Download - Structura Proteine
Structura și Funcția proteinelor
Proteinele sunt macromolecule cele mai versatile în sistemele vii și servesc funcții
cruciale în esență, toate procese biologice. Ele funcționează ca și catalizatori, acestea
transporta și stocheaza alte molecule, cum ar fi oxigen, ele oferă sprijin mecanică și
protecție imunitar, ele generează mișcarea, le transmit impulsurile nervoase, și ei
controlează creșterea și diferențiere. Într-adevăr, o mare parte din acest text se va concentra
pe intelegerea a ceea ce fac proteinele și modul în care acestea efectuează aceste funcții.
Mai multe proprietăți cheie permite proteine pentru a participa la astfel de o gamă largă de
funcții.
1. Proteinele sunt polimeri liniari construite din unități monomere numite
aminoacizi. Construirea de o gamă largă de macromolecule de la un număr limitat
de blocuri de constructii monomere este o temă recurentă în biochimie. Are protein
funcționa depinde de secvența liniară de aminoacizi? Functia a unei proteine este direct
dependentă de ei Structura tridimensională. Remarcabil, proteine spontan ori în sus, în
structuri tridimensionale care sunt determinate de secvența de aminoacizi din proteine polimer.
Astfel, proteinele sunt întruchiparea trecerea de la lumea unidimensională a
secvențelor în lumea tridimensională a moleculelor capabile de diverse activități.
2. Proteinele conțin o gamă largă de grupuri funcționale. Aceste grupuri funcționale
includ alcooli, tioli, acizi carboxilici, carboxamides, și o varietate de grupuri de
bază. Atunci cand sunt combinate în secvențe diferite, această matrice de grupe
funcționale reprezintă spectru larg de functia de proteine. De exemplu, reactivitatea
chimică asociată cu aceste grupuri este esențială pentru funcția de enzime, proteine
care catalizează reacții chimice specifice, în sistemele biologice .
3. Proteinele pot interacționa unul cu altul și cu alte macromolecule biologice
pentru a forma ansambluri complexe.
proteine în cadrul acestor adunări pot actiona sinergic pentru a genera capabilități
care nu oferite de componentă individual proteine . Aceste ansambluri includ macro-
moleculare mașinile care efectuează replicarea corectă a ADN-ul, transmiterea de semnale in
interiorul celulelor, și multe alte procese esențiale.
4. Unele proteine sunt destul de rigide, în timp ce altele afișa o flexibilitate limitată.
Unități rigide pot funcționa ca elemente structural în citoscheletului (schele interne
in interiorul celulelor) sau în țesutul conjunctiv. Piese de proteine cu o flexibilitate
limitată pot acționa în calitate de balamale, arcuri, și pârghii, care sunt cruciale
pentru functia de proteine, la asamblarea proteinelor unul cu altul, precum și cu alte
molecule în unități complexe, precum și la transmiterea de informații în cadrul și
între celulele.
Cristale de insulină umană. Insulina este un hormon proteic, esențială pentru
menținerea de zahăr din sânge, la nivelurile corespunzătoare.
Lanturi de aminoacizi într-o secvență specifică (structura primară) să definească o
proteina cum ar fi insulina. aceste lanțuri ori în structuri bine definite (structura
terțiar), în acest caz, o molecula de insulină singur. Astfel de structuri asambla cu
alte lanturi pentru a forma matrice, cum ar fi complex de molecule de insulina șase
prezentate la extrema dreaptă (cuaternari structura). Aceste matrice pot fi de multe ori
induse pentru a forma cristale bine definite, care permite determinarea aceste
structuri în detaliu.
I. Proiectare moleculară a vieții 3. Structura proteine și Funcția
3.1. Proteinele sunt construite dintr-o Repertoriul de 20 de aminoacizi
Aminoacizii sunt elementele constitutive ale proteinelor. Un acid amino-o constă
dintr-un atom de carbon central, numit de carbon a, legat de un grup amino, un
grup de acid carboxilic, un atom de hidrogen, și un grup R distinctiv.Grupul R este
de multe ori menționată în lanț lateral. Cu patru grupuri diferite de conectat la un
tetraedric-atomul de carbon, un amino-acizi sunt chiral, cele două imagine în
oglindă forme sunt numite izomerul l și izomer d.
Doar acizi amino-l sunt componente ale proteinelor. Pentru aproape toate
aminoacizi, izomerul L are S (mai degrabă decât R) absolută configurare. Deși eforturi
considerabile a intrat în a înțelege de ce aminoacizi din proteine au această configurație absolută,
nici o explicație satisfăcătoare a fost ajuns la. Se pare plauzibil faptul că selecția l peste d era
arbitrară, dar, o dată făcut, a fost stabilit la începutul istoriei evolutive.
Aminoacizi în soluție cu pH neutru, predominant sub formă de ioni exista dipolare
(de asemenea, numit zwitterions). În formularul de dipolare, grupul amino
protonate este (-NH3+) Și grupul carboxil este deprotonated (-COO-). Starea de
ionizare a unei aminoacizi variază în funcție de pH-ul. În soluție acidă (de exemplu,
pH-ul 1), grupul amino protonate este (-NH3 +) Și grup carboxil nu este disociată (-
COOH). Ca pH-ul este ridicat, acid carboxilic este primul grup să renunțe la un
proton, în măsura în care pK său este aproape de 2. Formularul dipolare persistă
până la pH-ul se apropie de 9, atunci când grupul amino protonate pierde un proton.
Douăzeci de tipuri de lanțuri laterale diferite în mărime, formă, taxa, hidrogen-bonding
capacitate, caracter hidrofob, și reactivitatea chimică sunt de obicei găsite în
proteine. Într-adevăr, toate proteinele din toate speciile bacteriene, și eucariote sunt
construite din acelasi set de 20 de aminoacizi. Acest alfabet fundamentală de proteine este
de mai multe miliarde de ani. Gama remarcabila de functii mediate de proteine rezultatele din
diversitatea și versatilitatea aceste 20 de blocuri de constructii.
Să ne uităm la acest set de aminoacizi. Cea mai simplă este glicină, care are doar un
atom de hidrogen ca lanțul de partea sa. Cu doi atomi de hidrogen legat la atomul
de carbon-o, glicina este unic în ființă achirali. Alanin, amino simplu următoare
Acid, are un grup de metil (CH3-) ca lanțul de partea sa.
Lanțuri mai mari laterale de hidrocarburi se găsesc în valina, leucina, izoleucina și.
Metionina conține o mare parte Partea alifatice cu lanț, care include un thioether (-S-) de grup.
Lanțul parte a izoleucină include o suplimentare de chiral centru; numai izomerul prezentat în
figura 3.8 se găsește în proteine. Cele mai mari lanțuri laterale alifatice sunt hidrofobe
ele tind să se grupeze împreună mai degrabă decât apa de contact. Structurile
tridimensionale ale solubile în apă sunt protein stabilizat prin această tendință a
grupurilor hidrofobe să vină împreună, numit efectul hidrofob.
Dimensiuni și forme diferite ale acestor lanțuri laterale de hidrocarburi a le permite
să împacheta împreună pentru a forma structuri compacte cu găuri putine. Prolină
are, de asemenea, un lanț lateral alifatic, dar diferă de la alți membri ai set de 20 în
care sa lateral.
Lanțul este legat atât de azot și atomii de carbon-o. Prolină influențează
semnificativ de protein arhitectura, deoarece structura sa inel face mai conformationally
limitată decât alti aminoacizi.
Trei aminoacizi cu lanțuri relativ simple adverse aromatice fac parte din repertoriul
fundamentale.
Fenilalanină, după cum o indică și denumirea, conține un inel fenil atașată în locul
unuia dintre hidrogen de alanin.
inel aromatic de tirozină conține un grup de hidroxil. Acest grup hidroxil este
reactivă, în contrast cu partea mai degrabă inert lanțuri de alti aminoacizi discutat până acum.
Triptofanul are un inel indol unit într-o metilen (-CH2-) de grup;
Grupul cuprinde două inele indol topit și un grup NH. Fenilalanina este pur
hidrofob, întrucât tirozină și triptofan sunt cu atât mai puțin, din cauza lor și a
grupurilor hidroxil NH. Inelele aromatice de triptofan și tirozină conțin electroni
delocalizați p care absorb puternic lumina ultraviolet.
Coeficientul Un compus de dispariție indică capacitatea sa de a absorbi lumina. Legea lui Beer dă
absorbanta (A) de lumină, la o având în vedere lungimea de undă:
unde e este coeficientul de extincție [în unități care sunt reciproce ale molaritatea și distanța în
centimetri (M-1 cm-1)],
C este concentrația speciilor absorbante (în unități de molaritate, M), iar l este lungimea prin care
lumina trece (în unități de centimetri). Pentru triptofan, absorbția este maximă la 280 nm
și coeficient de extincție este de 3400 m-1 cm-1 întrucât, pentru tirozina, absorbția este
maximă la 276 nm și coeficient de extincție este mai puțin intensă-1400 M-1 cm-1.
Fenilalanină absoarbe mai puțină lumină și puternic la lungimi de undă mai
scurte.De absorbție a luminii la 280 nm poate fi utilizat pentru a estima concentrația unei
proteine în soluție, dacă numărul de reziduuri de triptofan și tirozină în proteine este cunoscute.
Doi aminoacizi, serina si treonina, conțin grupuri alifatice hidroxil.
Serina poate fi considerat ca o Versiunea hidroxilat de alanină, treonină întrucât
seamănă valină cu un grup hidroxil în locul unuia dintre valină metil grupuri.
Grupurile de hidroxil de pe serina si treonina le face mult mai hidrofile (apă
iubitoare) și reactivă decât alanină și valină. Treonina, izoleucina cum ar fi, conține
un centru suplimentar asimetrică; din nou de un singur izomer este prezent în
proteine.
Cisteina este structural similar cu serina, dar conține o sulfhidril, sau tiol (SH-),
grup în loc de hidroxil (-OH) grup.Grupul sulfhidril este mult mai reactiv. Perechi
de grupuri de sulfhidril pot veni împreună pentru a forma obligațiuni disulfide, care
sunt deosebit de importante în stabilizarea unele proteine,
Ne întoarcem acum la aminoacizi cu lanțuri laterale foarte polare, care le fac foarte hidrofil.
Lizină și arginină au lanțuri relativ lungi secundare, care se termină cu grupuri care
sunt incarcate pozitiv la pH neutru. Lizina este acoperit de un grup primar amino și
arginină de către un grup guanidinium. Histidina conține un grup de imidazol, un
inel aromatic, care de asemenea, poate fi încărcată pozitiv Cu o pK o valoare aproape 6,
grupul de imidazol poate fi neîncărcată sau încărcată pozitiv în apropierea pH-ul neutru, în
funcție de ei mediului la nivel local. Într-adevăr, histidină este adesea găsit în site-urile
active ale enzimelor, în cazul în care inel de imidazol pot lega protonii și eliberați
în cursul de reacții enzimatice.
Setul de aminoacizi conține, de asemenea, două cu lanțuri laterale acide: acid
aspartic și acidul glutamic. Acestea aminoacizi sunt adesea numite aspartat și
glutamat lanțurile lor secundare sunt de obicei incarcate negative la pH fiziologic.
Cu toate acestea, în unele proteine aceste lanturi laterale acceptăm protoni, iar
această capacitate este de multe ori funcțional importantă. În plus, setul include derivate
neacoperite ale asparagina aspartat si glutamat și glutamina fiecare dintre care conține un
terminal de carboxamidă în locul unui acid carboxylic.
Șapte din cei 20 de aminoacizi au lanțuri ușor ionizable laterale. capabili de a dona
sau accepta protoni pentru a facilita reacțiile, precum și de a forma legaturi ionice.
ale cisteina tirozină,, arginina, lizina, histidina, și acizi aspartic și glutamic in
proteine. Alte două grupuri din proteine terminalul un grup amino-și terminalul unui carboxil-
grup poate fi ionizat, Aminoacizii sunt adesea desemnate de către fie o abreviere din trei litere
sau un simbol de o literă.
Abrevierile pentru aminoacizi sunt primele trei litere ale numelor lor, cu excepția
asparagina (ASN), glutamina (GLN), izoleucină (Ile), și triptofan (TRP).
Simbolurile pentru mulți acizi amino sunt primele litere ale numelor lor (de
exemplu, G pentru glicina și L pentru leucina); celelalte simboluri au fost convenite de
către convenție. Aceste abrevieri și simboluri sunt o parte integrantă a vocabularului de
biochimisti.
Cum a apărut acest set particular de aminoacizi devenit construirea de blocuri de proteine? În
primul rând, ca un set, acestea sunt diverse; proprietățile lor structurale și chimice cuprind o gamă
largă, dotarea cu proteine versatilitatea să-și asume mai multe roluri funcționale. În al doilea
rând, multe dintre aceste aminoacizi au fost, probabil, disponibile de la prebiotic reacții. În cele
din urmă, reactivitatea excesivă intrinsecă pot fi eliminate alte posibile acizi amino. De exemplu,
aminoacizi acizi, cum ar fi homoserine și homocisteinei au tendința de a forma
cinci membri forme ciclice care limitează utilizarea lor în proteine; acizi amino
alternative, care se găsesc în proteine și serina cisteina nu cyclize ușor, deoarece
inele din formele lor ciclice sunt prea mici.
Structura primară: aminoacizi sunt legate prin obligațiuni peptide la Formularul Lanturile
polipeptidice
Proteinele sunt polimeri liniari formate prin legarea unui grup de carboxil-un aminoacid la grupul
A-amino a un alt aminoacid cu o legătură peptida (de asemenea, numit o legatura amida).
Formarea unei dipeptide din doi aminoacizi este însoțită de pierderea unei molecule
de apă. Echilibrul acestei reacții se află pe partea laterală a hidroliză, mai degrabă
decât de sinteză. Prin urmare, biosinteza de obligațiuni peptidice necesită o intrare
de energie liberă. Cu toate acestea, obligațiuni peptide sunt destul de stabile cinetic,
durata de viață a unei obligațiuni peptidă în soluție apoasă, în absența unui
catalizator se apropie de 1000 de ani.
O serie de amino-acizi unite prin legături peptidice formează un lanț polipeptidic,
iar fiecare unitate de aminoacid într-o polipeptidă este numit un reziduu. Un lanț
polipeptidic are polaritate, deoarece capetele sale sunt diferite, cu un grup de a-
amino de la un capăt și un grup de carboxil-o de la celălalt. Prin convenție, la
sfârșitul amino este considerată a fi începutul unui lanț polipeptidic, și astfel încât
secvența de aminoacizi dintr-un lanț polipeptidic este scris începând cu reziduuri aminoterminal.
Astfel, în pentapeptide Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (YGGFL), fenilalanină este amino-terminale (N-
terminal) reziduul și leucina este carboxil-terminal (C-terminal) reziduu. Leu-Phe-glicin-glicin-
Tyr (LFGGY) este un pentapeptide diferit, cu proprietăți chimice diferite.
Un lanț polipeptidic format dintr-o parte în mod regulat repetabil, numit lanțul principal sau
coloana vertebrală, și o parte variabilă, cuprinzând lanțuri distinctive laterale. Coloana vertebrală
polipeptidă este bogat in hidrogen-lipirea potențial.
Fiecare reziduu conține un grup carbonil, care este un bun hidrogen-obligațiuni și
acceptor, cu excepția prolina, o NH grup, care este un bun hidrogen-obligațiuni
donator. Aceste grupuri interacționează unele cu altele și cu grupuri funcționale de
la lanțuri laterale pentru a stabiliza structurile speciale, vor fi discutate în detaliu.
Cele mai multe lanțuri polipeptidice naturale conțin între 50 și 2000 reziduurile de
aminoacizi și sunt denumite în mod obișnuit proteine. Peptidele din numere mici de
aminoacizi se numesc peptide oligopeptide . Greutatea moleculară a unui reziduu
de aminoacid este de aproximativ 110, și așa greutățile moleculare de cele mai
multe proteine sunt cuprinse între 5500 și 220000.
În unele proteine, lanțul polipeptidic este liniar reticulat. Cele mai frecvente legături
încrucișate sunt legăturile bisulfitice, formate de oxidare a unei perechi de reziduuri
cisteina.Unitatea care rezultă din cysteines legate de cistină se numeste.
Proteinele extracelulare au adesea mai multe obligațiuni disulfidice, în timp ce
proteinele intracelulare, de obicei, le lipsesc. rareori, nondisulfide legături încrucișate
provenite din alte lanțuri laterale sunt prezente in unele proteine. De exemplu, fibrelor de colagen
în țesutului conjunctiv sunt consolidate în acest mod, astfel cum sunt cheaguri de sânge fibrina.
3.2.1. Proteinele au unice secvente de aminoacizi care sunt specificate de gene
În 1953, Frederick Sanger determinat secvența de aminoacizi de insulină, un hormon
proteic. Acest lucru este un punct de reper în biochimie deoarece ea a arătat pentru prima dată că
o proteină are un acid amino precis definite secvență. Mai mult decât atât, aceasta a
demonstrat că insulina constă numai din acizi amino-l legate prin legături peptidice
între un - grupuri de amino și carboxil-o. Această realizare a stimulat alți oameni de știință
pentru a efectua studii de secvență de o gamă largă de varietate de proteine. Într-adevăr,
secvențele complete de aminoacizi de mai mult de 100.000 de proteine sunt acum cunoscute.
fapt uimitor este că fiecare proteina are o secventa unica, definit precis de
aminoacizi. Secvența de aminoacizi a unei proteina este adesea menționată ca
structura sa primară.
O serie de studii incisive la sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960 a arătat că secvențele de
aminoacizi ale proteinelor sunt determinate genetic. Secvența de nucleotide în ADN-ului,
molecula de ereditate, precizează un complementar secvență de nucleotide din ARN, care, la
rândul său, precizează secvența de aminoacizi a unei proteine. În special, fiecare dintre 20 de
aminoacizi din repertoriul este codat prin una sau mai multe secvențe specifice de trei nucleotide.
Știind secvențe de aminoacizi este important din mai multe motive. În primul rând,
cunoașterea secventa a unei proteine este de obicei esențială pentru elucidarea
mecanismului său de acțiune (de exemplu, mecanismul catalitic al unei enzime).
Mai mult decât atât, proteine cu Proprietățile noi pot fi generate de diferite secventa de proteine
cunoscute. În al doilea rând, secvențe de aminoacizi determină structurile
tridimensionale ale proteinelor. Secvența de aminoacizi este legătura dintre mesajul
genetic in ADN-ul și structura tridimensionala, care îndeplinește funcția unei
proteine biologic. Analiza relațiilor dintre aminoacizi secvențe și trei-dimensionale structuri de
proteine sunt descoperirea regulile care guvernează pliere a polipeptidă lanțuri. În al treilea
rând, determinarea de ordine este o componentă de patologie moleculară, o zonă de
creștere rapidă de medicina.
Modificarile in Secvența de aminoacizi poate produce anomalii ale functiei si a
bolilor. Boli grave și uneori letale, cum ar fi siclemie si fibroza chistica, poate duce
la o schimbare într-un singur aminoacid într-o proteină. În al patrulea rând,
secventa a unei proteine dezvaluie multe despre istoria ei evolutive. Proteinele se
aseamănă unul pe altul în Secvența de aminoacizi doar în cazul în care acestea au
un strămoș comun. Prin urmare, evenimentele moleculare in evolutia poate fi
urmărită de la secvențe de aminoacizi; paleontologie moleculara este un domeniu
de cercetare înfloritoare.
3.2.2. Lanturi polipeptidice sunt flexibile Cu toate acestea, Conformationally Limitat
Examinarea geometriei coloanei vertebrale proteine dezvăluie câteva caracteristici importante. În
primul rând, legătura peptida este în esență, plan. Astfel, pentru o pereche de aminoacizi legate
printr-o legătură peptida, de șase atomi se află în aceeași plan: atomul de carbon-o și de grup de
CO din aminoacizi prima și grupul NH-și un atom de carbon din două amino acizi. Natura lipire
chimic într-o peptida explică această preferință geometrică. Peptida de obligațiuni are
considerabilă dublu-obligațiuni caracter, care previne rotația despre această legătură.
Incapacitatea de obligațiuni pentru a roti constrânge conformația coloanei vertebrale peptide si
conturile pentru Bond Planarity. Acest caracter dublu-obligațiuni este, de asemenea, exprimată în
lungime de legătura dintre CO și grupurile NH. NC distanța în legătură peptida este de obicei
1.32 Å, care este cuprinsă între valorile așteptate pentru o obligațiune CN singur și o legătură
dublă NC. În cele din urmă, legătura peptida este neîncărcată, permițând polimeri de aminoacizi
legate prin legături peptidice pentru a forma structuri bine ambalate globulare.
Două configurații sunt posibile pentru o obligațiune peptida plan. În configurație
trans, cele două o-atomi de carbon sunt pe laturile opuse ale obligatiuni peptida. În
configurația CIS, aceste grupuri sunt pe aceeași parte a obligațiunii peptida.
Aproape toate obligațiunile peptidice din proteine sunt trans. Această preferință
pentru TRANS peste cis poate fi explicat prin faptul că sterica ciocniri între grupuri
atașate la atomii de carbon-o împiedică formarea de forma cis, dar nu apar în trans
configurare. De departe cele mai comune de obligațiuni peptidice cis sunt X-Pro legături. Astfel
de obligațiuni arată mai puțin preferința pentru configurație trans, deoarece azot al prolinei este
legat de doi atomi de carbon tetraedrice, limitarea diferențele dintre formele sterice trans și cis.
În contrast cu obligatiuni peptida, legăturile dintre gruparea amino și atomul de
carbon și de a-între un-carbon atom și grupul carbonil sunt obligațiuni pure unice.
Cele două unități adiacente rigide peptidici se poate roti cu privire la aceste
obligațiuni, luând în orientări diferite. Această libertate de rotație de aproximativ
două obligațiuni din fiecare aminoacid permite proteine pentru a renunța la mai
multe moduri diferite. De rotații despre aceste obligațiuni pot fi specificate de
unghiurile diedre. Unghiul de rotație despre legătura dintre azot și atomii de
carbon-o se numeste phi (f). Unghiul de rotație în jurul Legătura dintre un-carbon și
atomii de carbon carbonil se numește psi (y). Un sensul acelor de ceasornic, fie
despre obligațiuni în calitate de privit din față a grupului spate corespunde la o
valoare pozitivă. Unghiurile f si y determina calea lanțului polipeptidic.
Sunt toate combinațiile de f si y este posibil? GN Ramachandran recunoscut faptul
că multe combinații sunt interzise din cauza coliziunilor sterice dintre atomi.
Valorile permise pot fi vizualizate pe un teren bidimensional numit un
Ramachandran diagrama. Trei sferturi din posibile (f, y) sunt excluse combinații
pur și simplu de către autoritățile locale ciocniri sterica. Excluziune sterica, faptul
că doi atomi nu poate fi în același loc, în același timp, poate fi un puternic
organizarea principiu.
Capacitatea de polimeri biologice, cum ar fi proteinele pentru a fold în structurile
bine definite este termodinamic remarcabil.
Luați în considerare echilibrul dintre un polimer, care sa desfășurat există ca o
bobină aleatoare care este, ca un amestec de mai multe conformații posibile și
forma pliată care adoptă o conformație unic.Entropia favorabil asociat cu numărul
mare de conformații în forma sa desfășurat opune pliere și trebuie să fie depășite
prin interacțiuni favorizează pliat forma. Astfel, polimeri extrem de flexibile, cu un
număr mare de conformații posibile nu face ori în unic structuri.Rigiditatea unității
și peptida set restrâns de f permise si unghiuri y limitează numărul de structuri
accesibile formularul desfășurat suficient pentru a permite proteine pliere să apară.
3.3. Structura secundară: lanturile polipeptidice se poate rabata în structurile
regulate, cum ar ca Helix Alpha, Beta, din Bilant și se transformă și bucle
Poate o ori lanțului polipeptidic într-o structură se repeta regulat? În 1951, Linus
Pauling și Robert Corey a propus două structuri periodice numit-o elice (alfa helix)
și foaia b cutat (foaie de beta plisat). Ulterior, alte structuri, cum ar fi rândul său, b
și omega (W) bucla au fost identificate. Deși nu este periodică, acestea rândul său
comun sau bucla Structurile sunt bine definite și contribuie cu câțiva helices și foi b
pentru a forma structura de proteine finală.
3.3.1. Helix Alpha este o structură spiralat Stabilizat prin legături de hidrogen
Intrachain
În evaluarea structurilor potențiale, Pauling și Corey considerate care conformației
de peptide au fost steric permis și care de cele mai exploatate pe deplin capacitatea
de hidrogen-lipirea a coloanei vertebrale și a grupurilor NH CO. Primul lor
Structurile propuse, helix, un este o structură rodlike. O coloana vertebrală strâns
încolăcit face parte interioară a tija și lanțuri laterale se extind într-o matrice
elicoidală. Helix o este stabilizat prin legături de hidrogen între NH și grupuri de
CO lanțului principal. În special, grupul de CO din fiecare aminoacid formează o
legătură de hidrogen cu NH grup de aminoacizi, care se află patru reziduuri înainte
în secvența. Astfel, cu excepția aminoacizi în apropiere de capetele unui helix o, tot
CO principală de lanț și grupurile NH sunt lipite pe bază de hidrogen. Fiecare
reziduuri se referă la Următorul printr-o creștere de 1,5 Å de-a lungul axei helix și
o rotație de 100 de grade, care oferă 3.6 reziduuri de aminoacizi pe rândul său, de
helix. Astfel, aminoacizi distanțate trei și patru în afară, în secvența sunt spațial
destul de aproape una de alta într-un o elice. În schimb, aminoacizi două în afară, în
secvența sunt situate pe laturile opuse ale helix și așa este puțin probabil pentru a
face contactul. Pas al unei elice, care este egal cu produsul dintre traducerii (1,5 A)
și numărul de Reziduuri de pe rândul său, (3.6), este de 5,4 Å. Sens șurubul de o
elice poate fi dreptaci (sensul acelor de ceasornic) sau stângaci (Invers acelor de
ceasornic). Diagrama arată că atât Ramachandran dreptaci si stangaci helices sunt
printre conformației permise. Cu toate acestea, dreptaci helices sunt mai favorabile,
deoarece energetic nu există conflict mai putin sterica între lanțurile laterale și
coloana vertebrală. În esență, toate o helices găsite în proteine sunt righthanded.
În diagrame schematice de proteine, o helices sunt descrise ca panglici răsucite sau
tije Pauling si Corey prezis structura helix 6 ani înainte de a fi fost de fapt văzută în
reconstrucție x-ray structura mioglobinei. Elucidarea structurii helix a este un punct
de reper în biochimie deoarece ea demonstrat că conformație a unui lanț
polipeptidic poate fi prezis în cazul în care proprietățile componentelor sale sunt
riguros și precis cunoscute.
Conținutul o-elicoidale de proteine variază mult, de la aproape nici unul până la
aproape 100%. De exemplu, aproximativ 75% din reziduurilor din feritina, o
proteina care ajuta la fier magazin, sunt într-un helices. Single A helices sunt de
obicei mai puțin de 45 Un timp. Cu toate acestea, două sau mai multe un helices
poate încolăci pentru a forma o structura foarte stabila, care poate avea o lungime
0,1 m sau mai mult. O astfel de bobine elicoidale-rulate se găsesc în myosin si
tropomiozina în mușchi, în fibrină în cheaguri de sange, si in keratina din păr.
Cablurile elicoidale din aceste proteine servesc un rol în formarea mecanic rigid
fascicule de fibre, ca în penele porc spinos. Citoscheletului (schele interne) a
celulelor este bogat în așa-numitele intermediary filamente, care, de asemenea, sunt
două-irecuperabile a-elicoidale bobine incolacit. Multe proteine care acoperă
membranele biologice, de asemenea, să conțină o helices.
3.3.2. Fisele tehnice Beta sunt stabilizate prin legături de hidrogen între Suvite
polipeptidici
Pauling si Corey a descoperit un alt motiv periodice structurale, pe care au numit
foaie b cutat (b pentru că a fost doua structură care le elucidat, helix o fi fost
prima). Fișa B cutat (sau, mai simplu, b foaie) diferă de la o elice rodlike. Un lanț
polipeptidic, numit AB Strand, în fișa AB este aproape complet extins, mai degrabă
decât să fie strâns încolăcit ca în helix-o. O serie de structuri extinse sunt permise
steric.
Distanța dintre acizii adiacente amino-a lungul componenta AB este de aproximativ
3,5 Å, în contrast cu o distanță de 1,5 Å de-a lungul unui helix o. Lanțurile laterale
ale adiacente la punctul de aminoacizi în direcții opuse. O foaie b este format prin
concatenarea a două sau mai multe fire b prin legături de hidrogen. Lanțuri
adiacente din foaia de AB poate rula în direcții opuse (B antiparalel foaie) sau în
aceeași direcție (paralel b foaie). În acord antiparalel, grupul NH și Grup de CO din
fiecare aminoacid sunt, respectiv, pe bază de hidrogen legat la grupul de CO și
grupul NH unui partener de Lanțul adiacente. În aranjament paralel, sistemul pe
bază de hidrogen-bonding este puțin mai complicată.
Pentru fiecare aminoacid, grupul NH este hidrogen legat la grupul de CO de un
aminoacid pe componenta adiacente, întrucât grupul de CO este hidrogen legat la
grupul NH privind reziduurile de aminoacizi doi mai departe de-a lungul lanțului.
Toroane multe, de obicei, 4 sau 5, dar la fel de multe ca 10 sau mai mult, pot veni
împreună în foi b. Aceste foi B poate fi pur antiparalel, pur paralel, sau mixt.
În diagrame schematice, componente b sunt de obicei reprezentate prin săgeți
îndreptate în largi direcția carboxil-terminale capăt pentru a indica tipul de foaie b
format paralel sau antiparalel. Mai mult de un punct de vedere structural divers
helices, foi B poate fie relativ plat, dar cele mai multe adopte o formă oarecum
răsucite. Fișa B este un element structural important în multe proteine. De exemplu,
acizi grași, proteine de legare, importante pentru metabolismul lipidelor, sunt
construite aproape în întregime de la b coli
3.3.3. Lanturi polipeptidice poate schimba directia de efectuare a virajelor
Reverse și bucle
Cele mai multe proteine au forme compacte, globulare, care necesită inversări în
direcția de lanțuri polipeptidice lor. multe dintre aceste inversări sunt realizate
printr-un element structural comun numit turn inversă (de asemenea, cunoscut sub
numele de turn sau b ac de păr cot). În rotații inverse multe, grupul de CO de
reziduu i de o polipeptidă este hydrogen legat la grupul NH de reziduuri i + 3.
Această interacțiune se stabilizează schimbări bruște în direcția lanțului
polipeptidic.
În alte cazuri, structuri mai elaborate sunt responsabile pentru inversările lanț.
Aceste structuri sunt numite bucle sau uneori W bucle (omega bucle) pentru a
sugera forma lor globală. Spre deosebire de un helices și toroane b, buclele nu au
structuri regulate, periodice. Cu toate acestea, structurile de bucla sunt adesea
rigide și bine definite. Viraje și bucle invariabil se află pe suprafețele de proteine și,
astfel, de multe ori participa la interactiunile dintre proteine si alte molecule.
Distribuirea unui helices, fire b, și se transformă de-a lungul unui lanț de proteine
este adesea menționată ca structura sa secundară.
3.4. Structura terțiară: solubile în apă, proteinele structuri compacte cu
Nuclee nepolare
Să examinăm acum modul în care aminoacizii sunt grupate împreună într-o
proteină completă. X-ray cristalografice și nuclear Studiile prin rezonanta
magnetica au scos la iveală detaliate tridimensionale structurile de mii de proteine.
Vom începe aici cu o previzualizare a mioglobinei, proteina primul care urmează să
fie văzut în detaliu atomice.
Mioglobinei, transportatorul de oxigen în mușchi, este un lanț polipeptidic unic,
alcătuit din 153 de aminoacizi.
Capacitatea de a mioglobinei oxigen lega depinde de prezența heme, un
nonpolypeptide protetice de grup constând în protoporfirina IX și un atom de fier
centrală. Myo-globinei este o moleculă extrem de compact. Aproximativ 70% din
lanțul principal este pliat în opt-un helices, precum și o mare parte din restul
lanțului face ture și bucle între helices.
Pliere a lanțului principal al mioglobinei, cum ar fi faptul că de cele mai multe alte
proteine, este complex și lipsit de simetrie.
Desigur generală a lanțului polipeptidic al unei proteine este menționată ca
structura sa terțiar. Un principiu unificator apare de distribuție a lanțurilor laterale.
Faptul frapant este faptul că interiorul este format aproape în întregime din
reziduuri nepolare cum ar fi leucina, valina, metionina, fenilalanina. Reziduuri
practicate, cum ar fi aspartat, glutamat, lizină, arginină și sunt absente din interiorul
mioglobinei. Cele numai reziduurile polare în interiorul sunt două reziduuri de
histidină, care joacă un rol critic în legare a fierului si oxigen. In afara de
mioglobinei, pe de altă parte, este format din ambele polare și reziduuri nepolare.
Modelul spacefilling arată că există în interiorul foarte putin spatiu gol.
Această distribuție contrastante de reziduuri polare și nepolare relevă un aspect
cheie al arhitecturii de proteine. Într-o soluție apoasă mediu, pliere de proteine este
determinată de tendința puternică a reziduurilor hidrofobe care urmează să fie
excluse din apă.
Amintiți-vă că un sistem termodinamic este mult mai stabil atunci cand grupurile
hidrofobe sunt grupate, mai degrabă decât extins în împrejurimi apoase. Prin
urmare, se pliază lanțului polipeptidic, astfel încât sale lanțuri secundare sunt
hidrofobe îngropat și lanțuri sale polare, supraalimentate sunt pe suprafata. Mulți
helices și toroane b sunt amphipathic, care este, o helix sau b componenta are o fata
hidrofob, ceea ce indică în interiorul proteine, și o față mai polar, ceea ce indică în
Soluție. Soarta a lanțului principal de însoțire a lanțurilor hidrofobe laterale este
important, de asemenea. O peptida nepereche NH sau CO grup preferă semnificativ
de apă la un mediu nepolare. Secretul de a ingropa un segment de lanț principal
într-un mediu hidrofob este împerechere toate NH și grupurile de CO prin lipirea de
hidrogen. Aceasta asociere este îngrijit realizat într-o foaie sau o spirala b.. Van der
Waals interacțiuni între lanțurile de bine ambalate laterale de hidrocarburi, de
asemenea, contribuie la stabilitatea de proteine.
Putem înțelege acum de ce set de 20 de aminoacizi conține mai multe care diferă
subtil în mărime și formă. Ele oferă o paletă din care să aleagă pentru a umple
interiorul unei proteine frumos și, prin urmare, maximiza van der Waals
interacțiuni, care necesită contact intim.
Unele proteine care se întind membranele biologice sunt "excepții care confirmă
regula" în ceea ce privește distribuirea hidrofobe si hidrofile aminoacizi pe
parcursul structuri tridimensionale. De exemplu, ia în considerare Porins, proteine
gasite in membranele exterioare ale multor bacterii. Barierele permeabilitatea
membranelor sunt construite în mare parte din lanțuri alcan, care sunt destul de
hidrofoba. Astfel, Porins sunt acoperite la exterior în mare măsură cu reziduurilor
hidrofobe care interacționează cu lanțuri de alcan vecine. În schimb, centrul de
proteine conține multe încărcat și acizi amino polare care înconjoară un canal
umplut cu apă care trece prin mijlocul proteine.
Astfel, deoarece funcția Porins în medii hidrofobe, ele sunt "pe dos", în raport cu
proteine care funcționează în soluție apoasă.
Unele lanțuri polipeptidice ori în două sau mai multe regiuni compacte, care pot fi
conectate printr-un segment flexibil de lanțului polipeptidic, mai degrabă ca pe un
șir de perle. Aceste unități compacte globulare, numite domenii, variază de la
aproximativ 30 - 400 reziduuri de aminoacizi. De exemplu, o parte extracelular de
CD4, proteine de celule-suprafata de joc pe anumite celule ale sistemul imunitar la
care virusul imunodeficienței umane (HIV) se atașează, cuprinde patru domenii
similare de aproximativ 100 de aminoacizi fiecare. Adesea, proteinele sunt gasite
de a avea domenii în comun, chiar dacă lor Structurile de gabarit terțiar sunt
diferite.
3.5. Structura cuaternară: lanturile polipeptidice pot asambla într-
Multisubunit Structuri
Patru niveluri ale structurii sunt citate frecvent în discuțiile de arhitectura proteine.
Până în prezent, am considerat trei le. Structura primară este secvența de
aminoacizi. Structura secundară se referă la aranjamentul spațial al aminoacidului
reziduurile care sunt în apropiere, în secvența. Unele dintre aceste măsuri sunt de
tipul celor regulat, dând naștere unei periodice Structura. Helix a și b sunt
componenta elemente de structură secundară. Structura terțiară se referă la spațială
aranjament de aminoacizi, care sunt departe unul de altul, în ordinea și la modelul
de obligațiuni disulfidice. Ne întoarcem acum la proteinele care conțin mai mult de
un lanț polipeptidic. Astfel de proteine prezintă un al patrulea nivel de organizare
structurală.
Fiecare lanț polipeptidic într-o astfel de proteine este numita o subunitate. Structura
cuaternară se referă la amenajarea spațială a subunități și natura interacțiunilor lor.
Cel mai simplu tip de structura cuaternară este un dimer, constând din două
subunitati identice. Această organizație este prezent în proteine ADN-legare Cro
găsit într-un virus bacteriene numit L. Structuri mai complicate, de asemenea,
cuaternare sunt comune. Mai mult de un tip de subunitate poate fi prezentă, de
multe ori în număr variabil. De exemplu, hemoglobina umana, proteine de oxigen
din sânge care transportă, constă din două subunitatile de un singur tip (desemnat
o) și două subunități de alt tip (desemnat b),
Astfel, molecula de hemoglobina există ca un de 2 b 2 tetramer. Modificari subtile
in amenajarea subunități din cadrul molecula de hemoglobina permite să transporta
oxigenul de la plamani la tesuturi, cu mare eficiență.
Virusi face cele mai multe de o cantitate limitată de informații genetice prin
formarea de straturi care utilizează același tip de subunitate repetitiv într-o matrice
simetrică. Strat de rhinovirus, virusul care cauzeaza raceala, include 60 de
exemplare fiecare din patru subunități. Subunitățile vin împreună pentru a forma un
înveliș sferic care încadrează aproape virale genomului.
3.6.Secvența de aminoacizi a unei proteine Determină cele trei-dimensional
structura
Cum este elaborat de structură tridimensională a proteinelor obținute, precum și
modul în care este structura tridimensionala legate de la unidimensională amino
acizi informațiile referitoare la secvența?Activitatea clasică de Christian Anfinsen
în 1950 pe ribonuclează enzima dezvăluit relația dintre secvența de aminoacizi a
unei proteine și conformația acesteia.
Ribonuclează este un singur lant polipeptidic format din 124 reziduuri de
aminoacizi eco-legate prin legăturile bisulfitice patru. Planul Anfinsen a fost de a
distruge structura tridimensionala a enzimei și pentru a determina apoi ce condiții
au fost necesare pentru a restabili structura.
De agenți, cum ar fi ureea sau de clorură de guanidinium perturba în mod eficient
de obligațiuni noncovalent, deși mecanismul de acțiunea acestor agenți nu este pe
deplin înțeles. Legăturile bisulfitice pot fi despicat reversibil prin reducerea
acestora cu o reactiv, cum ar fi b-mercaptoetanol. În prezența unui exces mare de b-
mercaptoetanol, o proteina este produsă în care disulfides (cystines) sunt pe deplin
convertite în sulfhydryls (cysteines).
Cele mai multe lanțuri polipeptidice, lipsite de legături încrucișate și asume o
conformație aleatoriu bobina în 8 M uree sau M 6 guanidinium clorură de, după
cum reiese din proprietățile fizice, cum ar fi vâscozitatea și activitatea optică. Când
ribonuclează a fost tratat cu b-mercaptoetanol în 8 uree M, produsul a fost un
complet redus, spiralat aleatoriu lanțului polipeptidic lipsit de enzimatice activitate.
Cu alte cuvinte, a fost denaturat de ribonuclează acest tratament.
Anfinsen făcut apoi observația critică faptul că ribonuclează denaturate, eliberat de
uree și b-mercaptoetanol de dializă, a recăpătat încet activitatea enzimatică. El a
perceput imediat semnificația acestei constatări șansă:
grupe sulfhidril ale enzimei denaturate a devenit oxidat de aer, iar enzima spontan
refolded într-un catalitic activă formă. Studii detaliate, apoi a aratat ca aproape
toate activitatea originală enzimatice a fost recâștigat în cazul în grupuri de
sulfhidril au fost oxidat în condiții corespunzătoare. Toate măsurate proprietățile
fizice și chimice ale refolded enzima au fost practic identice cu cele ale enzimei
nativ. Aceste experimente au arătat că informațiile necesare pentru a specifica
structura catalitic activă a ribonuclează este conținută în secvența de aminoacizi.
Studiile ulterioare au stabilit generalitatea acestui principiu central al biochimie:
secvență specific conformație. Dependența de conformare pe ordine este
semnificativă în special din cauza conexiunii intimă între conformație și funcția.
Un rezultat destul de diferită a fost obținută atunci când a fost redusă ribonuclează
reoxidized în timp ce acesta era încă în 8 M și uree de pregătire a fost apoi dializată
pentru a elimina uree. Ribonuclează reoxidized în acest fel a avut doar 1% din
enzymatic activitatea de proteine nativ. De ce au fost atât de diferite atunci când
rezultatele ribonuclează redusă a fost în reoxidized prezența și absența uree?
Motivul este faptul că disulfides greșite format perechi din uree. Există 105 moduri
diferite de asociere opt molecule cisteina, pentru a forma patru disulfides, doar unul
dintre aceste combinatii este enzimatic activ.
104 asocierile greșite au fost pitoresc numit "omletă" ribonuclează. Anfinsen
constatat că amestecate ribonuclează spontan transformat în deplin activă,
ribonuclează nativ atunci când urme de b-mercaptoetanol s-au adăugat la o soluție
apoasă de proteine . A adăugat b-mercaptoetanol catalizată reamenajarea asocierile
disulfidice până la structura nativa a fost din nou în aproximativ 10 ore. Acest
proces a fost determinat de scăderea energiei libere ca scrambled conformațiile au
fost transformate în conformație stabilă, originar din
enzimă. Perechile native disulfidice de ribonuclează contribuie astfel la stabilizarea
termodinamic
Structura preferat.
Experimente similare au fost efectuate refolding pe multe alte proteine. În multe
cazuri, structura nativa poate fi generate în condiții corespunzătoare. Pentru alte
proteine, cu toate acestea, nu se procedează refolding eficient. În aceste cazuri,
moleculele de proteine care se desfășoară de obicei devin încurcat cu unul pe altul
pentru a agregatelor formular. În interiorul celulelor, proteinele numit chaperones
blocheze astfel de interactiuni ilicite
3.6.1. Aminoacizi s-înclinațiile diferite pentru Formarea helices alfa, beta Foi,
și se transformă Beta
Cum secvența de aminoacizi a unei proteine specifice de structură tridimensională?
Cum nepliată lanțului polipeptidic dobândească forma de proteine nativ? Aceste
întrebări fundamentale în biochimie poate fi abordat prin solicitarea primul una
simplă: Ce determină dacă o anumită ordine într-o proteină formează un helix o, o
b Strand, sau un viraj? Examinând frecvența de apariție a special, reziduuri de
aminoacizi în aceste secundar structuri, poate fi o sursă de introspecție în această
determinare. Reziduuri, cum ar fi alanina, glutamat, si leucina tind să fie prezente
într-un helices, întrucât valina și izoleucina tind să fie prezente în șuvițe b. Glicină,
asparagina, și prolina au o înclinație pentru a fi în ture.
Rezultatele studiilor de proteine și peptide sintetice au relevat câteva motive pentru
aceste preferințe. Helix o pot fi considerate ca conformație implicit. Ramificare la
atomul de carbon b-, la fel ca în valina, treonina, izoleucina și, tinde să
destabilizeze o helices din cauza ciocniri sterica. Aceste reziduuri sunt ușor cazați
în fâșii b, în care lanțurile lor secundare proiect din planul care conține lanțul
principal. Serina, aspartat, și au tendința de a perturba asparagina o helices
deoarece lanțurile lor laterale conțin hidrogen-obligațiuni donatorilor sau validator,
în imediata apropiere a lanțului principal, în cazul în care acestea concurează pentru
main-lant NH și grupuri CO. Prolină tinde să perturbe atât o helices și toroane b,
deoarece nu dispune de o NH grup și pentru că structura sa inelul limitează
valoarea sa f la apropiat -60 de grade. Glicină ușor se potrivește în toate structurile
și din acest motiv nu favorizează formarea helix, în special.
Poate cineva să prezică structura secundară a proteinelor prin folosirea acestui
cunoaștere a preferințelor conformaționale ale amino reziduuri acide? Număr de
structura secundară adoptate de o întindere de șase sau mai puține reziduuri s-au
dovedit a fi de aproximativ 60 la 70% corecte. Ce stă în calea predicție mai
corectă? Rețineți că preferințele conformaționale ale amino reziduuri acide nu sunt
evacuate toate mod de a o singură structură. De exemplu, glutamat, unul dintre
cele mai puternice formatori helix, preferă o spirala a fir b doar cu un factor de doi.
Raporturile de preferinta de cele mai multe alte reziduuri sunt mai mici. Într-
adevăr, unele secvențe penta-și hexapeptide au fost gasite de a adopta o singură
structură într-o proteină și un Structura complet diferit într-un alt. Prin urmare,
unele secvente de aminoacizi, nu determină unic Structura secundară. Interacțiuni
terțiar interacțiunile dintre reziduurile care sunt departe unul de altul, în secvența
poate fi decisiv în specificarea structura secundară a unor segmente. Contextul este
adesea esențial în determinarea conformationala rezultat. Conformație a unei
proteine evoluat pentru a lucra într-un mediu special sau context.
Aceste condiții rezulta atunci cand o proteina numita creier un prionice se
transformă dintr-conformație sale normale (desemnat PrPc) la un modificarea un
(PrPSc). Această conversie este auto-propagare, ceea ce duce la agregate mari de
PrPSc. Rolul acestor agregate în generație de condițiile patologice nu este încă
înțeles.
3.6.2. Pliere de proteine este un proces extrem de Cooperare
Așa cum sa menționat mai devreme, proteinele pot fi denaturat de căldură sau de
denaturare chimice, cum ar fi ureea sau de clorură de guanidium. Pentru multe
proteine, o comparație a gradului de desfasurare ca concentrația crește denaturare a
relevat o tranziție relativ bruscă de pliat, sau nativ, forma sa desfășurat, sau forma
denaturat,, sugerând că numai acestea două state conformaționale sunt prezente
într-o măsură semnificativă. O tranziție similară ascuțit se observă dacă unul începe
cu desfășurat proteine și elimină agenții de denaturare, care permite proteinele să
renunțe.
Proteine pliere și depliere este astfel în mare măsură o "totul sau nimic", proces
care duce la o tranziție de cooperare. Pentru exemplu, să presupunem că o proteina
este plasat în condițiile în care o parte din structura proteinei este termodinamic
instabil. Ca parte a acestei structuri pliat este întrerupt, interacțiunile dintre aceasta
și restul de proteine va fi pierdut.Pierderea acestor interacțiuni, la rândul său, va
destabiliza restul Structura. Astfel, condițiile care duc la perturbarea de orice parte
a unei structuri de proteine sunt susceptibile de a descoperi protein complet.
Proprietățile structurale ale proteinelor ofere o justificare clară pentru tranziția de
cooperare.
Consecințele pliere cooperativei poate fi ilustrată prin luarea în considerare a
conținutului unei soluții proteine din condiții corespunzătoare mijlocul tranziției
între pliat și desfășurat forme. În aceste condiții, proteina este "jumătate pliat." Cu
toate acestea, soluția nu vor conține molecule pe jumătate îndoite, dar, în schimb,
va fi un amestec de 50/50 de complet pliat și sa desfășurat pe deplin molecule.
Structuri care sunt parțial intacte și parțial perturbat nu sunt termodinamic stabil și
există doar tranzitor. Pliere Cooperativa asigură faptul că structurile parțial pliate
de situație ar putea interfera cu procesele din interiorul celulelor nu se acumuleze.
3.6.3. Proteinele de stabilizare Progresiste a intermediare, mai degrabă decât
de către Aleatorie de căutare
Pliere cooperativă de proteine este o proprietate termodinamic; apariția acesteia
dezvăluie nimic despre cinetica și Mecanismul de pliere de proteine. Cum se face o
proteina trecerea de la un ansamblu divers de structuri desfășurate într-o
conformație unică în formă nativă? O posibilitate ar fi a priori că toate conformații
posibile sunt judecați pentru a găsi un punct de vedere energetic cel mai favorabil.
Cale de ieșire din această dilemă este de a recunoaște puterea de selecție cumulativ.
Richard Dawkins, în Blind Orologerie, a întrebat cât timp ar lua o maimuță poking
aleatoriu la o mașină de scris pentru a reproduce remarca lui Hamlet de a Polonius,
"se pare că este ca o nevăstuică". Un număr astronomic de mare de apăsări de taste,
de ordinul a 1040, ar fi necesare. Cu toate acestea, să presupunem că ne păstrat
fiecare personaj corectă și a permis maimuță să tastați din nou doar pe cele greșite.
În acest caz, doar câteva mii de intrarile de la tastatura, in medie, ar fi necesar.
Diferența esențială între aceste cazuri este faptul că primul are o căutare complet
aleator, în timp ce, în al doilea rând, parțial corectă intermediare sunt reținute.
Esența pliere de proteine este de retenție de intermediari parțial corecte. Cu toate
acestea, problema proteine pliere este mult mai dificil decât cel prezentat nostru
Simian Shakespeare. În primul rând, criteriul de corectitudine nu este un residueby-
control reziduu de conformație de către un observator omniscient, ci, mai degrabă
energia totală liberă a speciilor tranzitorii.
În al doilea rând, proteinele sunt doar marginal stabil. Diferența liber de energie
între pliat și desfășurat stări de o tipic 100-reziduu de proteine este de 10 kcal mol-
1 (42 kJ mol-1), și, astfel, cu fiecare reziduu, contribuie, în medie, doar 0,1 kcal
mol-1 (0.42 kJ mol-1) de energie pentru a menține starea pliat. Această sumă este
mai mică decât cea a energiei termice, care este de 0,6 kcal mol-1 (2,5 kJ mol-1), la
temperatura camerei. Această energie stabilizare slabă, înseamnă că intermediarii
corecte, în special cele formate la inceputul pliere, se poate pierde. Analogie este ca
maimuta ar fi oarecum liber pentru a anula corectă a intrarile de la tastatura. Cu
toate acestea, interacțiunile care conduc la pliere cooperativă poate stabiliza
intermediari ca structură se bazează în sus. Astfel, regiunile locale, care au
preferinta structurală importantă, deși nu neapărat stabile pe cont propriu, vor fi
tind să adopte structurile lor defavorizate și, așa cum se formează, pot interacționa
cu o alta, ceea ce duce la stabilizarea în creștere.
3.6.4. Predicția de structură tridimensională dintr-o secvență rămâne Mare
Provocare
Secvența de aminoacizi determină complet structura tridimensionala a unei
proteine. Cu toate acestea, predicția structură tridimensională din secventa sa
dovedit a fi extrem de dificil. După cum am văzut, secvența locală pare să
determine doar între 60% și 70% din structura secundară; rază lungă de acțiune
interacțiuni sunt necesare pentru a remedia structura completă secundar și terțiar
structura.
Anchetatorii sunt explorarea doua abordari fundamental diferite de a prezice
structură tridimensională de amino-Acid secvență. Primul este pronosticuri ab
initio, care încearcă să prezică pliere a unei secvențe de aminoacizi, fără orice
trimitere directă la alte structuri proteice cunoscute. Calcule bazate pe computer
sunt angajați care încearcă să minimiza energia liberă a unei structuri cu o anumită
secvență de aminoacizi sau pentru a simula procesul de pliere. Utilitate dintre
aceste metode este limitată de numărul mare de conformații posibile, stabilitatea
marginală de proteine, și energiile subtile ale interacțiunilor slabe în soluție apoasă.
A doua abordare are avantajul de creștere noastre cunoaștere a structurilor
tridimensionale ale mai multe proteine. În aceste metode bazate pe cunoaștere, un
aminoacid succesiune de structuri necunoscute este examinată pentru
compatibilitatea cu orice structuri proteice cunoscute. Dacă un meci este
semnificativ detectate, structura cunoscută poate fi folosit ca un model inițial.
Bazate pe cunoaștere, metodele au fost o sursă de mai multe perspective în
conformație tridimensională a proteinelor secvenței de cunoscute, dar structura
necunoscute.
3.6.5. Modificarea de proteine si decolteu Conferință Capabilități noi
Proteinele sunt capabili de a efectua numeroase funcții care se bazează exclusiv pe
versatilitatea lor 20 de aminoacizi. Cu toate acestea, multe proteine sunt covalent
modifed, prin atașarea de alte grupuri decât aminoacizi, pentru a spori lor funcții.
De exemplu, grupurile acetil se atașează la punctele terminus ale amino multe
proteine, o modificare care face aceste proteine mult mai rezistent la degradarea.
Adaosul de HY-droxyl grupuri de reziduuri in mai multe prolina stabilizează fibrele
de colagen nou sintetizate, o proteina fibroasa găsite în țesutul conjunctiv și osos.
Biologică Semnificația acestei modificări este evident în scorbut boala: o deficienta
de vitamina C în rezultate insuficiente hidroxilarea de colagen și a fibrelor de
colagen anormale care au ca rezultat sunt în imposibilitatea de a menține puterea
tesut normal.
Un alt acidul amino specializate produs printr-o atingere de finisare este g-
carboxyglutamate. În deficit de vitamina K, carboxilare insuficientă a glutamatului
în protrombină, o proteina de coagulare, poate duce la hemoragie. Multe proteine,
mai ales cele care sunt prezente pe suprafetele de celule sau sunt secretate,
achiziționarea de unități de carbohidrati pe specific asparagina reziduuri. Adaosul
de zaharuri face mai multe proteine hidrofile și posibilitatea de a participa la
interacțiuni cu alte proteine. În schimb, adăugarea unui acid gras la un grup amino-
o sau un grup sulfhidril cisteina produce o mai hidrofob proteine.
Multi hormoni, cum ar fi epinefrina (adrenalina), să modifice activitățile de enzime
prin stimularea fosforilarea hidroxil amino acizi serină și treonină, phosphoserine și
phosphothreonine sunt cele mai omniprezente modificată aminoacizi în proteine.
Factori de creștere, cum ar fi actul de insulina prin declanșarea fosforilarea a
grupului hidroxil reziduuri de tirozină pentru a forma fosfotirozinei. Grupurile de
fosforil cu privire la aceste trei acizi amino sunt ușor modificate eliminate, astfel, ei
sunt capabili să acționeze ca întrerupătoare reversibile în reglementarea proceselor
celulare.
Modificările anterioare constau în adăugarea de grupuri speciale de la amino-acizi.
Alte grupuri speciale sunt generate prin rearanjamente chimice de lanțuri laterale și,
uneori, coloana vertebrală peptida. De exemplu, anumite meduze produc o proteina
fluorescenta verde. Sursa de fluorescenta este un grup format din spontană
reamenajarea și oxidare a secvenței de Ser-Tyr-Gly în cadrul centrului de proteine.
Aceasta proteina este de mare utilitate pentru cercetători ca un marker în interiorul
celulelor.
În cele din urmă, multe proteine sunt separate și curățate după sinteza. De exemplu,
enzimele digestive sunt sintetizate după cum precursori inactivi care pot fi stocate
în siguranță în pancreas. După eliberarea în intestin, aceste precursori devin activat
de peptide-obligațiuni clivaj. În coagularea sângelui, peptid-obligațiuni clivaj
transformă fibrinogenul solubil în insolubilă fibrina. O serie de hormoni
polipeptidice, cum ar fi hormonul adrenocorticotrop, provin din divizarea unui
singur mare precursor de proteine. De asemenea, mai multe proteine virale sunt
produse de clivajul precursorilor poliproteinelor mari. Noi trebuie să întâlni mult
mai multe exemple de modificare și de clivaj ca trăsăturile esențiale ale formării de
proteine și funcția.
Într-adevăr, aceste retușuri reprezintă o mare parte din versatilitatea, precizia,
eleganța și de acțiune proteine și regulament.
12. Lipide și membranelor celulare
Limitele de celule sunt formate prin membranele biologice, barierele care definesc
în interiorul și în afara unei cellule. Aceste bariere preveni molecule generate in
interiorul celulei de la scurgerea afară și moleculele nedorite din Reflectorizanta în;
dar care conțin, de asemenea, sisteme de transport, care permit molecule specifice
care urmează să fie luate și nedorite compuși pentru a fi eliminate din celulă. Astfel
de sisteme de transport conferă membranelor proprietate importantă a selectivă
permeabilitate.
Membranele sunt structuri dinamice, în care proteinele plutesc într-o mare de
lipide. Componentele lipidice ale membranei formularului permeabilitatea barierei,
și componente de proteine acționează ca un sistem de transport de pompe și canale
care înzestra membrana cu permeabilitate selectiva.
În plus față de o membrana celulelor extern (numit membrana plasma), celulele
eucariote conțin, de asemenea membranele interne că forma limitele organite, cum
ar fi mitocondriile, cloroplastele, peroxisomes, și lizozomii. funcțional specializare
în cursul evoluției a fost strâns legată de formarea acestor compartimente. sisteme
specific au evoluat pentru a permite direcționarea de proteine selectate în sau prin
membrane speciale interne și, prin urmare, în organite specifice. Membranele
externe și interne au caracteristici esențiale în comun, iar aceste caracteristici
esențiale sunt subiectul acestui capitol.
Membranele biologice servi mai multe funcții suplimentare importante
indispensabile pentru viață, cum ar fi stocarea energiei și transducția de informații,
care sunt dictate de proteine asociate cu acestea.
Metabolizare: Concepte de bază și Design
Conceptele de conformație și dinamica dezvoltat în partea I în special a celor care
se ocupă cu specificul și puterea catalitică a enzimelor, reglementarea activității lor
catalitice, precum și transportul de molecule si ioni din membrane ne permite de a
pune întrebări fundamentale la acum biochimie:
1. Cum se extrage o celulă de energie și reducerea puterii de mediul său?
2. Cum o celulă sintetiza blocurile de macromolecule sale și apoi macromolecule
înșiși?
Aceste procese sunt efectuate de către o rețea integrată foarte bine de reactii
chimice care sunt colectiv cunoscut sub numele de metabolismul.
Mai mult de o mie de reacții chimice au loc în chiar atât de simplu ca un organism
Escherichia coli. Matrice de reacții pot parea coplesitoare la prima vedere. Cu toate
acestea, o analiză mai atentă relevă faptul că metabolismul are o strategie coerentă
proiecta un conținut motive multe comune. Aceste motive includ utilizarea de o
monedă de energie și apariția repetată a unui număr limitat de intermediari activate.
De fapt, un grup de aproximativ 100 de molecule joacă un rol central în toate
formele de viață. În plus, deși numărul de reacții în metabolismul este mare,
numărul de tipuri de reacții este mic și mecanismelor de aceste reacții sunt, de
obicei, destul de simplu. Căi metabolice sunt, de asemenea, reglementate în moduri
comune. Scopul acestui capitol este de a introduce anumite principii generale și
motive ale metabolismului pentru a oferi o bază pentru studii mai detaliate să
urmeze.
14.0.1. Celule Transformați diferite tipuri de energie
Organismelor vii necesită o putere continuă de energie liberă pentru trei scopuri
majore: (1) performanța mecanică lucrează în contracția musculară și alte mișcări
celulare, (2) transport activ de molecule si ioni, și (3) sinteza macromoleculelor și
alte biomolecule din precursorii simple. Energia liberă utilizată în aceste procese,
care să mențină un organism într-un stat care este departe de echilibru, este derivat
din mediul înconjurător.
Prima lege a termodinamicii precizează că energia nu poate fi nici creata, nici
distrusa. Cantitatea de energie în Universul este constantă. Cu toate acestea, energia
poate fi transformată dintr-o formă în alta.
Organisme fotosintetice, sau phototrophs, utilizarea energiei de lumina soarelui
pentru a converti energia simple de molecule-sărace în morecomplex energie-
bogate moleculele care servesc drept combustibili. Cu alte cuvinte, organismele
fotosintetice transforma energia luminii in energia chimica. Într-adevăr, această
transformare este în ultimă instanță sursa primara de energie chimica pentru marea
majoritate a organisme, ființele umane sunt incluse. Chemotrophs, care includ
animale, obținerea de energie chimica prin oxidare produselor alimentare generate
de phototrophs.
Energia chimică obținută din oxidarea compușilor de carbon pot fi transformate în
distribuția inegală a ionilor prin membrana, rezultând într-un gradient de ioni.
Acest gradient, la rândul său, este o sursă de energie care poate fi folosit pentru a
muta molecule din membrane, care pot fi convertite în Fii alte tipuri de energie
chimică, sau care pot transmite informații în formă de impulsuri nervoase. În plus,
energia chimica poate fi transduse în energie mecanică. Noi converti energia
chimică a combustibilului în modificări structurale ale proteinelor contractile care
au ca rezultat, în contracția muscular și mișcare. În cele din urmă, chimice puteri
energetice, reacțiile care au ca rezultat în sinteza de biomolecule.
În orice moment dat într-o celulă, mii de transformări energetice au loc. Energie
este extras din combustibili si folosite pentru a proceselor de biosinteză de putere.
Aceste transformări sunt menționate ca metabolismul intermediar sau
metabolismul.
14.1. Metabolismul este compus din cuplată Multe, Reacții comunicante
Metabolizare este în esență o serie legat de reactii chimice care începe cu o
molecula special, și îl convertește în unele molecule alte molecule sau într-o
manieră definită cu atenție. Există multe căi astfel definite în celula, și vom
examina câteva dintre ele în detaliu mai târziu. Aceste cai sunt interdependente, iar
activitatea lor este coordonată prin intermediul minunat sensibile de comunicare, în
care enzimele sunt allosteric predominant.
Putem împărți căi metabolice în două clase mari: (1) cele care convertesc energia în
forme biologic utile și (2) cele care necesită intrări de energie pentru a continua.
Deși această diviziune este adesea imprecis, acesta este totuși un instrument util
distincție într-o examinare a metabolismului. Aceste reactii care transforma in
energie combustibili celulare sunt numite reacții catabolice sau, mai general,
catabolismul.
Aceste reacții care necesită energie, cum ar fi sinteza de glucoză, grăsimi, sau
ADN-ului sunt numite reacții anabolice sau anabolism. Formularele utile de
energie, care sunt produse în catabolismul sunt angajați în anabolismul pentru a
genera complexe structuri de la cele mai simple, sau de energie-bogate state din
energie sărace cele.
Unele căi pot fi anabolic sau catabolic, în funcție de condițiile de energie în celulă..
14.1.1. O reacție nefavorabilă termodinamic poate fi acționată de un aviz
favorabil reacție
Cum sunt căi specifice construite din reacții individuale? O cale trebuie să
îndeplinească minimum două criterii: (1)
Reacțiile individuale trebuie să fie specific și (2) întregul set de reactii care
constituie calea trebuie să fie termodinamic favorizat. O reacție care este specific
va produce doar un anumit produs sau un set de produse de la ei reactanților. După
cum sa discutat în capitolul 8, o funcție de enzime este de a oferi această
specificitate.
O reacție poate avea loc spontan numai în cazul în DG, schimbarea energiei libere,
este negativ. Amintiți-vă că G D pentru formarea de produse C și D de la
substraturi A și B este dat de Astfel, DG o reacție depinde de natura reactantului și
a produselor (exprimat de către DG ° pe termen lung, standardul free-energy
schimbare) și la concentrațiile lor (exprimat prin al doilea termen).
Un fapt important este că termodinamică totală liberă de energie schimbare pentru
o serie de reacții chimice cuplate este egală cu suma a modificărilor freeenergy ale
pașii individuali. Luați în considerare următoarele reacții:
În condiții standard, A nu poate fi convertită în mod spontan B și C, pentru ca DG
este pozitiv. Cu toate acestea, conversia B în D în condiții standard este
termodinamic fezabilă. Deoarece liber de energie schimbări sunt aditiv, conversia
A în C și D are un ° DG kcal mol-1 -3 (-13 kJ mol-1), ceea ce înseamnă că acesta
poate să apară spontan în condiții standard. Astfel, o reacție nefavorabilă
termodinamic poate fi acționată de un Reacția favorabila termodinamic la care este
cuplat. În acest exemplu, intermediar chimic B, comun pentru ambele reacții,
cupluri de reacții. Astfel, căile metabolice sunt formate prin cuplarea de enzimă-
catalizată reacții astfel încât energia totală gratuit cale este negativ.
14.1.2. ATP este moneda universală a energiei libere în sistemele biologice
Așa cum Comertului este facilitată de utilizarea unei monede comune, comerțul a
metabolismului celular este facilitată prin utilizarea unei monede comune a
energiei, adenozina trifosfat (ATP). O parte din energia liberă derivate din oxidarea
a produselor alimentare și de lumină este transformată în această moleculă extrem
de accesibile, care acționează în calitate de liber-energie donator în cele mai multe
de energie care necesită procese, cum ar fi de propunere, transport activ, sau
biosinteza.
ATP este un nucleotid constă dintr-un adenină, o riboză, și o unitate de trifosfat.
Forma activă de ATP este de obicei, un complex de ATP cu Mg2 + sau Mn2 +. În
luarea în considerare rolul ATP ca un transportator de energie, ne se poate
concentra pe fracțiune trifosfat său. ATP este o moleculă de energie-bogate,
deoarece unitatea sa trifosfat conține două phosphoanhydride obligațiuni. O
cantitate mare de energie liberă este eliberat atunci cand ATP este hidrolizat la
adenozin difosfat (ADP) și ortofosfat (Pi), sau atunci când ATP este hidrolizat la
adenozin monofosfat (AMP) și pirofosfat (Ppi).
Precisă ° DG pentru aceste reacții depinde de tăria ionică a mediului și asupra
concentrațiilor de Mg2 + și ioni metalici alte. Sub concentrațiile tipice celulare, DG
efective pentru aceste hidroliză este de aproximativ -12 kcal mol-1 (-50 kJ mol-1).
Energia liberă eliberat în hidroliza ATP este valorificat de a conduce vehicule
reacții care necesită un aport de energie liberă, cum ar fi contracția musculară. La
rândul său, ATP-ul este format din ADP și Pi atunci când moleculele de
combustibil sunt oxidate în chemotrophs sau atunci când lumina este prins de
phototrophs. Acest ciclu ATP ADP este modul fundamental de energie de schimb
în sistemele biologice.
Unele reacții biosintetice sunt conduse de hidroliza trifosfații nucleozidici, care
sunt analoage ATP și anume, trifosfat guanozin (GTP), trifosfatul de uridin (UTP),
și citidin trifosfat (CTP). Formularele de difosfat aceste nucleotide sunt notate cu
PIB-ul, UDP, și CDP, iar monofosfat face de către GMP, UMP, și CMP.
Enzimele pot cataliza transferul de grup de la terminalul fosforil de nucleotide la
altul. Fosforilare de monophosphates nucleozidici este catalizată de o familie de
kinaze monofosfat nucleozidici. Fosforilarea de diphosphates nucleozidici este
catalizată de către nucleozid-difosfat kinază, o enzima cu largă specificitate. Este
interesant de notat că, deși toate trifosfații nucleotide sunt echivalente energetic,
ATP este, totuși, operatorul de transport de energie primară celular. În plus, doi
transportatori importante de electroni, NAD + și FAD, sunt derivați ai ATP. Rolul
ATP în metabolismul energetic este extrem de important.
14.1.3. Hidroliza ATP Drives metabolice prin deplasarea Echilibrul cuplată
Reacții
Cum de cuplare la hidroliza ATP a face posibilă o reacție nefavorabilă altfel? Luați
în considerare o reacție chimică care este nefavorabilă termodinamic, fără un aport
de energie liberă, o situație comună pentru mulți biosintetice reacții.
Cu toate acestea, A poate fi transformat într-B, în aceste condiții, dacă reacția este
cuplat la hidroliza ATP.
Vedem aici esența termodinamică a acțiunii ATP ca un agent de cuplare de energie.
Celule menține un nivel ridicat de ATP prin utilizarea substraturi oxidabile sau a
luminii ca surse de energie gratuită. Hidroliza o molecula ATP într-un cuplaj
Reacția schimbă atunci raportului echilibrul de produse pentru a reactanților cu un
factor foarte mare, de ordinul a 108. Mai mult în general, hidroliza n molecule ATP
schimbă raportul de echilibru a unei reacții cuplate (sau secvența de Reacțiile) cu
un factor de 108n. De exemplu, hidroliza trei molecule ATP într-o reacție cuplat
schimbă raportului de echilibru cu un factor de 1024. Astfel, o secvență de reacție
nefavorabilă termodinamic poate fi transformată într-un unul favorabil de cuplare a
hidroliza unui număr suficient de molecule ATP într-o reacție nouă. Ar trebui, de
asemenea, Trebuie subliniat faptul că A și B, în reacția precedent cuplat poate fi
interpretată, în general, foarte, nu numai ca diferit chimice specii. De exemplu, A și
B poate reprezenta conformației activate și neactivat ale unei proteine, în acest caz,
fosforilarea cu ATP poate fi un mijloc de conversie într-o conformație activat. O
astfel de conformație poate stoca energiei libere, care pot fi apoi folosite pentru a
conduce o reacție nefavorabilă termodinamic. Prin astfel de modificări în
conformație, motoare moleculare, cum ar fi myosin, kinesin, iar dynein converti
energia chimică a ATP în energie mecanică. Într-adevăr, această conversie este
baza de contracție musculară.
Alternativ, A și B, se poate referi la concentrațiile de un ion sau molecula de pe
exterior și interior al unei celule, la fel ca în transport activ de un nutrient.
Transportul activ al Na + si K + K a lungul membranei este determinată de
fosforilare a pompa de sodiu-potasiu, prin ATP și defosforilarea ulterioară a
acesteia.
14.1.4. Baza structurală a potențialului mare de transfer de fosforil ATP
Așa cum este ilustrat de motoare molecular și pompe de ioni . transferul fosforil
este un mijloc comun de cuplare de energie. În plus, după cum vom vedea în
capitolul 15, fosforil de transfer este, de asemenea, utilizat pe scară largă în
transmiterea de informații intracelular. Ceea ce face ca ATP-o deosebit de eficient
fosforil-grup donator? Să ne compara standard de energie fără a hidroliza ATP cu
cea a unui ester fosfat, cum ar fi glicerol 3-fosfat:
Magnitudinea DG ° pentru hidroliza glicerol 3-fosfat este mult mai mică decât cea
de ATP, ceea ce înseamnă că ATP are o tendință puternică de a transfera grupul său
de fosforil terminal la apă decât o face glicerol 3-fosfat. În alte cuvinte, ATP are un
potențial mai mare de transfer fosforil (fosforil-grup potențial de transfer), decât o
face glicerol 3 -fosfat.
Care este baza structurală a potențialului ridicat transferul fosforil din ATP?
Deoarece D G ° depinde de diferența de energiile libere ale produselor și Reactive,
structurile de cât ATP și a produselor sale de hidroliză, ADP și Pi, trebuie să fie
examinate pentru a răspunde la această întrebare. Trei factori sunt importante:
stabilizarea rezonanță, repulsie electrostatică, și ca urmare a stabilizării hidratare.
ADP și, în special, Pi, au stabilizare rezonanță mai mare decât o face ATP.
Ortofosfat are un număr de forme de energie de rezonanță similare (figura 14.4), în
timp ce grupul G-fosforil de ATP are un număr mai mic.
Formulare, cum ar fi cea indicată în figura 14.5 sunt nefavorabile, deoarece un
atom de oxigen încărcat pozitiv este adiacent la un atom de fosfor încărcat pozitiv,
o juxtapunere electrostatic nefavorabil. Mai mult, la un pH 7, Unitatea de trifosfat
ATP desfășoară aproximativ patru sarcini negative. Aceste taxe se resping unul pe
altul, deoarece acestea sunt în strânsă proximitate. Repulsia dintre ele este redusă
atunci când ATP este hidrolizat. În cele din urmă, apa poate lega mai eficient
pentru a ADP și Pi decât poate pentru a phosphoanhydride parte de ATP, ADP și
stabilizarea Pi de hidratare.
ATP-ul este adesea numit un compus de energie înaltă fosfat, și obligațiunile sale
phosphoanhydride sunt menționate la fel de mare de energie obligațiuni. Într-
adevăr, un "squiggle" (~ P) este adesea utilizat pentru a indica o astfel de legătură.
Cu toate acestea, nu este nimic special la obligațiuni înșiși. Ele sunt de mare
energie obligațiuni, în sensul că multă energie liberă este eliberat atunci cand
acestea sunt hidrolizate, pentru motive aforegiven.
14.1.5. Potential de transfer fosforil este o forma importanta de energie
celulară Transformare
Energiile standard de gratuite de hidroliză oferi un mijloc comod de a compara
potențial de transfer de fosforil Compuși fosforilate. Astfel de comparații arată că
ATP nu este compus numai cu o mare fosforil potențialul transfer. De fapt, unii
compusi din sistemele biologice au un potențial mai mare de transfer fosforil decât
cea a ATP. Acești compuși includ phosphoenolpyruvate (PEP), 1,3-
bisphosphoglycerate (1,3-BPG), și creatina fosfat. Astfel, PEP poate transfera
grupul său de fosforil la ADP, pentru a forma ATP. Într-adevăr, acesta este unul
dintre modalitățile în care ATP este generat în defalcarea de zaharuri. Este
semnificativ faptul că ATP are un potențial de transfer fosforil care este intermediar
între molecule biologice importante fosforilate. Această poziție intermediară
permite să funcționeze eficient ATP ca un operator de transport de grupuri de
fosforil.
Fosfat de creatina in muschi vertebrate servește ca un rezervor de mare potențial
grupuri de fosforil, care pot fi ușor transferat la ATP. Într-adevăr, vom folosi
creatina fosfat pentru a regenera ATP din ADP de fiecare dată când ne exercităm
energic. Această reacție este catalizată de creatinkinazei.
Gluconeogenezei Nu este o inversare a glicolizei
În glicoliză, glucoza este transformată în piruvat, în gluconeogeneza, piruvatul se
transformă în glucoză. Cu toate acestea, gluconeogenezei nu este o inversare a
glicolizei. Mai multe reacții trebuie să difere din cauza echilibru a glicolizei se află
departe pe partea de formare a piruvatului. DG real pentru formarea piruvatului din
glucoză este de aproximativ -20 kcal mol-1 (-84 KJ mol-1), în condiții tipice
celulare. Cele mai multe dintre scădere a energiei libere în glicoliză are loc în cele
trei pași în esență, ireversibile catalizată de hexochinază, phosphofructokinase, și
kinaza piruvatului.
În gluconeogenezei, următoarele etape noi ocoli aceste reacții practic ireversibile
ale glicolizei:
1. Phosphoenolpyruvate este format din piruvat prin intermediul oxaloacetat prin
acțiunea carboxilază piruvat și phosphoenolpyruvate carboxykinase.
2. Fructoză 6-fosfat este format din fructoza 1,6-bifosfat de hidroliza esterfosforic
la carbon 1.
Fructoza 1,6-bisphosphatase catalizează hidroliza acest exergonic.
3. Glucoza este format prin hidroliza glucoză 6-fosfat într-o reacție catalizată de
glucoză 6-fosfataza.
Vom analiza fiecare dintre aceste etape, la rândul său.
16.3.2. Conversia piruvatului în Phosphoenolpyruvate Începe cu Formarea de
oxaloacetat
Primul pas în gluconeogeneză este carboxilare a piruvatului pentru a forma
oxaloacetat în detrimentul unei molecule de ATP. Apoi, oxaloacetat este
decarboxylated și fosforilat să cedeze phosphoenolpyruvate, pe cheltuiala mare
fosforil-potențialul transfer al GTP. Ambele aceste reacții au loc în interiorul
mitocondriile.
Prima reacție este catalizată de carboxilază piruvat, iar al doilea de carboxykinase
phosphoenolpyruvate.
Carboxilază piruvatul este de interes special din cauza proprietăților sale
structurale, catalitică, și allosteric. N-terminal 300 - 350 aminoacizi formează un
domeniu ATP-înțelegere, care este un utilizat pe scară largă ATP de activare
domeniu să fie discutate în detaliu mai mult atunci cand vom investiga biosinteza
de nucleotide. C-terminali 80 aminoacizi constituie un domeniu de legare biotina,
pe care le vom vedea din nou în sinteza acizilor grași. Biotina este o covalent atașat
protetic grup, care servește ca un operator de transport de activat CO 2. Grupul
carboxilat de biotina este legat de grupul de e-amino a unui reziduu de lizină
specific de o legătură amidă. Rețineți că biotina se anexează la carboxilază piruvat
printr-un lanț lung, flexibil.
Carboxilare a piruvatului are loc în trei etape:
Amintiți-vă că, în soluții apoase, CO2, există ca HCO3
- Cu ajutorul anhidrazei carbonice (secțiunea 9.2).HCO3
- este activat pentru a carboxyphosphate. Aceasta este ulterior de CO2 activat legat
la N-1 atom al inelului biotina, pentru a forma carboxybiotin-enzima intermediar (a
se vedea figura 16.27). De CO2 atașate biotina este destul de activat.D G ° 'pentru
sa clivaj este -4.7 kcal mol-1 (-20 kJ mol-1). Acest lucru negativ DG ° "indică
faptul că carboxybiotin este capabil de a transfera de CO2 de receptorii fără aport
de energie suplimentare gratuite.
Grupul activat carboxil este apoi transferat de la carboxybiotin la piruvat, pentru a
forma oxaloacetat.Lungă, flexibilă, legătura dintre biotina si enzima permite acest
grup protetice pentru a roti de la un site activ al enzimei (ATPbicarbonate site-ul),
la alte (site-ul piruvatului).
Prima reacție parțială a carboxilază piruvat, formarea de carboxybiotin, depinde de
prezența acetil Curtea de Conturi. Biotina nu este carboxilat cu excepția cazului în
acetil CoA este obligat să enzimei. Acetil CoA nu are nici un efect asupra a doua
parțială reacție.Activarea allosteric de carboxilază piruvatului de acetil CoA este un
control de important fiziologice mechanism.
16.4. Gluconeogeneză și glicoliză sunt reciproc reglementate
Gluconeogeneză și glicoliză sunt coordonate astfel încât, într-o singură celulă este
cale relativ inactiv în timp ce celălalt este foarte activ. Dacă ambele seturi de reacții
au fost extrem de activ, în același timp, rezultatul net ar fi hidroliza a patru
trifosfații de nucleotide (două ATP plus doi GTP) per ciclu de reacție. Atât
glicolizei și gluconeogenezei sunt extrem de exergonic în condiții de celulare, și
astfel nu există nici o barieră termodinamic la astfel de activitate simultană. Cu
toate acestea, sumele și activități ale enzimelor distinctive ale fiecărui cale sunt
controlate, astfel încât ambele cai nu sunt foarte activă în același timp. Rata de
glicolizei este, de asemenea, determinată de concentrația de glucoză, și rata de
gluconeogeneză de concentrațiile de precursori lactat și alte tipuri de glucoză.
Interconversie de fructoză 6-fosfat și fructoză 1,6-bifosfat este strict controlată.
, stimulează AMP phosphofructokinase, întrucât ATP și citrat-l inhiba. Fructoza 1,6
-bisphosphatase, pe de altă parte, este inhibată de AMP și activat de citrat. Un nivel
ridicat de AMP arată că taxa de energie este redus și semnalează necesitatea pentru
generarea de ATP. În schimb, un nivel ridicat de citrat de ATP și indică faptul că
taxa de energie este mare și că intermediare biosintetice sunt abundente. În aceste
condiții, este aproape glicolizei oprit și gluconeogeneza este promovat.
Phosphofructokinase și fructoza 1,6-bisphosphatase sunt, de asemenea, reciproc
controlate de fructoză 2,6-bifosfat, în hepatică. Nivelul de F-2 ,6-BP este scăzută în
timpul foametei și a ridicat în stare Fed, din cauza efecte antagoniste de glucagon si
insulina privire la producția și degradare a acestei molecule semnal. Fructoza 2,6 -
bifosfat stimuleaza puternic phosphofructokinase și inhibă fructoză 1,6-
bisphosphatase. Prin urmare, este glicolizei accelerată și gluconeogeneză este
diminuat în stare Fed. În timpul foame, gluconeogeneza predomină deoarece
nivelul de F-2 ,6-BP este foarte scăzut. Glucoza format de ficat în aceste condiții
este esențială pentru viabilitatea creierului și mușchi.
Interconversie de phosphoenolpyruvate și piruvatului, de asemenea, este precis
reglementată. Piruvat kinaza reamintească faptul că este controlată de efectori
allosteric și de fosforilare. Nivelurile ridicate de ATP și alanin, care semnalează
că taxa de energie este mare și că blocurile de construcție sunt abundente, inhiba
enzima din ficat. În schimb, piruvatului carboxilaza, care catalizează prima etapă în
gluconeogeneza din piruvat, este activat de acetil CoA si inhibat de ADP. De
asemenea, ADP inhibă carboxykinase phosphoenolpyruvate. Prin urmare,
gluconeogeneza este favorizat atunci când celula este bogat în precursori
biosintetice și ATP.
Sumele și a activităților desfășurate de aceste enzime, de asemenea, esențiale sunt
reglementate. Autoritățile de reglementare în acest caz sunt hormoni.
Hormonii afecteaza expresia genelor în primul rând prin schimbarea ratei de
transcriere, precum și prin reglementarea degradarea de mRNA. Insulina, care se
ridica ulterior de a manca, stimulează expresia phosphofructokinase, kinaza
piruvat, și enzima care face bifuncțional și degradează F-2 ,6-BP. Glucagon, care se
ridica in timpul foametei, inhibă expresie a acestor enzime si stimuleaza producerea
de loc două enzime cheie gluconeogenic, carboxykinase phosphoenolpyruvate și
fructoza 1,6-bisphosphatase. De control transcriptie la eucariote este mult mai lent
decât de control allosteric; este nevoie de ore sau zile, în contrast cu secunde până
la câteva minute. Bogăția și complexitatea Controlul hormonal sunt afișate grafic
de promotor al genei carboxykinase phosphoenolpyruvate, care conține secvențe de
reglementare, care raspund la insulina, glucagon, glucocorticoizi, hormoni
tiroidieni
16.4.3. Glicoliză și gluconeogeneza sunt interconectate Evolutionarily
Metabolismul glucozei are origini antice. Organismelor vii în biosferă începutul
depindea anaerobe generarea de energie până în cantități semnificative de oxigen
au început să acumuleze 2 miliarde de ani.Faptul că enzime cu proprietăți similare
glycolytic nu au secvente de aminoacizi similare oferă, de asemenea, un indiciu
pentru modul în cale originea. Deși există patru kinaze și două isomerases în cale,
atât secvență și structural comparații nu sugerează faptul că aceste seturi de enzime
sunt legate una de alta printr-o evoluție divergentă.Absența astfel de similarități
implică faptul că enzimele glycolytic au fost obținute independent, mai degrabă
decât prin duplicarea genei.
Putem specula pe relația dintre glicoliza și gluconeogeneza, dacă ne gândim la
glicolizei ca fiind compus din două segmente: metabolismul hexozelor (segmentul
superior) și metabolismul trioses (segmentul inferior). enzimele din segmentul
superior sunt diferite în unele specii și lipsesc în întregime în unele Archaea,
întrucât enzimele din segmentul inferior sunt destul de conservat. De fapt, patru
enzime ale segmentului inferior sunt prezente în toate specii. Această parte
inferioară a cale este comun glicoliza și gluconeogeneza. Această parte comună a
celor două cai ar putea fi cea mai veche parte, constituie nucleul la care au fost
adăugate alte măsuri.Partea superioară ar varia în funcție în funcție de zaharuri care
au fost disponibile la evoluția organismelor în nișe special. Interesant, această parte
centrală a metabolismul glucidic poate genera precursori triose pentru zaharuri
riboza, o componentă a ARN-ului și o critic Cerința pentru lumea ARN.
Reacțiile ușoare de fotosinteza
În esență, întreaga energie liberă utilizat de către sistemele biologice rezultă din
energia solară, care este prins de procesul de fotosinteza. Ecuația de bază a
fotosintezei este inselator de simple. Apă și dioxid de carbon se combină pentru a
forma glucide și oxigen molecular.
În această ecuație, (CH2O) reprezinta carbohidrați, zahăr și amidon în primul rând.
Mecanismul de fotosinteza este complexă și necesită interacțiunea multe proteine si
molecule mici. Fotosinteza în plante verzi are loc în cloroplaste. Energia luminii
capturat de molecule de pigment, numite clorofile, în cloroplaste este utilizată
pentru a genera electroni de mare energie, cu un mare potențial de reducere. Aceste
electronii sunt folosite pentru a produce NADPH ca precum și ATP într-o serie de
reacții numite reacții ușoare, deoarece acestea necesită lumină. NADPH și ATP
format de actiunea luminii se reduce apoi de dioxid de carbon și de ao transforma
într-3-phosphoglycerate de o serie de reacții numită Calvin ciclu sau reacțiile
întunecate. Ciclul Calvin va fi discutată în capitolul 20. Cantitatea de energie
stocată de către fotosinteza este enorm. Mai mult de 1017 kcal (4,2 × 1017 kJ) de
energie liberă este stocată anual de fotosinteză pe Pământ, ceea ce corespunde la
asimilarea de mai mult de 1010 de tone de dioxid de carbon în forme de
carbohidrați și alte tipuri de materiei organice.
Fotosinteza este sursa tuturor în esență compuși de carbon și oxigenul tot ce face
metabolismul aerob posibil. Mai mult decât atât, după cum vom vedea, există
paralele considerabile mecaniciste și evolutivă dintre lumina reacții de fotosinteză
și de pași în fosforilarea oxidativa.
19.0.1. Fotosinteza: O privire de ansamblu
Ne putem folosi intelegerea noastra a ciclului acidului citric si de fosforilare
oxidativa să anticipeze procesele necesare de fotosinteza. Ciclul acidului citric se
oxidează combustibilii de dioxid de carbon CO2 pentru a genera electroni de mare
energie, în special în forma de NADH. Fluxul de electroni acestor energie înaltă
generează o forță de proton-motrice prin acțiunea de electroni de transport lanț.
Această forță proton-motrice este apoi transduse de sintetazei ATP pentru a forma
ATP. O principal Diferența dintre fosforilarea oxidativa si fotosinteza este sursa de
electroni de mare energie. Lumină Reacțiile de utilizarea energiei din fotosinteza
pentru a genera fotoni de mare energie electroni. Aceste electronii sunt utilizate
direct pentru a reduce NADP + NADPH la și sunt folosite în mod indirect, printr-
un lanț de electroni de transport pentru a genera o proton-motorie vigoare printr-o
membrană. Un produs parte a acestor reacții este O2. Forța proton-motrice conduce
ATP sinteza prin acțiunea unui sintaza ATP, omoloagă cu cea din fosforilării
oxidative. În reacțiile întuneric, NADPH și ATP format prin acțiunea de unitate
lumina reducerea emisiilor de CO2 la mai-utile compușilor organici.
19.1. Fotosinteza are loc în Cloroplastele
În capitolul 18, am văzut că fosforilarea oxidativă, mijloacele predominantă de
generare a ATP din molecule de combustibil, a fost compartimentata in
mitocondrii. De asemenea, fotosinteza, mijloacele de conversie a luminii in energie
chimica, este sechestrat în organite numite cloroplaste, de obicei 5 mm lungime. Ca
o mitochondrion, un cloroplast are un exterior membrana si o membrana interioara,
cu un spatiu intermembrane intervenție. Interior membrane înconjoară o stroma,
care este site-ul de chimie de carbon de fotosinteză. În stroma sunt Structurile
membranoase numit thylakoids, care sunt aplatizate, saci sau discuri. Sacilor de
thylakoid sunt aranjate pentru a forma o Granum. Grana diferite sunt legate de
regiuni ale membranei thylakoid numite lamele stroma. Membranele thylakoid
separa spatiul thylakoid din spațiul stroma. Astfel, cloroplaste au trei membrane
diferite (exterior, interior, si Ta-lakoid membrane), și trei spații separate
(intermembrane, stroma, și spații thylakoid). în curs de dezvoltare cloroplaste,
thylakoids se crede ca provin din invaginations de membrana interioara, și astfel ei
sunt analoge mitocondriale cristae. Ca cristae mitocondrial, ele sunt cuplate site-ul
de oxido-reducere reacții care genera forța proton-motrice.
19.1.1. Evenimentele principale ale Fotosinteza avea loc în Membrane
Thylakoid
Membranele thylakoid conțin mașini de energie transducing: lumina-proteine de
recoltare, centre de reacție, electrontransport lanțuri, și sintetazei ATP. Ei au
cantitati aproape egale de lipide si proteine. Compoziția lipidelor este este extrem
de distinctiv: aproximativ 40% din lipidele totale sunt galactolipids și 4% sunt
sulfolipids, în timp ce doar 10% sunt fosfolipide. Membrana thylakoid si membrana
interioara, la fel ca membrana mitocondrială interior, sunt impermeabilă la cele mai
multe molecule si ioni. Membrana exterioară a unui cloroplast, ca aceea a unui
mitochondrion, este extrem de permeabil la molecule mici si ioni. Stroma conține
enzime solubile care utilizează NADPH și ATP sintetizat de thylakoids pentru a
converti CO2 în zahăr. Celulele frunze de plante conțin între 1 și 100 cloroplaste,
în funcție de specie, tip de celule, și condițiile de creștere.
19.1.2. Evolutia Cloroplastele
Cloroplaste contin ADN-ul lor propriu și utilaje pentru replicare și o exprimă. Cu
toate acestea, cloroplaste nu sunt autonome: ele conțin, de asemenea, mai multe
proteine codificate de ADN-ul nuclear. Cum a făcut relația intrigant între celulă și
cloroplaste dezvoltă? Acum cred ca, într-un mod analog cu evoluția mitocondriile,
cloroplaste sunt rezultatul unor evenimente endosymbiotic în care o fotosintetic
microorganisme, cel mai probabil un strămoș al unui cianobacteriei, a fost înghițit
de o gazdă eucariote. Dovadă sugerează că cloroplastelor din plantele superioare si
de alge verzi sunt derivate dintr-un singur eveniment endosymbiotic, întrucât cele
în roșu și alge maro apărut la cel puțin un eveniment suplimentar.
Genomul cloroplastelor este mai mică decât cea a unui cianobacteriei, cu toate
acestea, ca aceea a unui cianobacteriei, ea este circular cu un site de start unic
pentru replicarea ADN-ului, și genele sale sunt aranjate în secvențe operons legate
în mod funcțional genele aflate sub control comun. În cursul evoluției, multe dintre
genele din cloroplast strămoș au fost transferate la nucleul celulei plantei sau, în
unele cazuri, a pierdut în întregime, stabilind astfel o relație complet dependent.
19.2. Absorbția luminii de către Clorofila Induce transferul de electroni
Capcane de energie lumina este cheia de a fotosintezei. Primul eveniment este de
absorbție a luminii de către un fotoreceptor molecula. Fotoreceptoare principal în
cloroplaste de cele mai multe plante verzi este clorofila a, o tetrapyrrole substituit.
Cele patru atomi de azot ale pyrroles sunt coordonate la un ion de magneziu. Spre
deosebire de o porfirină, cum ar fi heme, clorofila are un inel redusă pirol. O altă
trăsătură distinctivă a clorofilei este prezența phytol, un foarte hidrofob 20-carbon
alcool, esterificați cu un lanț lateral de acid.
Clorofila sunt fotoreceptori foarte eficiente, deoarece acestea conțin rețele de
obligațiuni alternativ single și duble.
Astfel de compuși se numesc polyenes. Ei au benzi de absorbție foarte puternice în
regiunea vizibilă a spectrului, în cazul în care producția solara care ajunge Pământ,
de asemenea, este de maximă. Coeficientul de absorbție de vârf molar de clorofila a
este mai mare decât 105 M-1 cm-1, printre cele mai mari observate pentru
compușii organici.
Ce se întâmplă atunci când lumina este absorbită de o molecula, cum ar fi clorofila?
Energie din lumina excita un electron de la nivelul solului de energie la un nivel de
energie excitat. Acest electron de inalta energie poate avea soarta mai multe.
Pentru majoritatea compușilor care absorb lumina, pur și simplu, electronul revine
la starea de sol și energia absorbită este transformată în căldură. Cu toate acestea, în
cazul în care un acceptor de electroni adecvat este în apropiere, electronul excitat
poate trece de la inițială molecula la acceptor. Acest proces duce la formarea de o
sarcină pozitivă pe molecula inițială (Ca urmare a pierderii unui electron), precum
și o taxă negativ asupra acceptor și este, prin urmare, denumite în continuare taxa
de fotoinduse separare. În cazul în care site-ul are loc schimbarea separational este
numit centrul de reactie. Vom vedea cum aparatul fotosintetic este amenajat pentru
a face separarea taxa de fotoinduse extrem de eficient. Electroni, extrase de la site-
ul său inițial de absorbție a luminii, poate reduce alte specii pentru a stoca energia
luminii în forme chimice.
19.2.1. Bacteriile fotosintetice si Centrelor de fotosintetici de reacție ale Verde
Plantele au o bază comună
Fotosinteza în plante verzi este mediată de către două tipuri de membrană-obligat,
sensibile la lumină complexele fotosistemul I (PS) și fotosistemul II (PS II).
Fotosistemul I cuprinde de obicei 13 lanțuri polipeptidice, mai mult de 60 clorofilă
molecule, un chinonă (vitamina K1), și trei 4Fe-4S clustere.Masa totală moleculară
este mai mare de 800 uscata.
Fotosistemul al II-lea este doar puțin mai complexă, cu cel puțin 10 lanțuri
polipeptidice, mai mult de 30 de molecule clorofilă, un nonheme fier Ion, și patru
ioni de mangan. Bacterii fotosintetice, cum ar fi Rhodopseudomonas viridis conțin
o simplu, singur tip de centrul de reactie fotosintetic, structura care a fost
descoperită la rezolutie atomica.
centrul de reactie bacteriene este compus din patru polipeptide: L (31 kd), M (36
kD), și H (28 kd) subunități și C, un C-type citocromului. Rezultatele comparațiilor
secvență și cu rezoluție scăzută studii structurale ale photosystems I și II a arătat că
centrul de reactie bacteriene este omolog la sistemele de plante mai complexe.
Astfel, vom începe noastre luarea în considerare a mecanismelor de reacții ușoare
în cadrul centrului de reacție fotosintetică bacteriene, cu înțelegerea faptului că
multe dintre observațiile noastre se vor aplica sistemelor de plante, de asemenea.
19.2.2. O pereche specială de clorofile Initiaza separare de încărcare
L și M subunități formează nucleul structurală și funcțională a centrului bacteriene
reacție fotosintetică. Fiecare dintre aceste subunități omoloage cuprinde cinci
helices transmembranare.Subunitatea de H, care are doar un singur helix
transmembranar, se află pe partea de citoplasmatice a membranei.Subunitatea de
citocromul, care conține patru C-tip hemes, se află pe partea opusă periplasmic.
Patru bacteriochlorophyll b (BChl-b), două molecule bacteriopheophytin b (HBP),
doua molecule chinone (QA și QB), și un ionii de fier sunt asociate cu L și M
subunitati.
Bacteriochlorophylls sunt similare cu clorofile, cu excepția reducere a unui inel de
pirol suplimentar și alte câteva diferențe minore care trecerea lor absorbție maximă
la infraroșu apropiat, la lungimi de unda atâta timp cât 1000 nm.
Bacteriopheophytin este termenul pentru un bacteriochlorophyll care are doi
protoni in loc de un ion de magneziu de la centrul său.
Reacția începe cu de absorbție a luminii de către un dimer de BChl-b molecule care
se află în apropiere de partea de periplasmic membrana. Acest dimer, numit o
pereche specială datorită rolului său fundamental în fotosinteză, absoarbe lumina la
maximum la 960 nm, în infraroșu apropiat marginea regiunii vizibile. Din acest
motiv, pereche specială este adesea menționată ca P960 (P vine de la pigmentul).
Excitație al pereche specială duce la ejecție de un electron, care este transferată prin
intermediul o alta molecula de BChl-b pentru a bacteriopheophytin în subunitatea
L. Această taxă inițială de separare, care produce o sarcină pozitivă pe pereche
specială (P960 +) și o taxă negativ asupra HBP, apare în mai puțin de 10
picosecunde (10-11 secunde). Interesant, numai una dintre cele două căi posibile în
cadrul dimer LM aproape simetric este utilizat. În lor de energie înaltă state, P960 +
și HBP-ar putea suferi de recombinare taxa, care este, de electroni pe BPhcould
se mute înapoi pentru a neutraliza sarcina pozitiva pe pereche specială. Întoarcerea
sa la pereche specială ar pierde o valoare electroni de mare energie și de a converti
energia luminii pur și simplu absorbită în căldură. Trei factori în structura reacției
Centrul lucrează împreună pentru a suprima recombinare taxa aproape complet. În
primul rând, un alt electroni acceptor, un chinonă strâns legat (QA), este mai mică
de 10 A la distanță de HBP-, și așa de electroni este rapid transferat mai departe de
pereche specială. Amintiti-va ca ratele de transfer de electron-depind puternic de la
distanță. În al doilea rând, una dintre cele hemes ale citocromului subunitate este
mai mică de 10 Å departe de pereche specială, și așa sarcină pozitivă este
neutralizată de transferul unui electron de la citocromului redusă. În cele din urmă,
transferul de electroni de la BPH-a pereche pozitiv perceput de construcții este
deosebit de lentă: transferul este atât de favorabila termodinamic încât să are loc în
regiunea inversă unde de electroni-rate de transfer devine mai lent. Astfel,
transferul de electroni încasările de la eficient HBP-la QA.
Din QA, electronul se mută într-o chinonă mai slab asociat, QB.De absorbție a unui
foton al doilea și circulație a unui electron doilea jos calea de pereche specială
completează reducerea doi electroni de QB de la Q la QH2. Deoarece site-ul BT-
legare se află în apropierea partea citoplasmatice a membranei, doi protoni sunt
preluate de la citoplasma, contribuind la dezvoltarea unui gradient de protoni a
lungul membranei celulare.
Cum subunitate a citocromului centrul de reactie recapete un electron pentru a
finaliza ciclul?Redusă chinonă (QH2) este reoxidized la Q de complexă a III-a
respirator de electroni de transport lanț. Electronii din chinonă redusă sunt
transferate printr-un intermediar solubil citocromului c, numit citocromului C 2, în
periplasm la subunitatea de citocromul centrul de reactie.Fluxul de electroni este,
așadar, ciclic.Gradientul de protoni generata in cursul acestui ciclu conduce
generarea de ATP prin acțiunea de sintetazei ATP.
Ciclul Calvin și Pathway fosfat pentozo
Fotosinteza veniturile în două părți: reacții ușoare și reacțiile întuneric. Reacțiile
ușoare transforma energia luminii in ATP și biosinteza reducerea puterii, NADPH.
Reacțiile întunecate, care constituie ciclul Calvin, numit după Melvin Calvin,
biochimist care a elucidat calea, reduce de carbon atomii din starea lor complet
oxidat ca dioxid de carbon la stat mai reduse ca hexoze. Componentele Ciclul
Calvin și a chemat pe reacțiile întuneric, deoarece, în contrast cu reacțiile de
lumină, aceste reacții nu în mod direct depinde de prezența luminii.
În plus față de ATP, reacțiile întuneric necesită reducerea puterii în formă de
NADPH, moneda disponibile reducerea puterii în celule. Grupul fosforil pe grupul
2-hidroxil al uneia dintre unitățile de riboza NADPH distinge NADPH de NADH.
Există o distincție fundamentală între NADPH și NADH în biochimie:
NADH este oxidat de către lanțul respirator de a genera ATP, întrucât NADPH
servește ca un reducător în biosinteză procese.
A doua jumătate a acestui capitol analizează o cale comună pentru toate
organismele, cunoscut și sub numele de fosfat pentozo cale, calea monofosfat
hexoze, calea phosphogluconate, sau shunt pentozo. Calea oferă un mijloc prin care
glucoza poate fi oxidat pentru a genera NADPH și este sursa a mai mult de
NADPH, care este necesare pentru biosinteza de biomolecule multe, mai ales
grasimi. Vom observa utilizarea de NADPH în multe dintre Reacțiile biosintetice
luate în considerare în Partea a III-a acestui text. Calea fosfat pentozo poate fi, de
asemenea, utilizat pentru catabolism de zaharuri pentozo din dieta, sinteza de
zaharuri pentozo pentru biosinteza de nucleotide, și catabolism și sinteza de
zaharuri mai comune patru și șapte de carbon. Calea fosfat pentozo și Calvin Ciclul
au în comun mai multe enzime și intermediari care atesta o înrudire evolutivă. Ca
glicolizei și gluconeogeneza, aceste cai sunt imagini în oglindă ale unul pe altul:
ciclul Calvin folosește pentru a reduce NADPH de dioxid de carbon pentru a
genera hexozelor, întrucât calea fosfat pentozo descompune glucoza in dioxid de
carbon la genera NADPH. Ciclul Calvin este uneori menționată ca reductivă
pentozo calea fosfat.
20.3 Pathway fosfat pentozo Generează NADPH și sintetizează Cinci-carbon
zaharuri
Calea fosfat pentozo satisface nevoia de a tuturor organismelor de o sursa de
NADPH de a utiliza în biosinteza reductive. Această modalitate constă în două
faze: generație oxidativ al NADPH și nonoxidative interconversie de zaharuri. În
faza oxidativ, NADPH este generat atunci când glucoză 6-fosfat este oxidat la
riboză 5-fosfat. Acest zahăr de cinci carbon și derivații ei sunt componente ale
ADN-ului și ARN-ului, precum și ATP, NADH, FAD, și coenzima A.
În faza de nonoxidative, calea catalizează interconversie de trei, patru, cinci, sase si
sapte,-carbon-zaharuri într-o serie de reactii nonoxidative care poate duce la sinteza
de cinci-carbon pentru biosinteza de nucleotide zaharuri sau conversia de exces de
cinci atomi de carbon în zaharuri intermediari de calea glicolitic. Toate aceste
reacții au loc în citosol. Aceste interconversions se bazează pe aceleași reacții care
duc la regenerarea ribulose 1,5 -bifosfat în ciclul Calvin.
Metabolismul acizilor grași
Ne întoarcem acum la metabolizarea carbohidratilor cu cea a acizilor grași. Un acid
gras conține un lanț de hidrocarburi lung și un grup de terminale carboxilat. Acizi
grași au patru roluri majore fiziologice. Acizi grași, primele sunt blocuri de
fosfolipide și glicolipidelor. Aceste molecule amphipathic sunt componente
importante ale membranelor biologice. În al doilea rând, multe proteine sunt
modificate de către legarea covalentă a acizilor grași, care vizează le în locații cu
membrană. Acizi grași al treilea rând, sunt molecule de combustibil. Acestea sunt
stocate ca triacylglycerols (numite, de asemenea, grăsimi neutre sau trigliceride),
care sunt neîncărcată esteri ai acizilor grași cu glicerina. Gras acizi mobilizate din
triacylglycerols sunt oxidate pentru a satisface nevoile de energie ale unei celule
sau organism. În al patrulea rând, acizi grași derivate servi ca hormonii și mesagerii
intracelulare. În acest capitol, ne vom concentra asupra oxidare și sinteză de acizi
grași, procese care sunt reciproc reglementate, ca raspuns la hormoni.
22.0.1. O Privire de ansamblu asupra metabolismului acidului gras
Degradarea acizilor grași și sinteza sunt procese relativ simple, care sunt, în esență
invers unul față de celălalt.
Procesul de degradare converteste unui compus alifatic într-un set de unități
activate acetil (acetil CoA), care pot fi prelucrate de ciclul acidului citric. Un acid
gras activat este oxidat pentru a introduce o legătură dublă; legătură dublă este
hidratat să se introducă un oxigen, alcoolul este oxidat la o cetonă, și, în cele din
urmă, patru de carbon Fragmentul este desfăcut de coenzima A pentru a produce
acetil CoA și un lanț de acizi grași două carburi mai scurt. În cazul în acid gras are
un număr par de atomi de carbon și este saturate, procesul este pur și simplu repetă
până când acidul gras este complet convertite în unități de acetil CoA.
Sinteza de acizi grași este, în esență reversul acestui proces. Deoarece rezultatul
este un polimer, procesul începe cu monomeri, în acest caz, cu activat acil grup (cel
mai simplu, o unitate de acetil) și unități malonil.
Unitatea malonil este condensat cu unitatea de acetil pentru a forma un fragment de
patru carbon. Pentru a produce hidrocarburi cerute lanț, carbonil trebuie să fie
redus.Fragmentul este redus, deshidratate, și a redus din nou, exact opusul
degradare, pentru a aduce grupului carbonil la nivelul unui grup de metilen, cu
formarea de butyryl Curții de Conturi. un alt activate malonil condensează de grup
cu unitatea butyryl și procesul se repetă până când un acid gras C16 este sintetizat.
22.1. Triacylglycerols sunt extrem de concentrate stochează energie
Triacylglycerols sunt concentrate foarte magazinele de energie metabolică,
deoarece acestea sunt reduse și anhidră. Randamentul din oxidarea completă a
acizilor grași este de aproximativ 9 kcal g-1 (38 kJ g-1), în contrast cu aproximativ
4 kcal g-1 (17 kJ g-1) pentru carbohidrați și proteine. Baza acestei diferențe mari în
randamentul caloric este faptul că acizii grași sunt mult mai reduse.
În plus, triacylglycerols sunt nepolare, și astfel acestea sunt stocate într-o formă
aproape anhidră, în timp ce mult mai mult polar proteine si hidrati de carbon sunt
mult mai puternic hidratat. De fapt, 1 g de glicogen uscată se leagă de aproximativ
2 g de apă.
În consecință, un gram de magazine de grăsime aproape anhidră mai mult de șase
ori mai multa energie ca un gram de hidratat glicogen, care este probabil motivul
pentru care triacylglycerols, mai degrabă decât de glicogen au fost selectate în
evoluție ca principal energie rezervor. Luați în considerare un tipic de 70 kg om,
care are rezerve de combustibil de 100.000 kcal (kJ 420000) în triacylglycerols,
25000 kcal (100.000 kJ) în proteine (mai ales în mușchi), 600 kcal (2500 kJ) în
glicogen, și 40 kcal (170 kJ) în glucoză. Triacylglycerols constituie aproximativ 11
kg de greutate corporală totală său. Dacă această cantitate de energie au fost stocate
în glicogen, sa greutatea totala a corpului ar fi 55 kg mai mare. Glicogen și glucoză
magazine furniza energie suficienta pentru a sustine biologic Funcția de
aproximativ 24 de ore, în timp ce magazinele triacylglycerol permit supraviețuirea
timp de câteva săptămâni.
La mamifere, site-ul major al acumulării de triacylglycerols este citoplasma
celulelor adipoase (celulele grase). Picături de triacylglycerol fuziona pentru a
forma o globulă mare, care poate ocupa cea mai mare parte a volumului celulei.
Adipos Celulele sunt specializate pentru sinteza și depozitarea triacylglycerols și
pentru mobilizarea acestora in molecule de combustibil, care sunt transportate la
alte tesuturi de sânge.
Utilitatea triacylglycerols ca sursă de energie este dramatic ilustrată de abilitățile de
păsări migratoare, care pot zbura pe distanțe mari fără să mănânce. Exemple sunt
americane de aur ploierul și vrabia de rubin-gât. De aur ploierul zboara de la
Alaska la vârful de sud a Americii de Sud; un segment mare de zbor (3800 km sau
2400 km) este peste ocean deschis, în cazul în care păsările nu se pot hrăni. Colibri
Ruby-gât gasi non-stop peste Golful Mexic. Acizi grași furnizează sursa de energie
pentru ambele aceste fapte prodigioase.
22.1.1. Lipide dietetice sunt digerate de Lipazele pancreatice
Cele mai multe lipide sunt ingerate sub formă de triacylglycerols, dar trebuie să fie
degradat la acizi grași de absorbție din intestinale epiteliului. Amintiți-vă că nu sunt
ușor de lipide solubilizate, dar ele trebuie să fie în scopul de a fi degradate.
Triacylglycerols în lumenul intestinal sunt încorporate în micele formate cu
ajutorul sărurilor biliare, moleculele amphipathic sintetizat de colesterol în ficat și
secretat de vezica biliară. Constitutiv al lipide în micelii orientează legăturile de
ester de lipide spre suprafața de micelle, făcând obligațiunile mai sensibile la
digestie prin lipazele pancreatice, care se află în soluție apoasă. În cazul în care
producția de săruri biliare este inadecvat din cauza boli de ficat, cantități mari de
grăsimi (la fel de mult ca 30 g de zile-1) sunt excretate in fecale. Această condiție
este prevăzută în steatoree, de la steato greacă, "grăsime".
Cele lipazele digera triacylglycerols în acizi grași liberi și monoacylglycerol.
Aceste produse de digestive sunt transportate în micele a epiteliului intestinal în
cazul în care acestea sunt absorbite prin membrana plasmatică.
22.1.2. Lipide dietetice sunt transportate în chilomicronilor
În celulele mucoasei intestinale, a triacylglycerols sunt resintetizata din acizi grași
și monoacylglycerols și apoi ambalate în particule de lipoproteine de transport
numite chilomicronilor, particule stabile variind de la aproximativ 180 la 500 nm în
diametru. Aceste particule sunt compuse în principal din triacylglycerols, cu
apoproteina B-48 ca principal proteine componenta. Constitutive proteine de
particule de lipoproteine sunt numite apolipoproteins. Chilomicronilor, de
asemenea, funcționează în transportul vitaminelor liposolubile si a colesterolului.
Cele chilomicronilor sunt eliberate în sistemul limfatic și apoi în sânge. Aceste
particule se leaga de membrana-legat lipazele lipoproteine, în primul rând la nivelul
țesutului adipos și muscular, în cazul în care triacylglycerols sunt, din nou,
degradate în liberă acizi grași și monoacylglycerol pentru transportul în țesutul.
Cele triacylglycerols sunt apoi resintetizata interiorul celulei și stocate. În mușchi,
ele pot fi oxidat pentru a furniza energie, după cum se va discuta în scurt timp.
22.2.Utilizarea de acizi grași drept combustibil Necesită trei stadii de
procesare
Țesuturile periferice avea acces la rezervele de energie lipidice stocate in tesutul
adipos prin trei etape de prelucrare.
În primul rând, a lipidelor trebuie să fie mobilizate. În acest proces, triacylglycerols
sunt degradate la acizi grași și glicerină, care sunt eliberat din tesutul adipos și
transportate la tesuturi de energie care necesită. În al doilea rând, la aceste țesuturi,
acizii grași trebuie să fie activată și transportate în mitocondriile pentru degradare.
În al treilea rând, acizii grași sunt defalcate într-un pas-bystep moda în acetil CoA,
care este apoi prelucrate în ciclul acidului citric.
22.2.1. Triacylglycerols Sunt hidrolizat de AMP ciclic-reglementate Lipazele
Evenimentul inițială în utilizarea de grasime ca sursă de energie este hidroliza
triacylglycerols de lipazelor, un eveniment mentionat ca lipoliza. Lipazei de tesut
adipos sunt activate pe un tratament al acestor celule cu hormone epinefrina,
norepinefrina, glucagon, și hormon adrenocorticotrop. In celulele adipoase, acesti
hormoni declanșa 7TM receptorii care activeaza adenilat ciclaza. Nivelul crescut de
AMP ciclic apoi stimuleaza protein kinaza A, care activeaza lipazele de fosforilării
le. Astfel, epinefrina, norepinefrina, glucagon, și hormon adrenocorticotrop induce
lipoliza. În schimb, insulina inhibă lipoliza. A lansat gras acizi nu sunt solubile în
plasmă de sânge, și așa mai departe, în presă, se leaga de albumina serică de acizi
grași și servește ca un operator de transport. De aceste mijloace, acizi grași liberi
sunt accesibile ca un combustibil în alte țesuturi.
Glicerol format prin lipoliza este absorbită de către ficat și fosforilat, oxidat la
fosfat Dihidroxiacetona, și apoi izomerizată la glyceraldehyde 3-fosfat. Aceasta
molecula este un intermediar atât glicolitic și cai gluconeogenic.
Prin urmare, glicerol pot fi convertite în piruvat sau glucoză în ficat, care conține
enzime adecvate.
procesul invers poate avea loc prin reducerea fosfat Dihidroxiacetona la glicerol 3-
fosfat. Hidroliza cu o fosfatazei dă glicerol. Astfel, intermediari glicerină și
glicolitic sunt ușor interconvertible.
22.2.2. Acizii grași sunt legate de coenzima A înainte de a fi oxidat
Eugene Kennedy și Albert Lehninger a arătat în 1949 că acizii grași sunt oxidate în
mitocondrii. Ulterioară de muncă demonstrat că acestea sunt activate înainte de a
intra matricea mitocondrial. Adenozina trifosfat (ATP) unități formarea unei
legături între thioester grupul carboxil a unui acid gras și grupul sulfhidril al Curții
de Conturi. Acest Reacția de activare are loc pe membrana mitocondrială exterior,
în cazul în care acesta este catalizată de acil sintetazei CC (de asemenea, numit
thiokinase acid gras).
Pavel Berg a arătat că activarea unui acid gras este realizată în două etape. În
primul rând, acizi grași reacționează cu ATP la formează o adenilat acil. În această
anhidridă mixte, grupul carboxil a unui acid gras este legat la grupul fosforil de
AMP. Celelalte două grupuri de fosforil substrat ATP sunt eliberate ca pirofosfat.
Grupul sulfhidril de Curtea de Conturi atacă apoi adenilat acil, care este strâns legat
de enzima, pentru a forma acil CoA și AMP.
Aceste reacții parțiale sunt liber reversibile. De fapt, constanta de echilibru pentru
suma acestor reacții este aproape de 1.
Un mare potențial de transfer-compus este desfăcut (între IPP și AMP) și un mare
potențial de transfer-compus este format (thioester acil CoA). Cum este reacția
globală condus înainte?Răspunsul este că Pirofosfat este rapid hidrolizat de o
pyrophosphatase, și astfel reacția complet este Aceasta reactie este destul de
favorabilă, deoarece echivalentul a două molecule de ATP este hidrolizat, în timp
ce doar un singur hightransfer-compus potențial se formează. Vedem aici un alt
exemplu de o temă recurentă în biochimie: multe Reacțiile biosintetice sunt
realizate ireversibil de hidroliza pirofosfat anorganic.
Un alt motiv se repetă în această reacție de activare.Enzima-acil legat-adenilat
intermediar care nu este unic pentru sinteza de acil Curții de Conturi. Adenylates
acil sunt frecvent formeaza atunci cand grupe carboxil sunt activate în reacții
biochimice. Aminoacizii sunt activate pentru sinteza proteinelor printr-un
mecanism similar deși enzimele care catalizează acest proces nu sunt omoloage să
acil CoA sintetazei. Astfel, activarea de către reapare adenylation în parte din cauza
evoluției convergente.
22.2.4. Acetil CoA, NADH, iar FADH2 sunt generate în fiecare rundă de acizi
grași Oxidare
Un saturate acil CoA este degradat de o secvență recurentă de patru reacții:
oxidarea de către adenin dinucleotid Flavin (FAD), hidratarea, oxidarea prin NAD
+, și de către Curtea de Conturi thiolysis. Lanțul acil gras este scurtat de două atomi
de carbon ca urmare a acestor reacții, și FADH2, NADH, și acetil CoA sunt
generate. Deoarece oxidare este pe de carbon b, această serie de reactii este numit
calea b-oxidare.
Prima reacție în fiecare rundă de degradare este oxidarea acil Curții de Conturi de
către un dehidrogenază acil CoA pentru a da un enoyl Curții de Conturi, cu o
legătură dublă între trans C-2 și C-3.
Ca și în dehidrogenare de succinat în ciclul de acid citric, FAD mai degrabă decât
NAD + este acceptor de electroni, deoarece valoarea de DG pentru această reacție
este insuficientă pentru a conduce la reducerea NAD +. Electronii din protetice
FADH2 grup de redusă acil dehidrogenazei Curții de Conturi sunt transferate într-
un flavoproteina două numita electron-transfer flavoproteina (ETF). La rândul său,
ETF doneaza electroni pentru a ETF-reductaza: ubichinona, o proteină de fier-sulf.
Ubichinona este astfel redusă la ubiquinol, care oferă sale cu potențial ridicat
electroni pentru a doilea site de protoni de pompare a lanțul respirator. Prin urmare,
1,5 molecule de ATP sunt generate pe moleculă de FADH2 format în acest pas
dehidrogenarea, la fel ca în oxidarea succinat de a fumarat.
Următorul pas este hidratarea de legătură dublă între C-2 și C-3 de către Curtea de
Conturi enoyl hydratase.
De hidratare a Curții de Conturi este enoyl stereospecifică. Numai izomerul L al 3-
hydroxyacyl CoA se formează atunci când două trans-D legătură dublă este
hidratat. Enzimei de hidrați de asemenea, o cis-D 2 obligațiuni dublu, dar produsul,
apoi este izomerul D. Noi trebuie să a reveni la acest punct în scurt timp în
considerare modul în acizi grași nesaturați sunt oxidate.
De hidratare a enoyl Curții de Conturi este un preludiu la reacția de oxidare a doua,
care transformă grupul hidroxil de la C-3 în un grup de ceto și generează NADH.
Această oxidare este catalizată de L-3-dehidrogenaza hydroxyacyl CoA, care este
specific pentru izomerul L al substratului hydroxyacyl.
Reacțiile anterioare au oxidat grupul de metilen la C-3 la un grup de keto. Ultimul
pas este clivaj de 3 -ketoacyl Curții de Conturi de către grupul tiol a unei molecule
al doilea Curții de Conturi, care produce acetil CoA si o acil CoA scurtat prin doi
atomi de carbon. Acest clivaj thiolytic este catalizată de b-ketothiolase.
Scurtat acil Curtea de Conturi este supus apoi un alt ciclu de oxidare, începând cu
reacția catalizată de acil Curtea de Conturi dehidrogenază. Lanțuri grasi acil care
conțin atomi de carbon de la 12 la 18 sunt oxidate de lanț lung acil CoA
dehidrogenazei. Mediu lant acil CoA dehidrogenaza oxidează lanțuri grasi acil
având 14 – 4 carburi, întrucât catenă scurtă dehidrogenaza acil CoA acționează
numai pe 4 - și 6 - carbon lanțuri acil. În schimb, b- ketothiolase, dehidrogenaza
hydroxyacyl, și Curtea de Conturi enoyl hydratase au specificitate larg cu privire la
durata acil grup.
22.2.5.Oxidarea completă a Degajă Palmitate 106 Moleculele de ATP
Putem calcula acum randamentul energetic derivat din oxidarea unui acid gras. În
fiecare ciclu de reactie, un Curții de Conturi este acil scurtat cu doi atomi de
carbon, precum și o moleculă fiecare dintre FADH2, NADH, și acetil CoA se
formează.
Degradarea palmitoil Curții de Conturi (C16-acil CoA) prevede șapte cicluri de
reacție. În ciclul saptea, C4-ketoacyl Curtea de Conturi este thiolyzed la două
molecule de acetil CoA. Prin urmare, stoichiometrie de oxidare al Curții de Conturi
este de palmitoil Aproximativ 2,5 molecule de ATP sunt generate atunci când
lanțul respirator oxidează fiecare din cele 7 molecule de NADH, întrucât
moleculele de ATP 1.5 sunt formate pentru fiecare din cele 7 molecule de FADH2,
deoarece electronii lor introduceți lanțul de la nivelul de ubiquinol. Amintiți-vă că
oxidarea acetil CoA de ciclul acidului citric produce 10 de molecule de ATP. Prin
urmare, numărul de molecule de ATP format în oxidarea palmitoil Curții de
Conturi este de 10,5 din cele 7 molecule de FADH2, 17,5 din cele 7 molecule de
NADH, iar 80 din cele 8 molecule de acetil CoA, care oferă un total de 108.
Echivalentul a 2 molecule de ATP este consumat în activarea palmitat, în care ATP
este împărțit în AMP și 2 molecule de Pi. Astfel, oxidarea completă a unei
molecule de palmitat randamentelor 106 molecule de ATP.
22.3.4. Acizi grasi sunt, de asemenea oxidat în Peroxisomes
Deși oxidarea acizilor grasi mai are loc in mitocondrii, unele de oxidare are loc în
organite celulare numite peroxisomes. Aceste organite sunt caracterizate prin
concentrații ridicate de enzime catalazei, care catalizează dismutation de peroxid de
hidrogen in apa si oxigen molecular. Oxidarea acizilor grași în aceste organite, care
se oprește la octanyl Curții de Conturi, pot servi la scurta lanțuri lungi pentru a le
face mai bune substraturi de b oxidare în mitocondrii. Oxidarea Peroxisomal diferă
de oxidare b în reacția de dehidrogenare inițială.
În peroxisomes, o dehidrogenazei flavoproteina transferă electronii la O2 a produce
H2O2 în loc de a surprinde electroni de mare energie, ca FADH2, așa cum se
întâmplă în oxidarea b mitocondriale. Catalaza este necesar pentru a converti
hydrogen peroxid de produse în reacția inițială în apă și oxigen. Etapele ulterioare
sunt identice cu mitocondriale lor omologii, deși acestea sunt efectuate de către
izoforme diferite ale enzimelor.
Zellweger sindrom, care rezultă din lipsa de peroxisomes funcționale, se
caracterizează prin ficat, rinichi, și anomalii musculare și de obicei, rezultate în
moarte de vârsta de șase ani.Sindromul este cauzat de un defect de import
enzimelor în a peroxisomes. Aici vedem o stare patologică care rezultă dintr-o
necorespunzătoare cellular distribuirea de enzime.
22.5. Acetil coenzima A carboxilaza joacă un rol cheie în Controlling acizi
grași Metabolism
Metabolismul acizilor grași este strict controlate, astfel încât sinteza si degradarea
sunt foarte receptive la fiziologică nevoile. Sinteza de acizi grași este maximă
atunci când carbohidrați și energie sunt abundente și atunci când acizii grași sunt
limitate.
Acetil CoA carboxilaza joacă un rol esențial în reglarea sintezei acizilor grași și a
degradării. Reamintească faptul că această enzimă catalizează pas angajată în
sinteza acizilor grași: producția de malonil Curții de Conturi (activat de două
carbon donator). Carboxilaza este controlată de trei glucagon globală semnale,
epinefrina, și insulina, care corespund statutul global de energie a organismului.
Insulina stimulează sinteza de acizi grași prin activarea carboxilază, întrucât
glucagon si epinefrina avea un efect invers. Nivelurile de citrat, Curții de Conturi
palmitoil, și AMP într-o celulă, de asemenea, să exercite de control. Citrat, un
semnal că blocurile și energie sunt abundente, activează carboxilază. Palmitoil
Curții de Conturi și AMP, în schimb, duce la inhibarea carboxilază. Astfel, aceasta
enzima important este supusă atât global, cât și locală regulament. Vom analiza
fiecare dintre aceste niveluri de reglementare, la rândul său.
Global regulament.
Reglementarea globală se realizează prin intermediul unor fosforilare reversibilă.
Acetil CoA carboxilaza este oprit prin fosforilarea și activate prin defosforilare.
Modificarea unui reziduu serin singur printr-un AMPdependent proteine kinaza
(AMPK) convertește carboxilază într-o formă inactivă. Grupul fosforil pe inhibat
carboxilaza este eliminat prin 2A fosfataza proteina. Proporția carboxilază în forma
activă defosforilat depinde de ratele relative ale acestor enzime opuse.
Cum este formarea de forma inactiva, fosforilate a enzimei reglementat? AMPK,
enzima care fosforilează carboxilază, este în esență un ecartament de combustibil
este activat de AMP si inhibat de ATP. Astfel, carboxilaza este inactivat atunci
când taxa de energie este redus. Acest kinaza este conservată printre eucariote.
Omologii găsit în drojdie și plante joacă, de asemenea, roluri în detectarea starea de
energie a celulei. Inhibarea 2A fosfatazei este necesară pentru a menține acetil CoA
carboxilaza în stare fosforilate. Epinefrina și glucagon activa proteine kinaza A,
care, la rândul său, inhibă fosfataza de fosforilării-l. Prin urmare, acesti hormoni
catabolice opriți de acizi grași sinteză prin menținerea carboxilază în stare inactivă
fosforilate.
Cum este enzima defosforilat și activat? Insulina stimulează carboxilază prin
provocarea de defosforilarea. Nu este clar care dintre fosfatazele activeaza
carboxilază ca răspuns la insulină.
Controlul hormonal al carboxilaza acetil CoA este o reminiscență de faptul că de
glicogen-sintetazei.
Locală regulament.
Acetil CoA carboxilaza este, de asemenea, sub control local. Această enzimă este
stimulată de allosterically citrat. Mai precis, citrat inversează parțial inhibarea
produse de fosforilare. Acesta acționează într-o manieră neobișnuită pe inactive
acetil CoA carboxilaza, care există ca o octamer. Citrat facilitează polimerizare a
octamers inactive în fibre active. Nivelul de citrat este ridicat, atunci când ambele
acetil CoA și ATP sunt abundente. Amintiți-vă că dehidrogenazei isocitrate
mamifere este inhibată de o taxa de mare de energie. Prin urmare, un nivel ridicat
de citrate semnifică faptul că două unități de carbon și ATP sunt disponibile pentru
sinteza acizilor grași. Efectul stimulator al citrat de pe carboxilaza este antagonizat
de palmitoil Curții de Conturi, care este abundent atunci când există un exces de
acizi grași. Palmitoil Curtea de Conturi face ca filamentele să demontați în
octamers inactive. Palmitoil CC inhibă, de asemenea, translocase care transportă
citrat de mitocondriile la citosol, precum și glucoză 6-fosfat dehidrogenaza, care
generează în NADPH pentozo fosfat cale.
Raspunsul la dieta.
Sinteza acizilor grași și a degradării sunt reciproc reglementate, astfel încât ambele
nu sunt activi simultan. În foame, nivelul de acizi grași liberi crește din cauza
hormonilor, cum ar fi epinefrina si glucagon stimula adipos-celule lipazei.
Insulina, în schimb, inhibă lipoliza. Acetil CoA carboxilaza joacă, de asemenea, un
rol în reglementarea de acid gras degradare. Malonil Curții de Conturi, produsul de
reacție carboxilază, este prezent la un nivel ridicat atunci când moleculele de
combustibil sunt abundente. Malonil Curții de Conturi inhibă am carnitina
acyltransferase, prevenind accesul Coas grasi acil la mitochondrial matrice în
vremuri de belșug. Malonil Curtea de Conturi este un inhibitor deosebit de eficientă
a acyltransferase am carnitina in inima si musculare, țesuturi, care au puțină
capacitate sinteza acidului gras de-al lor. În aceste țesuturi, acetil CoA carboxilaza
poate fi o enzimă pur de reglementare. În cele din urmă, două enzime în calea b-
oxidare sunt inhibate semnificativ atunci când energia taxa este mare. NADH
inhibă 3-CoA dehidrogenazei hydroxyacyl, și acetil CoA inhibă thiolase.
Controlul pe termen lung este mediată de schimbări în ratele de sinteză și degradare
a enzimelor care participă la gras Acid sinteza. Animalele care au postit și apoi sunt
hrăniți de înaltă carbohidrati, low-diete de grasime arată creșteri marcate ale
acestora cantități de carboxilaza acetil CoA sintetazei și acizi grași în termen de
câteva zile. Acest tip de regulament este cunoscut sub numele de adaptiv de
control.