notatka EM kolos 3 enzymy cz.2

AKTYWNE UFOSFORYLOWANE (stymulacja przez glukagon lub adrenalinę)

• FOSFORYLAZA GLIKOGENOWA

• LIPAZA TRIACYLOGLICEROLOWA

AKTYWNE NIEUFOSFORYLOWANE (stymulowane przez insulinę)

• SYNTAZA GLIKOGENOWA

• KINAZA PIROGRONIANOWA

• KARBOKSYLAZA ACETYLO-CoA

• REDUKTAZA HMG-CoA

ENZYM BIFUNKCYJNY nieufosforylowany

FOSFOFRUKTOKINAZA-2 -> AKTYWNOŚĆ KINAZY (stymuluje glikolizę

ENZYM BIFUNKCYJNY ufosforylowany 

UFOSFORYLOWANA FOSFOFRUKTOKINAZA-2 -> AKTYWNOŚĆ FOSFATAZY (glukoneogeneza)

AKTYWACJA PROTEOLITYCZNA

aktywowanie w określonym miejscu i czasie, szczególnie poza komórką. Nieodwracalna hydroliza jednego lub więcej wiązań peptydowych oraz odczepieniu fragmentu peptydowego z nieaktywnego prekursora enzymu.

skutek aktywacji proteolitycznej

odsłonięcie miejsca aktywnego lub zmiany jego konformacji.

• Proces nieodwracalny.

Zymogeny/proenzymy:

• pepsynogen

• trypsynogen

• chymotrypsynogen

• proelastaza

pepsynogen

-> PEPSYNA (jony H+ w żołądku)

trypsynogen

-> TRYPSYNA (enteropeptydaza i autokataliza – wpływa na aktywację innych enzymów trawiennych – chymotrypsyna, elastaza, karboksypeptydaza)

chymotrypsynogen

-> CHYMOTRYPSYNA (dwuetapowa – redukcja wiązania peptydowego, odłączenie dwóch dipeptydów – związane z ILE i ASP)

proelastaza

> ELASTAZA

aktywacja proteolityczna reguluje

• zymogeny

• kaskadę krzepnięcia krwi i kaspazy odpowiedzialne za apoptozę

SPRZĘŻENIA ZWROTNE

związanie z allosterycznymi (to już umiemy) Regulacja allosteryczna i sprzężenie zwrotne reagują na zmiany stężenia metabolitów i zmieniają strukturę IV-rzędową enzymu (ze względu na jego podjednostkową budowę)

SPRZĘŻENIA ZWROTNE DODATNIE

Fruktozo-1,6-bisfosforan to aktywator allosteryczny kinazy pirogronianowej

SPRZĘŻENIA ZWROTNE UJEMNE

W szlakach anabolicznych (biosyntezy) produkty są zwykle inhibitorami allosterycznymi. CTP (końcowy produkt biosyntezy nukleotydów pirymidynowych) jest inhibitorem allosterycznym kluczowej karbamoilotransferazy asparaginianowej

BIAŁKA REGULATOROWE

• KALMODULINA

• TRZUSTKOWY INHIBITOR TRYPSYNY

KALMODULINA

(regulacja wewnątrzkomórkowy) – białko modulatorowe. Integracja z kaskadami sygnałowymi opartymi na Ca2+. Tworzy kompleks kalmodulina-Ca2+ i to on aktywuje i stymuluje działanie innych enzymów.

• Ważna dla kinaz – aktywacja kinazy fosforylazy glikogenowej w mięśniach – karmodulina jest jedną z podjednostek tej kinazy.

TRZUSTKOWY INHIBITOR TRYPSYNY

(regulacja zwenątrzkomórkowa/ochronna) – zabezpiecza przed przedwczesną aktywacją zymogenów. Należy do rodziny SERPIN (inhibitorów proteaz serynowych).

TRZUSTKOWY INHIBITOR TRYPSYNY wiąże się trwale 

z miejscem aktywnym trypsyny unieczynniając ją (analog substratu) – zabezpiecza komórki trzustki przed przedwczesną aktywacją trypsyny. Trypsynogen jest aktywowany pozakomórkowo, dlatego inhibitor zapobiega niekontrolowanej aktywacji enzymów (chymotrypsyny, elastazy, karboksypeptydazy) wewnątrz trzustki.

OBRÓT METABOLICZNY BIAŁKA

(równowaga syntezy i degradacji) – główny mechanizm kontrolny prowadzący do zmian w bezwzględnej ilości obecnego w komórce enzymu. To stan równowagi między przeciwstawnymi procesami: syntezy i degradacji z aminokwasów do białka 

obrót metaboliczny związany jest z

okresem półtrwania enzymów. Ilość enzymu jest wynikiem równowagi między szybkościami jego syntezy i degradacji.

KONTROLA SZYBKOŚCI SYNTEZY enzymu – zależy od:

• Poziomu indukcji i represji genu kodującego enzym.

• Szybkości degradacji jego mRNA.

indukcja przykład 

Wzrost stężenia enzymów uczestniczących w degradacji aminokwasów (np. oksygenaza tryptofanowa) w odpowiedzi na dietę wysokobiałkową

indukcja substratowa przykład 

np. synteza enzymów wykorzystujących laktozę

hormony działanie przykład

Insulina jest induktorem syntezy enzymów sprzyjających magazynowaniu energii (np. glukokinazy, kinazy pirogronianowej)

hormony przykłady

Glukagon i glukokortykoidy są induktorami syntezenzymów glukoneogenezy (np. karboksylazy pirogronianowej)

degradacja enzymu

• Szlak zależny od ubikwityny (proteasom 26S)

• Lizosomalna degradacja białek (endocytoza, autofagia)

GLUKOKINAZA

ind - INSULINA

rep - GLUKAGON

FOSFOFRUKTOKINAZA-1

ind - INSULINA

rep - GLUKAGON

KINAZA PIROGRONIANOWA

ind - INSULINA

rep - GLUKAGON

KARBOKSYLAZA PIROGRONIANOWA

ind - GLUKAGON, GLUKOKORTYKOIDY, ADRENALINA

rep - INSULINA

KARBOKSYLAZA FOSFOENOLOPIROGRONIANOWA

ind - GLUKAGON, GLUKOKORTYKOIDY, ADRENALINA

rep - INSULINA

FRUKTOZO-1,6-BISFOSFATAZA

ind - BRAK

rep - INSULINA

GLUKOZO-6-FOSFATAZA

ind - GLUKAGON, GLUKOKORTYKOIDY, ADRENALINA

rep - INSULINA 

DEHYDROGENAZA GLUKOZO-6-FOSFORANOWA

ind - INSULINA

rep - BRAK

Induktor Enzymu:

Związek chemiczny (np. hormon, substrat), który inicjuje lub przyśpiesza szybkość syntezy białka enzymatycznego. Induktor zwiększa ilość enzymu poprzez odblokowanie lub uaktywnienie transkrypcji genu

Represor Enzymu:

Związek chemiczny (np. produkt końcowy szlaku metabolicznego lub hormon), który hamuje ekspresję genu kodującego enzym, a tym samym zmniejsza jego ilość.

OPERONY – LAC, TRP sprzężenie ujemne 

Kiedy produkt jest obecny (np. tryptofan), nie ma konieczności jego syntezowania. Tryptofan wiąże się jako korepresor z represorem, zmieniając jego konformację. Represor łączy się z operatorem, co blokuje transkrypcję.

OPERONY – LAC, TRP sprzężenie dodatnie 

Gdy dostępny jest substrat (np. laktoza), należy go wykorzystać, czyli zsyntetyzować enzymy metabolizujące ten substrat. Laktoza (a właściwie jej izomer – allolaktoza) jest induktorem dla represora, zmieniając jego konformację tak, że nie wiąże się on wydajnie z operatorem. Transkrypcja genów struktury zachodzi.

Regulacja cAMP/CAP

W przypadku operonu laktozowego, gdy występuje spadek stężenia glukozy, pojawia się cAMP, który jest induktorem genomu. cAMP wiąże się z białkiem CAP, które z kolei jest w stanie związać się do miejsca wiązania i przyspieszyć transkrypcję genów struktury

RYBOPRZEŁĄCZNIKI

są to odcinki mRNA występujące u bakterii, grzybów i roślin, które nie ulegają translacji (wiążą niskocząsteczkowe ligandy – metabolity czy koenzymy)

mechanizm działania ryboprzełączników

ZWIĄZANIE LIGANDA -> ZMIANY KONFORMACYJNE -> DWUNICIOWA SPINKA-> BLOKOWANIE/UMOŻLIWIANIE TRANSKRYPCJI (tworzą terminatory) I TRANSLACJI (przeszkadzają we włączeniu rybosmou).

HORMONY PEPTYDOWE/POCHODNE AMINOKWASÓW (receptory błonowe) – regulacja szybkości syntezy

AKTYWACJA CYKLAZY ADENYLANOWEJ -> WZROST cAMP -> AKTYWACJA KINAZY BIAŁKOWEJ A -> FOSFORYLACJA CREB (białko odpowiedzi na cAMP) -> WIĄZANIE DO MIEJSCA RECEPTOROWEGO GENU -> +CZYNNIKI TRANSKRYPCYJNE -> URUCHOMIENIE TRANSKRYPCJI

HORMONY STEROIDOWE (receptory cytoplazmatyczne)- regulacja szybkości syntezy

HORMON (KORTYZOL) + RECEPTOR CYTOPLAZMATYCZNY -> DIMER DO JĄDRA -> WIĄZANIE ZE SPECYFICZNĄ SEKWENCJĄ ODPOWEIDZI NA GLUKOKORTYKOIDY -> KATALIZA SYNTEZY mRNA

REGULACJA PRZEZ METABOLITY (na przykładzie HMG-CoA)

• Uczestnictwo białek SCAP I SREBP-2

• niskie i wysokie stężenie cholesterolu

NISKIE STĘŻENIE CHOLESTEROLU

-> ODSZCZEPIENIE SREBP -> DO JĄDRA -> PRZYŁĄCZENIE DO SRE (elementu odpowiedzi na sterole) ZA PROMOTOREM -> URUCHOMIENIR EKSPRESJI

WYSOKIE STĘŻENIE CHOLESTEROLU

-> HAMOWANIE ODŁĄCZENIA SREBP - > BRAK SYNTEZY BIAŁKA REGULATOROWEGO -> OBNIŻENIE CHOLESTEROLU ENDOGENNEGO

mechanizm zmniejszenia energii aktywacji 

1. Polega na "wspinaczce" substratu połączonego z enzymem na szczyt energetyczny (kompleks ES#)

2. Polega na destabilizującym działaniu enzymu wobec związanego substratu w celu "przyciągnięcia" go przez barierę energetyczną stanu przejściowego. Destabilizacja ta może obejmować wymuszone deformacyjne zmiany konformacji substratu, napięcia przestrzenne, oddziaływania elektrostatyczne oraz zmiany otoczenia (odwodnienie lub hydratacja/solwatacja

3. Prowadzi do przekształcenia zaktywowanego kompleksu ES

4. W przypadku reakcji egzoergicznych powstały produkt opuszcza centrum aktywne, mając znacznie mniejszą energię swobodną niż substrat.

W szlakach metabolicznych organizm omija energetycznie niekorzystne etapy, wprowadzając nowe reakcje i enzymy, aby

cały szlak miał sumarycznie ΔG < 0

ΔG mówi nam, czy reakcja chemiczna

zachodzi spontanicznie:

ΔG < 0

reakcja przebiega spontanicznie (jest energetycznie korzystna)

ΔG > 0

reakcja nie zachodzi spontanicznie (jest energetycznie niekorzystna i wymaga dostarczenia energii).

jeśli pojedyncza reakcja może zachodzić w 2 strony, to delta G

• w jednym kierunku ma daną wartość

• w przeciwnym kierunku ma tę samą wartość ale przeciwny znak 

glikoliza

rozkład glukozy do pirogronianu

glukoneogeneza

synteza glukozy z pirogronianu (odwrotność glikolizy)

Na pierwszy rzut oka glukoneogeneza wydaje się reakcji odwrotnością glikolizy. Ale 

niektóre reakcje glikolizy mają bardzo silnie ujemne ΔG (są jednokierunkowe).

W odwrotnym kierunku takie etapy miałyby bardzo dodatnie ΔG → czyli byłyby energetycznie niemożliwe

organizm zamiast odwracać nieodwracalne reakcje glikolizy glukoneogeneza 

• omija je,

• wprowadza inne reakcje, 

• z udziałem innych enzymów, które mają ujemne ΔG w kierunku syntezy glukozy.

• W ten sposób cały szlak przebiega do przodu, mimo że bezpośrednie odwrócenie glikolizy byłoby energetycznie niekorzystne.

Ładunek elektryczny komórki

stężenie ATP, ADP, AMP – wartość od 0-1

Potencjał fosforylacyjny

wartość energii swobodnej przechowywanej w postaci ATP – uzależniony od ilości ATP i fosforanu nieorganicznego.

KOMPARTMENTACJA

fizyczne oddzielenie procesów w obrębie komórki lub organizmu – regulacja dostępności enzymów.

KOMPARTMENTACJA ZNACZENIE

• Oddzielenie przeciwstawnych szlaków.

• Pozwala glukoneogenezie przezwyciężenie energetycznie niekorzystnych etapów glikolizy poprzez zastąpienie ich nowymi reakcjami.

• Enzymy degradujące białka itd. są zlokalizowane w lizosomach.

• Nadaje specyficzność koenzymom – biosyntezy NADPH, generowanie elektronów NAD+.

mitochondrium procesy 

• beta oksydacja

• cykl Krebsa

• łańcuch oddechowy

• synteza ciał ketonowych

cytozol procesy

• glikoliza

• szlak pentozofosforanowy

• synteza kw. tłuszczowych

• biosynteza cholesterolu

mitochondrium i cytozol procesy

• glukoneogeneza

• synteza hemu

• cykl mocznikowy

IZOENZYMY

katalizują tę samą reakcję chemiczną, mają tę samą specyficzność substratową, różnią się powinowactwem do substratu, różnią się właściwościami fizycznymi, chemicznymi i immunologicznymi, odpowiadają na różne cząsteczki sygnałowe.

Izoenzymy są produktami

ekspresji ściśle spokrewnionych genów. Zazwyczaj mają budowę oligomeryczną.

podjednostki izoenzymów 

kodowane przez różne geny. Ich kombinacja w różnych proporcjach prowadzi do powstania różnych form izoenzymów.

Dehydrogenaza mleczanowa:

LDH jest tetramerem (złożona z czterech podjednostek). Składa się z dwóch rodzajów monomerów (protomerów): H (ang. Heart) i M (ang. Muscle).

Izoformy: Monomery te tworzą 5 różnych izoenzymów: LDH

• LDH1 (H4)

• LDH2 (H3M)

• LDH3 (H2M2)

• LDH4 (HM3)

• LDH5 (M

Chociaż każda komórka jest zdolna do wytwarzania protomerów H i M,

zawartość poszczególnych izoenzymów jest zróżnicowana w zależności od tkanki - w mięśniu sercowym dominuje LDH1 (H4), a w mięśniach szkieletowych dominuje LDH5 (M4)

Izoenzym H4 (LDH1) wykazuje

wyższe powinowactwo do substratu (pirogronianu) niż izoenzym M4 (LDH5).

Duże stężenie pirogronianu allosterycznie hamuje izoenzym

H4, ale nie wpływa na izoenzym M4.

zoenzym M4 działa optymalnie

w warunkach beztlenowych (mięśnie szkieletowe), natomiast H4 w warunkach tlenowych mięśnia sercowego.