Biochemia / Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. – wyd

advertisement
Biochemia / Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. – wyd. 4,
dodr. – Warszawa, 2011
Spis treści
Przedmowa
v
Część I MOLEKULARNY WZÓR śYCIA
Rozdział 1 Biochemia: ewoluująca nauka
1.1 Biochemiczna jedność stanowi podłoŜe biologicznej róŜnorodności
1.2 DNA obrazuje zaleŜność między formą i funkcją
DNA jest zbudowany z czterech rodzajów cegiełek
Dwie pojedyncze nici DNA łączą się tworząc dwuniciową helisę
Budowa DNA wyjaśnia jego funkcję nośnika i przekaźnika informacji
genetycznej
1.3 Właściwości cząsteczek biologicznych są wyjaśniane w kategoriach
chemicznych
Dwuniciowa helisa powstaje z nici składowych
Wiązania kowalencyjne i niekowalencyjne pełnią istotną rolę w strukturze
i stabilności cząsteczek biologicznych
Dwuniciową helisa tworzy się zgodnie z prawami chemicznymi
Zasady termodynamiki decydują o zachowaniu się układów
biochemicznych
Powstawaniu dwuniciowej helisy towarzyszy uwolnienie ciepła
Reakcje typu kwas-zasada odgrywają istotną rolę w wielu procesach
biochemicznych
Reakcje typu kwas-zasada mogą rozerwać dwuniciową helisę
Bufory regulują pH w organizmach i laboratoriach
1.4 Rewolucja genomowa zmienia biochemię i medycynę
Zsekwencjonowanie genomu człowieka stanowi kamień milowy w historii
ludzkości
Sekwencje genomowe kodują białka i decydują o wzorze ekspresji genów
Wpływ środowiska na geny człowieka
DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych I: małe cząsteczki
1
1
4
4
5
Rozdział 2 Skład i struktura białek
2.1 Białka są zbudowane z zestawu 20 aminokwasów
2.2 Struktura pierwszorzędowa: aminokwasy połączone wiązaniami
peptydowymi tworzą łańcuchy polipeptydowe
Białka mają ściśle określone sekwencje aminokwasowe, zgodne z zapisem
genetycznym
Łańcuchy polipeptydowe są elastyczne i rownocześnie konformacyjnie
ograniczone
2.3 Struktura drugorzędowa: Łańcuchy polipeptydowe mogą się zwijać
w regularne struktury typu helisy alfa, harmonijki beta,
wstęga-zwrot-wstęga i pętli
25
27
5
6
6
7
10
11
12
14
15
16
17
18
18
20
22
34
36
37
40
Helisa alfa jest skręconą strukturą, stabilizowaną wiązaniami wodorowymi
w obrębie łańcucha
Struktura harmonijki β jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi między
łańcuchami polipeptydowymi
Łańcuchy polipeptydowe mogą zmieniać kierunek tworząc struktury typu
wstęga-zwrot-wstęga i pętli
Białka fibrylarne stanowią strukturalną podporę komórek i tkanek
2.4 Struktura trzeciorzędowa: białka rozpuszczalne w wodzie zwijają się
w ściśle upakowane struktury z niepolarnym rdzeniem
2.5 Struktura czwartorzędowa: łańcuchy polipeptydowe mogą się składać
w struktury złoŜone z wielu podjednostek
2.6 Sekwencja aminokwasowa białka określa jego strukturę przestrzenną
Aminokwasy róŜnią się skłonnościami do tworzenia helis alfa, struktur
beta i zwrotów beta
Nieprawidłowe zwijanie się białka i jego agregacja wiąŜą się z niektórymi
chorobami neurologicznymi
Zwijanie się białek jest procesem wysoce kooperatywnym
Zwijanie się białek jest procesem nieprzypadkowym i zachodzi w drodze
postępującej stabilizacji form pośrednich
Przewidywanie przestrzennej struktury białek na podstawie ich sekwencji
jest trudnym wyzwaniem
Białka uzyskują nowe zdolności przez modyfikację i rozcinanie
DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych II: białka
Rozdział 3 Poznawanie białek i proteomów
Proteom jest funkcjonalnym przedstawicielem genomu
3.1 Oczyszczanie białek jest pierwszym, podstawowym etapem
poznawania ich funkcji
Test: jak rozpoznać poszukiwane białko?
Białka przed oczyszczeniem trzeba wyizolować z komórki
Białka moŜna oczyszczać, wykorzystując ich rozpuszczalność, wielkość,
ładunek i powinowactwo wiązania
Białka moŜna rozdzielić i uwidocznić, stosując elektroforezę Ŝelową
Wydajność procesu oczyszczania białka na poszczególnych etapach
moŜna ocenić ilościowo
Ultrawirowanie jest cenną metodą rozdzielania biocząsteczek
i oznaczania ich masy cząsteczkowej
3.2 Sekwencję aminokwasów moŜna oznaczyć techniką zautomatyzowanej
degradacji Edmana
Białka moŜna rozcinać na małe peptydy w celu ułatwienia
sekwencjonowania
Sekwencje aminokwasowe dostarczają róŜnego rodzaju informacji
Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała sekwencjonowanie
białka
3.3 Immunologia wprowadziła waŜne techniki wykorzystywane w badaniu
białek
MoŜna produkować przeciwciała dla specyficznych białek
Łatwo otrzymać przeciwciała monoklonalne o dowolnej poŜądanej
swoistości
40
42
44
45
46
49
50
52
53
55
55
57
57
61
65
66
66
67
67
68
71
74
76
78
80
82
83
84
84
85
Białka moŜna wykrywać i oznaczać ilościowo, stosując test
immunologiczny na podłoŜu stałym
Technika western umoŜliwia wykrycie białek rozdzielonych za pomocą
elektroforezy Ŝelowej
Markery fluorescencyjne pozwalają uwidocznić białka w komórkach
3.4 Peptydy moŜna syntetyzować automatycznie na stałym podłoŜu
3.5 Spektrometria mas jest bardzo skuteczną metodą pozwalającą
scharakteryzować i zidentyfikować białko
Masę cząsteczkową białek moŜna dokładnie oznaczyć metodą
spektrometrii mas
Poszczególne składniki duŜych kompleksów białkowych moŜna
identyfikować metodą spektrometrii mas MALDI-TOF
3.6 Strukturę przestrzenną białek moŜna oznaczyć za pomocą
krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR
Krystalografia rentgenowska ujawnia szczegóły struktury na poziomie
atomowym
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego ujawnia strukturę
białek w roztworze
Rozdział 4 DNA, RNA i przepływ informacji genetycznej
4.1 Kwas nukleinowy składa się z czterech rodzajów zasad przyłączonych
do rdzenia cukrowo-fosforanowego
RNA i DNA róŜnią się składnikiem cukrowym i jedną z zasad
Nukleotydy są monomerycznymi jednostkami kwasów nukleinowych
4.2 Para łańcuchów kwasów nukleinowych o komplementarnych
sekwencjach moŜe tworzyć dwuniciową helisę
Podwójną helisę stabilizują mostki wodorowe i oddziaływania hydrofobowe
Podwójna helisa ułatwia wierne przekazywanie informacji dziedzicznej
Dwuniciowa helisa ulega odwracalnemu topnieniu
Niektóre cząsteczki DNA są koliste i superhelikalne
Jednoniciowe cząsteczki kwasów nukleinowych mogą tworzyć złoŜone
struktury
4.3 Replikację DNA katalizują polimerazy według instrukcji matrycy
Polimeraza DNA katalizuje tworzenie wiązań fosfodiestrowych
Geny niektórych wirusów zbudowane są z RNA
4.4 Ekspresja genów jest przekształceniem informacji zawartej w DNA
w funkcjonalne cząsteczki
W ekspresji genów kluczową rolę odgrywa kilka rodzajów RNA
Wszystkie komórkowe RNA są syntetyzowane przez polimerazy RNA
Polimerazy RNA czerpią instrukcje z matrycy DNA
Transkrypcja rozpoczyna się w pobliŜu miejsc promotorowych i kończy się
w miejscach terminacji
Transportujący RNA pełni funkcje cząsteczki adaptorowej w procesie
biosyntezy białka
4.5 Aminokwasy są kodowane przez grupy trzech zasad. Ich odczytywanie
zaczyna się w określonym punkcie
Główne cechy kodu genetycznego
Informacyjny RNA zawiera sygnały start i stop do syntezy białka
Kod genetyczny jest prawie uniwersalny
87
88
89
90
93
93
94
96
96
98
107
108
108
109
111
111
113
114
115
116
117
117
118
119
119
120
121
122
123
124
125
126
126
4.6 Większość genów eukariotów jest mozaiką intronów i egzonów
Dojrzewanie RNA prowadzi do powstania funkcjonalnych mRNA
Wiele egzonów koduje domeny białkowe
127
128
128
Rozdział 5 Poznawanie genów i genomów
5.1 Podstawowe narzędzia wykorzystywane w poznawaniu genów
Enzymy restrykcyjne rozcinają DNA na specyficzne fragmenty
Fragmenty restrykcyjnie moŜna rozdzielać elektroforetycznie w Ŝelu
i uwidaczniać
Najczęściej sekwencjonuje się DNA przez kontrolowaną germinację
replikacji
Metody syntezy na stałym podłoŜu pozwalają automatycznie syntetyzować
sondy DNA i geny
Wybrane sekwencje DNA moŜna wielokrotnie powielać, stosując reakcję
łańcuchową polimeryzacji (PCR)
PCR jest potęŜnym narzędziem w diagnostyce medycznej, sądownictwie
i w badaniu ewolucji molekularnej
5.2 Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała wszystkie dziedziny
biologii
Enzymy restrykcyjne i ligaza DNA są podstawowymi narzędziami
w tworzeniu zrekombinowanych cząsteczek DNA
Plazmidy i fag lambda są dogodnymi wektorami do klonowania DNA
w bakteriach
Sztuczne chromosomy bakteryjne i droŜdŜowe
Poszczególne geny moŜna klonować po enzymatycznym trawieniu
genomowego DNA
Przez bezpośrednie zmiany w DNA moŜna tworzyć białka o nowych
funkcjach
5.3 Poznano i przeanalizowano sekwencje całych genomów
Poznano kompletne sekwencje genomowe wielu organizmów - od bakterii
do wielokomórkowych eukariotów
Ukończono sekwencjonowanie genomu człowieka
Genomika porównawcza stała się potęŜnym narzędziem badawczym
Poziom ekspresji genów moŜna badać w szerokim zakresie
5.4 Techniki inŜynierii genetycznej pozwalają precyzyjnie manipulować
genami eukariotycznymi
DNA syntetyzowany na matrycy mRNA (cDNA) moŜe ulegać ekspresji
w komórkach gospodarza
Nowe geny wprowadzone do komórek eukariotycznych mogą ulegać
wydajnej ekspresji
Geny wprowadzone do komórek zarodkowych ulegają ekspresji
w transgenicznych zwierzętach
Uszkodzenie genu prowadzi do poznania jego funkcji
Interferencja RNA jest nowym narzędziem wyciszania ekspresji genów
Aby wprowadzić nowe geny do komórek roślinnych, wykorzystuje się
plazmidy indukujące guzy
Terapia genowa jest obiecującym narzędziem medycyny
134
135
135
Rozdział 6 Poznawanie ewolucji i bioinformatyka
136
138
139
140
142
142
143
144
146
146
147
149
149
150
151
152
152
153
154
155
156
157
157
158
164
6.1 Cechy homologiczne pochodzą od wspólnego przodka
6.2 Analiza statystyczna przyrównań sekwencji moŜe wykryć homologię
Istotność statystyczną przyrównania sekwencji moŜna oszacować przez
tasowanie
Odlegle pokrewieństwo ewolucyjne moŜna wykryć uŜywając macierzy
substytucji
W celu zidentyfikowania sekwencji homologicznych moŜna przeszukiwać
bazy danych
6.3 Badanie struktury przestrzennej wzbogaca naszą wiedzę
o ewolucyjnym pokrewieństwie
Struktura trzeciorzędowa jest bardziej konserwatywna niŜ
pierwszorzędowa
Wiedza o budowie przestrzennej moŜe pomóc w ocenie przyrównania
sekwencji
Przyrównanie sekwencji do niej samej pozwala wykryć powtórzone
motywy
Ewolucja konwergentna: te same rozwiązania na podobne wyzwania
biochemiczne
Porównanie sekwencji RNA moŜe dać wgląd w struktury drugorzędowe
6.4 Na podstawie informacji zawartej w sekwencjach moŜna konstruować
drzewa ewolucyjne
6.5 Nowoczesne techniki umoŜliwiają eksperymentalne badanie procesów
ewolucyjnych
StaroŜytny DNA moŜna czasami amplifikować i sekwencjonować
Ewolucję molekularną moŜna badać eksperymentalnie
Rozdział 7 Hemoglobina: portret białka w działaniu
7.1. Mioglobina i hemoglobina wiąŜą tlen przez atom Ŝelaza w hemie
Budowa mioglobiny zapobiega uwalnianiu reaktywnych form tlenu
Hemoglobina ludzka jest układem czterech podjednostek podobnych
do mioglobiny
7.2. Hemoglobina wiąŜe tlen kooperatywnie
Wiązanie tlenu wyraźnie zmienia strukturę czwartorzędową hemoglobiny
Kilka modeli pozwala potencjalnie wytłumaczyć kooperatywność
hemoglobiny
Zmiany strukturalne w grupach hemowych są przekazywane do strefy
kontaktu między dimerami α1β 1-α2β2
W erytrocytach 2,3-bisfosfoglicerynian jest najwaŜniejszym regulatorem
powinowactwa hemoglobiny do tlenu
7.3. Efekt Bohra: protony i dwutlenek węgla sprzyjają uwalnianiu tlenu
7.4. Mutacje w genach kodujących podjednostki hemoglobiny mogą być
przyczyną choroby
Przyczyną anemii sierpowatej jest agregacja nieprawidłowych cząsteczek
deoksyhemoglobiny
Talasemia jest spowodowana niezrównowaŜonym wytwarzaniem
łańcuchów hemoglobiny
Erytrocyty zapobiegają akumulacji wolnych łańcuchów α hemoglobiny
W genomie ludzkim znajdują się geny kodujące równieŜ inne globiny
DODATEK: Modele wiązania moŜna sformułować w kategoriach
165
166
168
168
171
172
173
174
174
175
176
177
178
178
178
183
184
185
186
187
188
189
190
190
192
194
195
196
197
197
ilościowych: wykres Hilla i model jednoprzejściowy
199
Rozdział 8 Enzymy: podstawowe pojęcia i kinetyka
8.1 Enzymy są potęŜnymi i specyficznymi katalizatorami
Do aktywności wielu enzymów konieczne są kofaktory
Enzymy przekształcają jedną formę energii w drugą
8.2 Energia swobodna jest funkcją termodynamiczną uŜyteczną
w zrozumieniu działania enzymów
Zmiana energii swobodnej dostarcza informacji o spontaniczności reakcji,
nie zaś o jej szybkości
Standardowa zmiana energii swobodnej reakcji jest związana ze stałą
równowagi
Enzymy zmieniają szybkość reakcji, nie mając wpływu na jej równowagę
8.3 Enzymy przyspieszają reakcję, ułatwiając tworzenie stanu
przejściowego
Pierwszym etapem katalizy enzymatycznej jest utworzenie kompleksu
enzym-substrat
Miejsca aktywne enzymów mają pewne cechy wspólne
Energia wiązania enzymu z substratem jest istotna dla katalizy
8.4 Model Michaelisa-Menten opisuje właściwości kinetyczne wielu
enzymów
Kinetyka to badanie szybkości reakcji
Opis kinetyki enzymów jest ułatwiony, gdy załoŜymy osiągnięcie stanu
stacjonarnego
Wartości KM i Vmax moŜemy wyznaczyć na kilka sposobów
Wartości KM i Vmax są waŜnymi właściwościami enzymów
Wydajność katalityczną enzymów charakteryzuje Kkat/KM
Większość reakcji biochemicznych dotyczy kilku substratów
Enzymy allosteryczne działają niezgodnie z kinetyką Michaelisa-Menten
8.5 Enzymy mogą być hamowane przez specyficzne cząsteczki
Inhibitory odwracalne są kinetycznie rozróŜnialne
Inhibitory nieodwracalne mogą być uŜyte do mapowania miejsca
aktywnego enzymu
Analogi stanu przejściowego są silnymi inhibitorami enzymów
Przeciwciała katalityczne pokazują, jak waŜne jest selektywne wiązanie
stanu przejściowego dla aktywności enzymatycznej
Penicylina nieodwracalnie inaktywuje istotny enzym syntezy ścian
komórkowych bakterii
DODATEK: Enzymy klasyfikuje się na podstawie typów katalizowanych
reakcji
205
206
207
207
Rozdział 9 Strategie katalityczne
Kilka podstawowych zasad katalizy dotyczy wielu enzymów
9.1 Proteazy ułatwiają zasadniczo trudną reakcję
Chymotrypsyna zawiera niezwykle reaktywną resztę seryny
Działanie chymotrypsyny przebiega w dwóch etapach połączonych przez
kowalencyjnie związany produkt pośredni
Seryna jest częścią triady katalitycznej, obejmującej równieŜ histydynę
i kwas asparaginowy
241
242
243
243
208
208
208
210
211
212
214
215
216
216
217
220
220
221
223
224
225
226
228
231
232
232
236
244
245
Triady katalityczne występują w innych enzymach hydrolitycznych
Triadę katalityczną szczegółowo poznano dzięki zastosowaniu
ukierunkowanej mutagenezy
Innymi głównymi klasami enzymów proteolitycznych są proteazy
cysteinowe, aspartylowe i metaloproteazy
Inhibitory proteaz są waŜnymi lekami
9.2 Anhydrazy węglanowe przyspieszają szybką reakcję
Anhydraza węglanowa zawiera związany jon cynku, kluczowy
dla aktywności katalitycznej
Kataliza wymaga aktywacji wody przez cynk
Wahadło protonowe ułatwia szybką regenerację aktywnej formy enzymu
Ewolucja konwergentna: w róŜnych anhydrazach węglanowych powstały
miejsca aktywne oparte na cynku
9.3 Enzymy restrykcyjne przeprowadzają wysoce specyficzne reakcje
rozcinania DNA
Rozcinanie polega na naprzeciwległym zastąpieniu tlenu 3' przy fosforze
cząsteczką wody aktywowaną magnezem
Aktywność katalityczna enzymów restrykcyjnych wymaga obecności
magnezu
Kompletny aparat katalityczny powstaje tylko w obrębie cząsteczek
swoistego DNA, zapewniając specyficzność
Wspólną cechą enzymów restrykcyjnych typu II jest rdzeń katalityczny,
a ich pokrewieństwo wynika prawdopodobnie z horyzontalnego transferu
genów
9.4. Kinazy monofosforanów nukleozydów katalizują reakcję wymiany
grup fosforanowych bez udziału hydrolizy
Kinazy NMP naleŜą do rodziny enzymów zawierających pętlę P
Rzeczywistymi substratami zasadniczo wszystkich enzymów zaleŜnych
od NTP są kompleksy magnezu (lub manganu) z tri fosforanami
nukleozydów
Związanie ATP indukuje duŜe zmiany konformacyjne
Występujące w NTPazach domeny zawierające pętlę P są obecne w wielu
waŜnych białkach
Rozdział 10 Strategie regulacyjne
10.1 Karbamoilotransferaza asparaginianowa jest hamowana
allosterycznie przez produkt końcowy swojego szlaku
Enzymy regulowane allosterycznie nie podlegają zasadom kinetyki
Michaelisa-Menten
Karbamoilotransferaza asparaginianowa składa się z odrębnych
podjednostek katalitycznych i regulatorowych
W oddziaływaniach allosterycznych w ATCazie pośredniczą duŜe zmiany
struktury czwartorzędowej
Regulacje allosteryczne modulują stan równowagi między formami T i R
10.2 Izozymy odpowiadają za regulację metabolizmu specyficzną
dla róŜnych tkanek i stadiów rozwojowych
10.3 Modyfikacja kowalencyjna to sposób regulacji aktywności enzymów
Fosforylacja jest bardzo skutecznym sposobem regulacji aktywności białek
docelowych
248
250
251
253
254
255
256
257
258
259
260
262
263
266
267
267
268
269
270
275
276
277
277
278
281
283
283
284
Cykliczny AMP aktywuje kinazę białkową A, zmieniając jej strukturę
czwartorzędową
Miejscem wiązania ATP i białka docelowego jest głęboka bruzda
w podjednostce katalitycznej kinazy białkowej A
10.4 Wiele enzymów jest aktywowane w drodze specyficznej proteolizy
Chymotrypsyna jest aktywowana przez specyficzną hydrolizę jednego
wiązania peptydowego
Aktywacja proteolityczna chymotrypsynogenu prowadzi do powstania
miejsca wiązania substratu
Powstanie trypsyny z trypsynogenu prowadzi do aktywacji innych
zymogenów
Niektóre enzymy proteolityczne mają specyficzne inhibitory
Krzepnięcie krwi zachodzi dzięki kaskadzie aktywacji zymogenów
Trombina przekształca fibrynogen w skrzep fibrynowy
Protrombina jest podatna na aktywację dzięki modyfikacji zaleŜnej
od witaminy K
Hemofilia przyczyniła się do poznania pierwszych etapów krzepnięcia krwi
Proces krzepnięcia krwi musi być precyzyjnie regulowany
Rozdział 11 Węglowodany
11.1 Monosacharydy są aldehydami bądź ketonami z wieloma grupami
hydroksylowymi
Pentozy i heksozy tworzą pierścienie furanozowe i piranozowe
Konformacja pierścieni piranozowych i furanozowych
Monosacharydy łączą się z alkoholami i aminami przez wiązania
glikozydowe
Ufosforylowane cukry są kluczowymi intermediatami w procesach
wytwarzania energii i biosyntezach
11.2 Węglowodany złoŜone są zbudowane z monosacharydów
Sacharoza, laktoza i maltoza są powszechnie występującymi
disacharydami
Glikogen i skrobia są łatwo uruchamianymi formami zapasowymi glukozy
Celuloza jest głównym polimerem strukturalnym roślin, złoŜonym
z liniowych łańcuchów reszt glukozy
Glikozoaminoglikany są anionowymi łańcuchami polisacharydowymi
utworzonymi przez powtarzające się jednostki dwucukrowe
Za syntezę oligosacharydów odpowiadają specyficzne enzymy
11.3 Węglowodany mogą być przyłączone do białek, tworząc glikoproteiny
Węglowodany mogą być przyłączone do białek przez resztę asparaginy
(wiązanie N-glikozydowe) lub reszty seryny czy treoniny (wiązanie
O-glikozydowe)
Glikozylacja białek zachodzi w świetle retikulum endoplazma tycznego
oraz aparatu Golgiego
Błędy w glikozylacji mogą prowadzić do stanów patologicznych
MoŜna oznaczyć „sekwencję" oligosacharydów
11.4 Lektyny są specyficznymi białkami wiąŜącymi węglowodany
Lektyny uczestniczą w oddziaływaniach między komórkami
Wirus grypy wiąŜe się do reszt kwasu sjalowego
287
288
288
289
290
291
291
293
293
295
296
297
303
304
306
308
309
310
310
310
311
312
312
314
316
316
317
318
319
320
320
321
Rozdział 12 Lipidy i błony biologiczne
Pomimo swej róŜnorodności błony biologiczne mają wiele cech wspólnych
12.1 Kwasy tłuszczowe stanowią główne składniki lipidów błonowych
Nazwy kwasów tłuszczowych pochodzą od wyjściowych węglowodorów
Kwasy tłuszczowe róŜnią się długością łańcucha i stopniem nienasycenia
12.2 W błonach biologicznych występują trzy powszechne typy lipidów
Fosfolipidy stanowią główną klasę lipidów błonowych
Lipidy błonowe mogą zawierać reszty cukrowe
Cholesterol jest lipidem zawierającym steroidowy rdzeń
Błony archeonów są zbudowane z eterowych lipidów z rozgałęzionymi
łańcuchami
Lipidy błonowe są cząsteczkami amfipatycznymi zawierającymi reszty
fydrofilowe i hydrofobowe
12.3 Fosfolipidy i glikolipidy łatwo tworzą w środowisku wodnym warstwy
bimolekularne (dwuwarstwy)
Pęcherzyki lipidowe (liposomy) mogą powstawać z fosfolipidów
Dwuwarstwy lipidowe są wysoce nieprzepuszczalne dla jonów i większości
cząsteczek polarnych
12.4 Większość procesów w błonach biologicznych zachodzi z udziałem
białek
Białka błonowe są związane z dwuwarstwą lipidową w róŜny sposób
Białka w róŜny sposób oddziałują z błoną
Niektóre białka wiąŜą się z błoną poprzez kowalencyjnie przyłączone
do nich grupy hydrofobowe
Obecność helis transbłonowych moŜna przewidzieć z duŜą dokładnością
na podstawie sekwencji aminokwasów
12.5 Lipidy i liczne białka błonowe przemieszczają się szybko wzdłuŜ
płaszczyzny błony
Model płynnej mozaiki uwzględnia przemieszczanie się wzdłuŜ błony
(ruch boczny), ale nie w poprzek (ruch poprzeczny)
Płynność błony jest kontrolowana przez skład jej kwasów tłuszczowych
i przez zawartość cholesterolu
Wszystkie błony biologiczne są asymetryczne
12.6 Komórki eukariotyczne zawierają przedziały komórkowe ograniczone
błonami wewnątrzkomórkowymi
326
327
327
327
328
329
329
331
331
Rozdział 13 Kanały i pompy błonowe
Ekspresja białek transportujących w duŜej mierze określa metaboliczną
aktywność danego typu komórek
13.1 Transport cząsteczek przez błony moŜe być aktywny lub bierny
Wiele cząsteczek do przejścia przez błonę potrzebuje białkowych
transporterów
Energię swobodną gradientu stęŜeń moŜna określić ilościowo
13.2 Dwie rodziny białek błonowych wykorzystują energię hydrolizy ATP
do pompowania jonów przez błony
ATPazy typu P sprzęgają fosforylację ze zmianami konformacyjnymi
do pompowania jonów wapnia przez błonę
Ekstrakt z naparstnicy hamuje specyficznie pompę Na+-K+ poprzez
blokowanie jej defosforylacji
351
331
332
333
334
335
336
336
336
340
340
342
343
343
345
345
352
352
352
353
354
354
357
ATPazy typu P są konserwatywne ewolucyjnie i pełnią szereg róŜnych
funkcji
Oporność wielolekowa i mukowiscydoza rzucają światło na rodzinę białek
błonowych mających kasetę wiąŜącą ATP
13.3 Permeaza laktozowa jest archetypem transporterów drugiego rzędu
wykorzystujących jeden gradient stęŜeń do tworzenia innego gradientu
13.4 Specyficzne kanały mogą szybko transportować jony przez błony
Przejściowe zmiany przepuszczalności Na+ i K+ są podstawą potencjału
czynnościowego
Pomiary przewodnictwa metodą patch-clamp ujawniają aktywność
pojedynczych kanałów
Budowa kanału potasowego jest archetypem budowy wielu kanałów
jonowych
Budowa przestrzenna kanału potasowego wyjaśnia przyczyny
specyficzności jonowej
Budowa kanału potasowego tłumaczy jego duŜą szybkość transportu
Bramkowanie potencjałem wymaga znacznych zmian konformacyjnych
w określonych domenach kanału jonowego
Inaktywacja kanału zachodzi przez zamknięcie poru: model kuli
na łańcuchu
Receptor acetylocholinowy jest archetypem bramkowanych ligandem
kanałów jonowych
Potencjał czynnościowy integruje aktywność wielu współpracujących
kanałów jonowych
13.5 Połączenia szczelinowe umoŜliwiają przepływ jonów i małych
cząsteczek między komunikującymi się komórkami
13.6 Specyficzne kanały zwiększają przepuszczalność niektórych błon
dla cząsteczek wody
Rozdział 14 Szlaki przekazywania sygnałów
Przekazywanie sygnałów zaleŜy od obwodów cząsteczkowych
14.1 Heterotrimeryczne białka G przekazują sygnały i same się
regenerują
Wiązanie ligandów z receptorami 7TM prowadzi do aktywacji białek G
Aktywne białka G przekazują sygnały, wiąŜąc się z innymi białkami
Cykliczny AMP (cAMP) stymuluje fosforylację wielu białek docelowych
w wyniku aktywacji kinazy białkowej A
Białka G wyłączają swą aktywność w wyniku hydrolizy GTP
Niektóre receptory 7TM aktywują kaskadę fosfatydyloinozytolu
Jon wapnia jest powszechną cytoplazmatyczną cząsteczką sygnałową
drugiego rzędu
Wapń aktywuje kalmodulinę, białko regulatorowe
14.2 Szlak sygnalizacji insuliny: kaskada fosforylacji jest kluczowa
dla wielu procesów przekazywania sygnałów
Receptor insulinowy jest dimerem, który ściśle otacza związaną cząsteczkę
insuliny
Wiązanie insuliny powoduje wzajemną, wewnętrzną fosforylację
i aktywację receptora insulinowego
Zaktywowana receptorowa kinaza insulinowa rozpoczyna kaskadę
358
358
360
362
362
363
364
365
367
368
369
370
372
373
374
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
392
aktywacji kinaz
Szlak sygnalizacji insuliny jest przerywany przez działanie fosfataz
14.3 Sygnalizacja EGF: szlaki przekazywania sygnałów są przygotowane
do odpowiedzi
Pod wpływem związania EGF receptor EGF dimeryzuje
Karboksylowy koniec receptora EGF ulega fosforylacji
Sygnalizacja EGF prowadzi do aktywacji białek Ras, czyli małych białek G
Zaktywowane białka Ras inicjują kaskadę kinaz białkowych
Białkowe fosfatazy i wewnętrzna aktywność GTPazowa białek Ras
wyłączają sygnalizację EGF
14.4 Wiele elementów sygnalizacyjnych powtarza się w róŜnych szlakach
przekazywania sygnału
14.5 Zaburzenia w działaniu szlaków sygnalizacyjnych mogą prowadzić
do raka i innych schorzeń
Przeciwciała monoklonalne mogą być wykorzystane do zahamowania
szlaków przekazywania sygnałów aktywnych w komórkach
nowotworowych
Inhibitory kinaz białkowych mogą być skutecznymi lekami
przeciwnowotworowymi
Cholera i krztusiec są spowodowane zmianą aktywności białka G
393
395
395
396
397
397
398
398
399
400
401
401
402
Część II PRZEKAZYWANIE I MAGAZYNOWANIE ENERGII
Rozdział 15 Metabolizm: podstawowe pojęcia i organizacja
15.1 Metabolizm składa się z wielu sprzęŜonych, wzajemnie powiązanych
reakcji
Metabolizm składa się z reakcji egzo- i endoergicznych
Reakcja termodynamicznie korzystna umoŜliwia przebieg reakcji
termodynamicznie niekorzystnej
15.2 Uniwersalnym środkiem wymiany energii swobodnej w układach
biologicznych jest ATP
Hydroliza ATP jest procesem egzoergicznym
Hydroliza ATP przesuwa równowagę reakcji sprzęŜonych
Podstawy strukturalne wysokiego potencjału przenoszenia grup
fosforanowych przez ATP
Potencjał fosforylacyjny jest waŜną formą energii w komórkowych
procesach przekształcania energii
15.3 Utlenianie atomów węgla cząsteczek paliwa komórkowego jest
waŜnym źródłem energii w komórce
Związki o wysokim potencjale fosforylacyjnym mogą sprzęgać utlenianie
atomów węgla z syntezą ATP
Gradient jonowy w poprzek błony dostarcza komórce waŜnej formy
energii, poniewaŜ moŜe być sprzęŜony z syntezą ATP
Etapy pobierania energii z poŜywienia
15.4 Te same metabolity, reakcje i strategie regulacyjne obserwujemy
w róŜnych szlakach metabolicznych
Aktywowane przenośniki są przykładem budowy modułowej
I ekonomiczności metabolizmu
Wiele zaktywowanych nośników jest pochodnymi witamin
409
410
410
411
412
412
413
415
416
417
418
418
419
420
420
423
Te same kluczowe reakcje powtarzają się w róŜnych szlakach
metabolicznych
Procesy metaboliczne są regulowane na trzy róŜne sposoby
Ewolucja szlaków metabolicznych
Rozdział 16 Glikoliza i glukoneogeneza
Glukoza jest wytwarzana z węglowodanów zawartych w pokarmie
Glukoza jest waŜnym paliwem komórkowym dla większości organizmów
16.1 W wielu organizmach glikoliza jest szlakiem przekształcającym
energię
Heksokinaza wychwytuje glukozę w komórce i rozpoczyna glikolizę
Powstawanie fruktozo-1,6-bisfosforanu z glukozo-6-fosforanu
Sześciowęglowy cukier jest rozszczepiany do dwóch trójwęglowych
fragmentów
Mechanizm: izomeraza triozofosforanowa odzyskuje fragmenty
trójwęglowe
Utlenienie aldehydu do kwasu napędza powstawanie związku o wysokim
potencjale przenoszenia grup fosforanowych
Mechanizm: fosforylacja jest ściśle powiązana poprzez tioestrowy produkt
pośredni z utlenianiem aldehydu 3-fosfoglicerynowego
ATP powstaje poprzez przeniesienie fosforanu z 1,3-bisfosfoglicerynianu
Powstawanie pirogronianu i dodatkowej cząsteczki ATP
Podczas przekształcenia glukozy w pirogronian powstają dwie cząsteczki
ATP
Metabolizm pirogronianu prowadzi do regeneracji NAD+
W warunkach beztlenowych fermentacja dostarcza energii, którą moŜna
spoŜytkować w innych procesach komórkowych
Miejsce wiąŜące NAD+ jest podobne w wielu dehydrogenazach
Fruktoza i galaktoza są przekształcane w produkty pośrednie glikolizy
Wiele osób dorosłych nie toleruje mleka, poniewaŜ nie ma laktazy
Gdy brak transferazy, galaktoza jest silnie toksyczna
16.2 Szlak glikolityczny jest ściśle kontrolowany
Przebieg glikolizy w mięśniu podlega regulacji w odpowiedzi
na zapotrzebowanie na ATP
Regulacja przebiegu glikolizy w wątrobie odzwierciedla jej biochemiczną
wszechstronność
Rodzina białek przenośników umoŜliwia glukozie wejście do komórek
zwierzęcych oraz wyjście z nich
Rak i trening fizyczny wpływają w podobny sposób na glikolizę
163 Glukoza moŜe być syntetyzowana z prekursorów innych niŜ
węglowodany
Glukoneogeneza nie jest odwróceniem glikolizy
Przekształcenie pirogronianu w fosfoenolopirogronian rozpoczyna się od
utworzenia szczawiooctanu
Szczawiooctan przechodzi do cytoplazmy, gdzie przekształca się
w fosfoenolopirogronian
Przekształcenie fruktozo-1,6-bisfosforanu w fruktozo-6-fosforan
i ortofosforan jest etapem nieodwracalnym
Wytwarzanie wolnej glukozy jest waŜnym punktem kontroli
425
428
429
433
434
435
435
435
437
438
439
440
442
443
444
446
446
448
448
449
451
451
452
452
455
456
457
458
460
461
462
463
463
Synteza glukozy z pirogronianu zachodzi kosztem sześciu grup
fosforanowych o wysokim potencjale przenoszenia
16.4 Glukoneogeneza i glikoliza podlegają przeciwstawnej regulacji
Ładunek energetyczny komórki rozstrzyga, który szlak będzie najbardziej
aktywny: glikoliza czy glukoneogeneza
W wątrobie równowaga pomiędzy glikolizą a glukoneogenezą jest
wraŜliwa na stęŜenie glukozy we krwi
Cykle substratowe wzmacniają sygnały metaboliczne i wytwarzają ciepło
Mleczan i alanina, utworzone podczas skurczu mięśnia, są zuŜywane
przez inne narządy
Glikoliza i glukoneogeneza są ze sobą powiązane ewolucyjnie
Rozdział 17 Cykl kwasu cytrynowego
Cykl kwasu cytrynowego odbiera wysokoenergetyczne elektrony
17.1 Dehydrogenaza pirogronianowa łączy glikozę z cyklem kwasu
cytrynowego
Mechanizm: synteza acetylo-CoA z pirogronianu wymaga trzech enzymów
i pięciu koenzymów
Elastyczne połączenia umoŜliwiają cząsteczce lipoamidu poruszanie się
między róŜnymi miejscami aktywnymi
17.2. Cykl kwasu cytrynowego utlenia jednostki dwuwęglowe
Syntaza cytrynianowa tworzy cytrynian ze szczawiooctanu
i acetylokoenzymu A
Mechanizm: Sposób działania syntazy cytrynianowej zapobiega
niepoŜądanym reakcjom
Cytrynian ulega izomeryzacji do izocytrynianu
Izocytrynian jest utleniany i dekarboksylowany do α-ketoglutaranu
Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu prowadzi do powstania
bursztynylokoenzymu A
Kosztem bursztynylokoenzymu A powstaje związek o wysokim potencjale
przenoszenia grupy fosforanowej
Mechanizm: syntetaza bursztynylo-CoA zmienia formy magazynowania
energii
Szczawiooctan jest regenerowany przez utlenianie bursztynianu
Cykl kwasu cytrynowego generuje elektrony o wysokim potencjale
przeniesienia, GTP і CO2
17.3 Zarówno wejście do cyklu kwasu cytrynowego, jak i jego przebieg
podlega kontroli
Aktywność dehydrogenazy pirogronianowej jest regulowana allosterycznie
i przez odwracalną fosforylację
Regulacja cyklu kwasu cytrynowego odbywa się w kilku punktach
kontrolnych
17.4 Cykl kwasu cytrynowego jest źródłem prekursorów potrzebnych
do biosyntez
Cykl kwasu cytrynowego musi być szybko uzupełniany
Zakłócenie metabolizmu pirogronianu jest przyczyną beri-beri, a takŜe
zatrucia rtęcią oraz arsenem
Cykl kwasu cytrynowego prawdopodobnie ewoluował z pierwotnie
istniejących szlaków metabolicznych
464
464
465
466
467
468
469
475
476
477
478
480
482
482
482
484
484
485
485
486
487
488
490
490
492
493
493
494
495
17.5 Cykl glioksalowy umoŜliwia roślinom i bakteriom wzrost na octanie
495
Rozdział 18 Fosforylacja oksydacyjna
Fosforylacja oksydacyjna sprzęga utlenianie paliwa komórkowego
z syntezą ATP poprzez gradient protonowy
18.1 W komórkach eukariotycznych fosforylacja oksydacyjna zachodzi
w mitochondriach
Mitochondria są otoczone podwójną błoną
Mitochondria powstały w wyniku endosymbiozy
18.2 Fosforylacja oksydacyjna zaleŜy od transportu elektronów
Miarą potencjału przenoszenia elektronów jest potencjał redoks
Transport elektronów przez łańcuch oddechowy, napędzany przez róŜnicę
potencjałów między NADH i cząsteczką tlenu wynoszącą 1,14 V, wymusza
tworzenie gradientu protonowego
18.3 W skład łańcucha oddechowego wchodzą cztery kompleksy:
trzy pompy protonowe i kompleks fizycznie związany z cyklem kwasu
cytrynowego
Elektrony o wysokim potencjale wchodzą do łańcucha oddechowego
na poziomie oksydoreduktazy NADH-Q
Ubichinol jest miejscem, w którym do łańcucha oddechowego
włączane są elektrony FADH2 flawoprotein
Elektrony przepływają z ubichinolu do cytochromu с
przez oksydoreduktazę Q-cytochrom с
Cykl Q przekazuje elektrony z nośnika dwuelektronowego do nośnika
jednoelektronowego i pompuje protony
Oksydaza cytochromu с katalizuje redukcję tlenu cząsteczkowego do wody
Enzymy ochronne usuwają toksyczne pochodne tlenu cząsteczkowego,
takie jak rodnik ponadtlenkowy
Elektrony mogą być przenoszone pomiędzy grupami
nie kontaktującymi się
Konformacja cytochromu с pozostała zasadniczo niezmieniona od ponad
miliarda lat
18.4 Gradient protonowy zasila syntezę ATP
Syntaza ATP składa się z segmentu przewodzącego protony i segmentu
katalitycznego
Przepływ protonów przez syntazę ATP powoduje uwolnienie ściśle
związanego ATP: mechanizm zmiany siły związania
Najmniejszy na świecie molekularny motor: kataliza stymulowana
przez obrót
Przepływ protonów wokół pierścienia с stanowi siłę napędową syntezy ATP
Syntaza ATP i białka G mają kilka wspólnych cech
18.5 Przemieszczanie się przez błonę umoŜliwiają liczne systemy
wahadłowe (czółenka)
Elektrony z cytozolowego NADH wchodzą do mitochondriów
za pośrednictwem systemów wahadłowych
Wejście ADP do mitochondriów jest sprzęŜone z wyjściem ATP
przez translokazę ATP-ADP
Mitochondrialne przenośniki metabolitów mają wspólny trzyczęściowy
motyw
502
502
503
503
504
506
506
508
509
510
512
512
513
514
517
519
520
520
522
523
524
525
527
527
527
529
530
18.6 Zapotrzebowanie na ATP jest głównym czynnikiem regulującym
oddychanie komórkowe
Całkowite utlenianie glukozy dostarcza około 30 cząsteczek ATP
O szybkości fosforylacji oksydacyjnej decyduje zapotrzebowanie na ATP
Regulowane rozprzęŜenie powoduje wytwarzanie ciepła
Fosforylację oksydacyjną moŜna hamować na wielu etapach
Poznajemy podłoŜe chorób związanych z nieprawidłowym działaniem
mitochondriów
Mitochondria odgrywają kluczową rolę w procesie apoptozy
Przekazywanie energii przez gradienty protonowe: główny motyw
bioenergetyki
Rozdział 19 Reakcje świetlne fotosyntezy
W fotosyntezie następuje przekształcenie energii świetlnej w energię
chemiczną
19.1 Fotosynteza odbywa się w chloroplastach
Pierwotne reakcje fotosyntezy przebiegają w błonach tylakoidów
Chloroplasty powstały w wyniku endosymbiozy
19.2 Absorpcja światła przez chlorofil powoduje przepływ elektronów
Specjalna para cząsteczek chlorofilu zapoczątkowuje rozdział ładunków
Cykliczny przepływ elektronów powoduje redukcję cytochromu w centrum
reakcji
19.3 Podczas fazy świetlnej dwa fotosystemy wytwarzają gradient
protonów i NADPH
Fotosystem II przenosi elektrony z wody do plastochinonu i wytwarza
gradient protonów
Cytochrom bf łączy fotosystem II z fotosystemem I
Fotosystem I wykorzystuje energię świetlną do wytworzenia zredukowanej
ferredoksyny, która jest silnym reduktorem
Reduktaza ferredoksyna-NADP+ przekształca NADP+ w NADPH
19.4 Gradient protonów tworzący się w poprzek błony tylakoidu napędza
syntezę ATP
Chloroplastowa syntaza ATP jest bardzo podobna do mitochondrialnych
i prokariotycznych syntaz ATP
Cykliczny przepływ elektronów przez fotosystem I prowadzi
do wytworzenia ATP zamiast NADPH
Absorpcja ośmiu fotonów powoduje powstanie jednej cząsteczki O2,
dwóch cząsteczek NADPH i trzech cząsteczek ATP
19.5 Barwniki pomocnicze kierują energię do centrów reakcji
Przeniesienie energii rezonansu pozwala przekazać energię z pierwotnego
miejsca absorpcji do centrum reakcji
Kompleksy zbierające światło zawierają dodatkowe cząsteczki chlorofilu
i karotenoidy
Komponenty uczestniczące w fotosyntezie wykazują wysoki poziom
organizacji
Wiele herbicydów hamuje reakcje świetlne fotosyntezy
19.6 Zdolność do przekształcania światła w energię chemiczną jest
zjawiskiem bardzo starym
530
530
532
532
533
534
535
535
541
542
542
543
543
544
545
547
548
548
551
551
552
553
554
555
556
557
557
558
559
560
560
Rozdział 20 Cykl Calvina i szlak pentozo- fosforanowy
20.1 W cyklu Calvina heksozy są syntetyzowane z dwutlenku węgla i wody
Dwutlenek węgla reaguje z rybulozo-1,5-bisfosforanem i powstają dwie
cząsteczki 3-fosfoglicerynianu
Aktywność rubisco zaleŜy od jonów magnezu i karbaminianu
Katalityczna niedoskonałość: rubisco katalizuje równieŜ niekorzystną
reakcję przyłączenia cząsteczki tlenu
Z fosfoglicerynianu powstają fosforany heksoz i jest regenerowany
rybulozo-1,5-bisfosforan
W procesie włączania dwutlenku węgla do heksoz zuŜywane są trzy
cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADPH
Skrobia i sacharoza są głównymi węglowodanami magazynowanymi
w roślinach
20.2 Aktywność cyklu Calvina zaleŜy od warunków środowiska
Zmiany stęŜeń protonów i jonów magnezu zaleŜne od światła aktywują
rubisco
Tioredoksyna odgrywa kluczową rolę w regulacji cyklu Calvina
Szlak C4 występujący u roślin tropikalnych przyspiesza fotosyntezę przez
gromadzenie dwutlenku węgla
Metabolizm kwasowy roślin gruboszowatych umoŜliwia im wzrost
w ekosystemach o ograniczonym dostępie wody
20.3 Szlak pentozofosforanowy prowadzi do powstania NADPH
i odpowiada za syntezę cukrów pięciowęglowych
Podczas przekształcenia glukozo-6-fosforanu w rybulozo-5-fosforan
powstają dwie cząsteczki NADPH
Szlak pentozofosforanowy i glikoliza są ze sobą połączone
za pośrednictwem transketolazy i transaldolazy
Mechanizm: Transketolaza i transaldolaza w róŜny sposób stabilizują
karboanionowe produkty pośrednie
20.4 Metabolizm glukozo-6-fosforanu jest powiązany z glikolizą przez
szlak pentozofosforanowy
Szybkość przemian szlaku pentozofosforanowego jest regulowana przez
stęŜenie NADP+
Przepływ glukozo-6-fosforanu zaleŜy od zapotrzebowania na NADPH,
rybozo-5-fosforan i ATP
Odbicie lustrzane: cykl Calvina i szlak pentozofosforanowy
20.5. Dehydrogenaza glukozo-6-fosforanu odgrywa istotną rolę w ochronie
komórki przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu
Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej powoduje anemię
hemolityczną indukowaną przez leki
Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej moŜe w pewnych
sytuacjach decydować o przewadze ewolucyjnej
Rozdział 21 Metabolizm glikogenu
Metabolizm glikogenu to regulacja uwalniania i gromadzenia glukozy
21.1 Rozkład glikogenu wymaga wspólnego działania kilku enzymów
Fosforylaza katalizuje fosforolityczny rozkład glikogenu i uwolnienie
glukozo-1-fosforanu
Do rozkładu glikogenu konieczny jest równieŜ enzym usuwający
565
566
567
568
569
570
572
573
574
574
574
575
577
577
577
579
581
583
583
583
585
586
586
587
592
593
593
594
rozgałęzienia
Fosfoglukomutaza przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan
Wątroba zawiera glukozo-6-fosfatazę, enzym hydrolityczny, który nie
występuje w mięśniach
Mechanizm: Fosforan pirydoksalu bierze udział w fosforolitycznym
rozkładzie glikogenu
21.2 Aktywność fosforylazy regulują oddziaływania allosteryczne
i odwracalna fosforylacja
Fosforylaza w mięśniach jest regulowana przez wewnątrzkomórkowy
ładunek energetyczny
W wątrobie fosforylaza wytwarza glukozę wykorzystywaną przez inne
tkanki
Kinaza fosforylazowa jest aktywowana przez fosforylację i jony wapnia
21.3 Do rozkładu glikogenu potrzebne są sygnały adrenaliny i glukagonu
Białko G przekazuje sygnał do rozpoczęcia rozkładu glikogenu
W razie konieczności rozpad glikogenu musi być szybko zahamowany
Regulacja fosforylazy glikogenowej stała się w trakcie ewolucji bardziej
wyrafinowana
21.4 Synteza i degradacja glikogenu przebiegają odrębnymi szlakami
UDP-glukoza jest aktywowaną formą glukozy
Syntaza glikogenowa katalizuje przeniesienie glukozy z UDP-glukozy
do rosnącego łańcucha glikogenu
Enzym rozgałęziający tworzy wiązania α-1,6-glikozydowe
Syntaza glikogenową jest głównym enzymem regulacyjnym w syntezie
glikogenu
Glikogen jest wydajną formą magazynowania glukozy
21.5 Rozkład i synteza glikogenu są regulowane wspólnie
Fosfataza białkowa 1 odwraca regulacyjny wpływ kinaz na metabolizm
glikogenu
Insulina stymuluje syntezę glikogenu poprzez aktywację kinazy syntazy
glikogenu
Metabolizm glikogenu w wątrobie reguluje poziom glukozy we krwi
Choroby związane z metabolizmem glikogenu moŜna wyjaśnić
biochemicznie
Rozdział 22 Metabolizm kwasów tłuszczowych
Rozkład i biosynteza kwasów tłuszczowych są swoim odzwierciedleniem
pod względem następujących po sobie reakcji chemicznych
22.1 Triacyloglicerole są skondensowanym źródłem energii
Lipidy pochodzące z poŜywienia są trawione przez lipazy trzustkowe
Lipidy pochodzące z poŜywienia są transportowane w chylomikronach
22.2 Wykorzystanie energii kwasów tłuszczowych wymaga ich obróbki
w trzech etapach
Triacyloglicerole są hydrolizowane przez lipazy aktywowane hormonami
Przed utlenieniem, kwasy tłuszczowe są przyłączane do koenzymu A
Karnityna przenosi długie łańcuchy aktywowanych kwasów tłuszczowych
do matriks mitochondrialnej
Acetylo-CoA, NADH i FADH2 powstają w kaŜdym cyklu utleniania kwasów
tłuszczowych
594
595
596
596
598
598
600
600
601
601
603
604
604
604
605
606
607
607
607
608
610
610
611
617
618
619
619
620
621
621
622
623
624
W wyniku całkowitego utlenienia palmitynianu powstaje 106 cząsteczek
ATP
22.3 Proces rozkładu kwasów tłuszczowych nienasyconych lub mających
nieparzystą liczbę atomów węgla wymaga dodatkowych etapów
Do utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych potrzebne są
izomeraza i reduktaza
Produktem ostatecznej tiolizy łańcuchów kwasów tłuszczowych
o nieparzystej liczbie atomów węgla jest propionylo-CoA
Witamina B12 zawiera pierścień korynowy i atom kobaltu
Mechanizm: mutaza metylomalonylo-CoA katalizuje przegrupowanie
prowadzące do powstania bursztynylo-CoA
Kwasy tłuszczowe są utleniane takŜe w peroksysomach
Kiedy w komórce przewaŜa rozkład tłuszczów, z acetylo-Co powstają
ciała ketonowe
W niektórych tkankach głównym paliwem komórkowym są ciała
ketonowe
Zwierzęta nie mogą przekształcać kwasów tłuszczowych w glukozę
22.4 RóŜne szlaki metaboliczne prowadzą do rozkładu i biosyntezy
kwasów tłuszczowych
Synteza malonylo-CoA jest decydującym etapem biosyntezy kwasów
tłuszczowych
Produkty pośrednie syntezy kwasów tłuszczowych są przyłączone
do białkowego nośnika reszt acylowych
Biosynteza kwasów tłuszczowych jest serią reakcji kondensacji, redukcji,
odwodnienia i redukcji
U zwierząt kwasy tłuszczowe są syntetyzowane przez wielofunkcyjny
kompleks enzymatyczny
Synteza palmitynianu wymaga 8 cząsteczek acetylo-CoA, 14 cząsteczek
NADPH i 7 cząsteczek ATP
Cytrynian przenosi grupy octanowe niezbędne do syntezy kwasów
tłuszczowych z mitochondriów do cytozolu
RóŜne źródła NADPH do syntezy kwasów tłuszczowych
Inhibitory syntezy kwasów tłuszczowych mogą być uŜytecznymi lekami
22.5 Karboksylaza acetylo-CoA odgrywa kluczową rolę w regulacji
metabolizmu kwasów tłuszczowych
Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana stanem komórki
Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana przez róŜne hormony
22.6 WydłuŜanie kwasów tłuszczowych i wprowadzanie wiązań
nienasyconych to procesy kierowane przez dodatkowe układy
enzymatyczne
Nienasycone kwasy tłuszczowe powstają z udziałem enzymów związanych
z błonami
Hormony ikozanoidowe są pochodnymi wielonienasyconych kwasów
tłuszczowych
Rozdział 23 Przemiana białek i katabolizm aminokwasów
23.1 Białka są degradowane do aminokwasów
Rozkład spoŜywanych białek i wchłanianie produktów trawienia białek
Białka komórkowe ulegają degradacji z róŜną szybkością
625
626
626
627
628
629
630
631
632
634
634
635
635
636
637
638
638
639
640
640
640
641
642
642
643
649
650
650
651
23.2 Rozpad białek jest ściśle regulowany
Ubikwityna piętnuje białka przeznaczone do degradacji
Białka piętnowane ubikwityną są rozkładane przez proteasom
Rozkład białek moŜe być wykorzystywany w regulacji funkcji
biologicznych
Szlak ubikwitynacji i proteasom mają odpowiedniki w organizmach
prokariotycznych
23.3 Pierwszym etapem degradacji aminokwasów jest usunięcie azotu
Grupy a-aminowe są przekształcane w jony amonowe w procesie
deaminacji oksydacyjnej glutaminianu
Mechanizm: Fosforan pirydoksalu tworzy w aminotransferazach związek
pośredni o charakterze zasady Schiffa
Aminotransferaza asparaginianowa jest archetypem transaminazy
zaleŜnej od pirydoksalu
Enzymy zaleŜne od fosforanu pirydoksalu katalizują szeroki wachlarz
reakcji
Seryna i treonina ulegają bezpośredniej deaminacji
Azot z tkanek obwodowych jest transportowany do wątroby
23.4 Większość kręgowców lądowych przekształca jon amonowy
w mocznik
Cykl mocznikowy rozpoczyna się od powstania karbamoilofosforanu
Cykl mocznikowy jest powiązany z glukoneogenezą
Enzymy cyklu mocznikowego są spokrewnione z enzymami innych szlaków
metabolicznych
Wrodzone wady enzymów cyklu mocznikowego powodują hiperamonemię
i mogą prowadzić do uszkodzenia mózgu
Mocznik nie jest jedynym sposobem usuwania nadmiaru azotu
23.5 Atomy węgla pochodzące z degradowanych aminokwasów pojawiają
się w głównych intermediatach metabolicznych
Pirogronian jako związek łączący degradację aminokwasów
z metabolizmem komórki
Szczawiooctan jako związek łączący degradację asparaginianu i asparaginy
z metabolizmem komórki
Alfa-ketoglutaran jako związek łączący degradację aminokwasów
pięciowęglowych z metabolizmem komórki
Bursztynylo-CoA łączy degradację kilku aminokwasów niepolarnych
z metabolizmem komórki
Degradacja metioniny wymaga tworzenia S-adenozylometioniny kluczowego donora grupy metylowej
Rozkład aminokwasów rozgałęzionych prowadzi do powstania acetylo-CoA,
acetooctanu i propionylo-CoA
Do rozkładu aminokwasów aromatycznych konieczne są oksygenazy
23.6 Wrodzone wady metaboliczne mogą zakłócać proces degradacji
aminokwasów
651
651
653
654
655
656
656
657
659
659
660
660
661
661
663
664
665
666
666
667
668
668
669
669
670
671
673
Część III SYNTEZA CZĄSTECZEK śYCIA
Rozdział 24 Biosynteza aminokwasów
Synteza aminokwasów wymaga rozwiązania trzech podstawowych
681
problemów biochemicznych
24.1 Wiązanie azotu: Mikroorganizmy wykorzystują ATP i silne reduktory,
aby zredukować azot atmosferyczny do postaci amonowej
Kofaktor Ŝelazo-molibdenowy nitrogenazy wiąŜe i redukuje azot
atmosferyczny
Wbudowanie jonu amonowego do aminokwasów rozpoczyna się
od glutaminianu i glutaminy
24.2 Aminokwasy powstają z intermediatów cyklu kwasu cytrynowego
i innych głównych szlaków metabolicznych
Organizm ludzki syntetyzuje niektóre aminokwasy, lecz pozostałe musi
uzyskać wraz z poŜywieniem
Asparaginian, alanina i glutaminian powstają przez dodanie grupy
aminowej do α-ketokwasów
Wspólny etap określa chiralność wszystkich aminokwasów
Adenylowany związek pośredni jest konieczny do powstania asparaginy
z asparaginianu
Glutaminian jest prekursorem glutaminy, proliny i argininy
Seryna, cysteina i glicyna powstają z 3-fosfoglicerynianu
Tetrahydrofolian przenosi aktywowane fragmenty jednowęglowe o kilku
poziomach utlenienia
S-adenozylometionina jest głównym donorem grup metylowych
Cysteina jest syntetyzowana z seryny i homocysteiny
Wysoki poziom homocysteiny towarzyszy chorobom naczyniowym
Szikimian i choryzmian są związkami pośrednimi uczestniczącymi
w biosyntezie aminokwasów aromatycznych
Syntaza tryptofanowa ilustruje przenoszenie tunelowe substratu podczas
katalizy enzymatycznej
24.3 Biosynteza aminokwasów regulowana jest na drodze hamowania
przez sprzęŜenie zwrotne
Rozgałęzione szlaki metaboliczne wymagają złoŜonych mechanizmów
regulacji
Aktywność syntetazy glutaminowej jest modulowana przez kaskadę
enzymatyczną
24.4 Aminokwasy są prekursorami wielu cząsteczek biologicznych
Glutation, peptyd γ-glutamylowy, pełni funkcję buforu tiolowego, a takŜe
przeciwutleniacza
Tlenek azotu, cząsteczka sygnałowa o krótkim czasie półtrwania,
powstaje z argininy
Porfiryny syntetyzowane są z glicyny i bursztynylo-CoA
Niektóre wrodzone zaburzenia metabolizmu prowadzą do akumulacji
porfiryn
Rozdział 25 Biosynteza nukleotydów
Nukleotydy mogą być syntetyzowane de novo lub w ramach szlaków
rezerwowych
25.1 Podczas syntezy de novo pierścień pirymidynowy jest budowany
z wodorowęglanu, asparaginianu i glutaminy
Wodorowęglany i inne utlenione związki węglowe aktywowane są przez
fosforylację
682
682
683
685
687
687
688
688
689
690
690
691
693
695
695
695
698
699
699
701
702
703
704
704
706
711
712
712
713
Hydroliza łańcucha bocznego glutaminy jest źródłem jonów amonowych
Przenoszenie tunelowe umoŜliwia transport produktów pośrednich
pomiędzy centrami aktywnymi enzymu
Orotan po połączeniu z pierścieniem rybozy PRPP tworzy nukleotyd
pirymidynowy, który następnie zostaje przekształcony w urydylan
Nukleotydy mono-, di-, trifosforanowe mogą ulegać wzajemnym
przekształceniom
CTP powstaje przez aminację UTP
25.2 Zasady purynowe moga być syntetyzowane zarówno de novo,
jak i w szlakach rezerwowych
Szlak rezerwowy syntezy nukleotydów umoŜliwia znaczną ekonomizację
zuŜycia energii
Pierścienie purynowe są budowane na rybozylofosforanie
Pierścień purynowy budowany jest etapami, podczas których aktywacja
przez fosforylację poprzedza wymianę elementów budulcowych
AMP i GMP powstają z IMP
25.3 Synteza deoksyrybonukleotydów odbywa się w wyniku redukcji
rybonukleotydów z wykorzystaniem mechanizmu rodnikowego
Mechanizm: rodnik tyrozylowy ma zasadnicze znaczenie dla aktywności
reduktazy rybonukleotydowej
Metylacja deoksyurydylanu prowadzi do powstania deoksytymidylanu
Reduktaza dihydrofolianowa katalizuje regenerację tetrahydrofolianu,
przenośnika grup jednowęglowych
Wiele cennych leków stosowanych w terapii przeciwnowotworowej blokuje
syntezę deoksytymidylanu
25.4 Regulacja kluczowych etapów biosyntezy nukleotydów odbywa
się na zasadzie hamowania w drodze sprzęŜenia zwrotnego
Biosynteza pirymidyn jest regulowana przez karbamoilotransferazę
asparginianową
Synteza nukleotydów purynowych kontrolowana jest w wyniku sprzęŜenia
zwrotnego w kilku miejscach
Synteza deoksyrybonukleotydów jest kontrolowana poprzez regulację
aktywności reduktazy rybonukleotydowej
25.5 Zaburzenia metabolizmu nukleotydów są przyczyną róŜnych chorób
Utrata aktywności deaminazy adenozynowej prowadzi do cięŜkiego
złoŜonego niedoboru immunologicznego
Dna moczanowa powstaje w wyniku wysokiego poziomu moczanu
w surowicy
Mutacje w genach enzymów, zaangaŜowanych w syntezę nukleotydów
na drodze szlaku rezerwowego, są przyczyną występowania zespołu
Lescha-Nyhana
Niedobór kwasu foliowego wywołuje wadę wrodzoną - rozszczep
kręgosłupa
Rozdział 26 Biosynteza lipidów błonowych i steroidów
26.1 Kwas fosfatydowy jest wykorzystywany do syntezy fosfolipidów
i triacylogliceroli
Synteza fosfolipidów wymaga aktywowanego produktu pośredniego
Sfingolipidy są syntetyzowane z ceramidu
713
714
714
715
715
716
716
716
717
719
720
720
722
723
724
725
725
725
726
727
727
728
728
729
734
735
736
738
Gangliozydy są sfingolipidami bogatymi w węglowodany, zawierającymi
kwasy cukrowe
Sfingolipidy zapewniają róŜnorodność struktury i funkcji lipidów
Zespół błon szklistych (ang. respiratory distress syndrome) i choroba
Taya-Sachsa wynikają z uszkodzenia metabolizmu lipidów
26.2 Synteza cholesterolu z acetylokoenzymu a przebiega w trzech
etapach
Synteza mewalonianu, który powstaje z aktywowanego pirofosforanu
izopentenylu, inicjuje syntezę cholesterolu
Skwalen (C30) jest syntetyzowany z sześciu cząsteczek pirofosforanu
izopentenylu (C5)
Skwalen cyklizuje do cholesterolu
26.3 Regulacja biosyntezy cholesterolu zachodzi na wielu poziomach
Lipoproteiny transportują cholesterol i triacyloglicerole w organizmie
Określenie poziomu lipoprotein we krwi moŜe słuŜyć celom
diagnostycznym
Lipoproteiny o małej gęstości odgrywają główną rolę w metabolizmie
cholesterolu
Receptor LDL jest białkiem transbłonowym o sześciu róŜnych rejonach
funkcjonalnych
Brak receptora LDL prowadzi do hipercholesterolemii i miaŜdŜycy
Biochemiczne podłoŜe klinicznych sposobów obniŜania poziomu
cholesterolu
26.4 NajwaŜniejszymi pochodnymi cholesterolu są sole Ŝółciowe i hormony
steroidowe
Litery określają pierścienie steroidów, a liczby - atomy węgla
Steroidy są hydroksylowane przez monooksygenazy cytochromu P450
wykorzystujące NADPH i O2
System cytochromu P450 występuje powszechnie i pełni funkcje ochronne
Pregnenolon - prekursor wielu innych steroidów powstaje z cholesterolu
w wyniku odszczepienia łańcucha bocznego
Progesteron i kortykosteroidy są syntetyzowane z pregnenolonu
Androgeny i estrogeny są syntetyzowane z pregnenolonu
Witamina D powstaje z cholesterolu dzięki rozerwaniu pierścienia przez
światło
Rozdział 27 Integracja metabolizmu
27.1 Metabolizm obejmuje sieć połączonych ze sobą szlaków
Powtarzające się schematy są powszechne w regulacji metabolizmu
Główne szlaki metaboliczne mają specyficzne miejsca kontroli
Kluczowe złącza metabolizmu: glukozo-6-fosforan, pirogronian
i acetylo-CoA
27.2 KaŜdy organ ma własny profil metaboliczny
273 Sytość i głód wywołują zmiany w metabolizmie
Adaptacja metabolizmu do długotrwałego głodowania polega
na minimalizacji rozkładu białek
Zaburzenia metaboliczne w cukrzycy są spowodowane niedoborem
insuliny oraz nadmiarem glukagonu
Homeostaza kaloryczna: sposoby regulacji masy ciała
740
740
740
741
741
742
743
744
745
747
747
748
749
750
750
752
752
753
754
754
755
756
762
763
763
764
767
768
772
774
776
777
27.4 Intensywność i czas trwania aktywności fizycznej decydują o wyborze
substratów energetycznych
778
27.5 Etanol zmienia metabolizm energetyczny w wątrobie
780
Przemiany etanolu prowadzą do uzyskania nadmiaru NADH
780
Nadmiar etanolu zaburza metabolizm witamin
781
Rozdział 28 Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA
28.1 DNA moŜe przyjmować róŜnorodne formy strukturalne
Helisa typu A jest szersza i krótsza niŜ helisa typu B
Mały i duŜy rowek są pokryte grupami zdolnymi do tworzenia wiązań
wodorowych
Wyniki badań pojedynczych kryształów DNA ujawniły, Ŝe lokalnie
cząsteczka DNA moŜe mieć inną strukturę
Z-DNA jest lewoskrętną dwuniciową helisą, której szkielet
cukrowo-fosforanowy przypomina zygzak
28.2 Cząsteczka dwuniciowego DNA moŜe się zwinąć w specjalny sposób,
tworząc formy superhelikalne
Liczba opleceń DNA jest cechą topologiczną określającą stopień skręcenia
superhelikalnego
Topoizomerazy przygotowują podwójną helisę DNA do rozplecenia
Topoizomerazy typu I odpowiadają za relaksację struktur
superhelikalnych
Wykorzystując hydrolizę ATP, topoizomerazy typu II potrafią wprowadzać
do DNA ujemne skręty superhelikalne
28.3 Replikacja polega na syntezie nowej nici DNA z trifosforanów
deoksynukleozydów, zgodnie z informacją zapisaną w nici stanowiącej
matrycę
Wszystkie polimerazy wymagają matrycy oraz startera
Wszystkie polimerazy DNA mają podobną strukturę
Dwa jony metali związane z polimerazą DNA uczestniczą w reakcji
Polimeryzacji
Przestrzenne dopasowanie komplementarnych zasad gwarantuje precyzję
replikacji DNA
Odcinek RNA syntetyzowany przez prymazę jest starterem umoŜliwiającym
rozpoczęcie syntezy DNA
Jedna z nici DNA powstaje we fragmentach, natomiast druga nić
syntetyzowana jest w sposób ciągły
Ligaza DNA łączy końce DNA w rejonach dwuniciowych
Rozdzielenie nici DNA wymaga specjalnych enzymów - helikaz
oraz hydrolizy ATP
28.4 Replikacja DNA jest procesem wymagającym ścisłej synchronizacji
Replikacja DNA wymaga polimeraz charakteryzujących się duŜą
Procesywnością
Nić wiodąca i nić opóźniona są syntetyzowane w skoordynowany sposób
Replikacja DNA u E. coli rozpoczyna się w ściśle określonym miejscu
genomu
Synteza DNA u eukariotów rozpoczyna się w wielu miejscach
Telomery to specjalne struktury na końcach liniowych chromosomów
Telomery są syntetyzowane przez telomerazę, która jest specjalną
787
788
788
789
790
791
792
793
794
794
795
796
797
797
798
798
799
799
800
800
802
802
803
804
805
807
polimerazą zawierającą własną matrycę
28.5 Wiele typów uszkodzeń DNA podlega naprawie
Błędy mogą się pojawić podczas replikacji DNA
Przyczyną niektórych chorób genetycznych jest wzrost liczby powtórzeń
trójek nukleotydowych
Czynniki utleniające, alkilujące, a takŜe światło mogą uszkadzać
zasady DNA
Uszkodzenia DNA mogą być rozpoznawane i naprawiane przez róŜnorodne
systemy naprawcze
Obecność tyminy zamiast uracylu w DNA umoŜliwia identyfikację
i naprawę deaminowanej cytozyny
Przyczyną licznych rodzajów nowotworów złośliwych są niesprawnie
działające systemy naprawy DNA
Wiele potencjalnych karcynogenów moŜna wykryć za pomocą ich
oddziaływania na bakterie
28.6 Rekombinacja DNA odgrywa waŜną rolę w replikacji, naprawie
oraz wielu innych procesach
Białko RecA inicjuje rekombinację poprzez inwazję nici
W trakcie rekombinacji tworzą się struktury Hollidaya
Niektóre rekombinazy są ewolucyjnie spokrewnione z topoizomerazami
808
808
808
Rozdział 29 Synteza i splicing RNA
Syntezę RNA moŜna podzielić na trzy etapy: inicjację, elongację
i terminację
29.1 Transkrypcja katalizowana jest przez polimerazę RNA
Polimeraza RNA wiąŜe się do miejsc promotorowych genu i rozpoczyna
transkrypcję
Podjednostka sigma umoŜliwia polimerazie RNA rozpoznanie miejsc
promotorowych
Przed zainicjowaniem syntezy RNA polimeraza RNA musi rozpleść DNA
Łańcuchy RNA tworzone są de novo i syntetyzowane w kierunku 5' → 3'
Elongacja zachodzi w bąblach transkrypcyjnych poruszających się wzdłuŜ
matrycy DNA
Sekwencje leŜące w obrębie nowo syntetyzowanego RNA są sygnałem
zakończenia transkrypcji
Białko rho pomaga w terminacji transkrypcji niektórych genów
Antybiotyki - inhibitory transkrypcji
Prokariotyczne prekursory transportujących i rybosomowych RNA
są rozcinane i chemicznie modyfikowane po zakończeniu transkrypcji
29.2 Transkrypcja u eukariotów podlega precyzyjnej regulacji
RNA w komórkach eukariotycznych syntetyzowany jest przez trzy rodzaje
polimeraz RNA
W promotorach rozpoznawanych przez polimerazę RNA II moŜna znaleźć
trzy wspólne elementy
Białkowy kompleks TFIID inicjuje tworzenie aktywnego kompleksu
transkrypcyjnego
RóŜnorodne czynniki transkrypcyjne oddziałują z promotorami
eukariotycznymi
Sekwencje wzmacniające mogą stymulować transkrypcję w miejscach
825
808
809
811
813
813
814
816
817
817
818
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
840
841
842
startowych oddalonych od nich o tysiące zasad
29.3 Produkty transkrypcji prowadzonej przez wszystkie trzy
eukariotyczne polimerazy RNA podlegają reakcjom dojrzewania
Polimeraza RNA I produkuje trzy rybosomowe RNA
Polimeraza RNA III syntetyzuje tRNA
Polimeraza RNA II syntetyzuje pre-mRNA, do których końców 5'
dodawany jest kap, a do końca 3' - ogon poli(A)
Redagowanie RNA zmienia białka kodowane przez mRNA
Sekwencje na końcach intronów wyznaczają miejsca splicingowe
w mRNA
Splicing składa się z dwóch reakcji transestryfikacji
Niskocząsteczkowe jądrowe RNA (snRNA) katalizują w spliceosomie
wycięcie intronów z prekursorów mRNA
Transkrvpcja i dojrzewanie RNA są ze sobą sprzęŜone
Mutacje wpływające na spiicing pre-mRNA są przyczyną chorób
Większość ludzkich pre-mRNA moŜe ulegać splicingowi kilkoma sposobami,
tworząc róŜne mRNA, a po ich translacji takŜe róŜne białka
29.4 Odkrycie katalitycznych właściwości RNA było prawdziwym
przełomem, który nie tylko wzbogacił naszą wiedzę o enzymach,
ale równieŜ zmienił sposób myślenia o ewolucji
Rozdział 30 Synteza białka
30.1 Synteza białka wymaga przetłumaczenia informacji genetycznej
zapisanej w języku kwasów nukleinowych na język białek
Synteza długich białek wymaga małej częstości błędów
Cząsteczki transferowych RNA mają podobną budowę
Aktywowany aminokwas i antykodon znajdują się na przeciwległych
końcach cząsteczki tRNA, która ma kształt litery L
30.2 Syntetazy aminoacylo-tRNA odczytują kod genetyczny
Aminokwasy są wstępnie aktywowane przez adenylację
Syntetazy aminoacylo-tRNA selektywnie rozpoznają aminokwasy mające
ulec aktywacji
Aktywność korekcyjna syntetaz aminoacylo-tRNA zwiększa poprawność
syntezy białka
Syntetazy rozpoznają róŜnorodne cechy transportujących RNA
Syntetazy aminoacylo-tRNA moŜna podzielić na dwie klasy
30.3 Rybosom jest cząstką rybonukleoproteinową (70S) zbudowaną
z małej (30S) i duŜej (50S) podjednostki
Rybosomowe RNA (5S, 16S i 23S rRNA) odgrywają główną rolę w syntezie
białka
Białka są syntetyzowane od końca aminowego do karboksylowego
Translacja informacyjnego RNA przebiega w kierunku 5' → 3'
Kodon AUG zazwyczaj oznacza sygnał startu i jest poprzedzony kilkoma
zasadami parującymi się z 16S rRNA
Bakteryjną syntezę białek rozpoczyna formylo- metionylo-tRNA
Rybosom zawiera trzy miejsca wiązania tRNA zlokalizowane na pograniczu
podjednostek 30S i 50S
W trakcie syntezy wiązania peptydowego rosnący łańcuch polipeptydowy
jest przerzucany między cząsteczkami tRNA
842
843
843
844
844
846
847
847
848
850
851
851
853
861
862
862
863
865
866
866
867
868
869
869
870
871
873
873
874
875
875
876
Tylko oddziaływania kodon-antykodon decydują o włączeniu aminokwasu
do rosnącego łańcucha polipeptydowego
Niektóre cząsteczki tRNA rozpoznają więcej niŜ jeden kodon zgodnie
z zasadą tolerancji
30.4 Czynniki białkowe odgrywają waŜną rolę w syntezie białka
Podczas tworzenia kompleksu inicjującego 70S formylometionylo-tRNAf
zajmuje w rybosomie miejsce P
Czynniki elongacyjne dostarczają aminoacylo-tRNA do rybosomu
Po utworzeniu wiązania peptydowego następuje translokacja tRNA i mRNA
napędzana przez GTP
Czynniki uwalniające kończą syntezę białka odczytując kodony „stop"
30.5 Synteza białka u eukariotów róŜni się od syntezy białka u prokariotów
przede wszystkim sposobem inicjacji
30.6 Rybosomy związane z retikulum endoplazmatycznym produkują
białka błonowe i sekrecyjne
Obecność sekwencji sygnałowej w białku decyduje o jego translokacji
w poprzek błony retikulum endoplazmatycznego
Pęcherzyki transportujące przenoszą białka do miejsc ich ostatecznego
przeznaczenia
30.7 Synteza białka moŜe być zahamowana przez róŜne antybiotyki
i toksyny
Toksyna błonicy blokuje syntezę białka u eukariontów poprzez hamowanie
translokacji
Rycyna jest N-glikozydem hamującym syntezę białka
Rozdział 31 Kontrola ekspresji genów
31.1 Wiele białek wiąŜących DNA rozpoznaje specyficzne sekwencje DNA
Motyw helisa-zwrot-helisa występuje powszechnie w prokariotycznych
białkach wiąŜących DNA
Białka eukariotyczne wiąŜące DNA wykorzystują cały zakres motywów
i domen białkowych wiąŜących DNA
31.2 Białka prokariotyczne wiąŜące się z DNA oddziałują specyficznie
z miejscami regulatorowymi operonów
Operon składa się z elementów kontrolnych i genów kodujących białka
Jeśli nie ma laktozy, represor lac wiąŜe się z miejscem operatorowym
i blokuje transkrypcję
Związanie liganda moŜe indukować zmiany strukturalne w białkach
regulatorowych
Operon jest powszechną jednostką organizacji genów u prokariotów
Białka oddziałujące z polimerazą RNA mogą stymulować transkrypcję
31.3 Większa złoŜoność genomów eukariotycznych wymaga wyszukanych
mechanizmów regulacji ekspresji genów
U eukariotów liczne czynniki transkrypcyjne oddziałują z miejscami
regulatorowymi
Czynniki transkrypcyjne eukariotów mają charakter modułowy
Domeny aktywujące oddziałują z innymi białkami
Nukleosomy są kompleksami DNA i histonów
Eukariotyczny DNA jest owinięty wokół histonów, aby stworzyć
nukleosomy
877
878
880
880
880
881
882
883
884
884
886
888
889
889
896
897
898
899
900
901
901
902
903
904
905
906
906
907
907
908
Kontrola ekspresji genu wymaga remodelowania chromatyny
Sekwencje wzmacniające stymulują transkrypcję w wybranych typach
komórek
Metylacje DNA mogą zmienić wzór ekspresji genów
Steroidy i pokrewne cząsteczki hydrofobowe przechodzą przez błonę
i łączą się z receptorami wiąŜącymi DNA
Jądrowe receptory hormonów regulują transkrypcję, rekrutując
do kompleksu transkrypcyjnego koaktywatory lub korepresory
Receptory hormonów steroidowych są miejscem działania leków
Struktura chromatyny jest modulowana przez kowalencyjne modyfikacje
ogonów histonowych
Histonowe deacetylazy biorą udział w represji transkrypcyjnej
31.4 Ekspresja genów moŜe być kontrolowana na poziomie
potranskrypcyjnym
Atenuacja jest mechanizmem regulacji ekspresji genów u prokariotów
i polega na modulacji struktury drugorzędowej syntetyzowanego RNA
Geny związane z metabolizmem Ŝelaza podlegają u zwierząt regulacji
translacyjnej
909
910
911
911
913
914
914
916
917
917
918
Część IV ODPOWIEDŹ NA ZMIANY WARUNKÓW ŚRODOWISKA
Rozdział 32 Systemy czucia
925
32.1 Wiele związków organicznych jest wykrywane za pomocą węchu
Wielka rodzina receptorów zawierających siedem helikalnych odcinków
transbłonowych pośredniczy w odbiorze zapachów
Substancje zapachowe są rozpoznawane przez mechanizmy
kombinatoryczne
Czynnościowy rezonans magnetyczny ujawnia regiony mózgu
przetwarzające informacje czuciowe
32.2 WraŜenia smakowe są efektem działania wielu zmysłów
funkcjonujących według róŜnych mechanizmów
Sekwencjonowanie genomu ludzkiego doprowadziło do odkrycia duŜej
rodziny receptorów 7TM gorzkiego smaku
Heterodimeryczny receptor 7TM odpowiada na substancje o smaku
słodkim
Umami, smak glutaminianu i asparaginianu, jest odbierany przez receptor
heterodimeryczny, spokrewniony z receptorem smaku słodkiego
Za wykrywanie smaku słonego jest przede wszystkim odpowiedzialny
przepływ jonów sodowych przez kanały
Smak kwaśny powstaje w wyniku oddziaływania jonów wodorowych
(kwasów) na kanały
32.3 Fotoreceptory w oku wykrywają światło widzialne
Rodopsyna, wyspecjalizowany receptor 7TM, absorbuje światło widzialne
Absorpcja światła zapoczątkowuje specyficzną izomeryzację związanego
11-cis-retinalu
Zmniejszenie stęŜenia wapnia, wywołane światłem, koordynuje powrót
do stanu wyjściowego
Widzenie kolorów w czopkach siatkówki zachodzi przez trzy receptory
926
927
928
930
930
930
933
934
934
935
935
936
937
938
będące homologami rodopsyny
RearanŜacje w genach fotoreceptorów kolorów zielonego i czerwonego
prowadzą do „ślepoty na barwy"
32.4 WraŜenia słuchowe zaleŜą od szybkiej detekcji bodźców
mechanicznych
Komórki włoskowate wykorzystują połączone pęczki stereocilii
do wykrycia małych ruchów
Mechanosensoryczne kanały zostały zidentyfikowane u Drosophila
i kręgowców
32.5 Na odbiór wraŜeń dotykowych mają wpływ ucisk, temperatura i inne
czynniki
Badania kapsaicyny ujawniły obecność receptora wysokiej temperatury
i innych bodźców bólowych
Jeszcze wiele systemów czuciowych pozostaje do zbadania
Rozdział 33 Układ odpornościowy
Wrodzony układ odpornościowy jest ewolucyjnie starym systemem
obronnym
Ewolucyjne przystosowania nabytego układu odpornościowego
33.1 W przeciwciałach moŜna wyróŜnić fragmenty wiąŜące antygen
i fragmenty efektorowe
33.2 Zwinięcie immunoglobulinowe składa się z dwóch ułoŜonych
vis a vis struktur dywanowych typu β oraz hiperzmiennych pętli
33.3 Przeciwciała wiąŜą swoiste cząsteczki w rejonach hiperzmiennych
pętli
Analiza rentgenowska wyjaśniła, w jaki sposób przeciwciała wiąŜą
antygeny
Przeciwciało wiąŜe duŜy antygen w wyniku licznych oddziaływań
33.4 RóŜnorodność przeciwciał jest wynikiem rearanŜacji genów
Geny J (łączące, ang. joining) i D (róŜnorodności, ang. diversity)
zwiększają róŜnorodność przeciwciał
Kombinatoryka segmentów genowych i mutacje somatyczne umoŜliwiają
tworzenie ponad 108 róŜnych przeciwciał
Oligomeryzacja przeciwciał syntetyzowanych na powierzchni niedojrzałych
limfocytów B powoduje wydzielanie przeciwciał poza komórkę
RóŜne klasy przeciwciał powstają na skutek przemieszczania genów VH
33.5 Peptydy związane z białkami głównego układu zgodności tkankowej
są prezentowane na powierzchniach komórek i rozpoznawane przez
receptory limfocytów T
Peptydy prezentowane przez białka MHC zajmują głęboki rowek, którego
ściany tworzą helisy α
Receptory limfocytów T są białkami podobnymi do przeciwciał,
zawierającymi regiony stałe i zmienne
Białko CD8 na powierzchni cytotoksycznych limfocytów T współdziała
z receptorami limfocytów T
Pomocnicze limfocyty T stymulują komórki prezentujące obce peptydy
związane z białkami MHC klasy II
W rozpoznawaniu obcych peptydów na komórkach prezentujących
antygen pomocniczym limfocytom T pomagają specyficzne receptory
939
940
941
941
943
944
944
945
949
950
952
953
956
957
957
959
960
960
962
962
964
965
966
968
969
970
komórkowe T i cząsteczki CD4
Białka głównego układu zgodności tkankowej są silnie zróŜnicowane
Ludzki wirus niedoboru immunologicznego uszkadza układ odpornościowy
niszcząc pomocnicze limfocyty T
33.6 Odpowiedź układu odpornościowego przeciwko własnym antygenom
ulega supresji
Limfocyty T w grasicy podlegają selekcji pozytywnej i negatywnej
Wytwarzanie odpowiedzi odpornościowej przeciw własnym antygenom
prowadzi do rozwoju chorób autoimmunologicznych
Układ odpornościowy bierze udział w zapobieganiu rozwoju nowotworu
Rozdział 34 Motory molekularne
34.1 Większość białek motorycznych naleŜy do nadrodziny NTPaz typu P
Białko motoryczne składa się z rdzenia ATPazowego i wydłuŜonej
struktury
Związanie i hydroliza ATP indukuje zmiany w konformacji i siłę wiązania
białek motorycznych
34.2 Miozyna przemieszcza się wzdłuŜ filamentów aktynowych
Mięsień zbudowany jest głównie z kompleksów miozyny i aktyny
Aktyna jest samoorganizującym się, podlegającym ciągłym zmianom
polimerem o dwóch róŜnych końcach
MoŜemy obserwować ruchy pojedynczych białek motorycznych
Uwolnienie fosforanu jest odpowiedzialne za suw motoru miozynowego
Długość ramienia dźwigni decyduje o prędkości motoru
34.3 Kinezyna i dyneina przemieszczają się wzdłuŜ mikrotubul
Mikrotubule są wydrąŜonymi, cylindrycznymi polimerami
Ruch kinezyny jest wysoce procesywny
34.4 Motor rotujący napędza ruch bakterii
Bakterie poruszają się dzięki rotacji wici
Przepływ protonów napędza obrót bakteryjnej wici
Chemotaksja bakterii zaleŜy od odwrócenia kierunku rotacji wici
Rozdział 35 Nowe leki
35.1 Tworzenie nowych leków stawia przed nami wielkie wyzwania
Potencjalne leki muszą być silnymi modulatorami cząsteczek docelowych
Leki muszą wykazywać odpowiednie właściwości, Ŝeby dotrzeć
do cząsteczek docelowych
Toksyczność moŜe ograniczyć efektywność leku
35.2 Potencjalne leki mogą być odkrywane przez przypadek, badania
przesiewowe lub projektowanie
Przypadkowe obserwacje mogą doprowadzić do odkrycia nowego leku
Badania przesiewowe bibliotek związków mogą doprowadzić do odkrycia
nowych leków
Leki mogą być projektowane na podstawie wiedzy o strukturze
przestrzennej cząsteczki docelowej
35.3 Analiza genomów otwiera nowe perspektywy przed naukowcami
opracowującymi nowe leki
Potencjalne cząsteczki docelowe leków mogą być zidentyfikowane
w ludzkim proteomie
970
972
973
974
974
975
976
983
984
984
986
988
988
990
992
993
994
995
995
997
999
999
1000
1001
1007
1008
1008
1009
1014
1015
1015
1017
1021
1023
1023
Modele zwierzęce pomagają zweryfikować potencjalne obiekty działania
leków
Analiza genomów organizmów chorobotwórczych wskazuje nowe obiekty
działania leków
RóŜnice genetyczne wpływają na osobnicze reakcje na leki
35.4 Na proces tworzenia leku składa się kilka etapów
Badania kliniczne są czasochłonne i drogie
Pojawienie się lekooporności moŜe ograniczyć skuteczność leków w terapii
chorób zakaźnych i nowotworów
1024
1024
1025
1026
1027
1028
Dodatki
A1
Słowniczek związków chemicznych
B1
Rozwiązania zadań
C1
Skorowidz
D1
oprac. BPK
Download
Random flashcards
ALICJA

4 Cards oauth2_google_3d22cb2e-d639-45de-a1f9-1584cfd7eea2

Pomiary elektr

2 Cards m.duchnowski

Create flashcards