Mioglobin részletes - dettk.ucoz.com · Biokémia előadások 2006. 2 Kísérleti HEM 7 Disztális hisztidin szerepe 8 Mioglobin-hemoglobin β-alegysége 9 Hemoglobin és mioglobin

Biokémia előadások 2006.

1

BIOKÉMIA2. előadás

Oxigén transzport proteinek

1

Oxigén transzport proteinekDr. Kerékgyártó János

DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék2006. szept. 27

A „hem” szerkezete

2

Mioglobin modell

3

Mioglobin részletes szerkezete

♦ Röntgen elemzés alapján

4

Oxigén kötés

♦Mioglobin felszín

5

Oxigén kötőhely modellje

6


2

Kísérleti HEM

7

Disztális hisztidin szerepe

8

Mioglobin-hemoglobin β-alegysége

9

Hemoglobin és mioglobin összehasonlítása

♦ HEMOGLOBINNégy peptidlánc (α2β2)Szigmoid alakú telítési görbeOxigén telítés pH

♦ MIOGLOBINEgy peptidlánc„Derékszögű” hiperbola alakú telítési görbeOxigén telítés széles

10

Oxigén telítés pH függő (CO2)

2,3 biszfoszfoglicerát csökkenti az oxigén affinitástAz oxigénkötés kooperatív

Oxigén telítés széles tartományban kevéssé függ a pH-tól2,3 biszfoszfoglicerát nem befolyásolja az oxigén affinitástAz oxigénkötés NEM kooperatív

Oxigén telítési görbék

11

Oxigén telítési görbe jellemzése

12


3

pH hatása a hemoglobin oxigénkötő képességére

13

Bohr effektus

14

A BPG szerepe

15

Az oxigénkötő képesség életkori változása

16

Hemoglobin negyedleges szerkezetének változása

17

Negyedleges szerkezet változása oxigén kötéskor

18


4

Deoxi-hemoglogin szerkezetének stabilizálása

19

Konformáció változás oxigén kötés során

20

21

BPG kötés

22

Sarlósejtes anémia

23

Fingerprinting

24


5

Fingerprinting

25

Összetapadás

26

Sarlósejtes anémia előfordulása

27


1


Biokatalizátorok

1

BiokatalizátorokDr. Kerékgyártó János

DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék2006. okt. 4.

Az enzimműködés általános jellemzői

♦ Katalitikus hatás♦ Specifitás♦ Szabályozottság

2

g♦ Elsősorban fehérje (RNS, mint enzim)♦ Energiaformák transzformálása♦Működéshez egyéb ágens lehet

szükséges

EnzimműködésA katalitikus hatás

♦ Szénsav anhidratázCO2 + H2O HCO3

- + H+

♦ Egy enzim molekula 105/s db CO2 h d álá

3

hidratálása♦ Relatív sebesség a vérben 107

Az enzimműködés mechanizmusa


4


szükséges

EnzimműködésSpecifitás

♦ Szubsztrát specifitásHexokináz - általánosGlükokináz - specifikus

5

Szubtilisin „nem válogat”Tripszin – csak Arg vagy Lis

♦ Reakció specifitás



6


szükséges


2

EnzimműködésSzabályozottság

♦ Visszacsatolás (feed back)♦ Előre csatolás (feed forward)♦ Allosztérikus interakció

R láló f hé jék

7

♦ Reguláló fehérjék stimulálnak vagy gátolnak(kalmodulin 17kd, Ca2+ érzékelő, kalcium ion aktiválja)

♦ Kovalens módosításFoszforilációProteolitikus hasítás

Feed-back kölcsönhatás(keresztgátlás)

♦ Reverzibilis

A B C D Z (végtermék)

8

Kovalens módosításfoszforiláció

9

Kovalens módosításproteolitikus hasítás

♦ Pl. tripszinogén - tripszin

10

Feed-forward aktiválás

♦ A B C Da C D enzimatikus reakciót Y aktiválja

11

C Y



12


szükséges


3

Fehérjék és RNS, mint enzimek

♦DNS RNS fehérje♦ RNS (ribozim)

13



14


szükséges

Energiaformák transzformálása

♦ Fotoszintézis: fényenergia kémiai kötés♦Mitokondriumban: táplálék ATP

mechanikai energia

15



16


szükséges

Közreműködő csoportok, faktorok

♦ Prosztetikus csoportszorosan kötődik az enzimhez (hem)

♦ Kofaktord lí l l á lí h ó (fé k)

17

dialízissel eltávolítható (fém ionok)♦ Koenzimek

szerves molekulák – módosulnak, kapcsolt reakcióban regenerálódnak(NAD+, ATP)

Enzimek osztályozásaoxidoreduktázok

Oxidoreduktázok Oxidációs-redukciós reakciók

>CH-OH csoport

>C=O csoport

18

p

>C=CH- csoport

>CH-NH2 csoport

>CH-NH- csoport

NADH és NADPH


4

Enzimek osztályozásatranszferázok

Transzferázok Csoportok átvitele

C1 csoport

>CO vagy CHO csoport

19

gy p

acilcsoport

glikozilcsoport

foszfátcsoport

Kéntartalmú csoport

Enzimek osztályozásahidrolázok

Hidrolázok Hidrolitikus folyamatok

észterek

glikozidkötés

20

g

peptidkötés

egyéb C-N kötés

savanhidrid

Enzimek osztályozásaliázok

Liázok Szubsztitúció kettőskötésre

>C=C< kötésre

>C=O kötésre

21

>C=N- kötésre

Enzimek osztályozásaizomerázok és ligázok

Izomerázok Izomerizációs reakciók

racemizációs reakciók

Ligázok Kötés kialakítása ATP energia á á

22

rovásáraC-O kötés

C-N kötés

C=N kötés

C-C kötés

Szabadenergia

∆G = ∆H – T∆S

∆G szabadenergia változás∆H entalpia változás

23

∆H entalpia változás∆S entrópia változás

∆G független a transzformáció mechanizmusától

∆G nem befolyásolja a reakció sebességét

Szabadenergia változása

1) ∆G < 0 a reakció spontán végbemegy2) ∆G = 0 a rendszer egyensúlyban van3) ∆G > 0 a reakció spontán NEM megy végbe

24

(koncentrációk szerepe)Kapcsolt reakció hatása:A B + C ∆G0’ = 5 kcal/mol (20,9 kJ/mol)B D ∆G0’ = -8 kcal/mol (-33,5 kJ/mol)A C + D ∆G0’ = -3 kcal/mol (-12,6 kJ/mol)


5

Az enzimhatás és az átmeneti állapot

♦ Az enzim NEM változtatja meg az egyensúlyi állapotot

25

♦ Az enzim gyorsítja az egyensúlyi állapot elérését

Környezeti hatások

♦ pH, hőmérséklet, ionkoncentráció, ionkörnyezet

kti itá

26

aktivitás

pH, hőmérséklet

hő aktiváció

denaturáció

ES képződése♦ Az enzimkatalizált

reakció első lépése♦ Aktiválási energia

csökkentése

27

Enzimspecifitás

♦ Aktív hely ahol a szubsztrát (és a prosztetikus csoport) beköth l t lálk k köté ki l kítá áh

28

ahol találkoznak a kötés kialakításához szükséges csoportokahol a szerkezet bontását végző csoportok találkoznak

Enzim aktív helye

♦ Viszonylag kis része az enzimnek♦Nyílás, zseb, rés♦ 3D szerkezet

29

♦ A szubsztrát több gyenge kölcsönhatással kötődik

♦ A specifitás meghatározott elrendeződésnek az eredménye (aktív konformáció)

Az aktív hely(kulcs-zár)

30


6

Az aktív hely(indukált illeszkedés)

31

Kinetikai jellemzés

32

Michaelis-Menten modell

k1 k3

E + S ES E + Pk2

33

2

v = k3[ES]

ES képződése és átalakulása

ES képződési sebessége:ES = k1[E][S]

ES átalakulási sebessége

34

ES = (k2 +k3)[ES]Stacionárius állapotban:

k1[E][S] = (k2 +k3)[ES]k1[E][S]

[ES] = (k2 +k3)

Lineweaver-Burk ábrázolás

35

Gátlás♦ Irreverzibilis gátlás

(pl. ideggázok hatása)♦ Reverzibilis gátlások

Kompetitív gátlás

36

Kompetitív gátláshasonló a szubsztráthozNem kompetitív gátlás


7

Kompetitív gátlás

37

Nem kompetitív gátlás

38

Enzimkinetika

♦ Az enzimkatalízis energetikájaA sebesség az átmeneti állapotban lévő molekulák számától függ. A kti á ió b d iáj é i idő

39

Az aktiváció szabad energiája: egységnyi idő alatt a rendszerbe juttatandó energiamennyiség az átmeneti állapot eléréséhezAlacsonyabb energiájú átmeneti állapot növeli a reakció sebességét

Enzim aktivitás

♦ Standard enzim egység (U)♦ Aktivitás

Egységnyi idő alatt termékké alakított

40

szubsztrátU: µmol/perc

♦ Specifikus aktivitásAktivitás/fehérje mennyiség

♦ Katalitikus konstansAktivitás/mol enzim

♦ Ennyi mára

41 42


1


A biológiai membránok

1

A biológiai membránokDr. Kerékgyártó János


A biológiai membránok jellemzői

♦ A membránok néhány molekula vastagságú rétegszerű struktúrák (60-100Å)

♦ Építőelemei:

2

LipidekFehérjékSzénhidrátok

♦ A membránlipidek kis molekulasúlyú amfipatikus molekulák, vizes közegben spontán kettős réteget alkotnak. (Poláris molekulák számára átjárhatatlan.)

A biológiai membránok további jellemzői

♦ A membránok funkcióit specifikus fehérjék látják el (pumpák, csatornák, receptorok, energiaátalakítás).

♦ A membránt alkotó molekulákat

3

♦ A membránt alkotó molekulákat nagyszámú nem kovalens kötés tartja össze.

♦ Aszimmetrikusak♦ Folyadék szerkezetűek (irányított fehérjék

és lipidek kétdimenziós oldata).

A lipidek általános jellemzői

♦ Vízben oldhatatlanok♦ A sejtekből szerves oldószerekkel

extrahálhatók

4

♦ Szerepük az élő szervezetben:Üzemanyag molekulákEnergiatároló szerepMembránalkotókHormonok, sejtközi hírvivő anyagok, vitaminok

A lipidek típusai

Elszappanosíthatók♦ Egyszerű lipidek (zsírok, növényi olajok,

viaszok)

5

♦ Komplex lipidek Foszfolipidek

FoszfogliceridekSphingolipidek

– Sphingomielin– Glikolipidek (nem elszappanosítható)

A lipidek típusai

Nem elszappanosíthatók♦ Szteroidok (koleszterol)♦ Terpének

6

♦ Zsíroldható vitaminok (A,D,E,K)♦ Prosztaglandinok


2

Foszfogliceridek

7

Zsírsavak

8

Zsírsavak térkitöltésű ábrázolása

9

Foszfatidsav

10

Alkohol komponensek

11

Membránalkotó foszfogliceridek

12


3

Sphingolipidek

13

Glikolipidek

14

Koleszterin

15

Micella

16

Kettősréteg

17

A kettősréteg térkitöltéses ábrázolása

18


4

Lipid vezikulumok vizsgálata

19

Permeábilitás a lipid kettősrétegen

20

SDS-akrilamid gélelektroforézis

21

A: eritrociaB: a retina pálca sejtC: izomsejt

Membránfehérjék

22

„Freeze-fracture” elektronmikroszkópia

23

Fluoreszcens fotokioltásos visszarendeződés

24


5

Laterális és transzverzális diffúzió a membránban

25

A membrán folyadék mozaik modellje

♦ A lipid kettősréteg oldószer és permeábilitási gát egyben.

♦ Speciális lipid kölcsönhatás fehérjékkel a f hé f k ó llá á áh

26

fehérjefunkció ellátásához.♦ A membránproteinek laterális diffúziója

megengedett, a transzverzális nem.

A membrán folyadék mozaik modellje

27

Glikoproteinek

GlikoproteinekN-glikoproteinek O-glikoproteinek

28

Előfordulásuk: citosolsejtmembránextracelluláris folyadék

(antitestek, véralvadási faktorok, hormonok, …)

Glikoproteinek szerepe

♦Megtermékenyülés♦ Immunvédelem♦ Vírusos, baktériumos fertőzés

29

♦ Sejtnövekedés♦ Sejt-sejt adhézió♦ Vérrögök feloldódása♦Gyulladásos folyamatok♦ Tumor antigének

Plazmamembrán

30


6

Sejtfelszíni szénhidrátok szerepe

31

Vércsoport antigének

32

Gram-negatív baktériumok lipopoliszacharidjának szerkezete

ncore

Lipid A tfa

l kül

ső

mbr

ánja

33

Sejt

meO-specifikus

antigén

LPS

Asialoglikoprotein receptor

34

A glikoprotein glikánok funkciói

♦ Fiziko-kémiai funkciókOldhatóság, elektromos töltés, tömeg, viszkozitás módosítása oldatbanF hé j f ldi k t llj

35

Fehérje folding kontrolljaFehérje konformáció stabilizálásHőstabilitás, védelem a proteolitikus enzimek ellen

A glikoprotein glikánok funkciói (folyt.)

♦ BiológiaiAz glikoproteinek intracelluláris mozgásának és helyzetének szabályozásaA k i é b lé ő lik t i k

36

A keringésben lévő glikoproteinek élettartamának szabályozásaImmunológiai tulajdonságok módosításaEnzimek, hormonok aktivitásának módosításaSejtfelszíni receptorokSejt-sejt kölcsönhatások


7

Biopolimerek információtároló képessége

Az izomerek számaPeptidek,

NukleinsavakSzénhidrátok

Monomer Z 1 1Dimer ZZ 1 11

20

37

Trimer ZZZ 1 120Tetramer ZZZZ 1 1 424Pentamer ZZZZZ 1 17 872Monomer Z 1 1Dimer YZ 2 20Trimer XYZ 6 720Tetramer WXYZ 24 34 560Pentamer VWXYZ 120 2 144 640

N-glikánok szerkezete

Magas mannóz tartalmú

Man α1,2-Manα1,6Man α1 6

38

Man α1,6Man α1,2-Manα1,3 Manβ1,4-GlcNAcβ1,4-GlcNAcβ1,NMan α1,2-Manα1,2-Manα1,3


Komplex

NeuNAcα2,6-Galβ1,4-GlcNAcβ1,6NeuNAcα2 6 Galβ1 4 GlcNAcβ1 4 Man α1 6

39

NeuNAcα2,6-Galβ1,4-GlcNAcβ1,4-Man α1,6NeuNAcα2,6-Galβ1,4-GlcNAcβ1,2NeuNAcα2,6-Galβ1,4-GlcNAcβ1,4 Manβ1,4-GlcNAcβ1,4-GlcNAcβ1,N

Man α1,3NeuNAcα2,3-Galβ1,4-GlcNAcβ1,2


Hibrid

Manα1,6Man α1 6

40

Man α1,6Manα1,3

Manβ1,4-GlcNAcβ1,4-GlcNAcβ1,NNeuNAcα2,3-Galβ1,4-GlcNAcβ1,4

Man α1,3GlcNAcα1,2

Diszacharidok

41

Aldózok

42


8

Ketózok

43

Aldózok gyűrűvé záródása

44

Piranóz gyűrű konformációja

45 46

47


1


A metabolizmus alapjai

1

A metabolizmus alapjaiDr. Kerékgyártó János


Anyagcsere folyamatok

♦ Az élő fennmaradásának feltétele a környezettel történő

AnyagcsereEnergiacsere

f á ó

2

Információcsere♦ Az élet energiaigényes jelenség

Forrásai:A Nap sugárzó energiája (autotrófok – fényindukált foszforilálás)Kész szerves vegyületek lebontása (heterotrófok)Egyszerű kémiai reakciók (kemoszintézis)

Energiaszükséglet

♦ Energiaigényes feladatokSejtek, biomolekulák felépítéseAnyagtranszport (ozmotikus munka a membránon keresztül)

3

Mechanikus munkavégzés (mozgás)♦ Az anyagcsere kétirányú

Katabolizmus (lebontás)Anabolizmus (biomolekulák felépítése)

♦ Amfibolikus szakasz – a két út egyensúlya

Szabadenergia változása

A kémiailag kapcsolt reakciók szabadenergia változása az egyedi reakciók szabadenergia változásának összege

4

Kapcsolt reakció hatása:A B + C ∆G0’ = 5 kcal/mol (20,9 kJ/mol)B D ∆G0’ = -8 kcal/mol (-33,5 kJ/mol)A C + D ∆G0’ = -3 kcal/mol (-12,6 kJ/mol)

ATP

♦ Az ATP az „energiavaluta” a biológiai rendszerekben

5

Az ATP foszfor-csoportátvivő szerepe

♦ Az ATP hidrolízise csökkenti az ATP-n belüli negatív töltések közötti elektro-sztatikus taszítást

é k é

6

♦ Az ADP és Pi szerkezetét a rezonancia stabilizálja


2

Az ATP foszfor donor képessége

♦ Foszfát észter kötés hidrolízise-2,2 kcal/mól (-9,24 kJ/mól)

♦ ATP hidrolízise-7 3 kcal/mól (-30 7 kJ/mól)

7

-7,3 kcal/mól (-30,7 kJ/mól)♦Nagyenergiájú foszfátkötés hidrolízise

-14,7 kcal/mól (-61,9 kJ/mól

Az ATP hidrolízisének hatása

♦ Az ATP hidrolízise a kapcsolt reakció egyensúlyát 108 faktorral tolja el (nATP ⇒108n)

Ké i i k ió

8

Kémiai reakcióFehérje konformációs átmeneteIonok, molekulák transzfere a membránon át(koncentráció gradiens)

Elektron szállítók

Nikotinamid-adenin-dinukleotid (NAD+)

9

NAD++ R-CH-R’ NADH + R-C-R’ + H+

OH O


Flavin-adenin-dinukleotid (FAD)

10

FAD + R-CH2-CH2-R’ FADH2 + R-CH=CH-R’


Nikotinamid-adenin-dinukleotid foszfát

11

dinukleotid foszfát (NADP+)

Acil-csoport szállító

♦ A koenzim A az általános acil-csoport szállító

12


3

Az energiakinyerés szintjei

13

Metabolikus folyamatok szabályozása

♦ Enzimek mennyiségének szabályozása(szintézis – lebontás)

♦ Enzimek katalitikus aktivitásának szabályozása

14

szabályozásafeed-back, feed-forwardreverzibilis allosztérikus kontrollreverzibilis kovalens módosítás

♦ A bioszintézis és lebontás térben elválasztva zajlik

♦ Energiaállapot szabályozó hatása

Szénhidrát metabolizmus

♦ A glükóz kapcsolata a szénhidrát anyagcsere fő útvonalaival

1 3laktát glükóz-6P glikogén

15

2 4

pentóz foszfát útvonal1 glikolízis2 glükoneogenézis3 glikogenolízis4 glikogenézis

Szénhidrátok emésztése

♦ Szénhidrátok forrásai:Endogén források:-a vér glükóz tartalma (5mM)-májban és izomban glikogén

16

-májban és izomban glikogénExogén források-a monoszacharidokat nem kell emészteni-a diszacharidokat a vékonybél felületi enzimei hidrolizálják-a poliszacharidokat először a nyál, majd a pankreász α-amiláza bontja

Glikolízis

17

Kulcs szerkezetek

18


4

Kulcs reakciók

♦ Foszforil transzfer (kinázok)♦

19

♦ Intramolekuláris foszforil shift

Kulcs reakciók

♦ Izomerizáció

20

♦Dehidratálás

♦ Aldol hasítás,kondenzáció

A glikolízis folyamata

♦ I. Indító szakasz

21

A hexokináz konformációváltozása

22


♦ Izomerizáció

23


♦ Izomerizáció

24


5


♦Második foszforilálás –fő szabályozó lépés

25


♦ II. Hasítási szakasz

26


♦ Izomerizáció

27


♦ III. Oxido-redukciós és foszforilációs szakasz

28


♦ ATP keletkezése

29


♦ Piruvát és ATP keletkezése

30


6

A glikolízis energiamérlege

31

Időnyerés

32

Időnyerés

33

A piruvát sorsa

34

A fruktóz belépése a glikolízisbe

35

A galaktóz belépése a glikolízisbe

♦Galaktóz + ATP galaktóz-1P + ADP + H+

36


7

UDP galaktóz 4 epimerizáció

37 38

A glikolízis szabályozásának kulcs enzime

♦ A glikolízis fő feladataiATP szolgáltatásaBioszintézishez építőelemek

39

[AMP] csökkenti az ATP inhibiáló hatását

[citrát] növeli az ATP inhibiáló hatását

H+ inhibitor

F-2,6-BP szerepe

40

Az F-2,6-BP szint szabályozása

41

A hexokináz szabályozása

♦ A hexokináz inhibítora a glükóz-6-foszfát

(glükokináz szerepe)

42



8

A piruvátkináz szabályozása

43 44


1


A citrát ciklus és az oxidatív foszforiláció

1

az oxidatív foszforiláció

Dr. Kerékgyártó János DE, TEK, TTK Biokémiai Tanszék

2006. okt. 25.

A ciklus fogalma

2

A citrát ciklus helye

3

A citrát ciklus áttekintése

4

A citrát kialakulás

♦ A citrát ciklus indulása

5

Izocitrát kialakulása

6


2

α-Ketoglutarát képződése

7

Nagyenergiájú foszfát keletkezése

α-Ketoglutarát + NAD+ + CoA ⇒Succinyl CoA + CO2 + NADH

8

Succinyl CoA + Pi + GDP ⇒Succinate + GTP + CoA

Oxálacetát regenerálása

9

A citrát ciklus sztöchimetriája

Acetyl CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O

⇒

10

2CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA

A teljes citrát ciklus

11

Piruvát dehidrogenáz komplex

Pyruvate + CoA + NAD+ ⇒Acetyl CoA + CO2 + NADH

12


3

A citrát ciklus szerepe a bioszintézisben

13

Az izocitrát szerepe

14

A piruvát dehidrogenáz szabályozó szerepe

15

A citrát ciklus szabályozása

16

Az oxidatív foszforiláció helye

17

ATP szintézis és proton fluxus

18


4

Elektronátvitel

19

Elektrontranszport

20

Vas-kén komplexek

21

Koenzim Q

22

Elektronátvitel a citokróm reduktázban

23

Proton pumpa

24


5

ATP szintáz

25

Glicerol foszfát inga

26

ATP-ADP transzlokáz

27

A glükóz teljes oxidációja

Glükóz + 36ADP + 36Pi + 36H+ + 6O2

⇒

28

6CO2 + 36ATP + 42H2O

Respirációs szabályozás

29

Proton gradiens mint szabadenergia forma

30


6

31


1


Glükoneogenezis és pentózfoszfát útvonal

1

pentózfoszfát útvonal


2006. november 8.

♦ A helyzet fokozódik

ezért először ismételünk, mert az ismétlés a tudás anyja nagyanyja

2

ismétlés a tudás anyja, nagyanyja, …

A glikolízis lépései

3

Az F-2,6-BP szint szabályozása

4

A hexokináz szabályozása

♦ A hexokináz inhibítora a glükóz-6-foszfát


5


A piruvátkináz szabályozása

6


2

Glükoneogenezis

7

A glikolízis nem megfordítható lépései

Glükóz + ATP Glükóz-6-foszfát + ADPhexokináz

foszfofruktokináz

8

foszfofruktokináz

Fruktóz-6-foszfát + ATP Fruktóz-1,6-biszfoszfát + ADP

Foszfoenolpiruvát + ADP Piruvát + ATPpiruvátkináz

Glükoneogenezis nem megfordítható lépései

Piruvát + CO2 + ATP + H2O Oxálacetát + ADP + Pi + 2H+

O ál tát GTP

9

Oxálacetát + GTP Foszfoenolpiruvát + GDP + CO2

Piruvát foszfoenolpiruvát

Piruvát + CO2 + ATP + H2O Oxálacetát + ADP + Pi + 2H+

O ál tát GTP F f l i át GDP

10

Oxálacetát + GTP Foszfoenolpiruvát + GDP + CO2

Piruvát + ATP + GTP + H2O Foszfoenolpiruvát + ADP +GDP + Pi + 2H+

∆G0’ + 0,2 kcal/mol ( +7,5 kcal/mol)

Glükoneogenezis nem megfordítható lépései

fruktóz-1,6-biszfoszfatáz

Fruktóz-1,6-biszfoszfát + H2O

11

Fruktóz 1,6 biszfoszfát + H2O fruktóz-6-foszfát + Pi

glükóz-6-foszfatáz

Glükóz-6-foszfát + H2O Glükóz + Pi

A glükolízis és glükoneogenezis különböző enzimei

♦ GLÜKOLÍZISHexokináz

Foszfofruktokináz

♦ GLÜKONEOGENEZISGlükóz-6-foszfatázFruktóz 1 6

12

Foszfofruktokináz

Piruvátkináz

Fruktóz-1,6-biszfoszfatázPiruvát karboxilázFoszfoenolpiruvát karboxikináz


3

BiotinAz aktivált széndioxid szállítója

13

A piruvát karboxilálásaMg2+, AcCoA

Biotin-enzim + ATP +HCO3-

CO2~biotin-enzim + ADP + Pi

Mn2+

14

CO2~biotin-enzim + piruvát biotinenzim + oxálacetát

A piruvát karboxiláz aktiválása

♦ A piruvát karboxilázt az AcCoA aktiváljaglükoneogenezis

sztöchimetrikus intermedierje

15

oxálacetát citrát ciklus

katalitikus intermedierje

A piruvát karboxiláz aktiválása

nagy [AcCoA] több oxálacetátra van szükségfeltöltő reakció

nagy [ATP] oxálacetát glükoneogenezis

16

nagy [ATP] oxálacetát glükoneogenezis

kicsi [ATP] oxálacetát citrát ciklus

A piruvát karboxiláz lokalizációja

17

Oxálacetát foszfoenol-piruvát

18


4

A glükoneogenezis sztöchiometriája

2 piruvát + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 6 H2O glükóz + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ + 2H+

∆G0’ - 9 kcal/mol

19

A glikolízis megfordítottjának sztöchiometriája:

2 piruvát + 2 ATP + 2 NADH + 2 H2O glükóz + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ + 2H+

∆G0’ + 20 kcal/mol

Szabályozás

A glükoneogenezis és a glikolízis ellentétesen szabályozott

20

piruvát kináz piruvát karboxiláz+F16bf + AcCoA- ATP - ADP

Szabályozás

21

Cori kör

22

NADPH

23

A pentózfoszfát útvonallokalizációja és szerepe

♦ A pentózfoszfát útvonal reakciói a citoszolban játszódnak le

♦ Szerepe:

24

NADHP előállítása más reakciókhozRibóz-5-foszfát előállítása ribóz tartalmú molekulák szintéziséhezEgyensúly az előbbi kettőbenPiruvár szintézis és ATP előállítása


5

Pentóz foszfát útvonal

Oxidatív szakasz

25

Gl6f-dehidrogenáz Laktonáz 6fg-dehidrogenáz

Pentóz foszfát útvonalizomerizáció

Nem oxidatív szakasz

26

Foszfopentóz izomeráz

Epimerizáció

27

A pentóz foszfát útvonal és a glikolízis kapcsolata

transzketolázC5 + C5 C3 + C7

transzaldoláz

28

C7 + C3 C4 + C6transzketoláz

C5 + C4 C3 + C6

3 C5 2 C6 + C3

Nem oxidatív szakasz(5 + 5)

29


30


6


31

Pentóz foszfát útvonal (összegzés)

32


33


34


35


36


7

A NADPH szerepe

37 38

39


1


Glikogén metabolizmus

1


2006. november 15.

BIOCHEMICAL PATHWAYS

2

♦ Kb. 2 hét múlva érkezik

Mai kérdések:

♦Mi van kevesebb? Glükóz, vagy oxigén?♦Mit történik, ha nincs elég glükóz?♦Mit történik, ha nincs elég oxigén?

3

g g

Tour d’France

4

A glikogén metabolizmus

♦ A rendelkezésre álló energia: 40 kcal(70 kg testsúly esetén átlagosan)

♦ A glikogénben tárolt energia: 600 kcal( k é l kb k l)

5

(Napi energiaszükséglet: kb 1500 kcal)

♦ A vér cukorszintjének szabályozása♦ Tartalék tápanyag felszabadítása

A glikogén metabolizmus szabályozása

♦Hormonális szabályozás általános törvényszerűségeket mutat

♦ Ciklikus AMP kiemelt szerepe

6

♦ Az enzimek reverzibilis foszforilálása


2

A glikogén szerkezete

7

A glikogén szerkezete♦ 1-6 elágazás♦ Az elágazás

szerepe:oldékonyság

8

oldékonyság,mobilizálhatóság sebessége

Foszforilitikus hasítás

9

Piridoxál foszfát (PLP)

♦ Prosztetikus csoport

10

A PLP katalitikus szerepe

11

Glikogén lebontás

12


3

Foszfoglükomutáz

13

UDP-glükóz

14

A glükóz aktivált formája

UDP glükóz szintézise

15

UDP-glükóz foszforiláz

Glükóz-1-foszfát + UTP UDP-glükóz + PPiPPi + H2O 2 Pi

Glükóz-1-foszfát + UTP + H2O UDP-glükóz + 2 Pi

Glikogén szintáz

16

A glikogén szintézis sztöchiometriája

(1) Glükóz-6-foszfát Glükóz-1-foszfát(2) Glükóz-1-foszfát + UTP UDP-Glükóz + PPi

(3) PPi + H2O 2 Pi(4) UDP Glükó lik é lik é UDP

17

(4) UDP-Glükóz + glikogénn glikogénn+1 + UDP(5) UDP + ATP UTP + ADP

Glükóz-6-foszfát + ATP + glikogénn + H2O glikogénn+1 + ADP + 2 Pi

Glikogén metabolizmus hormonjai

+H3N-His-Ser-Glu-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Asp-Tyr 10

18

-Ser-Lys-Tyr-Leu-Asp-Ser-Arg-Arg-Ala-Gln- 20

-Asp-Phe-Val-Gln-Trp-Leu-Met-Asn-Thr-COO- 29

Glucagon

Inzulin – polipeptid hormon


4

Ciklikus AMP

19

Foszforiláz aktiválása

20

A glikogén foszforiláz szabályozása

21

Foszforiláz A

22

A glikogén lokalizációja

23

Foszforiláz kináz aktiválása

24


5

Glikogén metabolizmus szabályozása

25

Protein foszfatáz I szerepe

Aktív Inaktív

26

Phosporilase kinasephosphorilated

Phosporilase kinasedephosphorilated

Glycogen synthase phosphorilated

Glycogen synthase dephosphorilated

Aktív

Aktív

Inaktív

Inaktív

A Foszfatáz-1 szabályozása

♦ Foszfatáz-1-et blokkolja a foszforilált inhibitor-1

Ciklikus AMP-t a foszfodiészteráz kikapcsoljakl k k ál k á

27

Ciklikus AMP aktiválja a protein kináztAz inzulin szerepe

Foszforiláz A, glükóz szenzor

28

Mai kérdések:

♦Mi van kevesebb? Glükóz, vagy oxigén?♦Mit történik, ha nincs elég glükóz?♦Mit történik, ha nincs elég oxigén?

29

g g

30


1


Zsírsav metabolizmus

1


2006. november 22.

A zsírok szerepe

2

A triacil glicerin szerkezete

3

Zsírsav láncok

4

Zsírsejt

5

Lipáz enzim szabályozása

6


2

A glicerin sorsa

7

Knoop kísérlet

8

Zsírsavak aktiválása

9

Acil karnitin

10

Zsírsavak szállítása

11

β-oxidációs útvonal

12


3

Zsírsav lebontás

13

Telítetlen zsírsav lebontása

14

Telítetlen zsírsav lebontása

15

Keton testek képződése

16

3H3M-glutaril CoA reduktáz

17

Acetoacetát szerepe

18


4

A zsírsav szintézis meghatározó lépése

19

Az ACP és a CoA

20

Zsírsav szintézis

21

Zsírsav szintáz

22

Koenzimek kötése

23AcCoAMaCoA

Az enzim acilezése

24AcMa

+2CoA


5

Az enzim acilezése

25

Ac

Ma

Kondenzáció

26

AcetoAc

Redukció (2)

AcetoAc

27

Redukció (2)

Butyryl

28

1. Ciklus vége

29

Butyryl

2. Ciklus indítása

30

Butyryl

MaCoA


6

2. Ciklus indítása

31

Butyryl

Ma

Utolsó ciklus vége

32

Palmitoyl

Utolsó ciklus vége

Palmitoyl

33

AcCoA transzfer

34

Zsírsav szintézis szabályozása

35

A zsírsav szintézis sztöchiometriája

AcCoA + 7 MaCoA + 14 NADPH + 7 H+

palmitát + CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O

7 AcCoA + 7 CO + 7 ATP

36

7 AcCoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 MaCoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H+

8 AcCoA + 7 ATP + 14 NADPH palmitát + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi


7

37


1


Aminosav lebontás és az urea ciklus

1

és az urea ciklus


2006. november 29.

Fehérjék és aminosavak lebontása♦ Napi fehérje felhasználás:

100 g evés400 g testfehérje lebontás400 g testfehérje felépítés100 g lebontás/ürítés

♦ Aminosavak funkciói:

2

♦ Aminosavak funkciói: Szervezet fehérjéinek építőköveiEnergiaforrások (glükoneogenezis, citrát ciklus)Változatos funkciójú biomolekulák prekurzorai ( hormonok, porfirin, purin, pirimidin, koenzimek, alkaloidok)

Fehérjék és aminosavak lebontása♦ Aminosav anyagkészlet – néhány mg, rögtön

továbbalakul.♦ Esszenciális aminosavak:

Biokémiai szempontból: emberben hiányzik a szintézisútÉlettani szempontból: fel kell venni a

3

ptáplálékkal

• Aromások (Phe, Trp), elágazó (Tre, Leu, i-Leu, Val) S tartalmú (Met) bázikus (Lys)

♦ Szemiesszenciálisak:Csak egyik szempont teljesülTyr, Cis,Arg, His, Ser, Gly

Fehérjék és peptidek lebontása

♦ Táplálék fehérjék hidrolízise: proteáz enzimek, semleges pH, (de: pepszin 1-2)

EndopeptidázokExopeptidázok:

Aminopeptidázkarboxipeptidáz

Aktív centrum jellege szerint

4

Aktív centrum jellege szerintSzerin proteázokCink proteázokKarboxi- proteázok

Specifitás Kimotripszin: apoláros As. mellett (Leu, Tyr, Phe)Tripszin: Arg, LysElasztáz: Gly, Ala, Leu, Ser

Proteázok működésének szabályzása

♦ Proteázok aktiválódása:inaktív zimogének- limitált proteolízisproteáz inhibítorok

♦ Pankreász:zimogének szintézise

5

gkiválasztás: szekretin, kolecisztokininelégtelen működés → emésztési zavartúlműködés → önemésztés → akut pankreatitis

Zimogének aktiválódása

♦Duodenum:enteropeptidáz termelődik

6

tripszinogén → tipszin

kimotripszinogén, proelasztáz, prokarboxipeptidáz

kimotripszin elasztáz karboxipeptidáz


2

Fehérje lebontás a sejtekben

♦ Fehérjék élettartama a sejtben:Rövid: emésztő enzimek, hormonok, antitestek, metabolizmus seb. meghat. enzimeiHosszú: szerkezeti szerep (kollagén, miozin)

♦ Szerkezeti elemek szerepe az élettartamban:Ubiquitin jelölés

7

Aminosavak oxidációja: Lys, Arg, ProPEST szekvencia: Pro, Glu, Ser, ThrN-terminális Phe, Leu, Tyr, Trp, Lys, Arg

♦ Inhibítorok:Pankreász tripszin inhibítor: fehérje típusúα1-proteináz inhibítor: májban baktérium szerin proteáz gátló

Aminosavak átalakulásai

Táplálék fehérjék

Extrarceluláris aminosavkészlet

Intracelluláris

glükóz

Biogén

Fehérjék

N-tartalmú

8

aminosavkészletg

aminok

α-keto-karbonsavak

biomolekulák

Acil-CoA Citrátkör intermedierek

Endogén aminosavak

NH4+

urea

Transzaminálás,oxidatív dezaminálás

9

Glutamát dehidrogenáz

10

Nitrogén eltávolítása

11

PLP prosztetikus csoport

12


3

Transzaminálás

13

Aszpartát aminotranszferáz(glutaminsav-oxálacetát transzamináz)

Glu

14

PLP

Aszpartát aminotranszferáz

15

Szerin és treonin dezaminálása

•A β–hidroxi amino savak, a szerin és a treonin, közvetlenül is képesek dezaminálódni

16

•Szerin → piruvát + NH4+

•Treonin → α-ketobutirát + NH4+

Ammónia transzportja urea szintézishez

Szövetek Máj Izom

Glutamát Glutamát Urea Aminosavak

Glutamin szintetáz Glutamináz

NH4+NH4

+NH3ATP

17

Glutamin Glutamin

Piruvát Alanin Alanin Piruvát

Glükóz Glükóz

Glu αKGαKG Glu

Glükóz-alanin ciklus

Urea ciklus

18


4

Karbamoil foszfát szintézise

aktiválásMint a glükoneogenezisben aktiválás

19

-mitokondriumban

-sebesség meghatározó

-Karbamil-foszfát szintáz I

-(karbamil-foszfát szintáz II, pirimidin nukleotidok szintézise a citoszolban, glutamin az amino donor)

Ciklus lépései (1)

20

•Ornitin transzkarbamoiláz enzim•Citrullin képződik az ornitin γ-amino csoportjára történő karbamoil csoport átvitellel.•Citrullin transzport a citoplazmába


21

•Argininoszukcinát szintetáz enzim•A citrullin kondenzációja aszpartáttal arginoszukcinátot eredményez•ATP felhasználás – irreverzibilis•Pirofoszfatáz enzim


22

•Arginoszukcinát liáz enzim•Elhasítja az arginoszuckinátot, arginin és fumarát képződik.•Arg –szemiesszenciális aminosav


23

• Argináz enzim• Az arginin hidrolizálódik urea + a kiindulási ornitin, zárul a kör.• az ornitin visszajut a mitokondrium mátrixába• urea vérkeringésbe kerül, vese kiválasztja

Az urea és citrát ciklusok kapcsolata„Krebs bicycle”

24


5

Az ammónium ion toxicitása

Forrásai: glutamát dehidrogenáz, specifikus dezaminálási reakciók (szerin), glutamináz, aszparagináz, vékonybél baktériumai, nukleotid anyagcsere.

25

baktériumai, nukleotid anyagcsere.

-átjut a vér agy gáton

- csökkenti az αKG szintet- csökken a citrát ciklus kapacitása

- energiahiány

Az aminosav szénlánc sorsaKetogén aminosavak

Mitokondrium és oxigén is kellGlükogén aminosavak

26

C3 aminosav család

α-ketobutirát

27

C4 Aminosav család

Aszpartát + α-ketoglutarát oxálacetát + glutamát

28

Aszpartát fumarát (urea ciklus)

Aszparagin Aszpartát + NH4+

aszparagináz

C5 aminosav család

29

Succinil CoA szerepe

30

Mint páratlan számú zsírsavak lebontása !


6

Propionil CoA – Metilmalonil CoA átalakulás

Racemáz

31

Racemáz

Karboxiláz biotin

Metilmalonil CoA – Succinil CoA átalakulás

32

Mutáz – B12 koenzim

B12 koenzim szerkezete5-dezoxi-adenozil

corrin gyűrű

Átrendeződés,Redox reakciók

33

corrin gyűrű

dimetil-benzimidazol

Aromás oldalláncú aminosavak lebontása

Fenilalanin hidroxiláz: hiánya fenilketonuria

Fenil-piruvát, fenil-acetát, fenil-laktát

transzamináz

oxigenáz

34

Homogentizát oxidáz: hiánya alkaptonuria

izomeráz

Aminosav anyagcsere veleszületett rendellensségei

♦ AlcaptonuriaA homogentizáte oxidáz enzim hiányaAz első felismert enzimopátia – egy gén egy enzim koncepció kiindulópontja

35

enzim koncepció kiindulópontjaA felhalmozódó homogentizinsav arthritist okoz, sötét vizelet


♦ FenilketonuriaFenilalanin hidroxiláz enzim hiánya (klasszikus)Tetrahidrobiopterin vagy dihidrobiopterinképzés hiánya (k f kt d ff kt )

36

(kofaktor deffektusos)Szellemi fogyatékosságot okoz a felhalmozódó fenil- piruvát, -laktát és -acetátFontos a korai diagnózis, csecsemők szürése


7


♦ Jávorfaszörp betegség (Maple syrup urine disease)A leucin lebontás defektusa,keto-izo-kaproát-dehidrogenáz hiány

(Az elágazó dehidrogenáz aktivitás hiánya)

37

(Az elágazó dehidrogenáz aktivitás hiánya)Megnő az elágazó α–ketosavak mennyisége(branched-chain keto aciduria)Súlyos mentális károsodás, halálKimutatás vizeletből

38


1

BIOKÉMIAzáróelőadás

Olvassuk az élet könyvét, de értjük e?

1

de értjük-e?

Dr. Harangi János Biokémiai Tanszék

2006. december 13.

2

Mi is az a bioinformatika?

♦ Informatika a biológiai alkalmazásokban♦ Az informatika szükségessége

Gének: a genetikai információ könyve

3

4 betűOlvashatjuk, de nem értjük teljesenJunk DNS > 98% - a junk DNS szerepeAdatbázisok (kereshetőség, publikusság)

A bioinformatika helye

4

5

HGP

♦ 1990-2003♦Génszekvenálás♦ Informatikai módszerek bevezetése

6


2

HGP

7

A humán genom projekt tanulságai

♦ Az emberi genom kb. 30000 gént tartalmaz, ezeknek több, mint fele ismeretlen

b k bb b

8

♦ Az emberek több, mint 99,9%-ban azonos géneket tartalmaznak

♦ Az emberi génkészlet több, mint fele nagy hasonlóságot mutat más fajok génjeivel

Genomika

♦Humán Genom Projekt♦Genetika és informatika

A szerkezet (szekvencia, 3D)

9

Funkció♦ Szekvencia analízis♦ Filogenetikai összefüggések♦ Vizualizáció♦ Kódolt fehérjék

Proteomika

♦ Proteom – az élő sejt fehérjekészlete♦ Elsődleges szerkezet♦Másodlagos szerkezet

10

g♦ Folding ♦ Funkciók (enzimatikus aktivitás)

Protein engineeringIn-silico drug development

A proteomika hosszútávú hatása

“… Today's arsenal of drugs, targets only 500 or so different proteins.” (Dr. M. Uhlen – )

“… Today's arsenal of drugs, targets only 500 or so different proteins.” (Dr. M. Uhlen – )Vol 309, Issue 5739, 1310 , 2005Vol 309, Issue 5739, 1310 , 2005

11

Proteomikai technológiákProteomikai technológiák

TömegspektrometriaTömegspektrometria

Proteinazonosítás

Proteinazonosítás

12

Biokémiai technikákBiokémiai technikák BioinformatikaBioinformatika


3

Canada

USA Korea

SwedenRussiaUnited Kingdom

Italy

GermanyFrance

The HUPO World…The HUPO World…

13

USAChina

Japan

Korea

Asia Oceania

y

Latin America

Australia

Glikomika

♦Glikom – az élő sejt szénhidrát készlete♦ Szénhidrát adatbázis♦ Az élő sejtben lévő proteinek több, mint

f l é hid át t i t t l

14

fele szénhidrátot is tartalmaz ♦ Szénhidrátok szerkezet

Primer szerkezet (elágazások)3D szerkezet

♦ Funkciók

Biopolimerek információtároló képessége

Az izomerek számaPeptidek,

NukleinsavakSzénhidrátok

Monomer Z 1 1Dimer ZZ 1 11

20

15

Trimer ZZZ 1 120Tetramer ZZZZ 1 1 424Pentamer ZZZZZ 1 17 872Monomer Z 1 1Dimer YZ 2 20Trimer XYZ 6 720Tetramer WXYZ 24 34 560Pentamer VWXYZ 120 2 144 640

Consortium for Functional Glycomics

16


17


18


4

Consortium for Functional Glycomics – links to PDBs

19

Consortium for Functional Glycomics – search

20

Glikom és genom

Glycosidases, Glycosyl transferases, Carbohydrate modifying enzymes Lectins CBPs

Glycome

21

Genome

Transcriptome

Proteome

modifying enzymes, Lectins, CBPs, …

Számítástechnikai eszközök

♦ Számítástechnikai hardverA lehető legnagyobb sebességMinél több processzor

22

Adatbázisoktól és számítástól függő memória és háttértárolóNagysebességű kapcsolat

Számítástechnikai eszközök

♦ Számítástechnikai szoftverStatikus számításokMolekuláris dinamika

23

Energia minimumDokkolás

Kombinált fehérja-szénhidrát számítás

♦ Biotechnológiai cégek szerepe

A bioinformatika perspektívái

♦ A genetikai információ kiteljesedéseA junk-DNS megértése

♦Genetikai tervezés

24

♦ Személyre szabott egészségügy♦ In-silico gyógyszertervezés

Hatékony molekulaMellékhatások ismerete


5

A bioinformatika lehetőségei

♦ Enzimtervezés –bioszintézis laboratóriumban

♦Genetikai szabályozás

25

♦ ... ...

♦ Etikai kérdések

Genography projekt

♦ Az emberiség eredete♦ A népvándorlások bizonyítása♦ A genetikai azonosság és különbözőség

26

g g g

Genography projekt

27

Genography projekt

28

Genography projekt

29

Genography projekt

30


6

Genography projekt

31

Genography projekt

32

A (bio)informatika hatása az emberi evolúcióra

33

Biokémia oktatási anyag

btcs.ttk.unideb.hu

Előadások anyaga CD-nj h i@ id b h í é k

34

[email protected] címre érkezett kérésekre az új webhelyről értesítés

BIOKÉMIA ÍRÁSBELI VIZSGA

♦ A kb. 20-30 legfontosabb metabolizmus intermedier közül 5 képlete(minimum 3 jó, ha nem, itt megáll a javítás)

♦ 2 kifejtő kérdés (pl zsírsavak lebontása

35

♦ 2 kifejtő kérdés (pl. zsírsavak lebontása, pentóz foszfát útvonal). Mindkettőhöz írni kell, ha egyik hiányzik, a dolgozat nem elfogadható

♦ Vizsgaidőpontok♦Halasztás

Praktikus tanácsok

♦ Írásbeli vizsgáhozIndexÍrószerszám

36

3 napi hideg élelem (csoki, üdítő)Kényelmes ruházat

♦ Puskát készíteni lehet (esetleg hasznos is)Használni a vizsga alatt TILOS


7

37

Documents

Mioglobin részletes - dettk.ucoz.com · Biokémia előadások 2006. 2 Kísérleti HEM 7 Disztális hisztidin szerepe 8 Mioglobin-hemoglobin β-alegysége 9 Hemoglobin és mioglobin