BIOCHEMIA (I termin) ZESTAW 1 1. Potencjał termodynamiczny

BIOCHEMIA (I termin)
ZESTAW 1
1. Potencjał termodynamiczny Gibsa.
Potencjał termodynamiczny Gibsa (∆G) / entalpia swobodna / potencjał termodynamiczny przemiany
izobarycznej – skalarna funkcja stanu termodynamicznego układu określana jako: G=H-TS (gdzie: H – entalpia
[energia cieplna], T – temperatura bezwzględna, S – entropia). ∆G = E swobodna – w procesach izotermiczno–
izobarycznych.
Spontanicznie mogą zachodzić tylko te procesy, dla których następuje spadek swobodnej energii (-∆G) – reakcje
egzoenergetyczne. Procesy, dla których ∆G ma wartość + muszą być napędzane energią dostarczaną z zewnątrz
– reakcje endoenergiczne. Stan równowagi: ∆G=0
Zależność pomiędzy efektem energetycznym reakcji a wielkością jej stałej równowagi: -∆G = RT ln Keq (gdzie: Rstała gazowa; T-temp.; Keq-iloraz stężeń produktów do substratów)
2. Mioglobina i hemoglobina mają duże różnice w strukturze I-rzędowej, skąd więc podobieństwo w strukturze IIIrzędowej?
Struktura przestrzenna łańcuchów polipeptydowych Mb i Hb jest bardzo podobna, pomimo znacznych różnic w
sekwencjach aminokwasów. Hb jest zbudowana z 4 łańcuchów polipeptydowych, z których podjednostki β mają
strukturę przestrzenną taką jak pojedynczy łańcuch Mb (bogate w struktury α). To ścisłe podobieństwo
dotyczące również umiejscowienia hemu i odcinków helikalnych jest przynajmniej w części wynikiem substytucji
aminokwasów o podobnych właściwościach i równoznacznych pozycjach w strukturze I-rzędowej. Podobnie jak
w Mb podjednostki α i β Hb mają hydrofobowe aminokwasy w środku a hydrofilowe na zewnątrz cząsteczki. 9
aminokwasów, potrzebnych do uzyskania określonej struktury, jest wysoce konserwatywnych.
3. Motyw palca cynkowego – jakie aminokwasy go tworzą i gdzie występuje?
Palec cynkowy – rodzaj domeny białkowej, występującej w białkach wiążących DNA i biorących bezpośredni
udział w związaniu cząsteczki DNA przez białko. Składa się z 2 antyrównoległych β-harmonijek (N-koniec
domeny) i α-helisy (C-koniec), która oddziaływuje z rowkiem większym helisy DNA. Obecność jonu cynku jest
kluczowa dla stabilności domeny. Występuje w kom. erytroidalnych. Reguluje transkrypcję genów
rybosomalnych 5S RNA.
Opisano 2 typy palców cynkowych:
C2H2 – pętla zbudowana z 12 amoinokwasów. Jon cynku wiązany jest przez 2 cysteiny i 2 histydyny
(tetraedryczne wiązanie koordynacyjne), co pozwala na bezpośrednie oddziaływanie z DNA.
C4 – czynniki transkrypcyjne (m.in. hormony sterydowe); jon cynku wiązany jest przez 4 cysteiny .
4. Kod enzymatyczny.
Kod enzymatyczny jest 4 literowy. Białka dzielimy na 6 klas ze względu na typ katalizowanych reakcji:
1. Oksydoreduktazy – r. utleniania i redukcji – przenoszenie elektronów
2. Transferazy – r. przenoszenia grup funkcyjnych
3. Hydrolazy – r. hydrolizy
4. Liazy – r. rozczepiania wiązań kowalencyjnych
5. Izomerazy – r. izomeryzacji – przenoszenie grup w obrębie cząsteczek
6. Ligazy – r. tworzenia wiązań kowalencyjnych sprzężone z hydrolizą ATP
Podklasy – tworzone wiązania:
6.1 C-O
6.2 C-S
6.3 C-N
6.4 C-C
Pod podklasy – rodzaj substratu np. 6.3.2 kwas + aminokwas
Numer indywidualny enzymu – 1.1.1.1 dehydrogenaza alkoholowa
5. Wymień 2 stałe charakterystyczne dla katalizy i opisz je.
Stała katalityczna (kkat) – określa liczbę cząsteczek substratu przetworzoną przez 1 miejsce katalityczne enzymu w
określonej jednostce czasu w warunkach, w których enzym wykazuje maksymalną aktywność. Określa liczbowo
zdolność do katalizowania reakcji chemicznych – reaktywność.
Stała Michaelisa [Km] – stężenie substratu [S], przy którym połowa cząsteczek enzymu jest wysycona substratem.
Jest miarą stabilności kompleksu ES i powinności enzymu do substratu (Km=k2-k3/k1, gdy k2>>k3 – duże Km =
słabe wiązanie substratu). [S], przy którym V0=0,5Vmax (zależności nie podlegają enzymy allosteryczne).
Iloraz kkat i Km jest miarą wydajności enzymatycznej (stała specyficzności) – miara sprawności katalitycznej
enzymów. Szybkość reakcji przy niskich stężeniach substratu wynosi: v= (kkat/Km)*[E]*[S]
6. Narysuj NAD i formę zredukowaną.
7. Narysuj schemat błony komórkowej i podaj funkcję błon.
Funkcje błon komórkowych:
- odgraniczenie wnętrza komórki od środowiska zewnętrznego – półprzepuszczalne, wysoce selektywne bariery
biorące udział w transporcie cząsteczek i jonów do i z komórki
- ograniczenie kompartymentów komórkowych
- umożliwiają kontakt między oddzielonymi środowiskami dzięki posiadaniu kanałów, pomp i przenośników
białkowych
- biorą udział w przekazie informacji do i z komórki
- zachodzą na niej 2 najważniejsze procesy przekształcania energii w układach biologicznych: fotosynteza i
fosforylacja oksydacyjna
- utrzymywanie gradientu stężeń
8. Czy nukleozyd 2,5-fosforanowy to związek wysokoenergetyczny?
Nie, ponieważ związek ten nie posiada wiązań wysoko energetycznych.
9. Jakie reakcje katalizuje ATP i jak wygląda przekazywanie z niego energii?
Hydroliza ostatniej reszty fosforanowej ATP dostarcza 30,5 kJ/mol energii. ATP dostarcza energii do większości
procesów syntezy, a także do skórczu mięśni, transportu czynnego oraz neurotransmisji, które zachodzą w
organizmach żywych. Przekazywanie energii z hydrolizy ATP odbywa się albo poprzez istnienie wspólnego
metabolitu pomiędzy 2 reakcjami albo poprzez centra aktywne enzymów zdolnych do katalizy złożonych
reakcji. ATP sprzęga reakcje niekorzystne energetycznie z reakcjami termodynamicznie uprzywilejowanymi.
Źródłem energii w większości procesów biochemicznych przebiegających z udziałem ATP jest hydroliza wiązania
bezwodnikowego pomiędzy resztami β i γ zgodnie z równaniem reakcji: ATP + H2O → ADP + Pi W wyniku tego
procesu powstaje cząsteczka ADP oraz anion fosforanowy (Pi).
Rzadziej dochodzi do rozpadu ATP na AMP i pirofosforanu w wyniku hydrolizy wiązania bezwodnikowego
pomiędzy resztami α i β: ATP + H2O → AMP +PPi Wydziela się przy tym więcej energii niż przy dwóch
rozpadach ATP do ADP.
10. Reakcja 3-hydroksyacylo-CoA.
3 etap β-oksydacji:
R-CH2-CH(OH)-CH2-CO-S-CoA + NAD -(dehydrogenaza hydroksyacylo-CoA)-> R-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA [3-ketoacyloCoA] + NADH2
11. Reakcja 3-ketoacylo-ACP.
3 etap syntezy tłuszczy:
R-CH2-CO-CH2-CO-ACP + NADPH2 -(reduktaza β-ketoacylo-ACP)-> R-CH2-CH(OH)-CH2-CO-ACP [3-hydroksyacyloACP]
12. Arginaza
Enzym katalizujący przejście argininy w ornitynę i mocznik:
NH3+-C(=NH2+)-NH-CH2-CH2-CH2-CH(NH3+)-COO- -> NH3-(CH2)3-CH(NH3+)-COO- + CO(NH2)2
Ornityna i lizyna są silnymi inhibitorami kompetycyjnymi.
13. Od czego uzależniona jest heksokinaza?
Heksokinaza jest enzymem (transferazą) katalizującym przejście glukozy w glukozo-6-fosforan w 1 etapie glikolizy.
Jest to reakcja jednokierunkowa. Reakcja ta przebiega z udziałem energii dostarczonej przez ATP i jest
hamowana przez duże stężenie produktu. Wychwytuje glukozę nawet w niskich stężeniach, zapewnia kom. stałe
dostarczenie substratu do glikolizy. Uzależniona jest od g-6-P, który hamuje działanie enzymu. Występuje
podczas fosforylacji (też innych heksoz, lecz z mniejszą szybkością niż glukozy), zachodzi dzięki niej glikoliza w
kom. obwodowych i fermentacja alkoholowa.
14. Fermentacja alkoholowa.
Jest to glikoliza beztlenowa, przeprowadzana jest przez drożdże i drobnoustroje, które z pirogronianu wytwarzają
etanol. Reakcja jest 2etapowa:
1. Dekarboksylacja pirogronianu i powstanie aldehydu octowego przy udziale enzymu – dekarboksylazy
pirogronianowej.
2. Redukcja aldehydu do etanolu przy udziale dehydrogenazy alkoholowej.
W wyniku tego procesu powstaje szereg produktów ubocznych: gliceryna, kw. bursztynowy i octowy.
W warunkach beztlenowych pozwalam na regeneracją NAD zużytego w procesie glikolizy.
15. Oczko replikacyjne.
Oczko replikacyjne to rejon, w którym replikowane jest DNA. Po przeciwnych stronach oczka wytwarzają się
widełki replikacyjne, przemieszczające się w przeciwnych kierunkach wzdłuż DNA kolistego chromosomu
bakteryjnego. Tu przyłączana jest prymasa DNA; jest to miejsce rozwijania się cząsteczki DNA.
16. Budowa immunoglobulin IgG.
Podstawowa immunoglobulina pojawiająca się w organizmie podczas odpowiedzi immunologicznej, zdolne do
przejścia przez łożysko.
2 łańcuchy lekkie (po 220 aminokwasów), 2 ciężkie (440 aa), 2 miejsca przyłączania antygenu. Łańcuchy połączone
są mostkami di siarczkowymi. Łańcuchy dzielą się na 2 części: zmienną i stałą. W części zmiennej wyróżniamy
wysoce zróżnicowane 3 regiony hiperzmienne i regiony zrębowe.
17. Przejście IMP w AMP.
Polega na przyłączeniu grupy aminowej w pozycji C-6 (donorem jest asparaginian):
inozynian [IMP] + Asp + GTP –(syntetaza)-> adenylobursztynian + GDP + Pi –(liaza)-> adenylan [AMP] + fumaran
Potrzebny jest rybozo-5-fosforan, którego źródłem jest szlak pentozofosforanu. Powstaje PRPP-ATP. Syntetaza
PRPP to kluczowy enzym.
18. PRPP.
5-fosforybozylo-1-pirofosforan (PRPP) powstaje z rybozo-5-fosforanu (pochodzi z cyklu pentozofosforanowego) i
ATP.
rybozo-5-fosforan + ATP -> PRPP + AMP
Jest donorem rybozy i reszty fosforanowej dla rybonukleotydów, z których później powstają
deoksyrybonukleotydy.
PRPP + Gln –(aminofosforybozylotransferaza)-> 5-fosforybozylo-1-amina + Glu
Uczestniczy w powstawaniu z adeniny AMP, guaniny GMP itd.
19. Pierwsze reakcje tworzenia pierścienia purynowego lub pirymidynowego.
Puryny: PRPP -> 5-fosforybozylo-1-amina -> rybonukleotyd 5-aminoimidazolu -> inozynian [IMP] -> AMP lub GMP
Pirymidyny: karbamoilofosforan + Asp -> N-karbamoiloasparaginian -> orolan –(+ 5-fosforybozylo-1pirofosforan)-> orotydyno-5-monofosforan [orotydylan] -> urydyno-5-monofosforan -> cytydyno-5-trifosforan
[CTP]
20. Receptory jądrowe.
Receptory jądrowe odbierają sygnały przekazywane przez hormony steroidowe, wpływające na ekspresję genów
– czynniki transkrypcyjne. Hormony przenikają przez błonę plazmatyczną, wiążą się z receptorem na błonie
jądrowej i powodują zmiany konformacyjne: aktywację lub inaktywację odcinków chromatyny. Są
heterodimerami, posiadają 4 podjednostki: regulacji transkrypcji, wiążącą się z DNA, wiążącą się z ligandem i
dimeryzacyjną. Poza hydrofobową domeną wiążącą ligand mają wiążącą DNA domenę o strukturze palców
cynkowych oraz domenę odpowiedzialną za dimeryzację. Charakteryzują się dużym powinowactwem do
hormonu, szybką odwracalnością wiązania, wysycalnością i dużą swoistością.
Przykłady: estrogeny, androgeny, glikokortykoidy, mineralokortykoidy i hormony tarczycy.
21. Fragmenty Okazaki.
Fragmenty Okazaki powstają podczas replikacji DNA, ponieważ polimeraza DNA może syntetyzować nić tylko w
kierunku 5’-3’. 2 nici w helisie powiązane są antyrównolegle wobec siebie ( 5’-3’ i 3’-5’). Nić powstająca na
matrycy 3’-5’ syntetyzowana jest w całości – nić wiodąca, a ta powstająca na nici 5’-3’ syntetyzowana jest w
kawałkach zwanych fragmentami Okazaki – nić opóźniona. Fragmenty Okazaki są następnie łączone dzięki
aktywności ligazy.
22. Funkcja ligazy DNA w rekombinacji DNA.
Ligaza DNA tworzy wiązania fosfodiestrowe, więc wykorzystywana jest do łączenia fragmentów DNA.
23. Ostatnia reakcja w tworzeniu triacylogliceroli i ich funkcje.
Ostatnią reakcją w syntezie triacylogliceroli jest acylacja di- do triacylogliceroli:
diacyloglicerol + acylo-CoA -> triacyloglicerol + CoA
Dzięki tej reakcji mogą powstać pirogroniany.
Triacyloglicerole / tłuszcze / triglicerydy – 3 kwasy tłuszczowe połączone wiązaniami estrowymi z glicerolem.
Stanowią one główny magazyn energii (wydajność energetyczna to m.in. 39 kJ/g). Gromadzone są w kom.
tłuszczowych – adipocytach. W płynach ustrojowych transportowane są w postaci lipoprotein.
24. Zasady komplementarne w DNA.
W DNA występują 4 rodzaje nukleotydów, różniące się zasadami azotowymi. Zasady azotowe dzielą się na 2
grupy: puryny [adenina A i guanina G] oraz pirymidyny [cytozyna C i tymina T]. Zasady tworzą komplementarne
pary zasad A-T i G-C, połączone wiązaniami wodorowymi.
25. Insulina – jej wpływ na syntezę i rozkład glikogenu.
Insulina jest hormonem produkowanym przez kom. β trzustki. Obniża stężenie cukru (glukozy) we krwi,
powodując przekształcenie go w wątrobie w glikogen.
Glikogen [-(-C6H10O5-)-n] – biopolimer – polisacharyd (wielocukier), którego cząsteczki zbudowane są z
połączonych reszt glukozy. Gromadzony w wątrobie i (w mniejszym stopniu) w tkance mięśniowej.
Jest głównym wielocukrem stanowiącym materiał zapasowy w komórkach zwierzęcych. Do najbogatszych w ten
materiał zapasowy tkanek należą wątroba, mięśnie i mózg.
Rozkład glikogenu przebiega dwoma torami: fosforolitycznym i hydrolitycznym. Rozkład ten jest indukowany
działaniem glukagonu (hormon produkowany przez komórki α trzustki), a jego skutkiem jest podniesienie
poziomu cukru we krwi. Rozkład glikogenu w wątrobie spowodowany jest zapotrzebowaniem organizmu w
cukier. Odwrotny proces zachodzi w momencie oddziaływania insuliny (antagonistyczny hormon glukagonu),
kiedy to zachodzi wiązanie glukozy z krwi w glikogen w wątrobie.
Wzrost stężenia insuliny powoduje wzmożenie procesów syntezy glikogenu, a spadek jej stężenia powoduje
nasilenie procesów rozpadu glikogenu. Insulina wiąże się z receptorem na błonie kom. i aktywuje go, co
powoduje pobudzenie kinazy białkowej wrażliwej na insulinę. Kinaza aktywuje fosfatazę 1, która defosforyluje
syntezę glikogenową.
26. Co to oznacza, że mRNA u prokariota jest policistronowe?
Cistron – najmniejsza jednostka genetyczna kodująca 1 gen.
Cząsteczka monocistronowego mRNA to taka, która zawiera informację genetyczną tylko o jednym białku. Jest to
sytuacja dla większości mRNA eukariota.
Z kolei mRNA prokariota jest policistronowe i zawiera na pojedynczej nici informację o kilku białkach, które
podlegają normalnej translacji. Takie mRNA jest powszechne u bakterii i archea. mRNA policistronowe jest m.in.
efektem transkrypcji genów wchodzących w skład jednego operonu.
27. Czy alanina to aminokwas endogenny? Jeśli tak to narysuj syntezę.
Alanina [CH3-CH(NH2)COOH] jest aminokwasem endogennym. Powstaje przez transaminację z pirogronianu:
CH3-CO-COOH [pirogronian] + HOOC-(CH2)2-CH(NH2)-COOH [glutaminian] –(transaminaza alaninowa)-> CH3CH(NH2)COOH [alanina] + HOOC-CO-CH2-CH(NH2)-COOH [α-ketoglutaran]
28. W jakich białkach występują równoległe do siebie α-helisy i jakie funkcje pełnią te białka?
Równoległe α-helisy występują w strukturze III-rzędowej białek fibrylarnych: fibroiny, białek integralnych, αkeratyny i kolagenu.
α-keratyny złożone są z 2 helikalnie skręconych lewoskrętnie α-helis. Tworzą filamenty keratynowe należące do
filamentów pośrednich. Są składnikiem włosów, paznokci, kopyt, rogów, wełny i zewnętrznej warstwy skóry.
Kolagen jest składnikiem tk. łącznej ścięgnistej, chrzęstnej i kostnej oraz rogówki oka. Zbudowany jest z 3
lewoskrętnych α-helis tworzących prawoskrętną superhelisę.
29. Reakcja PCR
Reakcja PCR służy do zwielokrotnienia określonych fragmentów DNA, które otrzymuje się w wyniku
równoczesnego kopiowania lub odtwarzania przy pomocy odpowiedniego enzymu z komplementarnej nici DNA.
Mieszaninę reakcyjną stanowią DNA (matryca), 2 startery o sekwencjach komplementarnych do obu końców
DNA, Polimaraza DNA zależna od DNA, deoksyrybonukleotydy, układ buforowy z dodatkiem jonów Mg+2.
Na 1 cykl składa się:
- denaturacja termiczna prowadząca do rozdzielenia nici
- przyłączanie starterów
- wydłużanie komplementarnej nici DNA przez przyłączanie nukleotydów do starterów
30. Kompleks II w łańcuchu oddechowym. Czy jest pompa protonowa? W jaki sposób połączony jest z cyklem
Krebsa?
Łańcuch oddechowy jest to szereg układów oksydoredukcyjnych o coraz bardziej dodatnim potencjale
redukcyjnym. Przenosi on elektrony pochodzące z mitochondrialnych procesów spalań (cykl Krebsa, βoksydacja) na tlen.
Kompleks II łańcucha oddechowego to reduktaza bursztynian-CoQ [dehydrogenaza NADH: ubichinon (CoQ)], FAD,
FeS i hem b-560 – kompleks cytochromów b-c1. Zlokalizowany jest na wewnętrznej błonie mitochondrialnej
(białko integralne). Rolę przenośników elektronów pełnią jony żelaza połączone z grupami hemowymi. II
kompleks pozbawiony jest pompy protonowej. Połączony z cyklam Krebsa przez dehydrogenazę
bursztynianową. Dehydrogenaza bursztynianowi zawiera związany FADH2 i podczas jego utleniania 2 elektrony
przechodzą do FeS i do ubichinonu, a potem do głównego łańcucha transportu elektronów.
31. Co oznacza, że replikacja jest semikonserwatywna?
Replikacja jest semikonserwatywna, tzn. jej produktem są 2 potomne dwuniciowe cząsteczki DNA, z których
każda składa się z 1 nici ze starej cząsteczki DNA i 1 nici dobudowanej w procesie replikacji.