8.Przedstawić budowę lizyny w pH 1 i 11. Co to jest punkt izoelektryczny aminokwasu? Obliczyć Pi dla lizyny wiedząc że:
pKalfa COOH=2,16
pKalfa NH2=9,06
pK łańcucha bocznego=10,54
Inne wzory:
Punkt izoelektryczny (pi) aminokwasu – jest to wartość pH roztworu wodnego, w którym cząsteczki danego aminokwasu występują głównie w formie jonu obojnaczego, a forma anionowa i kationowa jest w równowadze. Wypadkowy ładunek elektryczny jest równy 0 i nie wykazuje ruchu w polu elektrycznym.
Punkt izoelektryczny kwasu zależy od pH grup funkcyjnych
pK= -logK
W punkcie izoelektrycznym pK grupy aminowej równa się pH gdy stężenie grupy niezjonizowanej [-NH2] równa się grupie zjonizowanej [N+H3].
Obliczanie do pI
Obliczanie pI kwasu asparaginowego
pKalfa COOH = 1,99
pKalfa NH2 = 9,47
pKR = 3,90
12.Co to jest energia aktywacji, jaki wpływ ma na szybkość reakcji enzymatycznej.
Energia aktywacji – jest to taka porcja energii, którą układ musi pobrać w celu przezwyciężenia „bezwładności chemicznej” cząsteczek.
Aby zaszła reakcja musi najpierw zostać pokonana bariera energetyczna związana z przekształceniem S w stan przejściowy SF. Do osiągnięcia przez substrat stanu przejściowego konieczne jest dostarczenie porcji energii zwaną energią aktywacji delta GF, która jest równa różnicy energii swobodnej stanu przejściowego substratu a substratem. Stan przejściowy substratu występuje najrzadziej w przebiegu reakcji z powodu jego najwyższej energii swobodnej (najmniejsza stabilność) i decyduje on o szybkości reakcji enzymatycznej.
Enzymy przyspieszają reakcję przez obniżenie swobodnej energii aktywacji (delta GF) i stabilizację stanu przejściowego substratu (SF) poprzez tworzenie kompleksu [ES].
20.Co to jest glikoliza. Dlaczego do jej zapoczątkowania używamy ATP. Napisać reakcje tego szlaku, w której wytwarzany jest związek makroergiczny. Co to jest fosforylacja substratowa.
Glikoliza – to szlak wieloetapowy przekształcania glukozy w pirogronian. Mały zysk energetyczny. Jest etapem wstępnym CKC i łańcucha oddechowego. Proces zachodzi w cytozolu, a metabolity pośrednie są ufosforylowane.
Do zapoczątkowania glikolizy zużywany jest ATP.
Szlak wytwarzania związku makroergicznego
Fosforylacja substratowa polega na utlenieniu fosforanowej pochodnej dzięki czemu wiązanie z resztą PO3H2 zostaje podniesione na wyższy poziom energetyczny i przekształca się w wiązanie makroergiczne.
Przykład:
22.Na fragmencie peptydu o sekwencji Ala-Gly-Ser-Arg-Cys wskazać miejsce działania trypsyny. Jak nazywa się taka specyficzność i czym jest uwarunkowana w przypadku trypsyny.
Jest to specyficzność substratowa, o której często decydują niewielkie zmiany w rodzaju aminokwasów. W chymotrypsynie i trypsynie występują takie same triody katalityczne His, Ser, Asp i rozszczepiają wiązania peptydowe po karboksylowej stronie reszty aminokwasowej lecz wykazują specyficzność w stosunku do rodzaju aminokwasu.
Chymotrypsyna hydrolizuje wiązania peptydowe, których grupy karbonylowe należą do aminokwasów aromatycznych lub niepolarnych (Phe, Tyr, Trp, Leu, Ala) natomiast trypsyna hydrolizuje wiązania z udziałem aminokwasów zasadowych (Lys, Arg). Ta różnica spowodowana jest przez sposób ukształtowania miejsca aktywnego.
W chymotrypsynie niepolarna „kieszeń” tworzy miejsce do wiązania łańcucha aromatycznego lub niepolarnego. Natomiast w trypsynie reszta Asp może tworzyć silne wiązania elektrostatyczne z dodatnio naładowanymi grupami R Arg lub Lys białkowego substratu.
23.Co to są związki makroergiczne. Podaj cztery grupy tych związków.
Do makroergicznych należą takie substancje, które przy rozkładzie hydrolitycznym w pojedynczej reakcji wydzielają duże ilości energii. Tego rodzaju wysoki potencjał chemiczny wynika z nietrwałego układu elektronów wokół określonego wiązania w związku z czym właściwość ta dotyczy zawartych w tych cząsteczkach „wiązań bogatych w energię” lub makroergicznych.
Związki makroergiczne tworzą się w wyniku sprzężenia z silnie egzoergicznymi reakcjami dostarczającymi jednorazowo porcję energii wystarczającą na pokrycie jej zapotrzebowania do wytworzenia w cząsteczce takiego wiązania
4 grupy tych związków:
+Zwiąki fosforanowo-fosforanowe
+Związki karboksylowo-fosforanowe
+Związki guanidyno-fosforanowe
+Zwiąki tioestrowe
24.Co to jest nitryfikacja. Znaczenie. Reakcje tego procesu.
Nitryfikacja jest to dwustopniowa reakcja przemiany amoniaku w azotany.
a) reakcja przemiany amoniaku w azotyny – przeprowadzają ją bakterie
Nitrosomonas:
NH4++3/2O2à NO2-+H2O+2H+ (delta G0=-72kJ)
b) reakcja przemiany azotynów w azotany przez bakterie typu Nitrobacter:
NO2-+1/2O2àNO3- (delta G0=-76kJ)
Jony soli (NO2-) są lepiej przyswajalne dla roślin wyższych niż amoniak. Dodatkowo z przeprowadzonych reakcji pozyskują energię potrzebną do asymilacji CO2.
W glebach słabo przewietrzanych (NO3-) redukowany jest do N2 (pełna denitryfikacja).
W procesie tym NO3- jest akceptorem elektronów i bakterie czerpią energię z tej reakcji:
2NO3-+10e+12H+àN2+6H2O
25.Napisać sumaryczną reakcję nitrogenazy. W jaki sposób w brodawkach korzeniowych obniżane jest stężenie tlenu?
Kompleks nitrogenazy, a zwłaszcza reduktaza jest wrażliwy na inaktywację przez O2. Dlatego w brodawkach korzeniowych jest bardzo niskie stężenie O2 dzięki jego wiązaniu przez leghemoglobinę (homolog hemoglobiny). Część globinowa tego białka jest syntetyzowana przez roślinę, a hem jest wytwarzany przez Rhizobium. Leghemoglobina ma duże powinowactwo do O2, więc utrzymuje niskie jego stężenie, chroniąc nitrogenazę. W warunkach naturalnych nitrogenaza redukuje współzawodnicząco H+ do H2, co może prowadzić do straty energii od 30 do 50%. Nitrogenaza redukuje też acetylen do etylenu:
HC(3kreski)CH+2e+2H+àCH2=CH2
Reakcja ta wykorzystywana jest w chromatografii gazowej do oznaczania aktywności nitrogenazy.
Sumaryczna reakcja nitrogenazy:
N2+8e+16ATP+16H2Oà2NH3+H2+16ADP+16Pi+8H+
29.W jaki sposób utleniany jest cytozolan NADH (cytoplazmatyczny NADH)
Wewnętrzna błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla NADH powstającego w cytozolu w glikolizie, który musi być reoksydowany. Cytozolowy NADH jest utleniany, a elektrony są przenoszone wraz z protonami do łańcucha oddechowego za pośrednictwem tzw. czółenka błonowego.
Mechanizm działania czółenka glicerolo-3-fosforanowego:
Enzym błonowy zawiera FAD, który po redukcji do FADH2 ulega reoksydacji przez przeniesienie elektronów do łańcucha oddechowego za pośrednictwem ubichinianu.
Podobne czółenko jabłczanowo-asparaginianowe działa w sercu i wątrobie, jednakże tu elektrony przenoszone są z cytozolowego NADH do mitochondrialnego NADH.
30.Wymienić enzymy uczestniczące w redukcji azotanu do amoniaku. Przedstawić odpowiednie reakcje.
Pobierany przez rośliny azotan w dwustopniowej reakcji z udziałem reduktazy azotanowej i azotanowej redukowany jest do amoniaku.
a) reduktaza azotanowa – w cytozolu redukuje azotan do azotynu przy udziale
NADH bądź NADPH:
NO3-+NAD(P)H+H+à+2eàNO2-+NAD(P)H++H2O
Enzym jest dimerem zbudowanym z dwóch identycznych podjednostek zawierających trzy grupy prostetyczne: FAD, hem, Kompleks MoCo.
Przy niedoborze molibdenu w glebie spada aktywność reduktazy azotanowej w roślinach. Reduktaza jest enzymem indukcyjnym, a induktorami syntezy de novo są NO3- i światło. Enzym ma krótki okres półtrwania (kilka godzin).
b) reduktaza azotynowa. Azotyn jest toksyczny więc w cytozolu transportowany
jest w liściach do chloroplastów, a w korzeniach do protoplastów. W chloroplastach reduktaza azotynowa jest zależna od ferrodoksyny i katalizuje reakcję:
NO2-+6Fdzred.+8H+à+6eàNH4++2H2O+6Fdutl.
Enzym ten np. szpinaku jest polipeptydem zawierającym dwie grupy prostetyczne: hem i kompleks żelazowo-siarkowy i działa według schematu:
W protoplastach (korzeń)reduktaza azotynowa współdziała z NAD(P)H. Przy niskich stężeniach NO3- jest on redukowany głównie w korzeniu, a przy wysokich stężeniach także w częściach nadziemnych roślin.
33. Co to jest kontrola oddechowa.
Transport elektronów jest zazwyczaj sprzężony z syntezą ATP. Fosforylacja oksydacyjna wymaga NADH lub FADH2, ADP, Pi i tlenu, a jej szybkość zależy od dostępnośći ADP. Jeżeli cały ADP zostanie ufosforylowany do ATP to przestaje działać łańcuch oddechowy, gromadzi się NADH, FADH2, cytrynian i zostają zahamowane CKC i glikoliza. Taki mechanizm kontroli przepływu elektronów gwarantuje, że elektrony przepływają przez łańcuch oddechowy tylko wtedy kiedy potrzebna jest synteza ATP.
35.Fosforylacja oksydacyjna.
Jest to proces syntezy ATP (fosforylacja) zachodzący wówczas gdy NADH i FADH2 są utlenione dzięki transportowi elektronów przez łańcuch oddechowy.
Wypompowywanie H+ generuje ich wysokie stężenie w przestrzeni mitochondrialnej i tworzy potencjał elektryczny wewnętrznej błony mitochondrialnej, który ma wartość dodatnią po stronie zwróconej ku przestrzeni międzybłonowej i ujemny po stronie matriks mitochondrialnej. W ten sposób powstaje elektrochemiczny gradient protonowy. Syntezę ATP napędza siła protonometryczna, która składa się z gradientu pH i elektrycznego potencjału błonowego w poprzek błony. Proces fosforylacji ADP do ATP zachodzi wskutek powrotnego przepływu H+ do matriks mitochondrialnej przez syntezę ATP zakotwiczoną w wewnętrznej błonie mitochondrialnej:
ADP+Pi+H+àATP+H2O
Ponieważ podczas transportu ATP z mitochondriom do cytozolu zostaje pobrany dodatkowy H+ więc należy przyjąć, że wskutek przeniesienia 2 elektronów z NADH na O2 powstaje 2,5 cząsteczki ATP, a z FADH2 wchodzącego na poziomie drugiej pompy protonowej 1,5 cząsteczki ATP przemieszczonego do cytozolu.
38.Przedstawić reakcję cyklu mocznikowego, w której powstaje mocznik, podać nazwę enzymu. Napisać reakcję sumaryczną cyklu mocznikowego.
Etapy cyklu mocznikowego:
1) przeniesienie grupy korbamilowej z CP na armitynę katalizuje karboamoilotransferaza arnitynowa i powstaje cytrulina. Reakcja zachodzi w mitochondrium. Cytrulina przemieszczana jest do cytozlou gdzie zachodzą pozostałe reakcje cyklu.
2) Cytrulina ulega kondensacji z asparaginianem, z którego pochodzi drugi atom azotu mocznika do argininobursztynianu.
Reakcję katalizuje syntetaza argininobursztynianowa, ATP hydrolizuje do AMP i PPi, rozszczepiane są dwa wiązania wysokoenergetyczne.
3) Liaza argininobursztyninowa odszczepia szkielet węglowy asparaginianu w postaci fumaranu (wchodzi do CKC), atom azotu pozostaje w argininie.
4) mocznik powstaje z argininy w reakcji katalizowanej przez arginazę z równoczesną regeneracją ornityny, która powraca do mitochondrium i może zapoczątkować następny cykl.
Sumaryczna reakcja cyklu mocznikowego:
NH4++HCO3-+H2O+3ATP+ asparaginianàmocznik + 2ADP+AMP+PPi+2Pi+fumaran
Znaczenie u zwierząt uretelicznych polega na wydzielaniu amoniaku w postaci mocznika powstającego z katabolizmu białek i aminokwasów.
U roślin arginina stanowi cenną rezerwę azotową z drugiej zaś strony jest produktem, z którym wiąże się nadmiar amoniaku.
42.Na czym polega aktywacja i deaktywacja karboksylazy acetylo-CoA. Wyjaśnić i określić rolę hormonów w tym procesie.
W regulacji metabolizmu kwasów tłuszczowych kluczową rolę odgrywa karboksylaza acetylo-CoA, katalizująca decydujący etap jakim jest utworzenie malanylo-CoA.
Aktywność karboksylazy kontrolowana jest przez 3 hormony:
Enzym aktywowany jest przez AMP, a hamowany przez ATP – sygnalizacja o poziomie energii w komórce.
Hormony anaboliczne: adrenalina i glukagon wyłączają syntezę kwasów tłuszczowych gdyż hamują fosfatazę białkową 2A, utrzymując karboksylazę w formie ufosforylowanej – nieaktywnej. Natomiast insulina stymuluje karboksylazę acetylo-CoA, przypuszczalnie poprzez aktywację fosfatazy białkowej 2A.
Enzym ten podlega też regulacji allosterycznej, aktywatorem jest cytrynian. Gdy stężenie acetylo-CoA w komórce jest wysokie aktywacja ufosforylowanego enzymu umożliwia wykorzystanie acetylo-CoA do syntezy kwasów tłuszczowych.
Natomiast wysoki poziom palmitoilo-CoA przeciwdziała aktywującemu działanie cytrynianu na karboksylazę acetylo-CoA.
43.Napisać wzór 1-steraoilu-2-palmitynylo-3-oleinoglicerolu i przedstawić reakcję hydrolizy z udziałem lipazy.
Pierwszym etapem w katalizmie tłuszczów jest hydroliza przez lipazę triacyloglicerolową:
Regulacja aktywności lipaz:
Aktywność lipazy w komórkach tłuszczowych regulowana jest przez hormony. Adrenalina, noradrenalina i glukagon stymulują cyklozę adenalynową.
Enzym regulowany jest przez fosforylację i defosforylację. Hormony te wiążą się z powierzchnią komórki i aktywując cyklazę adenylanową zwiększają stężenie CAMP, który jest aktywatorem allesterycznym kinazy białkowej A.
WZÓR steraoilu brak
44.Wymienić reakcję z udziałem dehydrogenaz w beta-utlenianiu kwasów tłuszczowych. Jedną z nich napisać wzorami.
Utlenianie kwasów tłuszczowych zachodzi w mitochondriach. Kwasy tłuszczowe przed wniknięciem do mitochondrium ulegają aktywacji na zewnętrznej błonie mitochondrialnej przez tworzenie wiązania triestrowego między grupą –COO- kwasu i grupą –SH koenzymu A (CoA). Źródłem energii jest ATP, a reakcję katalizuje synteaza acylo-CoA (triokinaza).
Metabolitem jest acyloadenylan (acylo-AMP).
Zaktywowane długołańcuchowe kwasy tłuszczowe przenoszone są do mitochondrium po sprzężeniu wiązaniem wysokoenergetycznym z karnityną. Reakcję katalizuje acylo-transferaza karnitynowa I.
Nośnikiem acylokarnityny jest translokaza. W matriks grupa acylowa przenoszona jest z powrotem na CoA z udziałem acylotransferazy karnitynowej II. Nasycony kwas tłuszczowy w formie acylo-CoA ulega rozkładowi w sekwencji czterech powtarzających się reakcji zwanych beta-oksydacją.
1) reakcję katalizuje dehydrogenaza acylo-CoA przenosząca elektrony na FAD.
2) uwodnienie podwójnego wiązania z udziałem hydratazy enoilo-CoA. Enzym uwadnia też izomer cis-produkt, produktem jest izomer D.
3) utlenianie z udziałem dehydrogenazy L-3-hydroksy acylo-CoA współdziałającej z NAD+ - absolutna specyficzność do izomeru alfa.
4) Rozszczepienie 3-ketoacylo-CoA przez acylotransferazę acetylo-CoA (beta-ketotiolaza) z udziałem CoA-SH powstaje acetylo-CoA oraz acylo-CoA krótszy o dwa atomy węgla.
45.Wydłużanie łańcucha kwasów tłuszczowych i tworzenie wiązań podwójnych.
U eukariontów głównym produktem syntezy kwasów tłuszczowych jest palmitynian, który może podlegać elongacji przez enzymy zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni retikulum endoplazmatycznego. Donorem jednostek dwuwęglowych jest malanylo-CoA, a wydłużany kwas jest związany z CoA, a nie z ACP.
Wiązania podwójne tworzone są w cząsteczkach acylo-CoA dzięki reakcji utleniania z wykorzystaniem tlenu cząsteczkowego i NADH lub NADPH. Reakcja katalizowana jest przez kompleks enzymatyczny związany z błoną: reduktazę b5 zależną od NADH, cytochrom b5 i desaturazę np.
Stearoilo-CoA+NADH+H++O2àoleilo-CoA+NAD++2H2O
W organizmach ssaków brak enzymów zdolnych do tworzenia wiązań podwójnych w położeniu dalszym niż przy 9 atomie węgla, dlatego nie potrafią syntetyzować linolanu i linolenianu – egzogenne kwasy tłuszczowe.
...
Zaky80