1. 10 wzorów do narysowania
2. Charakterystyka enzymów (oksydoreduktaz/hydrolaz)
3. Klasyfikacja enzymów
4. Narysować łańcuch RNA/DNA
5. Proces glikolizy, ze szczególnym naciskiem na procesy z pirogronianem w roli głównej cyt. "losy pirogronianu".
6. Metabolizm aminokwasów (szczególną uwagę zwrócić na fenyloalaninę - transaminacja)
7. Metabolizm lipidów

Oksydoreduktazy - klasa enzymów o wysokiej specyficzności, katalizujących reakcje oksydoredukcyjne. Budowa oksydoreduktaz jest bardzo złożona - w część białkową ich cząsteczki wbudowane są grupy prostetyczne np. grupy hemowe, atomy metali. Ze względu na sposób dzialania wyróżniamy:

• Dehydrogenazy i reduktazy katalizujące przenoszenie atomow wodoru wodoru lub elektronow z jednych związków na inne (ale nie na tlen) reakcje te dostarczają energii chemicznej, jeżeli są sprzężone z łańcuchem oddechowym.

• Oksydazy, oksydogenazy, hydrogenazy: katalizujące reakcje oksydoredukcyjne, w których bierze udział tlen często przyłączony do innych cząsteczek. Np. oksydaza cytochromowa, oksydaza ksantynowa.

Hydrolazy - liczna klasa enzymów, katalizujących hydrolityczny (z udziałem cząst. wody) rozpad substratu. Do hydrolaz należą enzymy rozkładające wiazania:

• Estrowe (hydrolazy estrow)

• Glikozydowe (hydrolazy glikozydowe, nukleozydy)

• Peptydowe (hydrolazy peptydów) wiązania C-N różne od peptydowych (amidazy, deaminazy) wiązania bezwodników kwasowych (fosfohydrolaza ATP) i inne. Są to typowe reakcje rozkładu na ogół nieodwracalne. Hydrolazy występują w znacznych ilościach poza komórką.

Klasyfikacja enzymów:

Metabolizm aminokwasów polega najpierw na transaminacji, czyli oderwaniu grupy alfa-aminowej od aminokwasu. Następnie za pomocą aminotransferaz (ich grupą prostetyczną jest fosforan pirydoksalu, są to enzymy katalizujące reakcję transaminazy - u ssaków w wątrobie) grupa alfa-aminowa zostaje przeniesiona na alfa-ketoglutaran, w wyniku takiej reakcji dochodzi do powstania odpowiedniego alfa-ketokwasu i glutaminianu.

Szkielet węglowy aminokwasu po oderwaniu grupy alfa-aminowej w wyniku transaminacji jest kierowany (w zależności od pierwotnego aminokwasu) do odpowiedniego metabolitu pośredniego (wszystkich metabolitów do których mogą być kierowane szkielety węglowe aminokwasów jest 7: pirogronian, acetylo-CoA, acetoacetylo-CoA, bursztynylo-CoA, szczawiooctan, fumaran, alfa-ketoglutaran) i tak na przykład: szkielet izoleucyny wędruje do bursztunylo-CoA lub acetylo-CoA, a szkielet asparaginianu do szczawiooctanu (w cyklu Krebsa).

Aminokwasy rozkładane do: pirogronianu, alfa-ketoglutaranu, bursztynylo-CoA, fumaranu i szczawiooctanu są nazywane aminokwasami GLUKOGENNYMI, bo mogą brać udział w syntezie glukozy.

Aminokwasy rozkładane do acetylo-CoA albo acetoacetylo-CoA nazywamy KETOGENNYMI, ponieważ biorą udział w syntezie ciał ketonowych. Do tych aminokwasów zaliczamy tylko Leucyne i Lizyne, natomiast Izoleucyna, Fenyloalanina, Tryptofan i Tyrozyna są aminokwasami zarówno gluko- jak i ketogennymi.

Metabolizm fenyloalaniny:

Jest omawiany zazwyczaj osobno, ponieważ jego zaburzenia mogą prowadzić do takich chorób jak: fenyloketonuria lub alkaptonuria.

Fenyloalanina jest przekształcana przez enzym hydrolazę fenyloalaninową do tyrozyny. Jednocześnie koenzym w tej reakcji - tetrabiopteryna utlenia się do dihyrobiopteryny. Następnie tyrozyna ulega transaminacji do p-hydrofenylopirogronianu (enzym - aminotransferaza tyrozynowa), który z kolei rozkładany jest przez enzym - hydrolazę p-hydrofenylopirogronianową do homogentyzynianu. Ten z udziałem oksygenazy homogentyzynianowej ulega rozkładowi do acetooctanu i fumaranu. Fumaran włącza się w cykl Krebsa, a acetooctan pomaga przy syntezie ciał ketonowych. Dlatego Fenyloalanina jest zarówno gluko- jak i ketogenna.

Metabolizm lipidów.

Rozpad kwasów tluszczowych zachodzi w matrix mitochondrialnej komórek eukariotycznych. Na początku, znim kwas dotrze do matrix ulega aktywacji przez utworzenie wiązania tioestrowego z CoA. Reakcja ta zużywa cząsteczke ATP, zachodzi dzięki syntazie acylo-CoA. Powstaje acylo-CoA. Cząsteczki o długich łańcuchach acylowych (powyżej 10 atomów) mają problem z przejściem przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, dlatego zachodzi tutaj specyficzny mechanizm transportu. Tak więc reszta acylowa przekracza błonę mitochondrialną po sprzęgnięciu z karnityną. Reakcja polega na odczepieniu CoA od reszty acylowej (za pomocą acylotransferazy karnitynowej I) i zamianie go na karnitynę. W ten sposób cząsteczka acylokarnityny swobodnie przekracza błonę wewnętrzną (za pomocą translokazy). Następnie po drugiej stronie błony wewnętrznej nastepuje uwolnienie cząsteczek karnityny, a grupa acylowa dołącza się powrotem do CoA, następnie zachodzi tutaj:

Beta - oksydacja:

1. Utlenianie acylo-CoA do enoilo-CoA, zawierającego w łańcuchu wiązanie podwójne trans-Δ², czemu towarzyszy powstanie FADH2 (katalizowana reakcja przez dehydrogenaze acylo-CoA)

2. Uwodnienie trans Δ2-enoilo-CoA do 3-hydroksyacylo-CoAreakcja katalizowana przez hydrataze-enoilo-CoA)

3. Utlenianie 3-hydroksyacylo-CoA do 3-ketoacylo-CoA, czemu towarzyszy powstanie NADH (reakcja katalizowana przez dehydrogenaze hydroksyacylo-CoA)

4. Rozszczepienie lub tioliza 3-ketoacylo-CoA przez drugą cząsteczkę CoA, prowadzące do powstania acetylo-CoA i acylo-CoA, skróconego o 2 atomy węgla (reakcja katalizowana przez beta-ketotiolazę).

Hydroliza triacylogliceroli:

Jest prowadzona przez lipazy i jest pierwszym etapem wykorzystania tłuszczu w pokarmach jako źródla energii. Lipazy katalizują uwolnienie 3 kwasów tłuszczowych ze szkieletu glicerolowego. Kwasy tłuszczowe są rozkładane na drodze beta-oksydacji, czemu towarzyszy uwolnienie energii. Szkielet glicerolowy (ten co pozostał) ulega przekształceniu w fosfodihydroksyaceton, który stanowi związek przejściowy glikolizy. Przekształcenie wymaga udziału 2 enzymów: kinazy glicerolowej, która zużywając cząsteczkę ATP katalizuje reakcje ufosforylowania glicerolu do L-3-fosfoglicerolu oraz dehydrogenazy 3-fosfoglicerolowej umożliwiającej powstanie fosfodihydroksyacetonu. Przykładem jest rozkład tłuszczy w jelicie za pomocą lipazy trzustkowej, a uwalniane kwasy tłuszczowe pobierane są przez komórki jelitowe.

Glukoneogeneza

synteza glukozy ze zw niecukrowych (glicerol z rozkładu lipidów, niektóre aminokwasy, mleczan, pirogronian i szczawiooctan). Przebiega w wątrobie lub nerkach. Podczas głodu dostarcza glukozę.

Reakcje glukoneogenezy:

1. pirogronian przekształcany do szczawiooctanu w drodze karboksylacji przez enzym- karboksylazę pirogronianową

2. szczawiooctan zostaje poddany działaniu karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, która równocześnie dekarboksyluje i fosforyluje tworząc fosfoenolopirogronian (PEP) i zostaje uwolniony CO₂ a zużyty GTP

3. PEP jest przekształcany w fruktozo-1,6 bisfosforan z udziałem enolazy, izomerazy trifosforanowej

4. fruktozo- 1,6 bisfosforan jest defosforylowany przez enzym fruktozo- 1,6 bisfosfatazę wskutek czego powstaje fruktozo- 6 fosforan

5. fruktozo- 6 fosforan jest przekształcany w glukozo- 6 fosforan przez izomerazę glukozofosforanową

6. glukozo- 6 fosforan zostaje przekształcany w glukozę przez glukozo- 6 fosfatazę

Glikoliza

Zachodzi w cytoplaźmie. Dostarcza energii powstałej z cząst ATP oraz substraty do cyklu cytrynowego (Krebsa) i fosforylacji oksydacyjnej, gdzie wytworzona jest większość ATP

Reakcje glikolizy:

1. glikoliza jest fosforylowana przez ATP i powstaje glukozo-6 fosforan oraz ADP. Reakcję kat heksokinaza

2. glukozo-6 fosforan (aldoza) zostaje przekształcony przez izomerazę glukozofosforanową w fruktozo-6 fosforan (ketoza)

3. fruktozo-6 fosforan jest fosforylowany przez ATP i przechodzi w fruktozo-1,6 bisfosforan oraz ADP. Fosfofruktokinaza kat reakcję.

4. aldoza rozszczepia fruktozo-1,6 bisfosforan (6 at C) na dwie cząstki (3 at C): aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton

5. aldehyd 3-fosfoglicerynowy jest dalej wykorzystywany w procesie glikolizy i jest on przekształcany do 1,3- bisfosfoglicerynianu. Reakcje kat dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego z użyciem nieorg fosforanu i NAD⁺

6. 1,3-bisfosfoglicerynian jest przekszt do 3-fosfoglicerynianu. Reakcję kat kinaza fosfoglicerynianowa tworząc też ATP

7. 3- fosfoglicerynian przekszt jest w 2- fosfoglicerynian przez fosfogliceromutazę

8. enolaza kat odwodnienie 2- fosfoglicerynianu i powst fosfoenolopirogronianu

9. Kinaza pirogronianowa kat utworzenie pirogronianu i ATP

Znaczenie glikolizy:

*wytwarzanie ATP w reakcjach szlaku glikolitycznego. Bezpośrednio powst tylko 2 cząst ATP na 1 cząst glukozy, ale glikoliza dostarcza również substratów do cyklu kw cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej

*wytwarzanie intermediatów np. Acetylo-CoA prekursora w syntezie kw tłuszczowych

Cykl Krebsa

Drugi etap oddychania komórkowego (w warunkach tlenowych) zachodzi w mitochondrium

Reakcje:

1.wytwarzanie cytrynianu ze szczawiooctanu i acetylo-CoA (kat przez syntetazę cytrynianową)

2. Izomeryzacja cytrynianu do izocytrynianu (kat przez akonitazę)

3. Utl izocytynianu do α-ketoglutaranu (kat przez dehydrogenazę izocytrynianową. Reakcja wymaga NAD⁺)

4. utl α-ketoglutaranu do bursztynylo-CoA (kat przez kompleks dehydrogenazy a-ketoglutaranowej, reakcja wymaga NAD⁺)

5. przekszt bursztynylo-CoA w bursztynian (kat przez syntetazę bursztynylo-CoA. Reakcja wymaga fosforanu nieorg i GDP lub ATP)

6. utl bursztynianu do fumuranu (kat przez dehydrogenazę bursztynianową. W reakcji uczestniczy FAD)

7. uwodnienie fumuranu do jabłczanu (kat przez fumurazę)

8. Utl jabłczanu do szczawiooctanu (kat- dehydrogenaza jabłczanowa. Reakcja wymaga NAD⁺)

Znaczenie:

*utl pirogronianu do CO₂ i H₂O z jednoczesnym uzyskaniem energii

*podczas każdego cyklu powstaje 12 czast ATP. Jedna bezpośrednio w cyklu, a 11 dzięki reoksydacji przez fosforylację oksydacyjną . 3 czast NADH i 1 cząst FADH₂ wytworzona w cyklu

*synteza prekurosorów dla wielu szlaków biosyntez

1. synteza kw tłuszczowego odbywa się z cytrynianu

2. synteza aminokwasów nast. Po transminacji a-ketoglutatanu

3. synteza nukleotydów purynowych i pirimidynowych z a-ketoglutatanu i szczawiooctanu

4. szczawiooctan może być przekszt w glukozę w procesie glukoneogenezy

5. bursztynylo-CoA to najważniejszy intermidiat w syntezie pierścienia porfirynowego gr hemowych

Regulacja cyklu:

*synteza cytrynianowa jest hamowana przez cytrynian, a także ATP

* dehydrogenaza izocytrynianowa hamowana przez NADH i ATP, akt przez ADP

* dehydrog a-ketoglutaranowa hamowana przez NADH i bursztynylo-CoA

* dehydrog pirogronianowa hamowana przez NADH i acetylo- CoA

* cykl Krebsa przebiega szybciej, gdy poziom energii w kom jest niski (duże stęż ADP, a małe ATP i NADH), a zwalnia swój przebieg, gdy dochodzi do akumulacji ATP (także NADH, bursztynylo- CoA i cytrynianu)

Wydajność energetyczna

*glikoliza (cytoplazma)- 2

*przekształcenie pirogronianu w acetylo-CoA (mitochondrium)-X

* cykl kwasu cytrynowego (mito)- 2

*łańcuch oddechowy- 26 (RAZEM 30)

Fosforylacja

*oksydacyjna-wymaga łańcucha transportu elektronów i wytwarzanie ATP jest związane z utl NADH i FADH₂ do NAD⁺ i FAD oraz generowaniem gradientu protonowego w poprzek wew. błony mitochondrialnej ADP+ P+ NADH₂+ 1/2O₂ ->ATP+ NAD⁺+ H₂O

*fotosyntetyczna- synteza ATP odbywa się kosztem energii dostarczanej przez kwanty światła, a wyzwolonej w wyniku przepływu przez szereg przenośników (w fazie świetlnej fotosyntezy) ADP+ P+ energia świetlna ->ATP

*substratowa- synteza ATP z ADP i P na skutek bezpośredniego rozkładu (utl) substratu np. Kwasu 3-fosfoglicerynowego do pirogronianu (w czasie glikolizy) wysokoenergetyczny substrat+ P+ ADP-> niskoenerg produkt + ATP

---