SCKIAGA 2.doc

1.     Napisz wzór peptydu o sekwencji  Ala-Cys-Phe-Gly-Cys-Ser. Wskaż w nim reszty aminokwasów,  które mogą pełnić funkcje w centrum aktywnym enzymów.

Alanina-Cysteina-Fenyloalanina -Glicyna-Cysteina-Seryna
   koniec C jest na serynie, a koniec N na alaninie
  Peptyd mogą hydrolizować:
- egzopeptydazy: serynowa(mdz Cys-Ser) i alaninowa(mdz Ala-Cys)
- endopeptydazy np. glicynowa, cysteinowa, fenyloalaninowa
Przestrzenna architektura białek - podręcznik :)
Sekwencja aminokwasów wywiera największy wpływ na strukturę przestrzenną białka,gdyż determinuje, jakim białkiem ono jest i jakie ma właściwości

1. aminokwasy biorace udzial w centrum aktywnym:
* asparaginian *glutaminian *lizyna *histydyna *seryna *treonina *tyrozyna *cysteina

2.     Przedstaw graficznie, podaj definicję i omów znaczenie Km. Podaj cztery podstawowe sposoby regulacji aktywności enzymów. W jaki sposób można wyrażać aktywność enzymów?

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

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

Sposoby regulacji aktywności enzymów:

* hamowanie przez stężenie zwrotne A->B->C->D->Z => enzym szczatkujacy jest hamowany przez produkt Z (produkt końcowy lub metabolit wpływa na początek przemian)

* białka regulacyjne np. kalmodulina wiąże się z Ca2+

* modyfikacja kowalencyjna np. ufosforylowanie nieaktywnego enzymu, który staje się aktywny

* aktywacje proteolityczne, enzymogeny potrzebują aktywacji proteolitycznej np.hymotrypsynogen (nieaktywny enzym) musi zostać przyciety przez trypsyne (po 15 argininie) powstaje hymotrypsyna (aktywny enzym)

Model mochaelisa-menten

Gdzie k1, k2 i k3 to pewne stale; [ES] to stężenie kompleksu ES

Stała M-M

V max jest wtedy kiedy wszystkie miejsca enzymu są wysycane substratem tj [S]>km czyli [S]/[S]+km ~ 1

Równanie Michaelisa-Menten

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

Liczba obrotow enzymu oznacza liczbę cząsteczek substratu przekształconego w produkty reakcji na jednostkę czasu, w warunkach pełnego wysycenia enzymu substratu

Anhydraza węglanowa działa w pluchach w procesie oddychania (uwalnia CO2 i HCO-2 ) 600 000 obratow/s

2. Na przykładzie modelu Michaelisa-Menten opisz właściwości kinetyczne enzymów.

2 TYPY INHIBICJI ODWRACALNEJ TO INH.WSPÓŁZAWODNICZĄCA I NIE WSPOŁZAWODNICZACA. WSPÓŁZAWODNICZACA: INH. WSPÓŁZAWODNICZACY Z SUBSTRATEM O CENTRUM AKTYWNE JEST STRUKTURALNIE PODOBNY DO SUBSTR.

NP. HAMOWANIE AKTYWNIOSCUE DEHYDROGENAZY BURSZTYNIANIWEJ WYWOLANE- MALONIANEM, KTÓRY JEST NIŻSZYM HOMOLOGIEM BURSZTYNIANU-SUBST. TEGO ENZ.

COOH-CH2-COOH COOH-(CH2)2-COOH JEŻELI INH.WYSTĘPUJE W DUŻYM STĘŻ. TO MOŻE ON CAŁKOWICIE WYPRZEC Z KOMPLEKSU Z ENZYMEM I W TEN SPOSÓB ZAHAMOWAC REAK. PRZY ZWIEKSZENIU STEZ. SUBSTRATU INH. ZOSTAJE WYPARTY . PODLEGA TO PRAWU DZIAŁANIA MAS. NIEWSPOŁZAWODNICZĄCA- NIE MOŻNA JEJ COFNAC PRZEZ ZWIĘKSZENIE SUBSTR. INH. NIEWSPÓŁZAWODNICZACY MOŻE WIAZAĆ SIĘ BĄDŹ Z WOLNYM ENZYMEM LUB Z KOMPLEKSEM E-S,BĄDŹ JEDNYM I DRUGIM E+I->EI ES+I->ESI

INH. NIEODWRACALNA-POLEGA NA MODYFIKACJI 1 LUB KILKU GR. FUNKCYJNYCH CENTRUM AKT.ENZ. INH. TEGO HAMOWANIA SĄ CZYNNIKI NP. ALLKILUJĄCE TJ JODOACETAMID, KTÓRY NIEODWRACALNIE WIAZE NIEZBEDNE DO AKT.ENZ.GR.-SH   

E-SH+ICH2CONH2->E-S-CH2CONH2+HI

3.    

Napisz wzór ATP i podaj jego pełną nazwę. Podaj drogi powstawania ATP w organizmach żywych. Napisz dwie reakcje wymagające udziału ATP, podaj nazwy enzymów i klasę do której należą.

ATP – adenozynotrifosforan

Klasy enzymow, z którymi może wspolpracowac to:

·         Transferazy (przenoszą) ATP + NAD->ADP + NADP (kinaza NAD)

·         Ligazy (syntetazy) kosztem energii wysoko energ. Związków wytwarzają nowe wiązania

+ CO2+H2O --(ATP/ADP+P)->

·         Hydrolazy (rozpad z udziałem H2O) ATP + H2O->AMP + PP (pirofosfohydrolaza ATP)

ATP jest wytwarzany w kom podczas utleniania czasteczek glukozy, kw tluszcz, aminokwasow, podczas cyklu kw cytrynowego, fosforylacji oksydacyjnej, troche powstaje tez podczas glikolizy.

Gradient protonowy wykorzystywany jest np. w fosforylacji oksydacyjnej.

3’.Dlaczego powszechnym srodkiem wymiany energii swobodnej jest ATP?

ATP jest ustawicznie regenerowany, co oznacza ze jest prawie caly czas dostepny dla reakcji. Fosforanowe wiazania w nim wystepujace podczas rozkladu dostarczaja bardzo duza porcje energii. ATP nie wykazuje specjalizacji w kierunku zadnej z reakcji. Inne energodajne zwiazki z „rodziny” ATP (UTP, CTP, GTP) posiadaja specyficzne funkcje, co sprawia, ze nie sa one tak powszechne jak ATP

3”.  Napisz w jakiej reakcji glikolizy powstaje NADH. Jaki enzym ja katalizuje? Podaj   pełną nazwę i wzór NADH. Omów losy tego związku w warunkach tlenowych i beztlenowych.

W reakcji dehydrogenazy aldehydu 3-fosfoglicerynowego.

NADH - zredukowany dwunukleotyd nikotynamido-adeninowy (NAD+)

Losy w warunkach beztlenowych: powstają 2 cząsteczki NAD+

Losy w warunkach tlenowych: NADH przekazuje proton i elektrony na mitochondrialny łańcuch oddechowy, gdzie poprzez wiele ogniw pośrednich są one przekazywane na tlen, tworząc H2O. Procesowi temu towarzyszy powstawanie energii magazynowanej w postaci ATP.

NADH- do powstania ATP, nie bierze udziału w reakcjach redukcyjnych (utl. w łańc. oddech.)

3”’. Napisz wzór NAD i NADP. Podaj pełne nazwy tych związków. Jaką funkcję pełni grupa fosforanowa w NADP i jakie są tego konsekwencje? W jakich reakcjach redukowany jest NADP w organizmach zwierzęcych i jaka jest funkcja jego zredukowanej formy?

NADP - fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego

a)forma utleniona     b)forma zredukowana

NAD - dinukleotyd nikotynamidoadeninowy

a)forma utleniona

b)forma zredukowana

NADP redukowany jest do NADPH podczas:

- szlaku pentozofosforanowego (NADPH wytworzone podczas tej reakcji jest wykorzystywany w reakcjach biosyntetycznych wymagajacych siły redukcyjnej).    

- syntezy kw tłuszcz. (powstałe tu NADPH zasila ta synteze)

- fotosyntezy

NADPH jest głównym donorem protonów w biosyntezach redukcyjnych, a także jest akceptorem protonu i elektronów w reakcjach utleniania, lecz powstający NAPH nie przekazuje protonu i elektronów na łańcuch oddechowy. Są one zużytkowywane w różnych reakcjach redukcji, głównie w przebiegu biosyntezy kwasów tłuszczowych i cholesterolu. W organizmach samożywnych NADP powstaje w początkowym etapie fotosyntezy i jest zużywany później w cyklu Calvina.

3””.Co jest glownym donorem elektronow w biosyntezach redukcyjnych?

*Jest to NADPH. Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy

3””’.Jaka jest zasadnicza roznica miedzy podstawowymi procesami przeksztalcania       energii: fosforylacja oksydacyjna a fotosyntetyczna? Jaka role odgrywa        karboksylaza-1,5-bisfosforybulozy i na czym polega jej katalityczna niedoskonalosc? Podaj ogolny bilans cyklu Calvina.

Fosforylacja fotosyntetyczna jest procesem analogicznym do syntezy ATP napedzanej przez gradient protonowy podczas fosforylacji oksydacyjnej w mitochondriach. Różnica miedzy tymi procesami polega na tym, ze protony (w oksydacyjnej) sa pompowane na zewnatrz mitochondriow, natomiast w chloroplastach – do dodatkowego przedzialu, jakim jest przestrzen wewnatrz tylakoidu.

Karboksylaza-1,5-bisfosforybulozy uczestniczy w reakcjach ciemnych fotosyntezy. Jest ona duzym enzymem katalizujacym kluczowa reakcje wiazania wegla, który jest umieszczony w stromie. W tej reakcji zachodzi kondensacja czasteczki CO2 z rybulozo-1,5 bisfosforanem, w wyniku ktorej tworzy się szescioweglowy produkt posredni, szybko hydrolizujacy do 2 czasteczek 3-fosfoglicerynianu. Ta karboksylaza jest enzymem bardzo powolnym, dlatego kazda roslina potrzebuje duzych jego ilosci. Te czynniki skladaja się na niedoskonalosc katalityczna tego enzymu.

Ogolny bilans cyklu Calvina: 3 CO2 + 6 NADPH + 9 ATP -> aldehyd3-fosfoglicerynowy + 6 NADP+ + 9 ADP + 8 Pi

3*. Omów drogę elektronów z NADH do O2. Który z kompleksów transportu elektronów nie jest pompą protonową?

Elektrony są transportowane z NADH do tlenu przez łańcuch transportu elektronów. NADH przenosi elektrony do dehydrogenazyNADH, dużego kompleksu białkowego zawierającego FMN i dwa typy centrów żelazowo-siarkowych (Fe-S) umieszczonych w białkach żelazowo-siarkowych. FMN przyjmuje elektrony przechodząc w FMNH2 i przekazuje je dalej do centrum Fe-S, gdzie atom żelaza odbiera i oddaje elektrony oscylując między stanem Fe3+ a stanem Fe2+.Z dehydrogenazy NADH elektrony są przenoszone do CoQ, przekształcają go w ubichinol (czyli CoQH2) i przechodzą dalej do kompleksu cytochromów bc1. Ten ostatni obejmuje cytochrom b i cytochrom c1, a także białko Fe-S.Każdy cytochrom zawiera grupę hemową z umieszczonym w centrum atomem żelaza, który w trakcie przyjmowania elektronu przechodzi ze stanu Fe³(+) do stanu Fe²(+). Po oddaniu elektronu do następnego przenośnika atom żelaza powraca do stanu Fe³(+). Kompleks cytochromów bc1 przenosi elektrony do cytochromu c, który z kolei przekazuje je do oksydazy cytochromowej, kompleksu zawierającego dwa cytochromy (cytochrom a i cytochrom a3), związane z dwoma atomami miedzi (odpowiednio Cu A i Cu B). Podczas przenoszenia elektronów atomy miedzi oscylują między stanem Cu²(+) a stanem Cu(+).W końcu oksydaza cytochromowa przenosi cztery elektrony do tlenu cząsteczkowego, z utworzeniem dwóch cząsteczek wody.
Dehydrogenaza bursztynianowa katalizuje w cyklu kwasu cytrynowego utlenianie bursztynianu do furmanu.Dehydrogenaza bursztynianowa zawiera zwiazany FAD,który w tej reakcji ulega redukcji do FADH2.Utlenianie FADH2 przeprowadza REDUKTAZA BURSZTYNIAN-KOENZYM Q-(kompleks II),która jest integralnym białkiem wew. Błony mitochadrialnej. Dehydrogenaza bursztynianowa jest częścią tego kompleksu, który zawiera też centra Fe-S Podczas utleniania FADH2 dwa elektrony przechodzą do centrów Fe-S i dalej do CoQ. Następnie wchodzą one do głównego łańcucha transportu elektronów, co umożliwia wypompowanie jonów H+ z mitochadriów, tak samo jak w przypadku utleniania NADH.Jednakże sama reduktaza bursztynian-CoQ NIE JEST pompą H+ ponieważ zmiana energii swobodnej całkowitej rekcji katalizowanej przez nia jest zbyt mała.

3. Podaj wzór i pełną nazwę ATP. Opisz drogi powstawania ATP w organizmach żywych.

Glikoliza zachodzi w pozamitochondrialnej, rozpuszczalnej frakcji komórkowej - cytoplazmie - wszystkich eukariotów i prokariotów.

podczas glikolizy (ale to małe ilości) a dokładniej w 2 jej etapach: 1,3-bisfosfoglicerynian + ADP -(kinaza fosfoglicerynianowa)-> 3-fosfoglicerynian + ATP i jeszcze fosfoenolopirogronian + ADP -(kinaza pirogronianowa)-> pirogronian + ATP

4.    

Z jakiego cukru prostego zbudowany jest glikogen. Podaj jego nazwę i wzór oraz nazwę wiązań występujących w tym polisacharydzie. Wymień nazwy enzymów biorących udział w jego degradacji.

Zbudowany z glukozy.

Wiązania: alfa-D-glukopiranozy połączone ze sobą wiązaniami alfa-1,4-glikozydowymi, a w miejscach rozgałęzień alfa-1,6-glikozydowymi. Rozgałęzienia występują co 8-12 reszt glukozowych.

Enzymy biorące udział w degradacji: fosforylaza glikogenowa (glikozydazy, fosfokinazy?)

Glikogen ma budowę zbliżoną do składnika skrobii – amylopektyny, lecz rozpuszcza się on lepiej w wodzie niż amylopektyna, ponieważ odgałęzienia boczne glikogenu są liczniejsze i krótsze niż amylopektyny. Jako koloid hydrofilowy rozpuszcza się w wodzie na zimno dając opalizujący roztwór. Możliwe jest to dzięki występowaniu w jego cząsteczce licznych grup hydroksylowych, mogących łatwo tworzyć wiązania wodorowe z cząsteczkami wody. W obecności soli nieorganicznych o znacznych stężeniach oraz pod wpływem cieczy organicznych mieszających się z wodą glikogen łatwo ulega wytrąceniu z roztworu.

-W procesie fosforolizy czyli glikogenolizy zachodzi odłączanie cząsteczek glukozy od łańcucha glikogenu. Reakcję katalizuje fosforylaza glikogenowa:

(C6H12O6),, — +Pi—fosforylaza glikogenowa ——> glukozo-1-fosforan — fosfoglukomutaza-—» glukozo-6-fosforan— odjęcie Pi — glukozo-6-fosfataza —> glukoza C6H12O6

4’.  Wymień dwie drogi rozpadu polisacharydów, nazwy enzymów i powstających

produktów oraz ich wzory. Która z dróg jest bardziej korzystna energetycznie? Napisz reakcję katalizowaną przez fosfofruktokinazę, klasę, enzym oraz znaczenie dla glikolizy.\

Fosfofruktokinaza katalizuja reakcje przemiany fruktozo-6-fosforanu do fruktozo-1,6-bifosforanu. Moment w którym działa jest najważniejszym punktem kontrolnym glikolizy:

* ATP hamuje ten enzym, a hamowanie to znosi AMP (regulacja względem zapotrzebowania energetycznego komorki)

* wysoki poziom cytrynianu hamuje fosfofruktokinaze

* szybkość glikolizy maleje gdy pH znacząco się obniza (fosfofruktokina hamowana przez H+) => to zapobiega nadmiernemu tworzeniu mleczanu.

Fosfofrutkokinaza: klasa – transferaza

fruktozo-6-fosforan ↔fruktozo-1,6-bisfosforan

Przenoszenie grup funkcyjnych między związkami.

Enzymy uczestniczace w rozpadzie polisacharydow:

- w glikogenolizie to fosforylaza glikogenowa (klasa fosforylaz) i enzym usuwajacy rozgalezienia

- hydrolazy glikozydowe

- amylazy (enzymy trawienne) – rozklad skrobii i glikogenu

- celulazy rozkladaja celuloze

4".  jakich prekursorów niecukrowych może być syntetyzowana glukoza? Gdzie te   reakcje zachodzą? Napisz jedną z nich

Glukoza może być syntetyzowana z niektórych aminokwasów(do pirogronianu i szczawiooctanu), mleczanu (do pirogronianu) i glicerolu w procesie glukoneogenezy.

Cykl Corich`a.

Dehydrogenaza pirogronianowa przekształca odtwarzany kwas pirogronowy w acetylokoenzym A wchodzący do cyklu Krebsa. Kwas mlekowy przenika również do krwi i jest transportowany do wątroby. Tam przechodzi (utlenienie) w kwas pirogronowy a ten z kolei w procesie glukoneogenezy jest przekształcany w glukozę. Glukoza powraca do mięśni. Niewielkie ilości kwasu mlekowego wydalane są z moczem i potem

CYKL CORICHA:

1. Karboksylaza pirogronianowa:

kw pirogronowy + CO2 + ATP ↔ kw szczawiooctowy + ADP + P

2. Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa:

kw szczawiooctowy + GTP ↔ kw fosfoenolopirogronowy +CO2+GDP

3. Fruktozo-1,6-difosfataza:

Fruktozo-1,6-bis-P + H2O ↔ fruktozo-6-P

4,Glukozo-1- fosfataza:

glukozo-6-P + H2O ↔ glukoza

GLUKONEOGENEZA:

4”’. Napisz ciąg reakcji prowadzacych do przekształcenia glukozy w pirogronian, zaznacz katalizujace enzymy, jakie jest znaczenie tych przemian dla komorki. Jaka reakcje katalizuje fosfofruktokinaza, jakie jest jej znaczenie? Opisz reakcje regeneracji NADH i ich wydajnosc energetyczna.

Glukoza -> (heksokinaza) /ATP/ glukozo-6-fosforan (izomeraza glukozofosforanowa) fruktozo-6-fosforan -> (fosfofruktokinaza) /ATP/ fruktozo-1,6-bifosforan: (aldolaza) fosfodihydroksyaceton = (izomeraza triozofosforanowa) aldehyd 3-fosfoglicerynowy (dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego) /NAD + Pi/  1,3-bifosfoglicerynian (kinaza fosfoglicerynianowa) /ADP/ 3-fosfoglicerynian (fosfogliceromutaza) 2-fosfoglicerynian (enolaza) fosfoenolopirogronian /ADP/ -> (kinaza pirogronianowa) pirogronian

Rola glikolizy polega na dostarczaniu energii bezposrednio lub przez produkty dla cyklu kw cytrynowego i fosforylacjii oksydacyjnej.

4””. Określ metaboliczne losy glukozo-6-fosforanu. W jakich szlakach metabolicznych on powstaje? Dlaczego jego przemiana w pirogronian ma charakter zarówno anaboliczny jak i kataboliczny?

Glukozo-6-fosforan wykorzystywany jest w: *glikolizie; *glukoneogeniezie; *glikogenogeneza; *glikogenoliza; *szlak pentozofosforanowy

Glukozo-6-fosforan powstaje podczas: *glikolizy; *glukoneogenezy; *glikogenolizy

Jego przemiana do pirogronianu nastepuje podczas glikolizy.

Kataboliczny charakter: fruktozo-6-fosforan =>(fosfofruktokinaza) /ATP/ADP/ => fruktozo-1,6-bifosforan.

Anaboliczny: w dalszych procesach w czasie których są wytwarzane czasteczki ATP.

4””’ .Dlaczego glukoneogeneza nie jest odwroceniem procesow glikolizy? Odpowiedz uzasadnij reakcjami. Dlaczego glukoza nie może być wytwarzana w mozgu i miesniach?

3 nieodwracalne reakcje z glikolizy omijane w glukoneogenezie:

1. glukozo-6fosforan + h2o –(glukozo6-fosfataza)-> glukoza + Pi

              cytozol --------------------------------------------à cytozol

2.fruktozo1,6bisfosforan + h2o—(fosfataza 1,6bisfruktozy)->fruktozo6fosforan + Pi

3. pirogronian + co2 + ATP + h2o –                (karboksylaza pirogronianowa)àszczawiooctan + ADP+Pi + 2h+ + GTP

(||)karboksykinaza PEP

PEP (fosfoenolopirogronian)

Pirogronian + ATP+GTP+H2O->PEP+ADP+GDP+Pi+2H+

Reakcja sumaryczna:

2 cz. Pirogronianu +4ATP+2GTP+2NADH+6H2O->glukoza+2ADP+2GDP+6Pi+2NAD+2H+

Glukoza nie może być wytwarzana w mozgu i miesniach bo:

- w mozgu i miesniach brak glukozo-6-fosfatazy, która jest enzymem katalizujacym powstanie glukozy z glukozo-6-fosforanu.

4”””.Omow losy metaboliczne pirogronianu. Z jakich substratow on powstaje? Napisz odpowiednie reakcje laczace metabolizm aminokwasow z metabolizmem weglowodanow i scharakteryzuj  enzymy katalizujace te reakcje. Przedstaw reakcje, dzieki ktorej możliwa jest synteza glukozy z pirogronianu.

Pirogronian powstaje podczas glikolizy.

Jego dalsze losy to:

- wejscie do cyklu kw cytrynowego

pirogronian + NAD+ + CoA ->(dehydrogenaza pirogronianowa) acetylo-CoA + CO2 + NADH

- przemiana w kw tluszcz lub ciala ketonowe (pirogronian uczestniczy w tych reakcjach jako acetylo-CoA)

- przemiana w mleczan – podczas tej reakcji nastepuje regeneracja NAD+ w warunkach beztlenowych (w miesniu podczas energicznego skurczu)

- przemiana w etanol – u drozdzy i pewnych mikroorganizmow glikoliza przebiega w warunkach beztlenowych (na drodze fermentacji alkoholowej)

pirogronian + H+ ->(dekarboksylaza pirogronianowa) aldehyd octowy + CO2

aldehyd octowy + NADH + H+ <->(dehydrogenaza alkoholowa) etanol + NAD+

Glownym substratem, z którego powstaje pirogronian jest glukozo-6-fosforan

Aminokwasy mogą być rozkladane do pirogronianu, alfa-ketoglutaranu, bursztynylo-CoA, fumaranu i szczawiooctanu sa nazywane glukogennymi (mogą brac udzial w synte...