Biochemia / Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. – wyd. 4, dodr. – Warszawa, 2011

Spis treści

Przedmowa v

Część I MOLEKULARNY WZÓR śYCIA

Rozdział 1 Biochemia: ewoluująca nauka 1 1.1 Biochemiczna jedność stanowi podłoŜe biologicznej róŜnorodności 1

1.2 DNA obrazuje zaleŜność między formą i funkcją 4

DNA jest zbudowany z czterech rodzajów cegiełek 4

Dwie pojedyncze nici DNA łączą się tworząc dwuniciową helisę 5

Budowa DNA wyjaśnia jego funkcję nośnika i przekaźnika informacji

genetycznej 5

1.3 Właściwości cząsteczek biologicznych są wyjaśniane w kategoriach

chemicznych 6

Dwuniciowa helisa powstaje z nici składowych 6

Wiązania kowalencyjne i niekowalencyjne pełnią istotną rolę w strukturze

i stabilności cząsteczek biologicznych 7

Dwuniciową helisa tworzy się zgodnie z prawami chemicznymi 10

Zasady termodynamiki decydują o zachowaniu się układów

biochemicznych 11

Powstawaniu dwuniciowej helisy towarzyszy uwolnienie ciepła 12

Reakcje typu kwas-zasada odgrywają istotną rolę w wielu procesach

biochemicznych 14

Reakcje typu kwas-zasada mogą rozerwać dwuniciową helisę 15

Bufory regulują pH w organizmach i laboratoriach 16

1.4 Rewolucja genomowa zmienia biochemię i medycynę 17

Zsekwencjonowanie genomu człowieka stanowi kamień milowy w historii

ludzkości 18

Sekwencje genomowe kodują białka i decydują o wzorze ekspresji genów 18

Wpływ środowiska na geny człowieka 20

DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych I: małe cząsteczki 22

Rozdział 2 Skład i struktura białek 25 2.1 Białka są zbudowane z zestawu 20 aminokwasów 27

2.2 Struktura pierwszorzędowa: aminokwasy połączone wiązaniami

peptydowymi tworzą łańcuchy polipeptydowe 34

Białka mają ściśle określone sekwencje aminokwasowe, zgodne z zapisem

genetycznym 36

Łańcuchy polipeptydowe są elastyczne i rownocześnie konformacyjnie

ograniczone 37

2.3 Struktura drugorzędowa: Łańcuchy polipeptydowe mogą się zwijać

w regularne struktury typu helisy alfa, harmonijki beta,

wstęga-zwrot-wstęga i pętli 40

Helisa alfa jest skręconą strukturą, stabilizowaną wiązaniami wodorowymi

w obrębie łańcucha 40

Struktura harmonijki β jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi między łańcuchami polipeptydowymi 42

Łańcuchy polipeptydowe mogą zmieniać kierunek tworząc struktury typu

wstęga-zwrot-wstęga i pętli 44

Białka fibrylarne stanowią strukturalną podporę komórek i tkanek 45

2.4 Struktura trzeciorzędowa: białka rozpuszczalne w wodzie zwijają się

w ściśle upakowane struktury z niepolarnym rdzeniem 46

2.5 Struktura czwartorzędowa: łańcuchy polipeptydowe mogą się składać

w struktury złoŜone z wielu podjednostek 49

2.6 Sekwencja aminokwasowa białka określa jego strukturę przestrzenną 50

Aminokwasy róŜnią się skłonnościami do tworzenia helis alfa, struktur

beta i zwrotów beta 52

Nieprawidłowe zwijanie się białka i jego agregacja wiąŜą się z niektórymi

chorobami neurologicznymi 53

Zwijanie się białek jest procesem wysoce kooperatywnym 55

Zwijanie się białek jest procesem nieprzypadkowym i zachodzi w drodze

postępującej stabilizacji form pośrednich 55

Przewidywanie przestrzennej struktury białek na podstawie ich sekwencji

jest trudnym wyzwaniem 57

Białka uzyskują nowe zdolności przez modyfikację i rozcinanie 57

DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych II: białka 61

Rozdział 3 Poznawanie białek i proteomów 65 Proteom jest funkcjonalnym przedstawicielem genomu 66

3.1 Oczyszczanie białek jest pierwszym, podstawowym etapem

poznawania ich funkcji 66

Test: jak rozpoznać poszukiwane białko? 67

Białka przed oczyszczeniem trzeba wyizolować z komórki 67

Białka moŜna oczyszczać, wykorzystując ich rozpuszczalność, wielkość,

ładunek i powinowactwo wiązania 68

Białka moŜna rozdzielić i uwidocznić, stosując elektroforezę Ŝelową 71

Wydajność procesu oczyszczania białka na poszczególnych etapach

moŜna ocenić ilościowo 74

Ultrawirowanie jest cenną metodą rozdzielania biocząsteczek

i oznaczania ich masy cząsteczkowej 76

3.2 Sekwencję aminokwasów moŜna oznaczyć techniką zautomatyzowanej

degradacji Edmana 78

Białka moŜna rozcinać na małe peptydy w celu ułatwienia

sekwencjonowania 80

Sekwencje aminokwasowe dostarczają róŜnego rodzaju informacji 82

Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała sekwencjonowanie

białka 83

3.3 Immunologia wprowadziła waŜne techniki wykorzystywane w badaniu

białek 84

MoŜna produkować przeciwciała dla specyficznych białek 84

Łatwo otrzymać przeciwciała monoklonalne o dowolnej poŜądanej

swoistości 85

Białka moŜna wykrywać i oznaczać ilościowo, stosując test

immunologiczny na podłoŜu stałym 87

Technika western umoŜliwia wykrycie białek rozdzielonych za pomocą

elektroforezy Ŝelowej 88

Markery fluorescencyjne pozwalają uwidocznić białka w komórkach 89

3.4 Peptydy moŜna syntetyzować automatycznie na stałym podłoŜu 90

3.5 Spektrometria mas jest bardzo skuteczną metodą pozwalającą

scharakteryzować i zidentyfikować białko 93

Masę cząsteczkową białek moŜna dokładnie oznaczyć metodą

spektrometrii mas 93

Poszczególne składniki duŜych kompleksów białkowych moŜna

identyfikować metodą spektrometrii mas MALDI-TOF 94

3.6 Strukturę przestrzenną białek moŜna oznaczyć za pomocą

krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR 96

Krystalografia rentgenowska ujawnia szczegóły struktury na poziomie

atomowym 96

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego ujawnia strukturę

białek w roztworze 98

Rozdział 4 DNA, RNA i przepływ informacji genetycznej 107 4.1 Kwas nukleinowy składa się z czterech rodzajów zasad przyłączonych

do rdzenia cukrowo-fosforanowego 108

RNA i DNA róŜnią się składnikiem cukrowym i jedną z zasad 108

Nukleotydy są monomerycznymi jednostkami kwasów nukleinowych 109

4.2 Para łańcuchów kwasów nukleinowych o komplementarnych

sekwencjach moŜe tworzyć dwuniciową helisę 111

Podwójną helisę stabilizują mostki wodorowe i oddziaływania hydrofobowe 111

Podwójna helisa ułatwia wierne przekazywanie informacji dziedzicznej 113

Dwuniciowa helisa ulega odwracalnemu topnieniu 114

Niektóre cząsteczki DNA są koliste i superhelikalne 115

Jednoniciowe cząsteczki kwasów nukleinowych mogą tworzyć złoŜone

struktury 116

4.3 Replikację DNA katalizują polimerazy według instrukcji matrycy 117

Polimeraza DNA katalizuje tworzenie wiązań fosfodiestrowych 117

Geny niektórych wirusów zbudowane są z RNA 118

4.4 Ekspresja genów jest przekształceniem informacji zawartej w DNA

w funkcjonalne cząsteczki 119

W ekspresji genów kluczową rolę odgrywa kilka rodzajów RNA 119

Wszystkie komórkowe RNA są syntetyzowane przez polimerazy RNA 120

Polimerazy RNA czerpią instrukcje z matrycy DNA 121

Transkrypcja rozpoczyna się w pobliŜu miejsc promotorowych i kończy się

w miejscach terminacji 122

Transportujący RNA pełni funkcje cząsteczki adaptorowej w procesie

biosyntezy białka 123

4.5 Aminokwasy są kodowane przez grupy trzech zasad. Ich odczytywanie

zaczyna się w określonym punkcie 124

Główne cechy kodu genetycznego 125

Informacyjny RNA zawiera sygnały start i stop do syntezy białka 126

Kod genetyczny jest prawie uniwersalny 126

4.6 Większość genów eukariotów jest mozaiką intronów i egzonów 127

Dojrzewanie RNA prowadzi do powstania funkcjonalnych mRNA 128

Wiele egzonów koduje domeny białkowe 128

Rozdział 5 Poznawanie genów i genomów 134 5.1 Podstawowe narzędzia wykorzystywane w poznawaniu genów 135

Enzymy restrykcyjne rozcinają DNA na specyficzne fragmenty 135

Fragmenty restrykcyjnie moŜna rozdzielać elektroforetycznie w Ŝelu

i uwidaczniać 136

Najczęściej sekwencjonuje się DNA przez kontrolowaną germinację

replikacji 138

Metody syntezy na stałym podłoŜu pozwalają automatycznie syntetyzować

sondy DNA i geny 139

Wybrane sekwencje DNA moŜna wielokrotnie powielać, stosując reakcję

łańcuchową polimeryzacji (PCR) 140

PCR jest potęŜnym narzędziem w diagnostyce medycznej, sądownictwie

i w badaniu ewolucji molekularnej 142

5.2 Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała wszystkie dziedziny

biologii 142

Enzymy restrykcyjne i ligaza DNA są podstawowymi narzędziami

w tworzeniu zrekombinowanych cząsteczek DNA 143

Plazmidy i fag lambda są dogodnymi wektorami do klonowania DNA

w bakteriach 144

Sztuczne chromosomy bakteryjne i droŜdŜowe 146

Poszczególne geny moŜna klonować po enzymatycznym trawieniu

genomowego DNA 146

Przez bezpośrednie zmiany w DNA moŜna tworzyć białka o nowych

funkcjach 147

5.3 Poznano i przeanalizowano sekwencje całych genomów 149

Poznano kompletne sekwencje genomowe wielu organizmów - od bakterii

do wielokomórkowych eukariotów 149

Ukończono sekwencjonowanie genomu człowieka 150

Genomika porównawcza stała się potęŜnym narzędziem badawczym 151

Poziom ekspresji genów moŜna badać w szerokim zakresie 152

5.4 Techniki inŜynierii genetycznej pozwalają precyzyjnie manipulować

genami eukariotycznymi 152

DNA syntetyzowany na matrycy mRNA (cDNA) moŜe ulegać ekspresji

w komórkach gospodarza 153

Nowe geny wprowadzone do komórek eukariotycznych mogą ulegać

wydajnej ekspresji 154

Geny wprowadzone do komórek zarodkowych ulegają ekspresji

w transgenicznych zwierzętach 155

Uszkodzenie genu prowadzi do poznania jego funkcji 156

Interferencja RNA jest nowym narzędziem wyciszania ekspresji genów 157

Aby wprowadzić nowe geny do komórek roślinnych, wykorzystuje się

plazmidy indukujące guzy 157

Terapia genowa jest obiecującym narzędziem medycyny 158

Rozdział 6 Poznawanie ewolucji i bioinformatyka 164

6.1 Cechy homologiczne pochodzą od wspólnego przodka 165

6.2 Analiza statystyczna przyrównań sekwencji moŜe wykryć homologię 166

Istotność statystyczną przyrównania sekwencji moŜna oszacować przez

tasowanie 168

Odlegle pokrewieństwo ewolucyjne moŜna wykryć uŜywając macierzy

substytucji 168

W celu zidentyfikowania sekwencji homologicznych moŜna przeszukiwać

bazy danych 171

6.3 Badanie struktury przestrzennej wzbogaca naszą wiedzę

o ewolucyjnym pokrewieństwie 172

Struktura trzeciorzędowa jest bardziej konserwatywna niŜ

pierwszorzędowa 173

Wiedza o budowie przestrzennej moŜe pomóc w ocenie przyrównania

sekwencji 174

Przyrównanie sekwencji do niej samej pozwala wykryć powtórzone

motywy 174

Ewolucja konwergentna: te same rozwiązania na podobne wyzwania

biochemiczne 175

Porównanie sekwencji RNA moŜe dać wgląd w struktury drugorzędowe 176

6.4 Na podstawie informacji zawartej w sekwencjach moŜna konstruować

drzewa ewolucyjne 177

6.5 Nowoczesne techniki umoŜliwiają eksperymentalne badanie procesów

ewolucyjnych 178

StaroŜytny DNA moŜna czasami amplifikować i sekwencjonować 178

Ewolucję molekularną moŜna badać eksperymentalnie 178

Rozdział 7 Hemoglobina: portret białka w działaniu 183 7.1. Mioglobina i hemoglobina wiąŜą tlen przez atom Ŝelaza w hemie 184

Budowa mioglobiny zapobiega uwalnianiu reaktywnych form tlenu 185

Hemoglobina ludzka jest układem czterech podjednostek podobnych

do mioglobiny 186

7.2. Hemoglobina wiąŜe tlen kooperatywnie 187

Wiązanie tlenu wyraźnie zmienia strukturę czwartorzędową hemoglobiny 188

Kilka modeli pozwala potencjalnie wytłumaczyć kooperatywność

hemoglobiny 189

Zmiany strukturalne w grupach hemowych są przekazywane do strefy

kontaktu między dimerami α1β1-α2β2 190

W erytrocytach 2,3-bisfosfoglicerynian jest najwaŜniejszym regulatorem

powinowactwa hemoglobiny do tlenu 190

7.3. Efekt Bohra: protony i dwutlenek węgla sprzyjają uwalnianiu tlenu 192

7.4. Mutacje w genach kodujących podjednostki hemoglobiny mogą być

przyczyną choroby 194

Przyczyną anemii sierpowatej jest agregacja nieprawidłowych cząsteczek

deoksyhemoglobiny 195

Talasemia jest spowodowana niezrównowaŜonym wytwarzaniem

łańcuchów hemoglobiny 196

Erytrocyty zapobiegają akumulacji wolnych łańcuchów α hemoglobiny 197

W genomie ludzkim znajdują się geny kodujące równieŜ inne globiny 197

DODATEK: Modele wiązania moŜna sformułować w kategoriach

ilościowych: wykres Hilla i model jednoprzejściowy 199

Rozdział 8 Enzymy: podstawowe pojęcia i kinetyka 205 8.1 Enzymy są potęŜnymi i specyficznymi katalizatorami 206

Do aktywności wielu enzymów konieczne są kofaktory 207

Enzymy przekształcają jedną formę energii w drugą 207

8.2 Energia swobodna jest funkcją termodynamiczną uŜyteczną

w zrozumieniu działania enzymów 208

Zmiana energii swobodnej dostarcza informacji o spontaniczności reakcji,

nie zaś o jej szybkości 208

Standardowa zmiana energii swobodnej reakcji jest związana ze stałą

równowagi 208

Enzymy zmieniają szybkość reakcji, nie mając wpływu na jej równowagę 210

8.3 Enzymy przyspieszają reakcję, ułatwiając tworzenie stanu

przejściowego 211

Pierwszym etapem katalizy enzymatycznej jest utworzenie kompleksu

enzym-substrat 212

Miejsca aktywne enzymów mają pewne cechy wspólne 214

Energia wiązania enzymu z substratem jest istotna dla katalizy 215

8.4 Model Michaelisa-Menten opisuje właściwości kinetyczne wielu

enzymów 216

Kinetyka to badanie szybkości reakcji 216

Opis kinetyki enzymów jest ułatwiony, gdy załoŜymy osiągnięcie stanu

stacjonarnego 217

Wartości KM i Vmax moŜemy wyznaczyć na kilka sposobów 220

Wartości KM i Vmax są waŜnymi właściwościami enzymów 220

Wydajność katalityczną enzymów charakteryzuje Kkat/KM 221

Większość reakcji biochemicznych dotyczy kilku substratów 223

Enzymy allosteryczne działają niezgodnie z kinetyką Michaelisa-Menten 224

8.5 Enzymy mogą być hamowane przez specyficzne cząsteczki 225

Inhibitory odwracalne są kinetycznie rozróŜnialne 226

Inhibitory nieodwracalne mogą być uŜyte do mapowania miejsca

aktywnego enzymu 228

Analogi stanu przejściowego są silnymi inhibitorami enzymów 231

Przeciwciała katalityczne pokazują, jak waŜne jest selektywne wiązanie

stanu przejściowego dla aktywności enzymatycznej 232

Penicylina nieodwracalnie inaktywuje istotny enzym syntezy ścian

komórkowych bakterii 232

DODATEK: Enzymy klasyfikuje się na podstawie typów katalizowanych

reakcji 236

Rozdział 9 Strategie katalityczne 241 Kilka podstawowych zasad katalizy dotyczy wielu enzymów 242

9.1 Proteazy ułatwiają zasadniczo trudną reakcję 243

Chymotrypsyna zawiera niezwykle reaktywną resztę seryny 243

Działanie chymotrypsyny przebiega w dwóch etapach połączonych przez

kowalencyjnie związany produkt pośredni 244

Seryna jest częścią triady katalitycznej, obejmującej równieŜ histydynę

i kwas asparaginowy 245

Triady katalityczne występują w innych enzymach hydrolitycznych 248

Triadę katalityczną szczegółowo poznano dzięki zastosowaniu

ukierunkowanej mutagenezy 250

Innymi głównymi klasami enzymów proteolitycznych są proteazy

cysteinowe, aspartylowe i metaloproteazy 251

Inhibitory proteaz są waŜnymi lekami 253

9.2 Anhydrazy węglanowe przyspieszają szybką reakcję 254

Anhydraza węglanowa zawiera związany jon cynku, kluczowy

dla aktywności katalitycznej 255

Kataliza wymaga aktywacji wody przez cynk 256

Wahadło protonowe ułatwia szybką regenerację aktywnej formy enzymu 257

Ewolucja konwergentna: w róŜnych anhydrazach węglanowych powstały

miejsca aktywne oparte na cynku 258

9.3 Enzymy restrykcyjne przeprowadzają wysoce specyficzne reakcje

rozcinania DNA 259

Rozcinanie polega na naprzeciwległym zastąpieniu tlenu 3' przy fosforze

cząsteczką wody aktywowaną magnezem 260

Aktywność katalityczna enzymów restrykcyjnych wymaga obecności

magnezu 262

Kompletny aparat katalityczny powstaje tylko w obrębie cząsteczek

swoistego DNA, zapewniając specyficzność 263

Wspólną cechą enzymów restrykcyjnych typu II jest rdzeń katalityczny,

a ich pokrewieństwo wynika prawdopodobnie z horyzontalnego transferu

genów 266

9.4. Kinazy monofosforanów nukleozydów katalizują reakcję wymiany

grup fosforanowych bez udziału hydrolizy 267

Kinazy NMP naleŜą do rodziny enzymów zawierających pętlę P 267

Rzeczywistymi substratami zasadniczo wszystkich enzymów zaleŜnych

od NTP są kompleksy magnezu (lub manganu) z tri fosforanami

nukleozydów 268

Związanie ATP indukuje duŜe zmiany konformacyjne 269

Występujące w NTPazach domeny zawierające pętlę P są obecne w wielu

waŜnych białkach 270

Rozdział 10 Strategie regulacyjne 275 10.1 Karbamoilotransferaza asparaginianowa jest hamowana

allosterycznie przez produkt końcowy swojego szlaku 276

Enzymy regulowane allosterycznie nie podlegają zasadom kinetyki

Michaelisa-Menten 277

Karbamoilotransferaza asparaginianowa składa się z odrębnych

podjednostek katalitycznych i regulatorowych 277

W oddziaływaniach allosterycznych w ATCazie pośredniczą duŜe zmiany

struktury czwartorzędowej 278

Regulacje allosteryczne modulują stan równowagi między formami T i R 281

10.2 Izozymy odpowiadają za regulację metabolizmu specyficzną

dla róŜnych tkanek i stadiów rozwojowych 283

10.3 Modyfikacja kowalencyjna to sposób regulacji aktywności enzymów 283

Fosforylacja jest bardzo skutecznym sposobem regulacji aktywności białek

docelowych 284

Cykliczny AMP aktywuje kinazę białkową A, zmieniając jej strukturę

czwartorzędową 287

Miejscem wiązania ATP i białka docelowego jest głęboka bruzda

w podjednostce katalitycznej kinazy białkowej A 288

10.4 Wiele enzymów jest aktywowane w drodze specyficznej proteolizy 288

Chymotrypsyna jest aktywowana przez specyficzną hydrolizę jednego

wiązania peptydowego 289

Aktywacja proteolityczna chymotrypsynogenu prowadzi do powstania

miejsca wiązania substratu 290

Powstanie trypsyny z trypsynogenu prowadzi do aktywacji innych

zymogenów 291

Niektóre enzymy proteolityczne mają specyficzne inhibitory 291

Krzepnięcie krwi zachodzi dzięki kaskadzie aktywacji zymogenów 293

Trombina przekształca fibrynogen w skrzep fibrynowy 293

Protrombina jest podatna na aktywację dzięki modyfikacji zaleŜnej

od witaminy K 295

Hemofilia przyczyniła się do poznania pierwszych etapów krzepnięcia krwi 296

Proces krzepnięcia krwi musi być precyzyjnie regulowany 297

Rozdział 11 Węglowodany 303 11.1 Monosacharydy są aldehydami bądź ketonami z wieloma grupami

hydroksylowymi 304

Pentozy i heksozy tworzą pierścienie furanozowe i piranozowe 306

Konformacja pierścieni piranozowych i furanozowych 308

Monosacharydy łączą się z alkoholami i aminami przez wiązania

glikozydowe 309

Ufosforylowane cukry są kluczowymi intermediatami w procesach

wytwarzania energii i biosyntezach 310

11.2 Węglowodany złoŜone są zbudowane z monosacharydów 310

Sacharoza, laktoza i maltoza są powszechnie występującymi

disacharydami 310

Glikogen i skrobia są łatwo uruchamianymi formami zapasowymi glukozy 311

Celuloza jest głównym polimerem strukturalnym roślin, złoŜonym

z liniowych łańcuchów reszt glukozy 312

Glikozoaminoglikany są anionowymi łańcuchami polisacharydowymi

utworzonymi przez powtarzające się jednostki dwucukrowe 312

Za syntezę oligosacharydów odpowiadają specyficzne enzymy 314

11.3 Węglowodany mogą być przyłączone do białek, tworząc glikoproteiny 316

Węglowodany mogą być przyłączone do białek przez resztę asparaginy

(wiązanie N-glikozydowe) lub reszty seryny czy treoniny (wiązanie

O-glikozydowe) 316

Glikozylacja białek zachodzi w świetle retikulum endoplazma tycznego

oraz aparatu Golgiego 317

Błędy w glikozylacji mogą prowadzić do stanów patologicznych 318

MoŜna oznaczyć „sekwencję" oligosacharydów 319

11.4 Lektyny są specyficznymi białkami wiąŜącymi węglowodany 320

Lektyny uczestniczą w oddziaływaniach między komórkami 320

Wirus grypy wiąŜe się do reszt kwasu sjalowego 321

Rozdział 12 Lipidy i błony biologiczne 326 Pomimo swej róŜnorodności błony biologiczne mają wiele cech wspólnych 327

12.1 Kwasy tłuszczowe stanowią główne składniki lipidów błonowych 327

Nazwy kwasów tłuszczowych pochodzą od wyjściowych węglowodorów 327

Kwasy tłuszczowe róŜnią się długością łańcucha i stopniem nienasycenia 328

12.2 W błonach biologicznych występują trzy powszechne typy lipidów 329

Fosfolipidy stanowią główną klasę lipidów błonowych 329

Lipidy błonowe mogą zawierać reszty cukrowe 331

Cholesterol jest lipidem zawierającym steroidowy rdzeń 331

Błony archeonów są zbudowane z eterowych lipidów z rozgałęzionymi

łańcuchami 331

Lipidy błonowe są cząsteczkami amfipatycznymi zawierającymi reszty

fydrofilowe i hydrofobowe 332

12.3 Fosfolipidy i glikolipidy łatwo tworzą w środowisku wodnym warstwy

bimolekularne (dwuwarstwy) 333

Pęcherzyki lipidowe (liposomy) mogą powstawać z fosfolipidów 334

Dwuwarstwy lipidowe są wysoce nieprzepuszczalne dla jonów i większości

cząsteczek polarnych 335

12.4 Większość procesów w błonach biologicznych zachodzi z udziałem

białek 336

Białka błonowe są związane z dwuwarstwą lipidową w róŜny sposób 336

Białka w róŜny sposób oddziałują z błoną 336

Niektóre białka wiąŜą się z błoną poprzez kowalencyjnie przyłączone

do nich grupy hydrofobowe 340

Obecność helis transbłonowych moŜna przewidzieć z duŜą dokładnością

na podstawie sekwencji aminokwasów 340

12.5 Lipidy i liczne białka błonowe przemieszczają się szybko wzdłuŜ

płaszczyzny błony 342

Model płynnej mozaiki uwzględnia przemieszczanie się wzdłuŜ błony

(ruch boczny), ale nie w poprzek (ruch poprzeczny) 343

Płynność błony jest kontrolowana przez skład jej kwasów tłuszczowych

i przez zawartość cholesterolu 343

Wszystkie błony biologiczne są asymetryczne 345

12.6 Komórki eukariotyczne zawierają przedziały komórkowe ograniczone

błonami wewnątrzkomórkowymi 345

Rozdział 13 Kanały i pompy błonowe 351 Ekspresja białek transportujących w duŜej mierze określa metaboliczną

aktywność danego typu komórek 352

13.1 Transport cząsteczek przez błony moŜe być aktywny lub bierny 352

Wiele cząsteczek do przejścia przez błonę potrzebuje białkowych

transporterów 352

Energię swobodną gradientu stęŜeń moŜna określić ilościowo 353

13.2 Dwie rodziny białek błonowych wykorzystują energię hydrolizy ATP

do pompowania jonów przez błony 354

ATPazy typu P sprzęgają fosforylację ze zmianami konformacyjnymi

do pompowania jonów wapnia przez błonę 354

Ekstrakt z naparstnicy hamuje specyficznie pompę Na+-K+ poprzez

blokowanie jej defosforylacji 357

ATPazy typu P są konserwatywne ewolucyjnie i pełnią szereg róŜnych

funkcji 358

Oporność wielolekowa i mukowiscydoza rzucają światło na rodzinę białek

błonowych mających kasetę wiąŜącą ATP 358

13.3 Permeaza laktozowa jest archetypem transporterów drugiego rzędu

wykorzystujących jeden gradient stęŜeń do tworzenia innego gradientu 360

13.4 Specyficzne kanały mogą szybko transportować jony przez błony 362

Przejściowe zmiany przepuszczalności Na+ i K+ są podstawą potencjału

czynnościowego 362

Pomiary przewodnictwa metodą patch-clamp ujawniają aktywność

pojedynczych kanałów 363

Budowa kanału potasowego jest archetypem budowy wielu kanałów

jonowych 364

Budowa przestrzenna kanału potasowego wyjaśnia przyczyny

specyficzności jonowej 365

Budowa kanału potasowego tłumaczy jego duŜą szybkość transportu 367

Bramkowanie potencjałem wymaga znacznych zmian konformacyjnych

w określonych domenach kanału jonowego 368

Inaktywacja kanału zachodzi przez zamknięcie poru: model kuli

na łańcuchu 369

Receptor acetylocholinowy jest archetypem bramkowanych ligandem

kanałów jonowych 370

Potencjał czynnościowy integruje aktywność wielu współpracujących

kanałów jonowych 372

13.5 Połączenia szczelinowe umoŜliwiają przepływ jonów i małych

cząsteczek między komunikującymi się komórkami 373

13.6 Specyficzne kanały zwiększają przepuszczalność niektórych błon

dla cząsteczek wody 374

Rozdział 14 Szlaki przekazywania sygnałów 381 Przekazywanie sygnałów zaleŜy od obwodów cząsteczkowych 382

14.1 Heterotrimeryczne białka G przekazują sygnały i same się

regenerują 383

Wiązanie ligandów z receptorami 7TM prowadzi do aktywacji białek G 384

Aktywne białka G przekazują sygnały, wiąŜąc się z innymi białkami 385

Cykliczny AMP (cAMP) stymuluje fosforylację wielu białek docelowych

w wyniku aktywacji kinazy białkowej A 386

Białka G wyłączają swą aktywność w wyniku hydrolizy GTP 387

Niektóre receptory 7TM aktywują kaskadę fosfatydyloinozytolu 388

Jon wapnia jest powszechną cytoplazmatyczną cząsteczką sygnałową

drugiego rzędu 389

Wapń aktywuje kalmodulinę, białko regulatorowe 390

14.2 Szlak sygnalizacji insuliny: kaskada fosforylacji jest kluczowa

dla wielu procesów przekazywania sygnałów 391

Receptor insulinowy jest dimerem, który ściśle otacza związaną cząsteczkę

insuliny 392

Wiązanie insuliny powoduje wzajemną, wewnętrzną fosforylację

i aktywację receptora insulinowego 392

Zaktywowana receptorowa kinaza insulinowa rozpoczyna kaskadę

aktywacji kinaz 393

Szlak sygnalizacji insuliny jest przerywany przez działanie fosfataz 395

14.3 Sygnalizacja EGF: szlaki przekazywania sygnałów są przygotowane

do odpowiedzi 395

Pod wpływem związania EGF receptor EGF dimeryzuje 396

Karboksylowy koniec receptora EGF ulega fosforylacji 397

Sygnalizacja EGF prowadzi do aktywacji białek Ras, czyli małych białek G 397

Zaktywowane białka Ras inicjują kaskadę kinaz białkowych 398

Białkowe fosfatazy i wewnętrzna aktywność GTPazowa białek Ras

wyłączają sygnalizację EGF 398

14.4 Wiele elementów sygnalizacyjnych powtarza się w róŜnych szlakach

przekazywania sygnału 399

14.5 Zaburzenia w działaniu szlaków sygnalizacyjnych mogą prowadzić

do raka i innych schorzeń 400

Przeciwciała monoklonalne mogą być wykorzystane do zahamowania

szlaków przekazywania sygnałów aktywnych w komórkach

nowotworowych 401

Inhibitory kinaz białkowych mogą być skutecznymi lekami

przeciwnowotworowymi 401

Cholera i krztusiec są spowodowane zmianą aktywności białka G 402

Część II PRZEKAZYWANIE I MAGAZYNOWANIE ENERGII

Rozdział 15 Metabolizm: podstawowe pojęcia i organizacja 409 15.1 Metabolizm składa się z wielu sprzęŜonych, wzajemnie powiązanych

reakcji 410

Metabolizm składa się z reakcji egzo- i endoergicznych 410

Reakcja termodynamicznie korzystna umoŜliwia przebieg reakcji

termodynamicznie niekorzystnej 411

15.2 Uniwersalnym środkiem wymiany energii swobodnej w układach

biologicznych jest ATP 412

Hydroliza ATP jest procesem egzoergicznym 412

Hydroliza ATP przesuwa równowagę reakcji sprzęŜonych 413

Podstawy strukturalne wysokiego potencjału przenoszenia grup

fosforanowych przez ATP 415

Potencjał fosforylacyjny jest waŜną formą energii w komórkowych

procesach przekształcania energii 416

15.3 Utlenianie atomów węgla cząsteczek paliwa komórkowego jest

waŜnym źródłem energii w komórce 417

Związki o wysokim potencjale fosforylacyjnym mogą sprzęgać utlenianie

atomów węgla z syntezą ATP 418

Gradient jonowy w poprzek błony dostarcza komórce waŜnej formy

energii, poniewaŜ moŜe być sprzęŜony z syntezą ATP 418

Etapy pobierania energii z poŜywienia 419

15.4 Te same metabolity, reakcje i strategie regulacyjne obserwujemy

w róŜnych szlakach metabolicznych 420

Aktywowane przenośniki są przykładem budowy modułowej

I ekonomiczności metabolizmu 420

Wiele zaktywowanych nośników jest pochodnymi witamin 423

Te same kluczowe reakcje powtarzają się w róŜnych szlakach

metabolicznych 425

Procesy metaboliczne są regulowane na trzy róŜne sposoby 428

Ewolucja szlaków metabolicznych 429

Rozdział 16 Glikoliza i glukoneogeneza 433 Glukoza jest wytwarzana z węglowodanów zawartych w pokarmie 434

Glukoza jest waŜnym paliwem komórkowym dla większości organizmów 435

16.1 W wielu organizmach glikoliza jest szlakiem przekształcającym

energię 435

Heksokinaza wychwytuje glukozę w komórce i rozpoczyna glikolizę 435

Powstawanie fruktozo-1,6-bisfosforanu z glukozo-6-fosforanu 437

Sześciowęglowy cukier jest rozszczepiany do dwóch trójwęglowych

fragmentów 438

Mechanizm: izomeraza triozofosforanowa odzyskuje fragmenty

trójwęglowe 439

Utlenienie aldehydu do kwasu napędza powstawanie związku o wysokim

potencjale przenoszenia grup fosforanowych 440

Mechanizm: fosforylacja jest ściśle powiązana poprzez tioestrowy produkt

pośredni z utlenianiem aldehydu 3-fosfoglicerynowego 442

ATP powstaje poprzez przeniesienie fosforanu z 1,3-bisfosfoglicerynianu 443

Powstawanie pirogronianu i dodatkowej cząsteczki ATP 444

Podczas przekształcenia glukozy w pirogronian powstają dwie cząsteczki

ATP 446

Metabolizm pirogronianu prowadzi do regeneracji NAD+ 446

W warunkach beztlenowych fermentacja dostarcza energii, którą moŜna

spoŜytkować w innych procesach komórkowych 448

Miejsce wiąŜące NAD+ jest podobne w wielu dehydrogenazach 448

Fruktoza i galaktoza są przekształcane w produkty pośrednie glikolizy 449

Wiele osób dorosłych nie toleruje mleka, poniewaŜ nie ma laktazy 451

Gdy brak transferazy, galaktoza jest silnie toksyczna 451

16.2 Szlak glikolityczny jest ściśle kontrolowany 452

Przebieg glikolizy w mięśniu podlega regulacji w odpowiedzi

na zapotrzebowanie na ATP 452

Regulacja przebiegu glikolizy w wątrobie odzwierciedla jej biochemiczną

wszechstronność 455

Rodzina białek przenośników umoŜliwia glukozie wejście do komórek

zwierzęcych oraz wyjście z nich 456

Rak i trening fizyczny wpływają w podobny sposób na glikolizę 457

163 Glukoza moŜe być syntetyzowana z prekursorów innych niŜ

węglowodany 458

Glukoneogeneza nie jest odwróceniem glikolizy 460

Przekształcenie pirogronianu w fosfoenolopirogronian rozpoczyna się od

utworzenia szczawiooctanu 461

Szczawiooctan przechodzi do cytoplazmy, gdzie przekształca się

w fosfoenolopirogronian 462

Przekształcenie fruktozo-1,6-bisfosforanu w fruktozo-6-fosforan

i ortofosforan jest etapem nieodwracalnym 463

Wytwarzanie wolnej glukozy jest waŜnym punktem kontroli 463

Synteza glukozy z pirogronianu zachodzi kosztem sześciu grup

fosforanowych o wysokim potencjale przenoszenia 464

16.4 Glukoneogeneza i glikoliza podlegają przeciwstawnej regulacji 464

Ładunek energetyczny komórki rozstrzyga, który szlak będzie najbardziej

aktywny: glikoliza czy glukoneogeneza 465

W wątrobie równowaga pomiędzy glikolizą a glukoneogenezą jest

wraŜliwa na stęŜenie glukozy we krwi 466

Cykle substratowe wzmacniają sygnały metaboliczne i wytwarzają ciepło 467

Mleczan i alanina, utworzone podczas skurczu mięśnia, są zuŜywane

przez inne narządy 468

Glikoliza i glukoneogeneza są ze sobą powiązane ewolucyjnie 469

Rozdział 17 Cykl kwasu cytrynowego 475 Cykl kwasu cytrynowego odbiera wysokoenergetyczne elektrony 476

17.1 Dehydrogenaza pirogronianowa łączy glikozę z cyklem kwasu

cytrynowego 477

Mechanizm: synteza acetylo-CoA z pirogronianu wymaga trzech enzymów

i pięciu koenzymów 478

Elastyczne połączenia umoŜliwiają cząsteczce lipoamidu poruszanie się

między róŜnymi miejscami aktywnymi 480

17.2. Cykl kwasu cytrynowego utlenia jednostki dwuwęglowe 482

Syntaza cytrynianowa tworzy cytrynian ze szczawiooctanu

i acetylokoenzymu A 482

Mechanizm: Sposób działania syntazy cytrynianowej zapobiega

niepoŜądanym reakcjom 482

Cytrynian ulega izomeryzacji do izocytrynianu 484

Izocytrynian jest utleniany i dekarboksylowany do α-ketoglutaranu 484

Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu prowadzi do powstania bursztynylokoenzymu A 485

Kosztem bursztynylokoenzymu A powstaje związek o wysokim potencjale

przenoszenia grupy fosforanowej 485

Mechanizm: syntetaza bursztynylo-CoA zmienia formy magazynowania

energii 486

Szczawiooctan jest regenerowany przez utlenianie bursztynianu 487

Cykl kwasu cytrynowego generuje elektrony o wysokim potencjale

przeniesienia, GTP і CO2 488

17.3 Zarówno wejście do cyklu kwasu cytrynowego, jak i jego przebieg

podlega kontroli 490

Aktywność dehydrogenazy pirogronianowej jest regulowana allosterycznie

i przez odwracalną fosforylację 490

Regulacja cyklu kwasu cytrynowego odbywa się w kilku punktach

kontrolnych 492

17.4 Cykl kwasu cytrynowego jest źródłem prekursorów potrzebnych

do biosyntez 493

Cykl kwasu cytrynowego musi być szybko uzupełniany 493

Zakłócenie metabolizmu pirogronianu jest przyczyną beri-beri, a takŜe

zatrucia rtęcią oraz arsenem 494

Cykl kwasu cytrynowego prawdopodobnie ewoluował z pierwotnie

istniejących szlaków metabolicznych 495

17.5 Cykl glioksalowy umoŜliwia roślinom i bakteriom wzrost na octanie 495

Rozdział 18 Fosforylacja oksydacyjna 502 Fosforylacja oksydacyjna sprzęga utlenianie paliwa komórkowego

z syntezą ATP poprzez gradient protonowy 502

18.1 W komórkach eukariotycznych fosforylacja oksydacyjna zachodzi

w mitochondriach 503

Mitochondria są otoczone podwójną błoną 503

Mitochondria powstały w wyniku endosymbiozy 504

18.2 Fosforylacja oksydacyjna zaleŜy od transportu elektronów 506

Miarą potencjału przenoszenia elektronów jest potencjał redoks 506

Transport elektronów przez łańcuch oddechowy, napędzany przez róŜnicę

potencjałów między NADH i cząsteczką tlenu wynoszącą 1,14 V, wymusza

tworzenie gradientu protonowego 508

18.3 W skład łańcucha oddechowego wchodzą cztery kompleksy:

trzy pompy protonowe i kompleks fizycznie związany z cyklem kwasu

cytrynowego 509

Elektrony o wysokim potencjale wchodzą do łańcucha oddechowego

na poziomie oksydoreduktazy NADH-Q 510

Ubichinol jest miejscem, w którym do łańcucha oddechowego

włączane są elektrony FADH2 flawoprotein 512

Elektrony przepływają z ubichinolu do cytochromu с

przez oksydoreduktazę Q-cytochrom с 512

Cykl Q przekazuje elektrony z nośnika dwuelektronowego do nośnika

jednoelektronowego i pompuje protony 513

Oksydaza cytochromu с katalizuje redukcję tlenu cząsteczkowego do wody 514

Enzymy ochronne usuwają toksyczne pochodne tlenu cząsteczkowego,

takie jak rodnik ponadtlenkowy 517

Elektrony mogą być przenoszone pomiędzy grupami

nie kontaktującymi się 519

Konformacja cytochromu с pozostała zasadniczo niezmieniona od ponad

miliarda lat 520

18.4 Gradient protonowy zasila syntezę ATP 520

Syntaza ATP składa się z segmentu przewodzącego protony i segmentu

katalitycznego 522

Przepływ protonów przez syntazę ATP powoduje uwolnienie ściśle

związanego ATP: mechanizm zmiany siły związania 523

Najmniejszy na świecie molekularny motor: kataliza stymulowana

przez obrót 524

Przepływ protonów wokół pierścienia с stanowi siłę napędową syntezy ATP 525

Syntaza ATP i białka G mają kilka wspólnych cech 527

18.5 Przemieszczanie się przez błonę umoŜliwiają liczne systemy

wahadłowe (czółenka) 527

Elektrony z cytozolowego NADH wchodzą do mitochondriów

za pośrednictwem systemów wahadłowych 527

Wejście ADP do mitochondriów jest sprzęŜone z wyjściem ATP

przez translokazę ATP-ADP 529

Mitochondrialne przenośniki metabolitów mają wspólny trzyczęściowy

motyw 530

18.6 Zapotrzebowanie na ATP jest głównym czynnikiem regulującym

oddychanie komórkowe 530

Całkowite utlenianie glukozy dostarcza około 30 cząsteczek ATP 530

O szybkości fosforylacji oksydacyjnej decyduje zapotrzebowanie na ATP 532

Regulowane rozprzęŜenie powoduje wytwarzanie ciepła 532

Fosforylację oksydacyjną moŜna hamować na wielu etapach 533

Poznajemy podłoŜe chorób związanych z nieprawidłowym działaniem

mitochondriów 534

Mitochondria odgrywają kluczową rolę w procesie apoptozy 535

Przekazywanie energii przez gradienty protonowe: główny motyw

bioenergetyki 535

Rozdział 19 Reakcje świetlne fotosyntezy 541 W fotosyntezie następuje przekształcenie energii świetlnej w energię

chemiczną 542

19.1 Fotosynteza odbywa się w chloroplastach 542

Pierwotne reakcje fotosyntezy przebiegają w błonach tylakoidów 543

Chloroplasty powstały w wyniku endosymbiozy 543

19.2 Absorpcja światła przez chlorofil powoduje przepływ elektronów 544

Specjalna para cząsteczek chlorofilu zapoczątkowuje rozdział ładunków 545

Cykliczny przepływ elektronów powoduje redukcję cytochromu w centrum

reakcji 547

19.3 Podczas fazy świetlnej dwa fotosystemy wytwarzają gradient

protonów i NADPH 548

Fotosystem II przenosi elektrony z wody do plastochinonu i wytwarza

gradient protonów 548

Cytochrom bf łączy fotosystem II z fotosystemem I 551

Fotosystem I wykorzystuje energię świetlną do wytworzenia zredukowanej

ferredoksyny, która jest silnym reduktorem 551

Reduktaza ferredoksyna-NADP+ przekształca NADP+ w NADPH 552

19.4 Gradient protonów tworzący się w poprzek błony tylakoidu napędza

syntezę ATP 553

Chloroplastowa syntaza ATP jest bardzo podobna do mitochondrialnych

i prokariotycznych syntaz ATP 554

Cykliczny przepływ elektronów przez fotosystem I prowadzi

do wytworzenia ATP zamiast NADPH 555

Absorpcja ośmiu fotonów powoduje powstanie jednej cząsteczki O2,

dwóch cząsteczek NADPH i trzech cząsteczek ATP 556

19.5 Barwniki pomocnicze kierują energię do centrów reakcji 557

Przeniesienie energii rezonansu pozwala przekazać energię z pierwotnego

miejsca absorpcji do centrum reakcji 557

Kompleksy zbierające światło zawierają dodatkowe cząsteczki chlorofilu

i karotenoidy 558

Komponenty uczestniczące w fotosyntezie wykazują wysoki poziom

organizacji 559

Wiele herbicydów hamuje reakcje świetlne fotosyntezy 560

19.6 Zdolność do przekształcania światła w energię chemiczną jest

zjawiskiem bardzo starym 560

Rozdział 20 Cykl Calvina i szlak pentozo- fosforanowy 565 20.1 W cyklu Calvina heksozy są syntetyzowane z dwutlenku węgla i wody 566

Dwutlenek węgla reaguje z rybulozo-1,5-bisfosforanem i powstają dwie

cząsteczki 3-fosfoglicerynianu 567

Aktywność rubisco zaleŜy od jonów magnezu i karbaminianu 568

Katalityczna niedoskonałość: rubisco katalizuje równieŜ niekorzystną

reakcję przyłączenia cząsteczki tlenu 569

Z fosfoglicerynianu powstają fosforany heksoz i jest regenerowany

rybulozo-1,5-bisfosforan 570

W procesie włączania dwutlenku węgla do heksoz zuŜywane są trzy

cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADPH 572

Skrobia i sacharoza są głównymi węglowodanami magazynowanymi

w roślinach 573

20.2 Aktywność cyklu Calvina zaleŜy od warunków środowiska 574

Zmiany stęŜeń protonów i jonów magnezu zaleŜne od światła aktywują

rubisco 574

Tioredoksyna odgrywa kluczową rolę w regulacji cyklu Calvina 574

Szlak C4 występujący u roślin tropikalnych przyspiesza fotosyntezę przez

gromadzenie dwutlenku węgla 575

Metabolizm kwasowy roślin gruboszowatych umoŜliwia im wzrost

w ekosystemach o ograniczonym dostępie wody 577

20.3 Szlak pentozofosforanowy prowadzi do powstania NADPH

i odpowiada za syntezę cukrów pięciowęglowych 577

Podczas przekształcenia glukozo-6-fosforanu w rybulozo-5-fosforan

powstają dwie cząsteczki NADPH 577

Szlak pentozofosforanowy i glikoliza są ze sobą połączone

za pośrednictwem transketolazy i transaldolazy 579

Mechanizm: Transketolaza i transaldolaza w róŜny sposób stabilizują

karboanionowe produkty pośrednie 581

20.4 Metabolizm glukozo-6-fosforanu jest powiązany z glikolizą przez

szlak pentozofosforanowy 583

Szybkość przemian szlaku pentozofosforanowego jest regulowana przez

stęŜenie NADP+ 583

Przepływ glukozo-6-fosforanu zaleŜy od zapotrzebowania na NADPH,

rybozo-5-fosforan i ATP 583

Odbicie lustrzane: cykl Calvina i szlak pentozofosforanowy 585

20.5. Dehydrogenaza glukozo-6-fosforanu odgrywa istotną rolę w ochronie

komórki przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu 586

Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej powoduje anemię

hemolityczną indukowaną przez leki 586

Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej moŜe w pewnych

sytuacjach decydować o przewadze ewolucyjnej 587

Rozdział 21 Metabolizm glikogenu 592 Metabolizm glikogenu to regulacja uwalniania i gromadzenia glukozy 593

21.1 Rozkład glikogenu wymaga wspólnego działania kilku enzymów 593

Fosforylaza katalizuje fosforolityczny rozkład glikogenu i uwolnienie

glukozo-1-fosforanu 594

Do rozkładu glikogenu konieczny jest równieŜ enzym usuwający

rozgałęzienia 594

Fosfoglukomutaza przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan 595

Wątroba zawiera glukozo-6-fosfatazę, enzym hydrolityczny, który nie

występuje w mięśniach 596

Mechanizm: Fosforan pirydoksalu bierze udział w fosforolitycznym

rozkładzie glikogenu 596

21.2 Aktywność fosforylazy regulują oddziaływania allosteryczne

i odwracalna fosforylacja 598

Fosforylaza w mięśniach jest regulowana przez wewnątrzkomórkowy

ładunek energetyczny 598

W wątrobie fosforylaza wytwarza glukozę wykorzystywaną przez inne

tkanki 600

Kinaza fosforylazowa jest aktywowana przez fosforylację i jony wapnia 600

21.3 Do rozkładu glikogenu potrzebne są sygnały adrenaliny i glukagonu 601

Białko G przekazuje sygnał do rozpoczęcia rozkładu glikogenu 601

W razie konieczności rozpad glikogenu musi być szybko zahamowany 603

Regulacja fosforylazy glikogenowej stała się w trakcie ewolucji bardziej

wyrafinowana 604

21.4 Synteza i degradacja glikogenu przebiegają odrębnymi szlakami 604

UDP-glukoza jest aktywowaną formą glukozy 604

Syntaza glikogenowa katalizuje przeniesienie glukozy z UDP-glukozy

do rosnącego łańcucha glikogenu 605

Enzym rozgałęziający tworzy wiązania α-1,6-glikozydowe 606

Syntaza glikogenową jest głównym enzymem regulacyjnym w syntezie

glikogenu 607

Glikogen jest wydajną formą magazynowania glukozy 607

21.5 Rozkład i synteza glikogenu są regulowane wspólnie 607

Fosfataza białkowa 1 odwraca regulacyjny wpływ kinaz na metabolizm

glikogenu 608

Insulina stymuluje syntezę glikogenu poprzez aktywację kinazy syntazy

glikogenu 610

Metabolizm glikogenu w wątrobie reguluje poziom glukozy we krwi 610

Choroby związane z metabolizmem glikogenu moŜna wyjaśnić

biochemicznie 611

Rozdział 22 Metabolizm kwasów tłuszczowych 617 Rozkład i biosynteza kwasów tłuszczowych są swoim odzwierciedleniem

pod względem następujących po sobie reakcji chemicznych 618

22.1 Triacyloglicerole są skondensowanym źródłem energii 619

Lipidy pochodzące z poŜywienia są trawione przez lipazy trzustkowe 619

Lipidy pochodzące z poŜywienia są transportowane w chylomikronach 620

22.2 Wykorzystanie energii kwasów tłuszczowych wymaga ich obróbki

w trzech etapach 621

Triacyloglicerole są hydrolizowane przez lipazy aktywowane hormonami 621

Przed utlenieniem, kwasy tłuszczowe są przyłączane do koenzymu A 622

Karnityna przenosi długie łańcuchy aktywowanych kwasów tłuszczowych

do matriks mitochondrialnej 623

Acetylo-CoA, NADH i FADH2 powstają w kaŜdym cyklu utleniania kwasów

tłuszczowych 624

W wyniku całkowitego utlenienia palmitynianu powstaje 106 cząsteczek

ATP 625

22.3 Proces rozkładu kwasów tłuszczowych nienasyconych lub mających

nieparzystą liczbę atomów węgla wymaga dodatkowych etapów 626

Do utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych potrzebne są

izomeraza i reduktaza 626

Produktem ostatecznej tiolizy łańcuchów kwasów tłuszczowych

o nieparzystej liczbie atomów węgla jest propionylo-CoA 627

Witamina B12 zawiera pierścień korynowy i atom kobaltu 628

Mechanizm: mutaza metylomalonylo-CoA katalizuje przegrupowanie

prowadzące do powstania bursztynylo-CoA 629

Kwasy tłuszczowe są utleniane takŜe w peroksysomach 630

Kiedy w komórce przewaŜa rozkład tłuszczów, z acetylo-Co powstają

ciała ketonowe 631

W niektórych tkankach głównym paliwem komórkowym są ciała

ketonowe 632

Zwierzęta nie mogą przekształcać kwasów tłuszczowych w glukozę 634

22.4 RóŜne szlaki metaboliczne prowadzą do rozkładu i biosyntezy

kwasów tłuszczowych 634

Synteza malonylo-CoA jest decydującym etapem biosyntezy kwasów

tłuszczowych 635

Produkty pośrednie syntezy kwasów tłuszczowych są przyłączone

do białkowego nośnika reszt acylowych 635

Biosynteza kwasów tłuszczowych jest serią reakcji kondensacji, redukcji,

odwodnienia i redukcji 636

U zwierząt kwasy tłuszczowe są syntetyzowane przez wielofunkcyjny

kompleks enzymatyczny 637

Synteza palmitynianu wymaga 8 cząsteczek acetylo-CoA, 14 cząsteczek

NADPH i 7 cząsteczek ATP 638

Cytrynian przenosi grupy octanowe niezbędne do syntezy kwasów

tłuszczowych z mitochondriów do cytozolu 638

RóŜne źródła NADPH do syntezy kwasów tłuszczowych 639

Inhibitory syntezy kwasów tłuszczowych mogą być uŜytecznymi lekami 640

22.5 Karboksylaza acetylo-CoA odgrywa kluczową rolę w regulacji

metabolizmu kwasów tłuszczowych 640

Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana stanem komórki 640

Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana przez róŜne hormony 641

22.6 WydłuŜanie kwasów tłuszczowych i wprowadzanie wiązań

nienasyconych to procesy kierowane przez dodatkowe układy

enzymatyczne 642

Nienasycone kwasy tłuszczowe powstają z udziałem enzymów związanych

z błonami 642

Hormony ikozanoidowe są pochodnymi wielonienasyconych kwasów

tłuszczowych 643

Rozdział 23 Przemiana białek i katabolizm aminokwasów 649 23.1 Białka są degradowane do aminokwasów 650

Rozkład spoŜywanych białek i wchłanianie produktów trawienia białek 650

Białka komórkowe ulegają degradacji z róŜną szybkością 651

23.2 Rozpad białek jest ściśle regulowany 651

Ubikwityna piętnuje białka przeznaczone do degradacji 651

Białka piętnowane ubikwityną są rozkładane przez proteasom 653

Rozkład białek moŜe być wykorzystywany w regulacji funkcji

biologicznych 654

Szlak ubikwitynacji i proteasom mają odpowiedniki w organizmach

prokariotycznych 655

23.3 Pierwszym etapem degradacji aminokwasów jest usunięcie azotu 656

Grupy a-aminowe są przekształcane w jony amonowe w procesie

deaminacji oksydacyjnej glutaminianu 656

Mechanizm: Fosforan pirydoksalu tworzy w aminotransferazach związek

pośredni o charakterze zasady Schiffa 657

Aminotransferaza asparaginianowa jest archetypem transaminazy

zaleŜnej od pirydoksalu 659

Enzymy zaleŜne od fosforanu pirydoksalu katalizują szeroki wachlarz

reakcji 659

Seryna i treonina ulegają bezpośredniej deaminacji 660

Azot z tkanek obwodowych jest transportowany do wątroby 660

23.4 Większość kręgowców lądowych przekształca jon amonowy

w mocznik 661

Cykl mocznikowy rozpoczyna się od powstania karbamoilofosforanu 661

Cykl mocznikowy jest powiązany z glukoneogenezą 663

Enzymy cyklu mocznikowego są spokrewnione z enzymami innych szlaków

metabolicznych 664

Wrodzone wady enzymów cyklu mocznikowego powodują hiperamonemię

i mogą prowadzić do uszkodzenia mózgu 665

Mocznik nie jest jedynym sposobem usuwania nadmiaru azotu 666

23.5 Atomy węgla pochodzące z degradowanych aminokwasów pojawiają

się w głównych intermediatach metabolicznych 666

Pirogronian jako związek łączący degradację aminokwasów

z metabolizmem komórki 667

Szczawiooctan jako związek łączący degradację asparaginianu i asparaginy

z metabolizmem komórki 668

Alfa-ketoglutaran jako związek łączący degradację aminokwasów

pięciowęglowych z metabolizmem komórki 668

Bursztynylo-CoA łączy degradację kilku aminokwasów niepolarnych

z metabolizmem komórki 669

Degradacja metioniny wymaga tworzenia S-adenozylometioniny -

kluczowego donora grupy metylowej 669

Rozkład aminokwasów rozgałęzionych prowadzi do powstania acetylo-CoA,

acetooctanu i propionylo-CoA 670

Do rozkładu aminokwasów aromatycznych konieczne są oksygenazy 671

23.6 Wrodzone wady metaboliczne mogą zakłócać proces degradacji

aminokwasów 673

Część III SYNTEZA CZĄSTECZEK śYCIA Rozdział 24 Biosynteza aminokwasów 681 Synteza aminokwasów wymaga rozwiązania trzech podstawowych

problemów biochemicznych 682

24.1 Wiązanie azotu: Mikroorganizmy wykorzystują ATP i silne reduktory,

aby zredukować azot atmosferyczny do postaci amonowej 682

Kofaktor Ŝelazo-molibdenowy nitrogenazy wiąŜe i redukuje azot

atmosferyczny 683

Wbudowanie jonu amonowego do aminokwasów rozpoczyna się

od glutaminianu i glutaminy 685

24.2 Aminokwasy powstają z intermediatów cyklu kwasu cytrynowego

i innych głównych szlaków metabolicznych 687

Organizm ludzki syntetyzuje niektóre aminokwasy, lecz pozostałe musi

uzyskać wraz z poŜywieniem 687

Asparaginian, alanina i glutaminian powstają przez dodanie grupy

aminowej do α-ketokwasów 688

Wspólny etap określa chiralność wszystkich aminokwasów 688

Adenylowany związek pośredni jest konieczny do powstania asparaginy

z asparaginianu 689

Glutaminian jest prekursorem glutaminy, proliny i argininy 690

Seryna, cysteina i glicyna powstają z 3-fosfoglicerynianu 690

Tetrahydrofolian przenosi aktywowane fragmenty jednowęglowe o kilku

poziomach utlenienia 691

S-adenozylometionina jest głównym donorem grup metylowych 693

Cysteina jest syntetyzowana z seryny i homocysteiny 695

Wysoki poziom homocysteiny towarzyszy chorobom naczyniowym 695

Szikimian i choryzmian są związkami pośrednimi uczestniczącymi

w biosyntezie aminokwasów aromatycznych 695

Syntaza tryptofanowa ilustruje przenoszenie tunelowe substratu podczas

katalizy enzymatycznej 698

24.3 Biosynteza aminokwasów regulowana jest na drodze hamowania

przez sprzęŜenie zwrotne 699

Rozgałęzione szlaki metaboliczne wymagają złoŜonych mechanizmów

regulacji 699

Aktywność syntetazy glutaminowej jest modulowana przez kaskadę

enzymatyczną 701

24.4 Aminokwasy są prekursorami wielu cząsteczek biologicznych 702

Glutation, peptyd γ-glutamylowy, pełni funkcję buforu tiolowego, a takŜe przeciwutleniacza 703

Tlenek azotu, cząsteczka sygnałowa o krótkim czasie półtrwania,

powstaje z argininy 704

Porfiryny syntetyzowane są z glicyny i bursztynylo-CoA 704

Niektóre wrodzone zaburzenia metabolizmu prowadzą do akumulacji

porfiryn 706

Rozdział 25 Biosynteza nukleotydów 711 Nukleotydy mogą być syntetyzowane de novo lub w ramach szlaków

rezerwowych 712

25.1 Podczas syntezy de novo pierścień pirymidynowy jest budowany

z wodorowęglanu, asparaginianu i glutaminy 712

Wodorowęglany i inne utlenione związki węglowe aktywowane są przez

fosforylację 713

Hydroliza łańcucha bocznego glutaminy jest źródłem jonów amonowych 713

Przenoszenie tunelowe umoŜliwia transport produktów pośrednich

pomiędzy centrami aktywnymi enzymu 714

Orotan po połączeniu z pierścieniem rybozy PRPP tworzy nukleotyd

pirymidynowy, który następnie zostaje przekształcony w urydylan 714

Nukleotydy mono-, di-, trifosforanowe mogą ulegać wzajemnym

przekształceniom 715

CTP powstaje przez aminację UTP 715

25.2 Zasady purynowe moga być syntetyzowane zarówno de novo,

jak i w szlakach rezerwowych 716

Szlak rezerwowy syntezy nukleotydów umoŜliwia znaczną ekonomizację

zuŜycia energii 716

Pierścienie purynowe są budowane na rybozylofosforanie 716

Pierścień purynowy budowany jest etapami, podczas których aktywacja

przez fosforylację poprzedza wymianę elementów budulcowych 717

AMP i GMP powstają z IMP 719

25.3 Synteza deoksyrybonukleotydów odbywa się w wyniku redukcji

rybonukleotydów z wykorzystaniem mechanizmu rodnikowego 720

Mechanizm: rodnik tyrozylowy ma zasadnicze znaczenie dla aktywności

reduktazy rybonukleotydowej 720

Metylacja deoksyurydylanu prowadzi do powstania deoksytymidylanu 722

Reduktaza dihydrofolianowa katalizuje regenerację tetrahydrofolianu,

przenośnika grup jednowęglowych 723

Wiele cennych leków stosowanych w terapii przeciwnowotworowej blokuje

syntezę deoksytymidylanu 724

25.4 Regulacja kluczowych etapów biosyntezy nukleotydów odbywa

się na zasadzie hamowania w drodze sprzęŜenia zwrotnego 725

Biosynteza pirymidyn jest regulowana przez karbamoilotransferazę

asparginianową 725

Synteza nukleotydów purynowych kontrolowana jest w wyniku sprzęŜenia

zwrotnego w kilku miejscach 725

Synteza deoksyrybonukleotydów jest kontrolowana poprzez regulację

aktywności reduktazy rybonukleotydowej 726

25.5 Zaburzenia metabolizmu nukleotydów są przyczyną róŜnych chorób 727

Utrata aktywności deaminazy adenozynowej prowadzi do cięŜkiego

złoŜonego niedoboru immunologicznego 727

Dna moczanowa powstaje w wyniku wysokiego poziomu moczanu

w surowicy 728

Mutacje w genach enzymów, zaangaŜowanych w syntezę nukleotydów

na drodze szlaku rezerwowego, są przyczyną występowania zespołu

Lescha-Nyhana 728

Niedobór kwasu foliowego wywołuje wadę wrodzoną - rozszczep

kręgosłupa 729

Rozdział 26 Biosynteza lipidów błonowych i steroidów 734 26.1 Kwas fosfatydowy jest wykorzystywany do syntezy fosfolipidów

i triacylogliceroli 735

Synteza fosfolipidów wymaga aktywowanego produktu pośredniego 736

Sfingolipidy są syntetyzowane z ceramidu 738

Gangliozydy są sfingolipidami bogatymi w węglowodany, zawierającymi

kwasy cukrowe 740

Sfingolipidy zapewniają róŜnorodność struktury i funkcji lipidów 740

Zespół błon szklistych (ang. respiratory distress syndrome) i choroba

Taya-Sachsa wynikają z uszkodzenia metabolizmu lipidów 740

26.2 Synteza cholesterolu z acetylokoenzymu a przebiega w trzech

etapach 741

Synteza mewalonianu, który powstaje z aktywowanego pirofosforanu

izopentenylu, inicjuje syntezę cholesterolu 741

Skwalen (C30) jest syntetyzowany z sześciu cząsteczek pirofosforanu

izopentenylu (C5) 742

Skwalen cyklizuje do cholesterolu 743

26.3 Regulacja biosyntezy cholesterolu zachodzi na wielu poziomach 744

Lipoproteiny transportują cholesterol i triacyloglicerole w organizmie 745

Określenie poziomu lipoprotein we krwi moŜe słuŜyć celom

diagnostycznym 747

Lipoproteiny o małej gęstości odgrywają główną rolę w metabolizmie

cholesterolu 747

Receptor LDL jest białkiem transbłonowym o sześciu róŜnych rejonach

funkcjonalnych 748

Brak receptora LDL prowadzi do hipercholesterolemii i miaŜdŜycy 749

Biochemiczne podłoŜe klinicznych sposobów obniŜania poziomu

cholesterolu 750

26.4 NajwaŜniejszymi pochodnymi cholesterolu są sole Ŝółciowe i hormony

steroidowe 750

Litery określają pierścienie steroidów, a liczby - atomy węgla 752

Steroidy są hydroksylowane przez monooksygenazy cytochromu P450

wykorzystujące NADPH i O2 752

System cytochromu P450 występuje powszechnie i pełni funkcje ochronne 753

Pregnenolon - prekursor wielu innych steroidów powstaje z cholesterolu

w wyniku odszczepienia łańcucha bocznego 754

Progesteron i kortykosteroidy są syntetyzowane z pregnenolonu 754

Androgeny i estrogeny są syntetyzowane z pregnenolonu 755

Witamina D powstaje z cholesterolu dzięki rozerwaniu pierścienia przez

światło 756

Rozdział 27 Integracja metabolizmu 762 27.1 Metabolizm obejmuje sieć połączonych ze sobą szlaków 763

Powtarzające się schematy są powszechne w regulacji metabolizmu 763

Główne szlaki metaboliczne mają specyficzne miejsca kontroli 764

Kluczowe złącza metabolizmu: glukozo-6-fosforan, pirogronian

i acetylo-CoA 767

27.2 KaŜdy organ ma własny profil metaboliczny 768

273 Sytość i głód wywołują zmiany w metabolizmie 772

Adaptacja metabolizmu do długotrwałego głodowania polega

na minimalizacji rozkładu białek 774

Zaburzenia metaboliczne w cukrzycy są spowodowane niedoborem

insuliny oraz nadmiarem glukagonu 776

Homeostaza kaloryczna: sposoby regulacji masy ciała 777

27.4 Intensywność i czas trwania aktywności fizycznej decydują o wyborze

substratów energetycznych 778

27.5 Etanol zmienia metabolizm energetyczny w wątrobie 780

Przemiany etanolu prowadzą do uzyskania nadmiaru NADH 780

Nadmiar etanolu zaburza metabolizm witamin 781

Rozdział 28 Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA 787 28.1 DNA moŜe przyjmować róŜnorodne formy strukturalne 788

Helisa typu A jest szersza i krótsza niŜ helisa typu B 788

Mały i duŜy rowek są pokryte grupami zdolnymi do tworzenia wiązań

wodorowych 789

Wyniki badań pojedynczych kryształów DNA ujawniły, Ŝe lokalnie

cząsteczka DNA moŜe mieć inną strukturę 790

Z-DNA jest lewoskrętną dwuniciową helisą, której szkielet

cukrowo-fosforanowy przypomina zygzak 791

28.2 Cząsteczka dwuniciowego DNA moŜe się zwinąć w specjalny sposób,

tworząc formy superhelikalne 792

Liczba opleceń DNA jest cechą topologiczną określającą stopień skręcenia

superhelikalnego 793

Topoizomerazy przygotowują podwójną helisę DNA do rozplecenia 794

Topoizomerazy typu I odpowiadają za relaksację struktur

superhelikalnych 794

Wykorzystując hydrolizę ATP, topoizomerazy typu II potrafią wprowadzać

do DNA ujemne skręty superhelikalne 795

28.3 Replikacja polega na syntezie nowej nici DNA z trifosforanów

deoksynukleozydów, zgodnie z informacją zapisaną w nici stanowiącej

matrycę 796

Wszystkie polimerazy wymagają matrycy oraz startera 797

Wszystkie polimerazy DNA mają podobną strukturę 797

Dwa jony metali związane z polimerazą DNA uczestniczą w reakcji

Polimeryzacji 798

Przestrzenne dopasowanie komplementarnych zasad gwarantuje precyzję

replikacji DNA 798

Odcinek RNA syntetyzowany przez prymazę jest starterem umoŜliwiającym

rozpoczęcie syntezy DNA 799

Jedna z nici DNA powstaje we fragmentach, natomiast druga nić

syntetyzowana jest w sposób ciągły 799

Ligaza DNA łączy końce DNA w rejonach dwuniciowych 800

Rozdzielenie nici DNA wymaga specjalnych enzymów - helikaz

oraz hydrolizy ATP 800

28.4 Replikacja DNA jest procesem wymagającym ścisłej synchronizacji 802

Replikacja DNA wymaga polimeraz charakteryzujących się duŜą

Procesywnością 802

Nić wiodąca i nić opóźniona są syntetyzowane w skoordynowany sposób 803

Replikacja DNA u E. coli rozpoczyna się w ściśle określonym miejscu

genomu 804

Synteza DNA u eukariotów rozpoczyna się w wielu miejscach 805

Telomery to specjalne struktury na końcach liniowych chromosomów 807

Telomery są syntetyzowane przez telomerazę, która jest specjalną

polimerazą zawierającą własną matrycę 808

28.5 Wiele typów uszkodzeń DNA podlega naprawie 808

Błędy mogą się pojawić podczas replikacji DNA 808

Przyczyną niektórych chorób genetycznych jest wzrost liczby powtórzeń

trójek nukleotydowych 808

Czynniki utleniające, alkilujące, a takŜe światło mogą uszkadzać

zasady DNA 809

Uszkodzenia DNA mogą być rozpoznawane i naprawiane przez róŜnorodne

systemy naprawcze 811

Obecność tyminy zamiast uracylu w DNA umoŜliwia identyfikację

i naprawę deaminowanej cytozyny 813

Przyczyną licznych rodzajów nowotworów złośliwych są niesprawnie

działające systemy naprawy DNA 813

Wiele potencjalnych karcynogenów moŜna wykryć za pomocą ich

oddziaływania na bakterie 814

28.6 Rekombinacja DNA odgrywa waŜną rolę w replikacji, naprawie

oraz wielu innych procesach 816

Białko RecA inicjuje rekombinację poprzez inwazję nici 817

W trakcie rekombinacji tworzą się struktury Hollidaya 817

Niektóre rekombinazy są ewolucyjnie spokrewnione z topoizomerazami 818

Rozdział 29 Synteza i splicing RNA 825 Syntezę RNA moŜna podzielić na trzy etapy: inicjację, elongację

i terminację 826

29.1 Transkrypcja katalizowana jest przez polimerazę RNA 827

Polimeraza RNA wiąŜe się do miejsc promotorowych genu i rozpoczyna

transkrypcję 828

Podjednostka sigma umoŜliwia polimerazie RNA rozpoznanie miejsc

promotorowych 829

Przed zainicjowaniem syntezy RNA polimeraza RNA musi rozpleść DNA 830

Łańcuchy RNA tworzone są de novo i syntetyzowane w kierunku 5' → 3' 831

Elongacja zachodzi w bąblach transkrypcyjnych poruszających się wzdłuŜ

matrycy DNA 832

Sekwencje leŜące w obrębie nowo syntetyzowanego RNA są sygnałem

zakończenia transkrypcji 833

Białko rho pomaga w terminacji transkrypcji niektórych genów 834

Antybiotyki - inhibitory transkrypcji 835

Prokariotyczne prekursory transportujących i rybosomowych RNA

są rozcinane i chemicznie modyfikowane po zakończeniu transkrypcji 836

29.2 Transkrypcja u eukariotów podlega precyzyjnej regulacji 837

RNA w komórkach eukariotycznych syntetyzowany jest przez trzy rodzaje

polimeraz RNA 838

W promotorach rozpoznawanych przez polimerazę RNA II moŜna znaleźć

trzy wspólne elementy 840

Białkowy kompleks TFIID inicjuje tworzenie aktywnego kompleksu

transkrypcyjnego 841

RóŜnorodne czynniki transkrypcyjne oddziałują z promotorami

eukariotycznymi 842

Sekwencje wzmacniające mogą stymulować transkrypcję w miejscach

startowych oddalonych od nich o tysiące zasad 842

29.3 Produkty transkrypcji prowadzonej przez wszystkie trzy

eukariotyczne polimerazy RNA podlegają reakcjom dojrzewania 843

Polimeraza RNA I produkuje trzy rybosomowe RNA 843

Polimeraza RNA III syntetyzuje tRNA 844

Polimeraza RNA II syntetyzuje pre-mRNA, do których końców 5'

dodawany jest kap, a do końca 3' - ogon poli(A) 844

Redagowanie RNA zmienia białka kodowane przez mRNA 846

Sekwencje na końcach intronów wyznaczają miejsca splicingowe

w mRNA 847

Splicing składa się z dwóch reakcji transestryfikacji 847

Niskocząsteczkowe jądrowe RNA (snRNA) katalizują w spliceosomie

wycięcie intronów z prekursorów mRNA 848

Transkrvpcja i dojrzewanie RNA są ze sobą sprzęŜone 850

Mutacje wpływające na spiicing pre-mRNA są przyczyną chorób 851

Większość ludzkich pre-mRNA moŜe ulegać splicingowi kilkoma sposobami,

tworząc róŜne mRNA, a po ich translacji takŜe róŜne białka 851

29.4 Odkrycie katalitycznych właściwości RNA było prawdziwym

przełomem, który nie tylko wzbogacił naszą wiedzę o enzymach,

ale równieŜ zmienił sposób myślenia o ewolucji 853

Rozdział 30 Synteza białka 861 30.1 Synteza białka wymaga przetłumaczenia informacji genetycznej

zapisanej w języku kwasów nukleinowych na język białek 862

Synteza długich białek wymaga małej częstości błędów 862

Cząsteczki transferowych RNA mają podobną budowę 863

Aktywowany aminokwas i antykodon znajdują się na przeciwległych

końcach cząsteczki tRNA, która ma kształt litery L 865

30.2 Syntetazy aminoacylo-tRNA odczytują kod genetyczny 866

Aminokwasy są wstępnie aktywowane przez adenylację 866

Syntetazy aminoacylo-tRNA selektywnie rozpoznają aminokwasy mające

ulec aktywacji 867

Aktywność korekcyjna syntetaz aminoacylo-tRNA zwiększa poprawność

syntezy białka 868

Syntetazy rozpoznają róŜnorodne cechy transportujących RNA 869

Syntetazy aminoacylo-tRNA moŜna podzielić na dwie klasy 869

30.3 Rybosom jest cząstką rybonukleoproteinową (70S) zbudowaną

z małej (30S) i duŜej (50S) podjednostki 870

Rybosomowe RNA (5S, 16S i 23S rRNA) odgrywają główną rolę w syntezie

białka 871

Białka są syntetyzowane od końca aminowego do karboksylowego 873

Translacja informacyjnego RNA przebiega w kierunku 5' → 3' 873

Kodon AUG zazwyczaj oznacza sygnał startu i jest poprzedzony kilkoma

zasadami parującymi się z 16S rRNA 874

Bakteryjną syntezę białek rozpoczyna formylo- metionylo-tRNA 875

Rybosom zawiera trzy miejsca wiązania tRNA zlokalizowane na pograniczu

podjednostek 30S i 50S 875

W trakcie syntezy wiązania peptydowego rosnący łańcuch polipeptydowy

jest przerzucany między cząsteczkami tRNA 876

Tylko oddziaływania kodon-antykodon decydują o włączeniu aminokwasu

do rosnącego łańcucha polipeptydowego 877

Niektóre cząsteczki tRNA rozpoznają więcej niŜ jeden kodon zgodnie

z zasadą tolerancji 878

30.4 Czynniki białkowe odgrywają waŜną rolę w syntezie białka 880

Podczas tworzenia kompleksu inicjującego 70S formylometionylo-tRNAf

zajmuje w rybosomie miejsce P 880

Czynniki elongacyjne dostarczają aminoacylo-tRNA do rybosomu 880

Po utworzeniu wiązania peptydowego następuje translokacja tRNA i mRNA

napędzana przez GTP 881

Czynniki uwalniające kończą syntezę białka odczytując kodony „stop" 882

30.5 Synteza białka u eukariotów róŜni się od syntezy białka u prokariotów

przede wszystkim sposobem inicjacji 883

30.6 Rybosomy związane z retikulum endoplazmatycznym produkują

białka błonowe i sekrecyjne 884

Obecność sekwencji sygnałowej w białku decyduje o jego translokacji

w poprzek błony retikulum endoplazmatycznego 884

Pęcherzyki transportujące przenoszą białka do miejsc ich ostatecznego

przeznaczenia 886

30.7 Synteza białka moŜe być zahamowana przez róŜne antybiotyki

i toksyny 888

Toksyna błonicy blokuje syntezę białka u eukariontów poprzez hamowanie

translokacji 889

Rycyna jest N-glikozydem hamującym syntezę białka 889

Rozdział 31 Kontrola ekspresji genów 896 31.1 Wiele białek wiąŜących DNA rozpoznaje specyficzne sekwencje DNA 897

Motyw helisa-zwrot-helisa występuje powszechnie w prokariotycznych

białkach wiąŜących DNA 898

Białka eukariotyczne wiąŜące DNA wykorzystują cały zakres motywów

i domen białkowych wiąŜących DNA 899

31.2 Białka prokariotyczne wiąŜące się z DNA oddziałują specyficznie

z miejscami regulatorowymi operonów 900

Operon składa się z elementów kontrolnych i genów kodujących białka 901

Jeśli nie ma laktozy, represor lac wiąŜe się z miejscem operatorowym

i blokuje transkrypcję 901

Związanie liganda moŜe indukować zmiany strukturalne w białkach

regulatorowych 902

Operon jest powszechną jednostką organizacji genów u prokariotów 903

Białka oddziałujące z polimerazą RNA mogą stymulować transkrypcję 904

31.3 Większa złoŜoność genomów eukariotycznych wymaga wyszukanych

mechanizmów regulacji ekspresji genów 905

U eukariotów liczne czynniki transkrypcyjne oddziałują z miejscami

regulatorowymi 906

Czynniki transkrypcyjne eukariotów mają charakter modułowy 906

Domeny aktywujące oddziałują z innymi białkami 907

Nukleosomy są kompleksami DNA i histonów 907

Eukariotyczny DNA jest owinięty wokół histonów, aby stworzyć

nukleosomy 908

Kontrola ekspresji genu wymaga remodelowania chromatyny 909

Sekwencje wzmacniające stymulują transkrypcję w wybranych typach

komórek 910

Metylacje DNA mogą zmienić wzór ekspresji genów 911

Steroidy i pokrewne cząsteczki hydrofobowe przechodzą przez błonę

i łączą się z receptorami wiąŜącymi DNA 911

Jądrowe receptory hormonów regulują transkrypcję, rekrutując

do kompleksu transkrypcyjnego koaktywatory lub korepresory 913

Receptory hormonów steroidowych są miejscem działania leków 914

Struktura chromatyny jest modulowana przez kowalencyjne modyfikacje

ogonów histonowych 914

Histonowe deacetylazy biorą udział w represji transkrypcyjnej 916

31.4 Ekspresja genów moŜe być kontrolowana na poziomie

potranskrypcyjnym 917

Atenuacja jest mechanizmem regulacji ekspresji genów u prokariotów

i polega na modulacji struktury drugorzędowej syntetyzowanego RNA 917

Geny związane z metabolizmem Ŝelaza podlegają u zwierząt regulacji

translacyjnej 918

Część IV ODPOWIEDŹ NA ZMIANY WARUNKÓW ŚRODOWISKA Rozdział 32 Systemy czucia 925

32.1 Wiele związków organicznych jest wykrywane za pomocą węchu 926

Wielka rodzina receptorów zawierających siedem helikalnych odcinków

transbłonowych pośredniczy w odbiorze zapachów 927

Substancje zapachowe są rozpoznawane przez mechanizmy

kombinatoryczne 928

Czynnościowy rezonans magnetyczny ujawnia regiony mózgu

przetwarzające informacje czuciowe 930

32.2 WraŜenia smakowe są efektem działania wielu zmysłów

funkcjonujących według róŜnych mechanizmów 930

Sekwencjonowanie genomu ludzkiego doprowadziło do odkrycia duŜej

rodziny receptorów 7TM gorzkiego smaku 930

Heterodimeryczny receptor 7TM odpowiada na substancje o smaku

słodkim 933

Umami, smak glutaminianu i asparaginianu, jest odbierany przez receptor

heterodimeryczny, spokrewniony z receptorem smaku słodkiego 934

Za wykrywanie smaku słonego jest przede wszystkim odpowiedzialny

przepływ jonów sodowych przez kanały 934

Smak kwaśny powstaje w wyniku oddziaływania jonów wodorowych

(kwasów) na kanały 935

32.3 Fotoreceptory w oku wykrywają światło widzialne 935

Rodopsyna, wyspecjalizowany receptor 7TM, absorbuje światło widzialne 936

Absorpcja światła zapoczątkowuje specyficzną izomeryzację związanego

11-cis-retinalu 937

Zmniejszenie stęŜenia wapnia, wywołane światłem, koordynuje powrót

do stanu wyjściowego 938

Widzenie kolorów w czopkach siatkówki zachodzi przez trzy receptory

będące homologami rodopsyny 939

RearanŜacje w genach fotoreceptorów kolorów zielonego i czerwonego

prowadzą do „ślepoty na barwy" 940

32.4 WraŜenia słuchowe zaleŜą od szybkiej detekcji bodźców

mechanicznych 941

Komórki włoskowate wykorzystują połączone pęczki stereocilii

do wykrycia małych ruchów 941

Mechanosensoryczne kanały zostały zidentyfikowane u Drosophila

i kręgowców 943

32.5 Na odbiór wraŜeń dotykowych mają wpływ ucisk, temperatura i inne

czynniki 944

Badania kapsaicyny ujawniły obecność receptora wysokiej temperatury

i innych bodźców bólowych 944

Jeszcze wiele systemów czuciowych pozostaje do zbadania 945

Rozdział 33 Układ odpornościowy 949 Wrodzony układ odpornościowy jest ewolucyjnie starym systemem

obronnym 950

Ewolucyjne przystosowania nabytego układu odpornościowego 952

33.1 W przeciwciałach moŜna wyróŜnić fragmenty wiąŜące antygen

i fragmenty efektorowe 953

33.2 Zwinięcie immunoglobulinowe składa się z dwóch ułoŜonych

vis a vis struktur dywanowych typu β oraz hiperzmiennych pętli 956

33.3 Przeciwciała wiąŜą swoiste cząsteczki w rejonach hiperzmiennych

pętli 957

Analiza rentgenowska wyjaśniła, w jaki sposób przeciwciała wiąŜą

antygeny 957

Przeciwciało wiąŜe duŜy antygen w wyniku licznych oddziaływań 959

33.4 RóŜnorodność przeciwciał jest wynikiem rearanŜacji genów 960

Geny J (łączące, ang. joining) i D (róŜnorodności, ang. diversity)

zwiększają róŜnorodność przeciwciał 960

Kombinatoryka segmentów genowych i mutacje somatyczne umoŜliwiają

tworzenie ponad 108 róŜnych przeciwciał 962

Oligomeryzacja przeciwciał syntetyzowanych na powierzchni niedojrzałych

limfocytów B powoduje wydzielanie przeciwciał poza komórkę 962

RóŜne klasy przeciwciał powstają na skutek przemieszczania genów VH 964

33.5 Peptydy związane z białkami głównego układu zgodności tkankowej

są prezentowane na powierzchniach komórek i rozpoznawane przez

receptory limfocytów T 965

Peptydy prezentowane przez białka MHC zajmują głęboki rowek, którego

ściany tworzą helisy α 966

Receptory limfocytów T są białkami podobnymi do przeciwciał,

zawierającymi regiony stałe i zmienne 968

Białko CD8 na powierzchni cytotoksycznych limfocytów T współdziała

z receptorami limfocytów T 969

Pomocnicze limfocyty T stymulują komórki prezentujące obce peptydy

związane z białkami MHC klasy II 970

W rozpoznawaniu obcych peptydów na komórkach prezentujących

antygen pomocniczym limfocytom T pomagają specyficzne receptory

komórkowe T i cząsteczki CD4 970

Białka głównego układu zgodności tkankowej są silnie zróŜnicowane 972

Ludzki wirus niedoboru immunologicznego uszkadza układ odpornościowy

niszcząc pomocnicze limfocyty T 973

33.6 Odpowiedź układu odpornościowego przeciwko własnym antygenom

ulega supresji 974

Limfocyty T w grasicy podlegają selekcji pozytywnej i negatywnej 974

Wytwarzanie odpowiedzi odpornościowej przeciw własnym antygenom

prowadzi do rozwoju chorób autoimmunologicznych 975

Układ odpornościowy bierze udział w zapobieganiu rozwoju nowotworu 976

Rozdział 34 Motory molekularne 983 34.1 Większość białek motorycznych naleŜy do nadrodziny NTPaz typu P 984

Białko motoryczne składa się z rdzenia ATPazowego i wydłuŜonej

struktury 984

Związanie i hydroliza ATP indukuje zmiany w konformacji i siłę wiązania

białek motorycznych 986

34.2 Miozyna przemieszcza się wzdłuŜ filamentów aktynowych 988

Mięsień zbudowany jest głównie z kompleksów miozyny i aktyny 988

Aktyna jest samoorganizującym się, podlegającym ciągłym zmianom

polimerem o dwóch róŜnych końcach 990

MoŜemy obserwować ruchy pojedynczych białek motorycznych 992

Uwolnienie fosforanu jest odpowiedzialne za suw motoru miozynowego 993

Długość ramienia dźwigni decyduje o prędkości motoru 994

34.3 Kinezyna i dyneina przemieszczają się wzdłuŜ mikrotubul 995

Mikrotubule są wydrąŜonymi, cylindrycznymi polimerami 995

Ruch kinezyny jest wysoce procesywny 997

34.4 Motor rotujący napędza ruch bakterii 999

Bakterie poruszają się dzięki rotacji wici 999

Przepływ protonów napędza obrót bakteryjnej wici 1000

Chemotaksja bakterii zaleŜy od odwrócenia kierunku rotacji wici 1001

Rozdział 35 Nowe leki 1007 35.1 Tworzenie nowych leków stawia przed nami wielkie wyzwania 1008

Potencjalne leki muszą być silnymi modulatorami cząsteczek docelowych 1008

Leki muszą wykazywać odpowiednie właściwości, Ŝeby dotrzeć

do cząsteczek docelowych 1009

Toksyczność moŜe ograniczyć efektywność leku 1014

35.2 Potencjalne leki mogą być odkrywane przez przypadek, badania

przesiewowe lub projektowanie 1015

Przypadkowe obserwacje mogą doprowadzić do odkrycia nowego leku 1015

Badania przesiewowe bibliotek związków mogą doprowadzić do odkrycia

nowych leków 1017

Leki mogą być projektowane na podstawie wiedzy o strukturze

przestrzennej cząsteczki docelowej 1021

35.3 Analiza genomów otwiera nowe perspektywy przed naukowcami

opracowującymi nowe leki 1023

Potencjalne cząsteczki docelowe leków mogą być zidentyfikowane

w ludzkim proteomie 1023

Modele zwierzęce pomagają zweryfikować potencjalne obiekty działania

leków 1024

Analiza genomów organizmów chorobotwórczych wskazuje nowe obiekty

działania leków 1024

RóŜnice genetyczne wpływają na osobnicze reakcje na leki 1025

35.4 Na proces tworzenia leku składa się kilka etapów 1026

Badania kliniczne są czasochłonne i drogie 1027

Pojawienie się lekooporności moŜe ograniczyć skuteczność leków w terapii

chorób zakaźnych i nowotworów 1028

Dodatki A1 Słowniczek związków chemicznych B1

Rozwiązania zadań C1

Skorowidz D1

oprac. BPK