w postaci ciepa, ktre jest najbardziej

    nieuporzdkowan form energii. Uwalnianie ciepa powodujezwikszenie intensywnoci i przypadkowoci ruchwczsteczek w otoczeniu komrki, czyli wzrost stopnia jego

    nieuporzdkowania. Tak wic procesy kataboliczne prowadzdo wzrostu entropii ukadu - komrka: otoczenie komrki.

    Procesy anaboliczneProcesy anaboliczne polegaj na syntezie zoonych

    skadnikw tkanek z substancji prostszych. Synteza zachodzcak d i bi l i kl j t bi t N

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    125/170

    w ukadzie biologicznym zwykle nazywana jest biosyntez. Na

    drodze biosyntezy powstaj drobnoczsteczkowe zwizkiorganiczne: aminokwasy, cukry proste, nukleotydy,przeksztacane nastpnie w struktury wielkoczsteczkowe, jak

    biaka, polisacharydy czy kwasy nukleinowe.Do ich przebieguniezbdna jest energia uwalniana podczas proceswkatabolicznych i zmagazynowana w postaci zwizkw bogatych

    w energi (ATP). Wynika std, i procesy anaboliczne prowadzdo wzrostu stopnia uporzdkowania materii (zmniejszenia

    entropii).

    Oglne informacje o enzymachNiemal wszystkie reakcje biochemiczne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    126/170

    g j yy jwymagaj udziau katalizatorw biologicznych(biokatalizatorw), zwanych enzymami.Przyspieszaj one przebieg reakcji chemicznych, co

    najmniej l000000 razy. Przy braku enzymwwikszo reakcji zachodzi tak wolno, i s one

    niezauwaalne.

    Na przykad reakcja wizania CO2 i H2O,prowadzca do powstania kwasu wglowego,w obecnoci enzymu: anhydrazy wglanowej,

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    127/170

    zachodzi l0 000000 razy szybciej, ni w ukadzie

    nie zawierajcym tego biokatalizatora. Substancjaprzeksztacana przez enzym nosi nazw

    substratu. Enzym nie zuywa si w trakciekatalizowanej przez siebie reakcji, dziki czemu

    jedna czsteczka enzymu uczestniczyw przeksztaceniu wielu czsteczek substratu.

    W ukadzie zamknitym, ktry nie wymienia materii i energiiz otoczeniem, ustala si stan rwnowagi midzy produktami

    i substratami. Miar tego stanu jest staa rwnowagi, okrelanasymbolem K. Jest to stosunek iloczynu ste molowychproduktw do iloczynu ste molowych substratw danej

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    128/170

    produktw do iloczynu ste molowych substratw danejreakcji. Przebieg reakcji, zachodzcej z udziaem dwusubstratw (A i B) i powstaniem dwch produktw (C i D),mona zapisa w postaci oglnego rwnania:

    A + B C + D

    Wiele reakcji katalizowanych przez enzymy ma charakterodwracalny, co przyjto oznacza strzak dwukierunkow.

    Niemal wszystkie enzymy s biakami. Jedynieniektre kwasy rybonukleinowe wykazuj aktywno

    enzymatyczn. Aktywno katalityczna wielu l d b i k f kt S i i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    129/170

    enzymw zaley od obecnoci kofaktorw. S nimi

    drobnoczsteczkowe zwizki organiczne(koenzymy) lub jony metali (najczciej Ca2+, Mg2+,

    Zn

    2+

    , Fe

    2+/3+

    , K

    +

    , Na

    +

    , Mn

    2+

    , Cu

    +/2+

    ). Biakoenzymatyczne bez kofaktora nosi nazw apoenzymu.Katalitycznie aktywne biako, zawierajce kofaktor,

    nazywa si holoenzymem. Ani apoenzym, anikoenzym nie wykazuj aktywnoci katalitycznej.

    Komrka eukariotyczna jest podzielonasystemem bon wewntrzkomrkowych na liczne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    130/170

    przedziay, dlatego reakcje zachodzce w jednymz nich nie zakcaj przebiegu reakcji zachodzcychw innych przedziaach. Dziki temu w jednej

    komrce, w tym samym czasie, moe zachodziogromna liczba reakcji.

    Wsplne cechyreakcji enzymatycznych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    131/170

    reakcji enzymatycznych

    Enzymy, pomimo ogromnego zrnicowania ichstruktury i funkcji, wykazuj szereg cech

    wsplnych. Pod wieloma wzgldami s podobnedo katalizatorw chemicznych.

    Niezmienno staej rwnowagiEnzym przyspiesza osignicie stanu

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    132/170

    Enzym przyspiesza osignicie stanu

    rwnowagi K, lecz nie zmienia jej wartoci.Stosunek iloczynu ste produktw do iloczynuste substratw danej reakcji jest wielkoci stal,charakterystyczn dla danej reakcji i nie zaley odobecnoci lub nieobecnoci enzymu.

    Zmiany energii swobodnejZawarto energii swobodnej w produktach

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    133/170

    g j p

    reakcji jest nisza bd wysza od jej zawartociw substratach reakcji. Rnica ta nosi nazwzmiany energii swobodnej (G). Warto ta nosinazw standardowej zmiany energii swobodneji jest okrelana symbolem: G0.

    Zmiana energii swobodnej (G) ukadu

    reagujcego zaley wycznie od jakocisubstratw i produktw kocowych a nie od

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    134/170

    substratw i produktw kocowych, a nie od

    drogi przebiegu reakcji. Na przykad spalanieglukozy do CO2 i H2O in vitro, bez udziau

    enzymw, uwalnia tyle samo energii, ile powstaje invivo, w wyniku utleniania glukozy do tych samychproduktw, zachodzcego z udziaem wieluenzymw.

    Jedyna rnica polega na tym, i ten pierwszy

    proces przebiega gwatownie, a caowyzwolonej energii rozprasza si w postaci

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    135/170

    wyzwolonej energii rozprasza si w postaci

    ciepa. Ten drugi natomiast, przebiega powoli,wieloetapowo, ze stopniowym wyzwalaniem

    energii, ktrej znaczna cz (okoo 40%) jestmagazynowana w postaci zwizkw bogatychw energi (ATP), a reszta rozprasza si w postaciciepa.

    W przypadku reakcji, w ktrej dwa substraty A i B przechodzw dwa produkty C i D ustala si stan rwnowagi, ktrego miar

    jest staa rwnowagi K.A + B C + D

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    136/170

    Przesunicie reakcji w prawo lub w lewo wie si ze zmian

    energii swobodnej uktadu. Wielko tej zmiany mona obliczyz nastpujcego rwnania:

    (R - stal gazowa, T - temperatura w skali Kelvina).

    Stosunek iloczynu ste produktw do iloczynu stesubstratw po ustaleniu stanu rwnowagi, to staa

    rwnowagi K. Z przeksztacenia powyszego rwnaniawynika, i

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    137/170

    G0

    = -RT ln KPo przeksztaceniu logarytmu naturalnego (ln)

    w logarytm dziesitny (log)

    G0= -2,303RT log K

    Z powyszego rwnania wynika, i przy staejtemperaturze, zmiana standardowej wolnej energii G0zaley wycznie od staej rwnowagi K.

    Zebrano duo danych na temat termodynamikinajwaniejszych reakcji zachodzcychw organizmie. Obliczono wartoci G0 dla wieluz nich

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    138/170

    z nich.

    Jeeli w stanie rwnowagi iloczyn steproduktw i iloczyn ste substratw s sobie

    rwne, to K = l (log l = 0), a warto G0= 0. Niezachodzi wtedy adna reakcja lub przebiega ona

    z jednakow prdkoci w obu kierunkach, niezmieniajc ste produktw i substratw.

    Jeeli w stanie rwnowagi iloczyn steproduktw C i D przewaa nad iloczynem stesubstratw A i B to staa rwnowagi K jest

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    139/170

    substratw A i B, to staa rwnowagi K jest

    wysza od l, a G0ma warto ujemn. Oznaczato, i reakcja przebiega z uwalnianiem energii, jest

    egzoergiczna, zachodzi spontanicznie w kierunkuA + B C + D, tak dugo, a G osignie warto

    zerow. Wtedy ustala si stan rwnowagi.

    Jeeli w stanie rwnowagi iloczyn steproduktw C i D jest niszy od iloczynu stesubstratw A i B to staa rwnowagi K jest nisza

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    140/170

    substratw A i B, to staa rwnowagi K jest nisza

    od l, a G0ma warto dodatni.Oznacza to, ireakcja przebiega z pobieraniem energii, jest

    endoergiczna, nie zachodzi spontaniczniew kierunku: A + B C + D.

    W odwracalnej reakcji A + B C + Dwarto bezwzgldna G w obydwu kierunkach jej

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    141/170

    g y j j

    przebiegu jest jednakowa, a rni si znakiem. Naprzykad, jeeli G reakcji o kierunku

    A + B C + D wynosi: -20 kJ/mol, to reakcjio kierunku C + D A + Bwynosi +20 kJ/mol.

    Reakcja, ktrej towarzyszy ujemna wartoG0, nosi nazw reakcji termodynamicznie

    korzystnej. Moe ona zachodzi spontanicznie.Reakcja ktrej towarzyszy dodatnia warto

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    142/170

    Reakcja, ktrej towarzyszy dodatnia warto

    G0, nosi nazw reakcji termodynamicznieniekorzystnej. Nie moe ona zaj spontanicznie

    (ryc. 1). W organizmie zachodz reakcje obydwurodzajw. Reakcje termodynamicznie

    niekorzystne, s napdzane" reakcjamitermodynamicznie korzystnymi.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    143/170

    Addytywno zmian energii swobodnej

    Zmiany wolnej energii, towarzyszce nastpujcym posobie reakcjom, sumuj si. Okrela si to mianemaddytywnocizmian wolnej energii.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    144/170

    W organizmie funkcjonuj cigi reakcji enzymatycznych,ktrych celem jest wieloetapowe przeksztacenie substratww okrelone produkty. Substrat A, pod dziaaniem enzymu

    a przechodzi w produkt B, a ten staje si substratem dlaenzymu b, ktry przeksztaca go w produkt C. Ten z koleistaje si substratem dla enzymu c, ktry przeksztaca gow produkt D itd. Niektre z tych etapw mog mie dodatniwarto G0.

    Dziki addytywnej waciwoci wolnej energiiszlak metaboliczny moe funkcjonowa

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    145/170

    y j

    w kierunku: A B C D ... i dalej,dopki suma G0wszystkich reakcji skadowych

    jest ujemna. Moe to wystpowa take wtedy, gdyniektre z reakcji skadowych wykazuj G0

    o wartoci dodatniej.

    Przykadem takiego szlaku metabolicznego jestglikoliza. Jest ona cigiem reakcji enzymatycznych,

    przeksztacajcych szeciowglow czsteczk glukozyw dwie dwuwglowe czsteczki pirogronianu. Jest to

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    146/170

    proces wieloetapowy, uczestniczy w nim kolejno 10enzymw. Niektre etapy glikolizy s reakcjamitermodynamicznie korzystnymi, a inne niekorzystnymi.

    Mimo to glikoliza przebiega do koca, poniewasumaryczna G0 tego procesu ma warto ujemn.

    Reakcje termodynamicznie korzystne wymuszaj przebiegreakcji termodynamicznie niekorzystnych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    147/170

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    148/170

    Wysoka energia aktywacji jest barier, ktra

    zapobiega przebiegom reakcji w pewnychkierunkach. Z tego powodu elementy skadowe

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    149/170

    g p y

    organizmw ywych, bytujcych w atmosferzebogatej w tlen, nie utleniaj si samoistnie do CO2

    i H2O, mimo i te proste zwizki s najbardziejstabilnymi energetycznie formami wgla

    i wodoru.

    Enzym przyspiesza przebieg reakcjienzymatycznej poprzez obnienie energii

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    150/170

    y y j p p g

    aktywacji. Umoliwia pokonanie barieryenergetycznej, ktra utrudnia przeksztacenie

    substratu w niestabilny stan przejciowy.

    Enzym nadaje reakcji jeden z moliwych kierunkw

    Na przykad pirogronian jest przeksztacany w tkankach

    w rne produkty. Moe ulega redukcji do mleczanu,dekarboksylacji i utlenieniu do octanu, karboksylacji do

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    151/170

    szczawiooctanu lub transaminacji z wytworzeniem alaniny(ryc.3). Przebieg reakcji w kadym z moliwych kierunkwjest niezwykle powolny. W obecnoci okrelonego enzymu

    substrat ten przeksztaca si w jednym z wymienionychkierunkw. Dehydrogenaza mleczanowa przeksztaca gow mleczan, dehydrogenaza pirogronianowa w acetylo~S-CoA,

    karboksylaza pirogronianowa w szczawiooctan,a aminotransferaza alaninowa w alanin.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    152/170

    Swoisto enzymw

    Enzymy dziaaj tylko na okrelone substraty. Zjawiskoto nazywamy swoistoci substratow.Istniej enzymy o swoistoci bezwzgldnej. Enzym

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    153/170

    Istniej enzymy o swoistoci bezwzgldnej. Enzym

    przeksztaca tylko jeden substrat, a nawet tylko jedenz jego izomerw. Przykadem jest ureaza - enzym

    rolinny - rozkadajcy wycznie mocznik do CO2 i NH3lub dehydrogenaza mleczanowa - enzym wtrobowy -utleniajcy wycznie L-mleczan do pirogronianu,

    a zupenie nieaktywny wobec D-mleczanu.

    Wiele enzymw wykazuje swoisto wzgldn, czyligrupow. Oznacza to, i enzym przeksztaca grup podobnych

    zwizkw.Na przykad niektre fosfatazy s swoiste wobec wieluestrw, powstaych z udziaem kwasu ortofosforowego,

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    154/170

    niezalenie od ich skadnika alkoholowego. Swoisto wzgldnwykazuje take chymotrypsyna. Rozkada ona przedewszystkim substraty biakowe, zawierajce wizania peptydowe

    powstae z udziaem grup karboksylowych aminokwaswaromatycznych: fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu, ale

    hydrolizuje take wizania amidowe i estrowe, powstaez udziaem grup karboksylowych tych aminokwasw.

    Koenzymy

    Waciwoci katalityczne wielu enzymw suzalenione od obecnoci drobnoczsteczkowych

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    155/170

    skadnikw, zwanych koenzymami. S onew wikszoci pochodnymi witaminrozpuszczalnych w wodzie. Niektre z koenzymwwi si trwale z biakiem enzymatycznym -apoenzymem. Nosz wtedy nazw grup

    prostetycznychenzymu.

    Rola koenzymw polega na przenoszeniu grupfunkcyjnych, atomw wodoru lub elektronw

    z odpowiedniego donora na akceptor. Reakcjaprzenoszenia moe zachodzi take w obrbie

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    156/170

    jednej czsteczki. Niektre koenzymy penifunkcj pomocniczych substratw

    (kosubstratw). Przyczaj si one do biakaenzymatycznego wraz z substratem i odczaj si

    wraz z produktem. Koenzymy wspdziaajgwnie z oksydoreduktazami i z transferazami.

    Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NAD+)oraz fosforan dinukleotydu

    nikotynoamidoadeninowego (NADP+) s akceptoramiprotonw i elektronw w procesie utleniania wielusubstratw przez enzymy zwane dehydrogenazami

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    157/170

    substratw przez enzymy zwane dehydrogenazami(ryc.4). Ich budowa odpowiada dwm nukleotydomzespolonym wizaniem pirofosforanowym. W jednym

    z nich rol zasady odgrywa adenina, a w drugim amidkwasu nikotynowego. Ten ostatni jest niacyn, czyli

    witamin B3. NAD

    +

    i NADP

    +

    s przenonikamiprotonw i elektronw w procesachoksydoredukcyjnych.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    158/170

    Flawinomononukleotyd (FMN) oraz dinukleotydflawinoadeninowy (FAD) s pochodnymi ryboflawiny, czyli

    witaminy B2.Koenzymy te w zasadzie nie s nukleotydami. Ichnazwy wynikaj z pewnych analogii do struktury nukleotydw.W odrnieniu od NAD+ i NADP+ s trwale zwizane

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    159/170

    z biakami enzymatycznymi, odpowiadaj wic definicji grupprostetycznych enzymw. Potczenia FMN i FAD z ichapoenzymami s nazywane flawoproteinami. Piercie

    dimetyloizoalloksazyny - zawarty w FMN i FAD - jestakceptorem pary atomw wodoru. FMN jest jednym

    z przenonikw protonw i elektronw w acuchuoddechowym, natomiast FAD jest bezporednim akceptoremwodorw odczanych od niektrych substratw(ryc. 5).

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    160/170

    Systematyka enzymwSystematyka enzymw zostaa wprowadzona decyzj

    Midzynarodowej Unii Biochemicznej w 1961 roku. Podstawowjednostk systematyczn enzymw jest klasa. Enzymy dziel si na 6klas. Oto nazwy wszystkich klas enzymw, ich definicje oraz przykady

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    161/170

    reakcji katalizowanych przez enzymy, nalece do poszczeglnych klas:1. oksydoreduktazy,2. transferazy,

    3. hydrolazy,

    4. liazy,5. izomerazy,

    6. syntetazy (ligazy).

    Kada z wymienionych klas dzieli si na mniejsze jednostki

    systematyczne zwane podklasami, a te z kolei dziel si napodpodklasy. Kady z enzymw wchodzcy w skad danejpodpodklasy posiada indywidualn nazw i numer kodowy.

    Midzynarodowy kod enzymatyczny

    Wprowadzono midzynarodowy kod enzymatyczny, zoony

    z dwu liter i czterech liczb oddzielonych kropkami. Jego schematwyglda nastpujco: EC a.b.c.d.Symbol ECoznacza, i liczby ponim nastpujce dotycz midzynarodowego kodu enzymatycznego.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    162/170

    Liczba a okrela numer klasy enzymu, liczba b okrela numerpodklasy w obrbie tej klasy, liczba c oznacza numer podpodklasyw obrbie podklasy. Liczba d oznacza numer enzymu w obrbie

    wymienionej wczeniej podpodklasy. Kademu, wystarczajcodobrze poznanemu enzymowi, przypisano jego niepowtarzalnynumer identyfikacyjny. Dziki temu moliwe jest uywanie

    w literaturze biochemicznej rnych zwyczajowych nazw kadegoenzymu, podajc w nawiasie jego numer kodowy.

    Na przykad dehydrogenaza jabczanowa, katalizujcareakcj wyej przedstawion, nosi numer kodowy EC

    1.1.1.37.Pierwsza liczba (1) oznacza, i enzym naley doklasy 1, jest wic oksydoreduktaz. Druga liczba (1)oznacza, i enzym naley do podklasy 1, obejmujcej

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    163/170

    , y y p y , j j jwszystkie oksydoreduktazy, ktre odczaj par atomwwodoru od grupy H-C-OH. Trzecia liczba (1) oznacza, i

    enzym ten naley do podpodklasy 1 obejmujcejwszystkie enzymy, ktre przekazuj wodory odczonez grupy H-C-OHna NAD+. Czwarta liczba (37), to numer

    przyporzdkowany temu enzymowi w obrbiepodpodklasy EC 1.1.1.

    Zastosowanie enzymw

    w praktyceEnzymy znajduj liczne praktyczne

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    164/170

    zastosowania w diagnostyce laboratoryjnej wieluchorb, s odczynnikami laboratoryjnymi lub

    lekami. Zastosowania enzymw do naprawymateriau genetycznego komrki stwarza nowe

    moliwoci leczenia wrodzonych wadmetabolicznych i chorb nowotworowych.

    Enzymy jako markery chorb

    Aktywno niektrych enzymw w tkankachi pynach ustrojowych zmienia si w przebiegu

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    165/170

    rnych chorb. Spostrzeenie to zostaowykorzystane w praktyce w diagnostycelaboratoryjnej. Szczeglnie przydatny jest pomiaraktywnoci enzymw wystpujcych w osoczukrwi. Niektre enzymy osoczowe s traktowane

    jako wskaniki (markery) charakterystyczne dlapewnych chorb.

    Ich podwyszona aktywno wskazuje natoczcy si proces chorobowy, a normalizacjajest wskanikiem skutecznoci leczenia. Na

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    166/170

    przykad aktywno aminotransferaz w osoczukrwi ronie w przebiegu zawau minia sercowego

    lub uszkodzenia wtroby. Aktywno amylazy,enzymu rozkadajcego skrobi, wzrasta u chorych

    z zapaleniem trzustki.

    W pewnych przypadkach znaczenie diagnostycznemaj relacje wzajemne pomidzy aktywnociami

    okrelonych izoenzymw. W stanie zdrowiaaktywno LDH-1 w osoczu krwi jest nisza ni

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    167/170

    LDH-2. U chorych z zawaem minia sercowegoaktywno LDH-1 przewysza aktywno LDH-2.Izoenzym kinazy kreatynowej: CK-2, jest swoistydla minia sercowego. Jego aktywno w osoczukrwi, w l -2 dniu po zawale, wzrasta w wyszym

    stopniu ni innych izoenzymw CK.

    Enzymy jako leki i odczynniki

    Niektre enzymy su jako leki. Na przykadtkankowy aktywator plazminogenu lub plazminamaj zastosowanie w leczeniu choroby

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    168/170

    j yzakrzepowej. Lipaza - enzym hydrolizujcytuszcze, jest uyteczna w leczeniu niedomogiwydzielniczej trzustki. Asparaginaza - enzymrozkadajcy asparagin, jest przydatna w leczeniu

    biaaczek.

    Pewne enzymy su jako odczynnikiw praktyce laboratoryjnej. Na przykad, ureazamoe by zastosowana do oznaczania mocznika,

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    169/170

    dehydrogenaza mleczanowa do oznaczaniamleczanu, peroksydaza do oznaczania

    cholesterolu, a kolagenazado oznaczania kolagenuw ilociach nieoznaczalnych innymi metodami, na

    przykad w hodowlach komrek in vitro.

    Enzymy w biotechnologii i terapii genowej

    Za pomoc odpowiednich enzymw monawycina uszkodzone fragmenty DNAi wbudowywa w to miejsce fragmenty prawidowe.

  • 7/23/2019 Biochemia Cz.1

    170/170

    Pozwala to na napraw materiau genetycznegokomrki. W podobny sposb mona wymienia

    pewne fragmenty DNA pomidzy rnymigatunkami. T drog uzyskuje si roliny i zwie-

    rzta transgeniczne, bdce nosicielamiobcogatunkowego materiau genetycznego.