Structura și Funcția proteinelor

Proteinele sunt macromolecule cele mai versatile în sistemele vii și servesc funcții

cruciale în esență, toate procese biologice. Ele funcționează ca și catalizatori, acestea

transporta și stocheaza alte molecule, cum ar fi oxigen, ele oferă sprijin mecanică și

protecție imunitar, ele generează mișcarea, le transmit impulsurile nervoase, și ei

controlează creșterea și diferențiere. Într-adevăr, o mare parte din acest text se va concentra

pe intelegerea a ceea ce fac proteinele și modul în care acestea efectuează aceste funcții.

Mai multe proprietăți cheie permite proteine pentru a participa la astfel de o gamă largă de

funcții.

1. Proteinele sunt polimeri liniari construite din unități monomere numite

aminoacizi. Construirea de o gamă largă de macromolecule de la un număr limitat

de blocuri de constructii monomere este o temă recurentă în biochimie. Are protein

funcționa depinde de secvența liniară de aminoacizi? Functia a unei proteine este direct

dependentă de ei Structura tridimensională. Remarcabil, proteine spontan ori în sus, în

structuri tridimensionale care sunt determinate de secvența de aminoacizi din proteine polimer.

Astfel, proteinele sunt întruchiparea trecerea de la lumea unidimensională a

secvențelor în lumea tridimensională a moleculelor capabile de diverse activități.

2. Proteinele conțin o gamă largă de grupuri funcționale. Aceste grupuri funcționale

includ alcooli, tioli, acizi carboxilici, carboxamides, și o varietate de grupuri de

bază. Atunci cand sunt combinate în secvențe diferite, această matrice de grupe

funcționale reprezintă spectru larg de functia de proteine. De exemplu, reactivitatea

chimică asociată cu aceste grupuri este esențială pentru funcția de enzime, proteine

care catalizează reacții chimice specifice, în sistemele biologice .

3. Proteinele pot interacționa unul cu altul și cu alte macromolecule biologice

pentru a forma ansambluri complexe.

proteine în cadrul acestor adunări pot actiona sinergic pentru a genera capabilități

care nu oferite de componentă individual proteine . Aceste ansambluri includ macro-

moleculare mașinile care efectuează replicarea corectă a ADN-ul, transmiterea de semnale in

interiorul celulelor, și multe alte procese esențiale.

4. Unele proteine sunt destul de rigide, în timp ce altele afișa o flexibilitate limitată.

Unități rigide pot funcționa ca elemente structural în citoscheletului (schele interne

in interiorul celulelor) sau în țesutul conjunctiv. Piese de proteine cu o flexibilitate

limitată pot acționa în calitate de balamale, arcuri, și pârghii, care sunt cruciale

pentru functia de proteine, la asamblarea proteinelor unul cu altul, precum și cu alte

molecule în unități complexe, precum și la transmiterea de informații în cadrul și

între celulele.

Cristale de insulină umană. Insulina este un hormon proteic, esențială pentru

menținerea de zahăr din sânge, la nivelurile corespunzătoare.

Lanturi de aminoacizi într-o secvență specifică (structura primară) să definească o

proteina cum ar fi insulina. aceste lanțuri ori în structuri bine definite (structura

terțiar), în acest caz, o molecula de insulină singur. Astfel de structuri asambla cu

alte lanturi pentru a forma matrice, cum ar fi complex de molecule de insulina șase

prezentate la extrema dreaptă (cuaternari structura). Aceste matrice pot fi de multe ori

induse pentru a forma cristale bine definite, care permite determinarea aceste

structuri în detaliu.

I. Proiectare moleculară a vieții 3. Structura proteine și Funcția

3.1. Proteinele sunt construite dintr-o Repertoriul de 20 de aminoacizi

Aminoacizii sunt elementele constitutive ale proteinelor. Un acid amino-o constă

dintr-un atom de carbon central, numit de carbon a, legat de un grup amino, un

grup de acid carboxilic, un atom de hidrogen, și un grup R distinctiv.Grupul R este

de multe ori menționată în lanț lateral. Cu patru grupuri diferite de conectat la un

tetraedric-atomul de carbon, un amino-acizi sunt chiral, cele două imagine în

oglindă forme sunt numite izomerul l și izomer d.

Doar acizi amino-l sunt componente ale proteinelor. Pentru aproape toate

aminoacizi, izomerul L are S (mai degrabă decât R) absolută configurare. Deși eforturi

considerabile a intrat în a înțelege de ce aminoacizi din proteine au această configurație absolută,

nici o explicație satisfăcătoare a fost ajuns la. Se pare plauzibil faptul că selecția l peste d era

arbitrară, dar, o dată făcut, a fost stabilit la începutul istoriei evolutive.

Aminoacizi în soluție cu pH neutru, predominant sub formă de ioni exista dipolare

(de asemenea, numit zwitterions). În formularul de dipolare, grupul amino

protonate este (-NH3+) Și grupul carboxil este deprotonated (-COO-). Starea de

ionizare a unei aminoacizi variază în funcție de pH-ul. În soluție acidă (de exemplu,

pH-ul 1), grupul amino protonate este (-NH3 +) Și grup carboxil nu este disociată (-

COOH). Ca pH-ul este ridicat, acid carboxilic este primul grup să renunțe la un

proton, în măsura în care pK său este aproape de 2. Formularul dipolare persistă

până la pH-ul se apropie de 9, atunci când grupul amino protonate pierde un proton.

Douăzeci de tipuri de lanțuri laterale diferite în mărime, formă, taxa, hidrogen-bonding

capacitate, caracter hidrofob, și reactivitatea chimică sunt de obicei găsite în

proteine. Într-adevăr, toate proteinele din toate speciile bacteriene, și eucariote sunt

construite din acelasi set de 20 de aminoacizi. Acest alfabet fundamentală de proteine este

de mai multe miliarde de ani. Gama remarcabila de functii mediate de proteine rezultatele din

diversitatea și versatilitatea aceste 20 de blocuri de constructii.

Să ne uităm la acest set de aminoacizi. Cea mai simplă este glicină, care are doar un

atom de hidrogen ca lanțul de partea sa. Cu doi atomi de hidrogen legat la atomul

de carbon-o, glicina este unic în ființă achirali. Alanin, amino simplu următoare

Acid, are un grup de metil (CH3-) ca lanțul de partea sa.

Lanțuri mai mari laterale de hidrocarburi se găsesc în valina, leucina, izoleucina și.

Metionina conține o mare parte Partea alifatice cu lanț, care include un thioether (-S-) de grup.

Lanțul parte a izoleucină include o suplimentare de chiral centru; numai izomerul prezentat în

figura 3.8 se găsește în proteine. Cele mai mari lanțuri laterale alifatice sunt hidrofobe

ele tind să se grupeze împreună mai degrabă decât apa de contact. Structurile

tridimensionale ale solubile în apă sunt protein stabilizat prin această tendință a

grupurilor hidrofobe să vină împreună, numit efectul hidrofob.

Dimensiuni și forme diferite ale acestor lanțuri laterale de hidrocarburi a le permite

să împacheta împreună pentru a forma structuri compacte cu găuri putine. Prolină

are, de asemenea, un lanț lateral alifatic, dar diferă de la alți membri ai set de 20 în

care sa lateral.

Lanțul este legat atât de azot și atomii de carbon-o. Prolină influențează

semnificativ de protein arhitectura, deoarece structura sa inel face mai conformationally

limitată decât alti aminoacizi.

Trei aminoacizi cu lanțuri relativ simple adverse aromatice fac parte din repertoriul

fundamentale.

Fenilalanină, după cum o indică și denumirea, conține un inel fenil atașată în locul

unuia dintre hidrogen de alanin.

inel aromatic de tirozină conține un grup de hidroxil. Acest grup hidroxil este

reactivă, în contrast cu partea mai degrabă inert lanțuri de alti aminoacizi discutat până acum.

Triptofanul are un inel indol unit într-o metilen (-CH2-) de grup;

Grupul cuprinde două inele indol topit și un grup NH. Fenilalanina este pur

hidrofob, întrucât tirozină și triptofan sunt cu atât mai puțin, din cauza lor și a

grupurilor hidroxil NH. Inelele aromatice de triptofan și tirozină conțin electroni

delocalizați p care absorb puternic lumina ultraviolet.

Coeficientul Un compus de dispariție indică capacitatea sa de a absorbi lumina. Legea lui Beer dă

absorbanta (A) de lumină, la o având în vedere lungimea de undă:

unde e este coeficientul de extincție [în unități care sunt reciproce ale molaritatea și distanța în

centimetri (M-1 cm-1)],

C este concentrația speciilor absorbante (în unități de molaritate, M), iar l este lungimea prin care

lumina trece (în unități de centimetri). Pentru triptofan, absorbția este maximă la 280 nm

și coeficient de extincție este de 3400 m-1 cm-1 întrucât, pentru tirozina, absorbția este

maximă la 276 nm și coeficient de extincție este mai puțin intensă-1400 M-1 cm-1.

Fenilalanină absoarbe mai puțină lumină și puternic la lungimi de undă mai

scurte.De absorbție a luminii la 280 nm poate fi utilizat pentru a estima concentrația unei

proteine în soluție, dacă numărul de reziduuri de triptofan și tirozină în proteine este cunoscute.

Doi aminoacizi, serina si treonina, conțin grupuri alifatice hidroxil.

Serina poate fi considerat ca o Versiunea hidroxilat de alanină, treonină întrucât

seamănă valină cu un grup hidroxil în locul unuia dintre valină metil grupuri.

Grupurile de hidroxil de pe serina si treonina le face mult mai hidrofile (apă

iubitoare) și reactivă decât alanină și valină. Treonina, izoleucina cum ar fi, conține

un centru suplimentar asimetrică; din nou de un singur izomer este prezent în

proteine.

Cisteina este structural similar cu serina, dar conține o sulfhidril, sau tiol (SH-),

grup în loc de hidroxil (-OH) grup.Grupul sulfhidril este mult mai reactiv. Perechi

de grupuri de sulfhidril pot veni împreună pentru a forma obligațiuni disulfide, care

sunt deosebit de importante în stabilizarea unele proteine,

Ne întoarcem acum la aminoacizi cu lanțuri laterale foarte polare, care le fac foarte hidrofil.

Lizină și arginină au lanțuri relativ lungi secundare, care se termină cu grupuri care

sunt incarcate pozitiv la pH neutru. Lizina este acoperit de un grup primar amino și

arginină de către un grup guanidinium. Histidina conține un grup de imidazol, un

inel aromatic, care de asemenea, poate fi încărcată pozitiv Cu o pK o valoare aproape 6,

grupul de imidazol poate fi neîncărcată sau încărcată pozitiv în apropierea pH-ul neutru, în

funcție de ei mediului la nivel local. Într-adevăr, histidină este adesea găsit în site-urile

active ale enzimelor, în cazul în care inel de imidazol pot lega protonii și eliberați

în cursul de reacții enzimatice.

Setul de aminoacizi conține, de asemenea, două cu lanțuri laterale acide: acid

aspartic și acidul glutamic. Acestea aminoacizi sunt adesea numite aspartat și

glutamat lanțurile lor secundare sunt de obicei incarcate negative la pH fiziologic.

Cu toate acestea, în unele proteine aceste lanturi laterale acceptăm protoni, iar

această capacitate este de multe ori funcțional importantă. În plus, setul include derivate

neacoperite ale asparagina aspartat si glutamat și glutamina fiecare dintre care conține un

terminal de carboxamidă în locul unui acid carboxylic.

Șapte din cei 20 de aminoacizi au lanțuri ușor ionizable laterale. capabili de a dona

sau accepta protoni pentru a facilita reacțiile, precum și de a forma legaturi ionice.

ale cisteina tirozină,, arginina, lizina, histidina, și acizi aspartic și glutamic in

proteine. Alte două grupuri din proteine terminalul un grup amino-și terminalul unui carboxil-

grup poate fi ionizat, Aminoacizii sunt adesea desemnate de către fie o abreviere din trei litere

sau un simbol de o literă.

Abrevierile pentru aminoacizi sunt primele trei litere ale numelor lor, cu excepția

asparagina (ASN), glutamina (GLN), izoleucină (Ile), și triptofan (TRP).

Simbolurile pentru mulți acizi amino sunt primele litere ale numelor lor (de

exemplu, G pentru glicina și L pentru leucina); celelalte simboluri au fost convenite de

către convenție. Aceste abrevieri și simboluri sunt o parte integrantă a vocabularului de

biochimisti.

Cum a apărut acest set particular de aminoacizi devenit construirea de blocuri de proteine? În

primul rând, ca un set, acestea sunt diverse; proprietățile lor structurale și chimice cuprind o gamă

largă, dotarea cu proteine versatilitatea să-și asume mai multe roluri funcționale. În al doilea

rând, multe dintre aceste aminoacizi au fost, probabil, disponibile de la prebiotic reacții. În cele

din urmă, reactivitatea excesivă intrinsecă pot fi eliminate alte posibile acizi amino. De exemplu,

aminoacizi acizi, cum ar fi homoserine și homocisteinei au tendința de a forma

cinci membri forme ciclice care limitează utilizarea lor în proteine; acizi amino

alternative, care se găsesc în proteine și serina cisteina nu cyclize ușor, deoarece

inele din formele lor ciclice sunt prea mici.

Structura primară: aminoacizi sunt legate prin obligațiuni peptide la Formularul Lanturile

polipeptidice

Proteinele sunt polimeri liniari formate prin legarea unui grup de carboxil-un aminoacid la grupul

A-amino a un alt aminoacid cu o legătură peptida (de asemenea, numit o legatura amida).

Formarea unei dipeptide din doi aminoacizi este însoțită de pierderea unei molecule

de apă. Echilibrul acestei reacții se află pe partea laterală a hidroliză, mai degrabă

decât de sinteză. Prin urmare, biosinteza de obligațiuni peptidice necesită o intrare

de energie liberă. Cu toate acestea, obligațiuni peptide sunt destul de stabile cinetic,

durata de viață a unei obligațiuni peptidă în soluție apoasă, în absența unui

catalizator se apropie de 1000 de ani.

O serie de amino-acizi unite prin legături peptidice formează un lanț polipeptidic,

iar fiecare unitate de aminoacid într-o polipeptidă este numit un reziduu. Un lanț

polipeptidic are polaritate, deoarece capetele sale sunt diferite, cu un grup de a-

amino de la un capăt și un grup de carboxil-o de la celălalt. Prin convenție, la

sfârșitul amino este considerată a fi începutul unui lanț polipeptidic, și astfel încât

secvența de aminoacizi dintr-un lanț polipeptidic este scris începând cu reziduuri aminoterminal.

Astfel, în pentapeptide Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (YGGFL), fenilalanină este amino-terminale (N-

terminal) reziduul și leucina este carboxil-terminal (C-terminal) reziduu. Leu-Phe-glicin-glicin-

Tyr (LFGGY) este un pentapeptide diferit, cu proprietăți chimice diferite.

Un lanț polipeptidic format dintr-o parte în mod regulat repetabil, numit lanțul principal sau

coloana vertebrală, și o parte variabilă, cuprinzând lanțuri distinctive laterale. Coloana vertebrală

polipeptidă este bogat in hidrogen-lipirea potențial.

Fiecare reziduu conține un grup carbonil, care este un bun hidrogen-obligațiuni și

acceptor, cu excepția prolina, o NH grup, care este un bun hidrogen-obligațiuni

donator. Aceste grupuri interacționează unele cu altele și cu grupuri funcționale de

la lanțuri laterale pentru a stabiliza structurile speciale, vor fi discutate în detaliu.

Cele mai multe lanțuri polipeptidice naturale conțin între 50 și 2000 reziduurile de

aminoacizi și sunt denumite în mod obișnuit proteine. Peptidele din numere mici de

aminoacizi se numesc peptide oligopeptide . Greutatea moleculară a unui reziduu

de aminoacid este de aproximativ 110, și așa greutățile moleculare de cele mai

multe proteine sunt cuprinse între 5500 și 220000.

În unele proteine, lanțul polipeptidic este liniar reticulat. Cele mai frecvente legături

încrucișate sunt legăturile bisulfitice, formate de oxidare a unei perechi de reziduuri

cisteina.Unitatea care rezultă din cysteines legate de cistină se numeste.

Proteinele extracelulare au adesea mai multe obligațiuni disulfidice, în timp ce

proteinele intracelulare, de obicei, le lipsesc. rareori, nondisulfide legături încrucișate

provenite din alte lanțuri laterale sunt prezente in unele proteine. De exemplu, fibrelor de colagen

în țesutului conjunctiv sunt consolidate în acest mod, astfel cum sunt cheaguri de sânge fibrina.

3.2.1. Proteinele au unice secvente de aminoacizi care sunt specificate de gene

În 1953, Frederick Sanger determinat secvența de aminoacizi de insulină, un hormon

proteic. Acest lucru este un punct de reper în biochimie deoarece ea a arătat pentru prima dată că

o proteină are un acid amino precis definite secvență. Mai mult decât atât, aceasta a

demonstrat că insulina constă numai din acizi amino-l legate prin legături peptidice

între un - grupuri de amino și carboxil-o. Această realizare a stimulat alți oameni de știință

pentru a efectua studii de secvență de o gamă largă de varietate de proteine. Într-adevăr,

secvențele complete de aminoacizi de mai mult de 100.000 de proteine sunt acum cunoscute.

fapt uimitor este că fiecare proteina are o secventa unica, definit precis de

aminoacizi. Secvența de aminoacizi a unei proteina este adesea menționată ca

structura sa primară.

O serie de studii incisive la sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960 a arătat că secvențele de

aminoacizi ale proteinelor sunt determinate genetic. Secvența de nucleotide în ADN-ului,

molecula de ereditate, precizează un complementar secvență de nucleotide din ARN, care, la

rândul său, precizează secvența de aminoacizi a unei proteine. În special, fiecare dintre 20 de

aminoacizi din repertoriul este codat prin una sau mai multe secvențe specifice de trei nucleotide.

Știind secvențe de aminoacizi este important din mai multe motive. În primul rând,

cunoașterea secventa a unei proteine este de obicei esențială pentru elucidarea

mecanismului său de acțiune (de exemplu, mecanismul catalitic al unei enzime).

Mai mult decât atât, proteine cu Proprietățile noi pot fi generate de diferite secventa de proteine

cunoscute. În al doilea rând, secvențe de aminoacizi determină structurile

tridimensionale ale proteinelor. Secvența de aminoacizi este legătura dintre mesajul

genetic in ADN-ul și structura tridimensionala, care îndeplinește funcția unei

proteine biologic. Analiza relațiilor dintre aminoacizi secvențe și trei-dimensionale structuri de

proteine sunt descoperirea regulile care guvernează pliere a polipeptidă lanțuri. În al treilea

rând, determinarea de ordine este o componentă de patologie moleculară, o zonă de

creștere rapidă de medicina.

Modificarile in Secvența de aminoacizi poate produce anomalii ale functiei si a

bolilor. Boli grave și uneori letale, cum ar fi siclemie si fibroza chistica, poate duce

la o schimbare într-un singur aminoacid într-o proteină. În al patrulea rând,

secventa a unei proteine dezvaluie multe despre istoria ei evolutive. Proteinele se

aseamănă unul pe altul în Secvența de aminoacizi doar în cazul în care acestea au

un strămoș comun. Prin urmare, evenimentele moleculare in evolutia poate fi

urmărită de la secvențe de aminoacizi; paleontologie moleculara este un domeniu

de cercetare înfloritoare.

3.2.2. Lanturi polipeptidice sunt flexibile Cu toate acestea, Conformationally Limitat

Examinarea geometriei coloanei vertebrale proteine dezvăluie câteva caracteristici importante. În

primul rând, legătura peptida este în esență, plan. Astfel, pentru o pereche de aminoacizi legate

printr-o legătură peptida, de șase atomi se află în aceeași plan: atomul de carbon-o și de grup de

CO din aminoacizi prima și grupul NH-și un atom de carbon din două amino acizi. Natura lipire

chimic într-o peptida explică această preferință geometrică. Peptida de obligațiuni are

considerabilă dublu-obligațiuni caracter, care previne rotația despre această legătură.

Incapacitatea de obligațiuni pentru a roti constrânge conformația coloanei vertebrale peptide si

conturile pentru Bond Planarity. Acest caracter dublu-obligațiuni este, de asemenea, exprimată în

lungime de legătura dintre CO și grupurile NH. NC distanța în legătură peptida este de obicei

1.32 Å, care este cuprinsă între valorile așteptate pentru o obligațiune CN singur și o legătură

dublă NC. În cele din urmă, legătura peptida este neîncărcată, permițând polimeri de aminoacizi

legate prin legături peptidice pentru a forma structuri bine ambalate globulare.

Două configurații sunt posibile pentru o obligațiune peptida plan. În configurație

trans, cele două o-atomi de carbon sunt pe laturile opuse ale obligatiuni peptida. În

configurația CIS, aceste grupuri sunt pe aceeași parte a obligațiunii peptida.

Aproape toate obligațiunile peptidice din proteine sunt trans. Această preferință

pentru TRANS peste cis poate fi explicat prin faptul că sterica ciocniri între grupuri

atașate la atomii de carbon-o împiedică formarea de forma cis, dar nu apar în trans

configurare. De departe cele mai comune de obligațiuni peptidice cis sunt X-Pro legături. Astfel

de obligațiuni arată mai puțin preferința pentru configurație trans, deoarece azot al prolinei este

legat de doi atomi de carbon tetraedrice, limitarea diferențele dintre formele sterice trans și cis.

În contrast cu obligatiuni peptida, legăturile dintre gruparea amino și atomul de

carbon și de a-între un-carbon atom și grupul carbonil sunt obligațiuni pure unice.

Cele două unități adiacente rigide peptidici se poate roti cu privire la aceste

obligațiuni, luând în orientări diferite. Această libertate de rotație de aproximativ

două obligațiuni din fiecare aminoacid permite proteine pentru a renunța la mai

multe moduri diferite. De rotații despre aceste obligațiuni pot fi specificate de

unghiurile diedre. Unghiul de rotație despre legătura dintre azot și atomii de

carbon-o se numeste phi (f). Unghiul de rotație în jurul Legătura dintre un-carbon și

atomii de carbon carbonil se numește psi (y). Un sensul acelor de ceasornic, fie

despre obligațiuni în calitate de privit din față a grupului spate corespunde la o

valoare pozitivă. Unghiurile f si y determina calea lanțului polipeptidic.

Sunt toate combinațiile de f si y este posibil? GN Ramachandran recunoscut faptul

că multe combinații sunt interzise din cauza coliziunilor sterice dintre atomi.

Valorile permise pot fi vizualizate pe un teren bidimensional numit un

Ramachandran diagrama. Trei sferturi din posibile (f, y) sunt excluse combinații

pur și simplu de către autoritățile locale ciocniri sterica. Excluziune sterica, faptul

că doi atomi nu poate fi în același loc, în același timp, poate fi un puternic

organizarea principiu.

Capacitatea de polimeri biologice, cum ar fi proteinele pentru a fold în structurile

bine definite este termodinamic remarcabil.

Luați în considerare echilibrul dintre un polimer, care sa desfășurat există ca o

bobină aleatoare care este, ca un amestec de mai multe conformații posibile și

forma pliată care adoptă o conformație unic.Entropia favorabil asociat cu numărul

mare de conformații în forma sa desfășurat opune pliere și trebuie să fie depășite

prin interacțiuni favorizează pliat forma. Astfel, polimeri extrem de flexibile, cu un

număr mare de conformații posibile nu face ori în unic structuri.Rigiditatea unității

și peptida set restrâns de f permise si unghiuri y limitează numărul de structuri

accesibile formularul desfășurat suficient pentru a permite proteine pliere să apară.

3.3. Structura secundară: lanturile polipeptidice se poate rabata în structurile

regulate, cum ar ca Helix Alpha, Beta, din Bilant și se transformă și bucle

Poate o ori lanțului polipeptidic într-o structură se repeta regulat? În 1951, Linus

Pauling și Robert Corey a propus două structuri periodice numit-o elice (alfa helix)

și foaia b cutat (foaie de beta plisat). Ulterior, alte structuri, cum ar fi rândul său, b

și omega (W) bucla au fost identificate. Deși nu este periodică, acestea rândul său

comun sau bucla Structurile sunt bine definite și contribuie cu câțiva helices și foi b

pentru a forma structura de proteine finală.

3.3.1. Helix Alpha este o structură spiralat Stabilizat prin legături de hidrogen

Intrachain

În evaluarea structurilor potențiale, Pauling și Corey considerate care conformației

de peptide au fost steric permis și care de cele mai exploatate pe deplin capacitatea

de hidrogen-lipirea a coloanei vertebrale și a grupurilor NH CO. Primul lor

Structurile propuse, helix, un este o structură rodlike. O coloana vertebrală strâns

încolăcit face parte interioară a tija și lanțuri laterale se extind într-o matrice

elicoidală. Helix o este stabilizat prin legături de hidrogen între NH și grupuri de

CO lanțului principal. În special, grupul de CO din fiecare aminoacid formează o

legătură de hidrogen cu NH grup de aminoacizi, care se află patru reziduuri înainte

în secvența. Astfel, cu excepția aminoacizi în apropiere de capetele unui helix o, tot

CO principală de lanț și grupurile NH sunt lipite pe bază de hidrogen. Fiecare

reziduuri se referă la Următorul printr-o creștere de 1,5 Å de-a lungul axei helix și

o rotație de 100 de grade, care oferă 3.6 reziduuri de aminoacizi pe rândul său, de

helix. Astfel, aminoacizi distanțate trei și patru în afară, în secvența sunt spațial

destul de aproape una de alta într-un o elice. În schimb, aminoacizi două în afară, în

secvența sunt situate pe laturile opuse ale helix și așa este puțin probabil pentru a

face contactul. Pas al unei elice, care este egal cu produsul dintre traducerii (1,5 A)

și numărul de Reziduuri de pe rândul său, (3.6), este de 5,4 Å. Sens șurubul de o

elice poate fi dreptaci (sensul acelor de ceasornic) sau stângaci (Invers acelor de

ceasornic). Diagrama arată că atât Ramachandran dreptaci si stangaci helices sunt

printre conformației permise. Cu toate acestea, dreptaci helices sunt mai favorabile,

deoarece energetic nu există conflict mai putin sterica între lanțurile laterale și

coloana vertebrală. În esență, toate o helices găsite în proteine sunt righthanded.

În diagrame schematice de proteine, o helices sunt descrise ca panglici răsucite sau

tije Pauling si Corey prezis structura helix 6 ani înainte de a fi fost de fapt văzută în

reconstrucție x-ray structura mioglobinei. Elucidarea structurii helix a este un punct

de reper în biochimie deoarece ea demonstrat că conformație a unui lanț

polipeptidic poate fi prezis în cazul în care proprietățile componentelor sale sunt

riguros și precis cunoscute.

Conținutul o-elicoidale de proteine variază mult, de la aproape nici unul până la

aproape 100%. De exemplu, aproximativ 75% din reziduurilor din feritina, o

proteina care ajuta la fier magazin, sunt într-un helices. Single A helices sunt de

obicei mai puțin de 45 Un timp. Cu toate acestea, două sau mai multe un helices

poate încolăci pentru a forma o structura foarte stabila, care poate avea o lungime

0,1 m sau mai mult. O astfel de bobine elicoidale-rulate se găsesc în myosin si

tropomiozina în mușchi, în fibrină în cheaguri de sange, si in keratina din păr.

Cablurile elicoidale din aceste proteine servesc un rol în formarea mecanic rigid

fascicule de fibre, ca în penele porc spinos. Citoscheletului (schele interne) a

celulelor este bogat în așa-numitele intermediary filamente, care, de asemenea, sunt

două-irecuperabile a-elicoidale bobine incolacit. Multe proteine care acoperă

membranele biologice, de asemenea, să conțină o helices.

3.3.2. Fisele tehnice Beta sunt stabilizate prin legături de hidrogen între Suvite

polipeptidici

Pauling si Corey a descoperit un alt motiv periodice structurale, pe care au numit

foaie b cutat (b pentru că a fost doua structură care le elucidat, helix o fi fost

prima). Fișa B cutat (sau, mai simplu, b foaie) diferă de la o elice rodlike. Un lanț

polipeptidic, numit AB Strand, în fișa AB este aproape complet extins, mai degrabă

decât să fie strâns încolăcit ca în helix-o. O serie de structuri extinse sunt permise

steric.

Distanța dintre acizii adiacente amino-a lungul componenta AB este de aproximativ

3,5 Å, în contrast cu o distanță de 1,5 Å de-a lungul unui helix o. Lanțurile laterale

ale adiacente la punctul de aminoacizi în direcții opuse. O foaie b este format prin

concatenarea a două sau mai multe fire b prin legături de hidrogen. Lanțuri

adiacente din foaia de AB poate rula în direcții opuse (B antiparalel foaie) sau în

aceeași direcție (paralel b foaie). În acord antiparalel, grupul NH și Grup de CO din

fiecare aminoacid sunt, respectiv, pe bază de hidrogen legat la grupul de CO și

grupul NH unui partener de Lanțul adiacente. În aranjament paralel, sistemul pe

bază de hidrogen-bonding este puțin mai complicată.

Pentru fiecare aminoacid, grupul NH este hidrogen legat la grupul de CO de un

aminoacid pe componenta adiacente, întrucât grupul de CO este hidrogen legat la

grupul NH privind reziduurile de aminoacizi doi mai departe de-a lungul lanțului.

Toroane multe, de obicei, 4 sau 5, dar la fel de multe ca 10 sau mai mult, pot veni

împreună în foi b. Aceste foi B poate fi pur antiparalel, pur paralel, sau mixt.

În diagrame schematice, componente b sunt de obicei reprezentate prin săgeți

îndreptate în largi direcția carboxil-terminale capăt pentru a indica tipul de foaie b

format paralel sau antiparalel. Mai mult de un punct de vedere structural divers

helices, foi B poate fie relativ plat, dar cele mai multe adopte o formă oarecum

răsucite. Fișa B este un element structural important în multe proteine. De exemplu,

acizi grași, proteine de legare, importante pentru metabolismul lipidelor, sunt

construite aproape în întregime de la b coli

3.3.3. Lanturi polipeptidice poate schimba directia de efectuare a virajelor

Reverse și bucle

Cele mai multe proteine au forme compacte, globulare, care necesită inversări în

direcția de lanțuri polipeptidice lor. multe dintre aceste inversări sunt realizate

printr-un element structural comun numit turn inversă (de asemenea, cunoscut sub

numele de turn sau b ac de păr cot). În rotații inverse multe, grupul de CO de

reziduu i de o polipeptidă este hydrogen legat la grupul NH de reziduuri i + 3.

Această interacțiune se stabilizează schimbări bruște în direcția lanțului

polipeptidic.

În alte cazuri, structuri mai elaborate sunt responsabile pentru inversările lanț.

Aceste structuri sunt numite bucle sau uneori W bucle (omega bucle) pentru a

sugera forma lor globală. Spre deosebire de un helices și toroane b, buclele nu au

structuri regulate, periodice. Cu toate acestea, structurile de bucla sunt adesea

rigide și bine definite. Viraje și bucle invariabil se află pe suprafețele de proteine și,

astfel, de multe ori participa la interactiunile dintre proteine si alte molecule.

Distribuirea unui helices, fire b, și se transformă de-a lungul unui lanț de proteine

este adesea menționată ca structura sa secundară.

3.4. Structura terțiară: solubile în apă, proteinele structuri compacte cu

Nuclee nepolare

Să examinăm acum modul în care aminoacizii sunt grupate împreună într-o

proteină completă. X-ray cristalografice și nuclear Studiile prin rezonanta

magnetica au scos la iveală detaliate tridimensionale structurile de mii de proteine.

Vom începe aici cu o previzualizare a mioglobinei, proteina primul care urmează să

fie văzut în detaliu atomice.

Mioglobinei, transportatorul de oxigen în mușchi, este un lanț polipeptidic unic,

alcătuit din 153 de aminoacizi.

Capacitatea de a mioglobinei oxigen lega depinde de prezența heme, un

nonpolypeptide protetice de grup constând în protoporfirina IX și un atom de fier

centrală. Myo-globinei este o moleculă extrem de compact. Aproximativ 70% din

lanțul principal este pliat în opt-un helices, precum și o mare parte din restul

lanțului face ture și bucle între helices.

Pliere a lanțului principal al mioglobinei, cum ar fi faptul că de cele mai multe alte

proteine, este complex și lipsit de simetrie.

Desigur generală a lanțului polipeptidic al unei proteine este menționată ca

structura sa terțiar. Un principiu unificator apare de distribuție a lanțurilor laterale.

Faptul frapant este faptul că interiorul este format aproape în întregime din

reziduuri nepolare cum ar fi leucina, valina, metionina, fenilalanina. Reziduuri

practicate, cum ar fi aspartat, glutamat, lizină, arginină și sunt absente din interiorul

mioglobinei. Cele numai reziduurile polare în interiorul sunt două reziduuri de

histidină, care joacă un rol critic în legare a fierului si oxigen. In afara de

mioglobinei, pe de altă parte, este format din ambele polare și reziduuri nepolare.

Modelul spacefilling arată că există în interiorul foarte putin spatiu gol.

Această distribuție contrastante de reziduuri polare și nepolare relevă un aspect

cheie al arhitecturii de proteine. Într-o soluție apoasă mediu, pliere de proteine este

determinată de tendința puternică a reziduurilor hidrofobe care urmează să fie

excluse din apă.

Amintiți-vă că un sistem termodinamic este mult mai stabil atunci cand grupurile

hidrofobe sunt grupate, mai degrabă decât extins în împrejurimi apoase. Prin

urmare, se pliază lanțului polipeptidic, astfel încât sale lanțuri secundare sunt

hidrofobe îngropat și lanțuri sale polare, supraalimentate sunt pe suprafata. Mulți

helices și toroane b sunt amphipathic, care este, o helix sau b componenta are o fata

hidrofob, ceea ce indică în interiorul proteine, și o față mai polar, ceea ce indică în

Soluție. Soarta a lanțului principal de însoțire a lanțurilor hidrofobe laterale este

important, de asemenea. O peptida nepereche NH sau CO grup preferă semnificativ

de apă la un mediu nepolare. Secretul de a ingropa un segment de lanț principal

într-un mediu hidrofob este împerechere toate NH și grupurile de CO prin lipirea de

hidrogen. Aceasta asociere este îngrijit realizat într-o foaie sau o spirala b.. Van der

Waals interacțiuni între lanțurile de bine ambalate laterale de hidrocarburi, de

asemenea, contribuie la stabilitatea de proteine.

Putem înțelege acum de ce set de 20 de aminoacizi conține mai multe care diferă

subtil în mărime și formă. Ele oferă o paletă din care să aleagă pentru a umple

interiorul unei proteine frumos și, prin urmare, maximiza van der Waals

interacțiuni, care necesită contact intim.

Unele proteine care se întind membranele biologice sunt "excepții care confirmă

regula" în ceea ce privește distribuirea hidrofobe si hidrofile aminoacizi pe

parcursul structuri tridimensionale. De exemplu, ia în considerare Porins, proteine

gasite in membranele exterioare ale multor bacterii. Barierele permeabilitatea

membranelor sunt construite în mare parte din lanțuri alcan, care sunt destul de

hidrofoba. Astfel, Porins sunt acoperite la exterior în mare măsură cu reziduurilor

hidrofobe care interacționează cu lanțuri de alcan vecine. În schimb, centrul de

proteine conține multe încărcat și acizi amino polare care înconjoară un canal

umplut cu apă care trece prin mijlocul proteine.

Astfel, deoarece funcția Porins în medii hidrofobe, ele sunt "pe dos", în raport cu

proteine care funcționează în soluție apoasă.

Unele lanțuri polipeptidice ori în două sau mai multe regiuni compacte, care pot fi

conectate printr-un segment flexibil de lanțului polipeptidic, mai degrabă ca pe un

șir de perle. Aceste unități compacte globulare, numite domenii, variază de la

aproximativ 30 - 400 reziduuri de aminoacizi. De exemplu, o parte extracelular de

CD4, proteine de celule-suprafata de joc pe anumite celule ale sistemul imunitar la

care virusul imunodeficienței umane (HIV) se atașează, cuprinde patru domenii

similare de aproximativ 100 de aminoacizi fiecare. Adesea, proteinele sunt gasite

de a avea domenii în comun, chiar dacă lor Structurile de gabarit terțiar sunt

diferite.

3.5. Structura cuaternară: lanturile polipeptidice pot asambla într-

Multisubunit Structuri

Patru niveluri ale structurii sunt citate frecvent în discuțiile de arhitectura proteine.

Până în prezent, am considerat trei le. Structura primară este secvența de

aminoacizi. Structura secundară se referă la aranjamentul spațial al aminoacidului

reziduurile care sunt în apropiere, în secvența. Unele dintre aceste măsuri sunt de

tipul celor regulat, dând naștere unei periodice Structura. Helix a și b sunt

componenta elemente de structură secundară. Structura terțiară se referă la spațială

aranjament de aminoacizi, care sunt departe unul de altul, în ordinea și la modelul

de obligațiuni disulfidice. Ne întoarcem acum la proteinele care conțin mai mult de

un lanț polipeptidic. Astfel de proteine prezintă un al patrulea nivel de organizare

structurală.

Fiecare lanț polipeptidic într-o astfel de proteine este numita o subunitate. Structura

cuaternară se referă la amenajarea spațială a subunități și natura interacțiunilor lor.

Cel mai simplu tip de structura cuaternară este un dimer, constând din două

subunitati identice. Această organizație este prezent în proteine ADN-legare Cro

găsit într-un virus bacteriene numit L. Structuri mai complicate, de asemenea,

cuaternare sunt comune. Mai mult de un tip de subunitate poate fi prezentă, de

multe ori în număr variabil. De exemplu, hemoglobina umana, proteine de oxigen

din sânge care transportă, constă din două subunitatile de un singur tip (desemnat

o) și două subunități de alt tip (desemnat b),

Astfel, molecula de hemoglobina există ca un de 2 b 2 tetramer. Modificari subtile

in amenajarea subunități din cadrul molecula de hemoglobina permite să transporta

oxigenul de la plamani la tesuturi, cu mare eficiență.

Virusi face cele mai multe de o cantitate limitată de informații genetice prin

formarea de straturi care utilizează același tip de subunitate repetitiv într-o matrice

simetrică. Strat de rhinovirus, virusul care cauzeaza raceala, include 60 de

exemplare fiecare din patru subunități. Subunitățile vin împreună pentru a forma un

înveliș sferic care încadrează aproape virale genomului.

3.6.Secvența de aminoacizi a unei proteine Determină cele trei-dimensional

structura

Cum este elaborat de structură tridimensională a proteinelor obținute, precum și

modul în care este structura tridimensionala legate de la unidimensională amino

acizi informațiile referitoare la secvența?Activitatea clasică de Christian Anfinsen

în 1950 pe ribonuclează enzima dezvăluit relația dintre secvența de aminoacizi a

unei proteine și conformația acesteia.

Ribonuclează este un singur lant polipeptidic format din 124 reziduuri de

aminoacizi eco-legate prin legăturile bisulfitice patru. Planul Anfinsen a fost de a

distruge structura tridimensionala a enzimei și pentru a determina apoi ce condiții

au fost necesare pentru a restabili structura.

De agenți, cum ar fi ureea sau de clorură de guanidinium perturba în mod eficient

de obligațiuni noncovalent, deși mecanismul de acțiunea acestor agenți nu este pe

deplin înțeles. Legăturile bisulfitice pot fi despicat reversibil prin reducerea

acestora cu o reactiv, cum ar fi b-mercaptoetanol. În prezența unui exces mare de b-

mercaptoetanol, o proteina este produsă în care disulfides (cystines) sunt pe deplin

convertite în sulfhydryls (cysteines).

Cele mai multe lanțuri polipeptidice, lipsite de legături încrucișate și asume o

conformație aleatoriu bobina în 8 M uree sau M 6 guanidinium clorură de, după

cum reiese din proprietățile fizice, cum ar fi vâscozitatea și activitatea optică. Când

ribonuclează a fost tratat cu b-mercaptoetanol în 8 uree M, produsul a fost un

complet redus, spiralat aleatoriu lanțului polipeptidic lipsit de enzimatice activitate.

Cu alte cuvinte, a fost denaturat de ribonuclează acest tratament.

Anfinsen făcut apoi observația critică faptul că ribonuclează denaturate, eliberat de

uree și b-mercaptoetanol de dializă, a recăpătat încet activitatea enzimatică. El a

perceput imediat semnificația acestei constatări șansă:

grupe sulfhidril ale enzimei denaturate a devenit oxidat de aer, iar enzima spontan

refolded într-un catalitic activă formă. Studii detaliate, apoi a aratat ca aproape

toate activitatea originală enzimatice a fost recâștigat în cazul în grupuri de

sulfhidril au fost oxidat în condiții corespunzătoare. Toate măsurate proprietățile

fizice și chimice ale refolded enzima au fost practic identice cu cele ale enzimei

nativ. Aceste experimente au arătat că informațiile necesare pentru a specifica

structura catalitic activă a ribonuclează este conținută în secvența de aminoacizi.

Studiile ulterioare au stabilit generalitatea acestui principiu central al biochimie:

secvență specific conformație. Dependența de conformare pe ordine este

semnificativă în special din cauza conexiunii intimă între conformație și funcția.

Un rezultat destul de diferită a fost obținută atunci când a fost redusă ribonuclează

reoxidized în timp ce acesta era încă în 8 M și uree de pregătire a fost apoi dializată

pentru a elimina uree. Ribonuclează reoxidized în acest fel a avut doar 1% din

enzymatic activitatea de proteine nativ. De ce au fost atât de diferite atunci când

rezultatele ribonuclează redusă a fost în reoxidized prezența și absența uree?

Motivul este faptul că disulfides greșite format perechi din uree. Există 105 moduri

diferite de asociere opt molecule cisteina, pentru a forma patru disulfides, doar unul

dintre aceste combinatii este enzimatic activ.

104 asocierile greșite au fost pitoresc numit "omletă" ribonuclează. Anfinsen

constatat că amestecate ribonuclează spontan transformat în deplin activă,

ribonuclează nativ atunci când urme de b-mercaptoetanol s-au adăugat la o soluție

apoasă de proteine . A adăugat b-mercaptoetanol catalizată reamenajarea asocierile

disulfidice până la structura nativa a fost din nou în aproximativ 10 ore. Acest

proces a fost determinat de scăderea energiei libere ca scrambled conformațiile au

fost transformate în conformație stabilă, originar din

enzimă. Perechile native disulfidice de ribonuclează contribuie astfel la stabilizarea

termodinamic

Structura preferat.

Experimente similare au fost efectuate refolding pe multe alte proteine. În multe

cazuri, structura nativa poate fi generate în condiții corespunzătoare. Pentru alte

proteine, cu toate acestea, nu se procedează refolding eficient. În aceste cazuri,

moleculele de proteine care se desfășoară de obicei devin încurcat cu unul pe altul

pentru a agregatelor formular. În interiorul celulelor, proteinele numit chaperones

blocheze astfel de interactiuni ilicite

3.6.1. Aminoacizi s-înclinațiile diferite pentru Formarea helices alfa, beta Foi,

și se transformă Beta

Cum secvența de aminoacizi a unei proteine specifice de structură tridimensională?

Cum nepliată lanțului polipeptidic dobândească forma de proteine nativ? Aceste

întrebări fundamentale în biochimie poate fi abordat prin solicitarea primul una

simplă: Ce determină dacă o anumită ordine într-o proteină formează un helix o, o

b Strand, sau un viraj? Examinând frecvența de apariție a special, reziduuri de

aminoacizi în aceste secundar structuri, poate fi o sursă de introspecție în această

determinare. Reziduuri, cum ar fi alanina, glutamat, si leucina tind să fie prezente

într-un helices, întrucât valina și izoleucina tind să fie prezente în șuvițe b. Glicină,

asparagina, și prolina au o înclinație pentru a fi în ture.

Rezultatele studiilor de proteine și peptide sintetice au relevat câteva motive pentru

aceste preferințe. Helix o pot fi considerate ca conformație implicit. Ramificare la

atomul de carbon b-, la fel ca în valina, treonina, izoleucina și, tinde să

destabilizeze o helices din cauza ciocniri sterica. Aceste reziduuri sunt ușor cazați

în fâșii b, în care lanțurile lor secundare proiect din planul care conține lanțul

principal. Serina, aspartat, și au tendința de a perturba asparagina o helices

deoarece lanțurile lor laterale conțin hidrogen-obligațiuni donatorilor sau validator,

în imediata apropiere a lanțului principal, în cazul în care acestea concurează pentru

main-lant NH și grupuri CO. Prolină tinde să perturbe atât o helices și toroane b,

deoarece nu dispune de o NH grup și pentru că structura sa inelul limitează

valoarea sa f la apropiat -60 de grade. Glicină ușor se potrivește în toate structurile

și din acest motiv nu favorizează formarea helix, în special.

Poate cineva să prezică structura secundară a proteinelor prin folosirea acestui

cunoaștere a preferințelor conformaționale ale amino reziduuri acide? Număr de

structura secundară adoptate de o întindere de șase sau mai puține reziduuri s-au

dovedit a fi de aproximativ 60 la 70% corecte. Ce stă în calea predicție mai

corectă? Rețineți că preferințele conformaționale ale amino reziduuri acide nu sunt

evacuate toate mod de a o singură structură. De exemplu, glutamat, unul dintre

cele mai puternice formatori helix, preferă o spirala a fir b doar cu un factor de doi.

Raporturile de preferinta de cele mai multe alte reziduuri sunt mai mici. Într-

adevăr, unele secvențe penta-și hexapeptide au fost gasite de a adopta o singură

structură într-o proteină și un Structura complet diferit într-un alt. Prin urmare,

unele secvente de aminoacizi, nu determină unic Structura secundară. Interacțiuni

terțiar interacțiunile dintre reziduurile care sunt departe unul de altul, în secvența

poate fi decisiv în specificarea structura secundară a unor segmente. Contextul este

adesea esențial în determinarea conformationala rezultat. Conformație a unei

proteine evoluat pentru a lucra într-un mediu special sau context.

Aceste condiții rezulta atunci cand o proteina numita creier un prionice se

transformă dintr-conformație sale normale (desemnat PrPc) la un modificarea un

(PrPSc). Această conversie este auto-propagare, ceea ce duce la agregate mari de

PrPSc. Rolul acestor agregate în generație de condițiile patologice nu este încă

înțeles.

3.6.2. Pliere de proteine este un proces extrem de Cooperare

Așa cum sa menționat mai devreme, proteinele pot fi denaturat de căldură sau de

denaturare chimice, cum ar fi ureea sau de clorură de guanidium. Pentru multe

proteine, o comparație a gradului de desfasurare ca concentrația crește denaturare a

relevat o tranziție relativ bruscă de pliat, sau nativ, forma sa desfășurat, sau forma

denaturat,, sugerând că numai acestea două state conformaționale sunt prezente

într-o măsură semnificativă. O tranziție similară ascuțit se observă dacă unul începe

cu desfășurat proteine și elimină agenții de denaturare, care permite proteinele să

renunțe.

Proteine pliere și depliere este astfel în mare măsură o "totul sau nimic", proces

care duce la o tranziție de cooperare. Pentru exemplu, să presupunem că o proteina

este plasat în condițiile în care o parte din structura proteinei este termodinamic

instabil. Ca parte a acestei structuri pliat este întrerupt, interacțiunile dintre aceasta

și restul de proteine va fi pierdut.Pierderea acestor interacțiuni, la rândul său, va

destabiliza restul Structura. Astfel, condițiile care duc la perturbarea de orice parte

a unei structuri de proteine sunt susceptibile de a descoperi protein complet.

Proprietățile structurale ale proteinelor ofere o justificare clară pentru tranziția de

cooperare.

Consecințele pliere cooperativei poate fi ilustrată prin luarea în considerare a

conținutului unei soluții proteine din condiții corespunzătoare mijlocul tranziției

între pliat și desfășurat forme. În aceste condiții, proteina este "jumătate pliat." Cu

toate acestea, soluția nu vor conține molecule pe jumătate îndoite, dar, în schimb,

va fi un amestec de 50/50 de complet pliat și sa desfășurat pe deplin molecule.

Structuri care sunt parțial intacte și parțial perturbat nu sunt termodinamic stabil și

există doar tranzitor. Pliere Cooperativa asigură faptul că structurile parțial pliate

de situație ar putea interfera cu procesele din interiorul celulelor nu se acumuleze.

3.6.3. Proteinele de stabilizare Progresiste a intermediare, mai degrabă decât

de către Aleatorie de căutare

Pliere cooperativă de proteine este o proprietate termodinamic; apariția acesteia

dezvăluie nimic despre cinetica și Mecanismul de pliere de proteine. Cum se face o

proteina trecerea de la un ansamblu divers de structuri desfășurate într-o

conformație unică în formă nativă? O posibilitate ar fi a priori că toate conformații

posibile sunt judecați pentru a găsi un punct de vedere energetic cel mai favorabil.

Cale de ieșire din această dilemă este de a recunoaște puterea de selecție cumulativ.

Richard Dawkins, în Blind Orologerie, a întrebat cât timp ar lua o maimuță poking

aleatoriu la o mașină de scris pentru a reproduce remarca lui Hamlet de a Polonius,

"se pare că este ca o nevăstuică". Un număr astronomic de mare de apăsări de taste,

de ordinul a 1040, ar fi necesare. Cu toate acestea, să presupunem că ne păstrat

fiecare personaj corectă și a permis maimuță să tastați din nou doar pe cele greșite.

În acest caz, doar câteva mii de intrarile de la tastatura, in medie, ar fi necesar.

Diferența esențială între aceste cazuri este faptul că primul are o căutare complet

aleator, în timp ce, în al doilea rând, parțial corectă intermediare sunt reținute.

Esența pliere de proteine este de retenție de intermediari parțial corecte. Cu toate

acestea, problema proteine pliere este mult mai dificil decât cel prezentat nostru

Simian Shakespeare. În primul rând, criteriul de corectitudine nu este un residueby-

control reziduu de conformație de către un observator omniscient, ci, mai degrabă

energia totală liberă a speciilor tranzitorii.

În al doilea rând, proteinele sunt doar marginal stabil. Diferența liber de energie

între pliat și desfășurat stări de o tipic 100-reziduu de proteine este de 10 kcal mol-

1 (42 kJ mol-1), și, astfel, cu fiecare reziduu, contribuie, în medie, doar 0,1 kcal

mol-1 (0.42 kJ mol-1) de energie pentru a menține starea pliat. Această sumă este

mai mică decât cea a energiei termice, care este de 0,6 kcal mol-1 (2,5 kJ mol-1), la

temperatura camerei. Această energie stabilizare slabă, înseamnă că intermediarii

corecte, în special cele formate la inceputul pliere, se poate pierde. Analogie este ca

maimuta ar fi oarecum liber pentru a anula corectă a intrarile de la tastatura. Cu

toate acestea, interacțiunile care conduc la pliere cooperativă poate stabiliza

intermediari ca structură se bazează în sus. Astfel, regiunile locale, care au

preferinta structurală importantă, deși nu neapărat stabile pe cont propriu, vor fi

tind să adopte structurile lor defavorizate și, așa cum se formează, pot interacționa

cu o alta, ceea ce duce la stabilizarea în creștere.

3.6.4. Predicția de structură tridimensională dintr-o secvență rămâne Mare

Provocare

Secvența de aminoacizi determină complet structura tridimensionala a unei

proteine. Cu toate acestea, predicția structură tridimensională din secventa sa

dovedit a fi extrem de dificil. După cum am văzut, secvența locală pare să

determine doar între 60% și 70% din structura secundară; rază lungă de acțiune

interacțiuni sunt necesare pentru a remedia structura completă secundar și terțiar

structura.

Anchetatorii sunt explorarea doua abordari fundamental diferite de a prezice

structură tridimensională de amino-Acid secvență. Primul este pronosticuri ab

initio, care încearcă să prezică pliere a unei secvențe de aminoacizi, fără orice

trimitere directă la alte structuri proteice cunoscute. Calcule bazate pe computer

sunt angajați care încearcă să minimiza energia liberă a unei structuri cu o anumită

secvență de aminoacizi sau pentru a simula procesul de pliere. Utilitate dintre

aceste metode este limitată de numărul mare de conformații posibile, stabilitatea

marginală de proteine, și energiile subtile ale interacțiunilor slabe în soluție apoasă.

A doua abordare are avantajul de creștere noastre cunoaștere a structurilor

tridimensionale ale mai multe proteine. În aceste metode bazate pe cunoaștere, un

aminoacid succesiune de structuri necunoscute este examinată pentru

compatibilitatea cu orice structuri proteice cunoscute. Dacă un meci este

semnificativ detectate, structura cunoscută poate fi folosit ca un model inițial.

Bazate pe cunoaștere, metodele au fost o sursă de mai multe perspective în

conformație tridimensională a proteinelor secvenței de cunoscute, dar structura

necunoscute.

3.6.5. Modificarea de proteine si decolteu Conferință Capabilități noi

Proteinele sunt capabili de a efectua numeroase funcții care se bazează exclusiv pe

versatilitatea lor 20 de aminoacizi. Cu toate acestea, multe proteine sunt covalent

modifed, prin atașarea de alte grupuri decât aminoacizi, pentru a spori lor funcții.

De exemplu, grupurile acetil se atașează la punctele terminus ale amino multe

proteine, o modificare care face aceste proteine mult mai rezistent la degradarea.

Adaosul de HY-droxyl grupuri de reziduuri in mai multe prolina stabilizează fibrele

de colagen nou sintetizate, o proteina fibroasa găsite în țesutul conjunctiv și osos.

Biologică Semnificația acestei modificări este evident în scorbut boala: o deficienta

de vitamina C în rezultate insuficiente hidroxilarea de colagen și a fibrelor de

colagen anormale care au ca rezultat sunt în imposibilitatea de a menține puterea

tesut normal.

Un alt acidul amino specializate produs printr-o atingere de finisare este g-

carboxyglutamate. În deficit de vitamina K, carboxilare insuficientă a glutamatului

în protrombină, o proteina de coagulare, poate duce la hemoragie. Multe proteine,

mai ales cele care sunt prezente pe suprafetele de celule sau sunt secretate,

achiziționarea de unități de carbohidrati pe specific asparagina reziduuri. Adaosul

de zaharuri face mai multe proteine hidrofile și posibilitatea de a participa la

interacțiuni cu alte proteine. În schimb, adăugarea unui acid gras la un grup amino-

o sau un grup sulfhidril cisteina produce o mai hidrofob proteine.

Multi hormoni, cum ar fi epinefrina (adrenalina), să modifice activitățile de enzime

prin stimularea fosforilarea hidroxil amino acizi serină și treonină, phosphoserine și

phosphothreonine sunt cele mai omniprezente modificată aminoacizi în proteine.

Factori de creștere, cum ar fi actul de insulina prin declanșarea fosforilarea a

grupului hidroxil reziduuri de tirozină pentru a forma fosfotirozinei. Grupurile de

fosforil cu privire la aceste trei acizi amino sunt ușor modificate eliminate, astfel, ei

sunt capabili să acționeze ca întrerupătoare reversibile în reglementarea proceselor

celulare.

Modificările anterioare constau în adăugarea de grupuri speciale de la amino-acizi.

Alte grupuri speciale sunt generate prin rearanjamente chimice de lanțuri laterale și,

uneori, coloana vertebrală peptida. De exemplu, anumite meduze produc o proteina

fluorescenta verde. Sursa de fluorescenta este un grup format din spontană

reamenajarea și oxidare a secvenței de Ser-Tyr-Gly în cadrul centrului de proteine.

Aceasta proteina este de mare utilitate pentru cercetători ca un marker în interiorul

celulelor.

În cele din urmă, multe proteine sunt separate și curățate după sinteza. De exemplu,

enzimele digestive sunt sintetizate după cum precursori inactivi care pot fi stocate

în siguranță în pancreas. După eliberarea în intestin, aceste precursori devin activat

de peptide-obligațiuni clivaj. În coagularea sângelui, peptid-obligațiuni clivaj

transformă fibrinogenul solubil în insolubilă fibrina. O serie de hormoni

polipeptidice, cum ar fi hormonul adrenocorticotrop, provin din divizarea unui

singur mare precursor de proteine. De asemenea, mai multe proteine virale sunt

produse de clivajul precursorilor poliproteinelor mari. Noi trebuie să întâlni mult

mai multe exemple de modificare și de clivaj ca trăsăturile esențiale ale formării de

proteine și funcția.

Într-adevăr, aceste retușuri reprezintă o mare parte din versatilitatea, precizia,

eleganța și de acțiune proteine și regulament.

12. Lipide și membranelor celulare

Limitele de celule sunt formate prin membranele biologice, barierele care definesc

în interiorul și în afara unei cellule. Aceste bariere preveni molecule generate in

interiorul celulei de la scurgerea afară și moleculele nedorite din Reflectorizanta în;

dar care conțin, de asemenea, sisteme de transport, care permit molecule specifice

care urmează să fie luate și nedorite compuși pentru a fi eliminate din celulă. Astfel

de sisteme de transport conferă membranelor proprietate importantă a selectivă

permeabilitate.

Membranele sunt structuri dinamice, în care proteinele plutesc într-o mare de

lipide. Componentele lipidice ale membranei formularului permeabilitatea barierei,

și componente de proteine acționează ca un sistem de transport de pompe și canale

care înzestra membrana cu permeabilitate selectiva.

În plus față de o membrana celulelor extern (numit membrana plasma), celulele

eucariote conțin, de asemenea membranele interne că forma limitele organite, cum

ar fi mitocondriile, cloroplastele, peroxisomes, și lizozomii. funcțional specializare

în cursul evoluției a fost strâns legată de formarea acestor compartimente. sisteme

specific au evoluat pentru a permite direcționarea de proteine selectate în sau prin

membrane speciale interne și, prin urmare, în organite specifice. Membranele

externe și interne au caracteristici esențiale în comun, iar aceste caracteristici

esențiale sunt subiectul acestui capitol.

Membranele biologice servi mai multe funcții suplimentare importante

indispensabile pentru viață, cum ar fi stocarea energiei și transducția de informații,

care sunt dictate de proteine asociate cu acestea.

Metabolizare: Concepte de bază și Design

Conceptele de conformație și dinamica dezvoltat în partea I în special a celor care

se ocupă cu specificul și puterea catalitică a enzimelor, reglementarea activității lor

catalitice, precum și transportul de molecule si ioni din membrane ne permite de a

pune întrebări fundamentale la acum biochimie:

1. Cum se extrage o celulă de energie și reducerea puterii de mediul său?

2. Cum o celulă sintetiza blocurile de macromolecule sale și apoi macromolecule

înșiși?

Aceste procese sunt efectuate de către o rețea integrată foarte bine de reactii

chimice care sunt colectiv cunoscut sub numele de metabolismul.

Mai mult de o mie de reacții chimice au loc în chiar atât de simplu ca un organism

Escherichia coli. Matrice de reacții pot parea coplesitoare la prima vedere. Cu toate

acestea, o analiză mai atentă relevă faptul că metabolismul are o strategie coerentă

proiecta un conținut motive multe comune. Aceste motive includ utilizarea de o

monedă de energie și apariția repetată a unui număr limitat de intermediari activate.

De fapt, un grup de aproximativ 100 de molecule joacă un rol central în toate

formele de viață. În plus, deși numărul de reacții în metabolismul este mare,

numărul de tipuri de reacții este mic și mecanismelor de aceste reacții sunt, de

obicei, destul de simplu. Căi metabolice sunt, de asemenea, reglementate în moduri

comune. Scopul acestui capitol este de a introduce anumite principii generale și

motive ale metabolismului pentru a oferi o bază pentru studii mai detaliate să

urmeze.

14.0.1. Celule Transformați diferite tipuri de energie

Organismelor vii necesită o putere continuă de energie liberă pentru trei scopuri

majore: (1) performanța mecanică lucrează în contracția musculară și alte mișcări

celulare, (2) transport activ de molecule si ioni, și (3) sinteza macromoleculelor și

alte biomolecule din precursorii simple. Energia liberă utilizată în aceste procese,

care să mențină un organism într-un stat care este departe de echilibru, este derivat

din mediul înconjurător.

Prima lege a termodinamicii precizează că energia nu poate fi nici creata, nici

distrusa. Cantitatea de energie în Universul este constantă. Cu toate acestea, energia

poate fi transformată dintr-o formă în alta.

Organisme fotosintetice, sau phototrophs, utilizarea energiei de lumina soarelui

pentru a converti energia simple de molecule-sărace în morecomplex energie-

bogate moleculele care servesc drept combustibili. Cu alte cuvinte, organismele

fotosintetice transforma energia luminii in energia chimica. Într-adevăr, această

transformare este în ultimă instanță sursa primara de energie chimica pentru marea

majoritate a organisme, ființele umane sunt incluse. Chemotrophs, care includ

animale, obținerea de energie chimica prin oxidare produselor alimentare generate

de phototrophs.

Energia chimică obținută din oxidarea compușilor de carbon pot fi transformate în

distribuția inegală a ionilor prin membrana, rezultând într-un gradient de ioni.

Acest gradient, la rândul său, este o sursă de energie care poate fi folosit pentru a

muta molecule din membrane, care pot fi convertite în Fii alte tipuri de energie

chimică, sau care pot transmite informații în formă de impulsuri nervoase. În plus,

energia chimica poate fi transduse în energie mecanică. Noi converti energia

chimică a combustibilului în modificări structurale ale proteinelor contractile care

au ca rezultat, în contracția muscular și mișcare. În cele din urmă, chimice puteri

energetice, reacțiile care au ca rezultat în sinteza de biomolecule.

În orice moment dat într-o celulă, mii de transformări energetice au loc. Energie

este extras din combustibili si folosite pentru a proceselor de biosinteză de putere.

Aceste transformări sunt menționate ca metabolismul intermediar sau

metabolismul.

14.1. Metabolismul este compus din cuplată Multe, Reacții comunicante

Metabolizare este în esență o serie legat de reactii chimice care începe cu o

molecula special, și îl convertește în unele molecule alte molecule sau într-o

manieră definită cu atenție. Există multe căi astfel definite în celula, și vom

examina câteva dintre ele în detaliu mai târziu. Aceste cai sunt interdependente, iar

activitatea lor este coordonată prin intermediul minunat sensibile de comunicare, în

care enzimele sunt allosteric predominant.

Putem împărți căi metabolice în două clase mari: (1) cele care convertesc energia în

forme biologic utile și (2) cele care necesită intrări de energie pentru a continua.

Deși această diviziune este adesea imprecis, acesta este totuși un instrument util

distincție într-o examinare a metabolismului. Aceste reactii care transforma in

energie combustibili celulare sunt numite reacții catabolice sau, mai general,

catabolismul.

Aceste reacții care necesită energie, cum ar fi sinteza de glucoză, grăsimi, sau

ADN-ului sunt numite reacții anabolice sau anabolism. Formularele utile de

energie, care sunt produse în catabolismul sunt angajați în anabolismul pentru a

genera complexe structuri de la cele mai simple, sau de energie-bogate state din

energie sărace cele.

Unele căi pot fi anabolic sau catabolic, în funcție de condițiile de energie în celulă..

14.1.1. O reacție nefavorabilă termodinamic poate fi acționată de un aviz

favorabil reacție

Cum sunt căi specifice construite din reacții individuale? O cale trebuie să

îndeplinească minimum două criterii: (1)

Reacțiile individuale trebuie să fie specific și (2) întregul set de reactii care

constituie calea trebuie să fie termodinamic favorizat. O reacție care este specific

va produce doar un anumit produs sau un set de produse de la ei reactanților. După

cum sa discutat în capitolul 8, o funcție de enzime este de a oferi această

specificitate.

O reacție poate avea loc spontan numai în cazul în DG, schimbarea energiei libere,

este negativ. Amintiți-vă că G D pentru formarea de produse C și D de la

substraturi A și B este dat de Astfel, DG o reacție depinde de natura reactantului și

a produselor (exprimat de către DG ° pe termen lung, standardul free-energy

schimbare) și la concentrațiile lor (exprimat prin al doilea termen).

Un fapt important este că termodinamică totală liberă de energie schimbare pentru

o serie de reacții chimice cuplate este egală cu suma a modificărilor freeenergy ale

pașii individuali. Luați în considerare următoarele reacții:

În condiții standard, A nu poate fi convertită în mod spontan B și C, pentru ca DG

este pozitiv. Cu toate acestea, conversia B în D în condiții standard este

termodinamic fezabilă. Deoarece liber de energie schimbări sunt aditiv, conversia

A în C și D are un ° DG kcal mol-1 -3 (-13 kJ mol-1), ceea ce înseamnă că acesta

poate să apară spontan în condiții standard. Astfel, o reacție nefavorabilă

termodinamic poate fi acționată de un Reacția favorabila termodinamic la care este

cuplat. În acest exemplu, intermediar chimic B, comun pentru ambele reacții,

cupluri de reacții. Astfel, căile metabolice sunt formate prin cuplarea de enzimă-

catalizată reacții astfel încât energia totală gratuit cale este negativ.

14.1.2. ATP este moneda universală a energiei libere în sistemele biologice

Așa cum Comertului este facilitată de utilizarea unei monede comune, comerțul a

metabolismului celular este facilitată prin utilizarea unei monede comune a

energiei, adenozina trifosfat (ATP). O parte din energia liberă derivate din oxidarea

a produselor alimentare și de lumină este transformată în această moleculă extrem

de accesibile, care acționează în calitate de liber-energie donator în cele mai multe

de energie care necesită procese, cum ar fi de propunere, transport activ, sau

biosinteza.

ATP este un nucleotid constă dintr-un adenină, o riboză, și o unitate de trifosfat.

Forma activă de ATP este de obicei, un complex de ATP cu Mg2 + sau Mn2 +. În

luarea în considerare rolul ATP ca un transportator de energie, ne se poate

concentra pe fracțiune trifosfat său. ATP este o moleculă de energie-bogate,

deoarece unitatea sa trifosfat conține două phosphoanhydride obligațiuni. O

cantitate mare de energie liberă este eliberat atunci cand ATP este hidrolizat la

adenozin difosfat (ADP) și ortofosfat (Pi), sau atunci când ATP este hidrolizat la

adenozin monofosfat (AMP) și pirofosfat (Ppi).

Precisă ° DG pentru aceste reacții depinde de tăria ionică a mediului și asupra

concentrațiilor de Mg2 + și ioni metalici alte. Sub concentrațiile tipice celulare, DG

efective pentru aceste hidroliză este de aproximativ -12 kcal mol-1 (-50 kJ mol-1).

Energia liberă eliberat în hidroliza ATP este valorificat de a conduce vehicule

reacții care necesită un aport de energie liberă, cum ar fi contracția musculară. La

rândul său, ATP-ul este format din ADP și Pi atunci când moleculele de

combustibil sunt oxidate în chemotrophs sau atunci când lumina este prins de

phototrophs. Acest ciclu ATP ADP este modul fundamental de energie de schimb

în sistemele biologice.

Unele reacții biosintetice sunt conduse de hidroliza trifosfații nucleozidici, care

sunt analoage ATP și anume, trifosfat guanozin (GTP), trifosfatul de uridin (UTP),

și citidin trifosfat (CTP). Formularele de difosfat aceste nucleotide sunt notate cu

PIB-ul, UDP, și CDP, iar monofosfat face de către GMP, UMP, și CMP.

Enzimele pot cataliza transferul de grup de la terminalul fosforil de nucleotide la

altul. Fosforilare de monophosphates nucleozidici este catalizată de o familie de

kinaze monofosfat nucleozidici. Fosforilarea de diphosphates nucleozidici este

catalizată de către nucleozid-difosfat kinază, o enzima cu largă specificitate. Este

interesant de notat că, deși toate trifosfații nucleotide sunt echivalente energetic,

ATP este, totuși, operatorul de transport de energie primară celular. În plus, doi

transportatori importante de electroni, NAD + și FAD, sunt derivați ai ATP. Rolul

ATP în metabolismul energetic este extrem de important.

14.1.3. Hidroliza ATP Drives metabolice prin deplasarea Echilibrul cuplată

Reacții

Cum de cuplare la hidroliza ATP a face posibilă o reacție nefavorabilă altfel? Luați

în considerare o reacție chimică care este nefavorabilă termodinamic, fără un aport

de energie liberă, o situație comună pentru mulți biosintetice reacții.

Cu toate acestea, A poate fi transformat într-B, în aceste condiții, dacă reacția este

cuplat la hidroliza ATP.

Vedem aici esența termodinamică a acțiunii ATP ca un agent de cuplare de energie.

Celule menține un nivel ridicat de ATP prin utilizarea substraturi oxidabile sau a

luminii ca surse de energie gratuită. Hidroliza o molecula ATP într-un cuplaj

Reacția schimbă atunci raportului echilibrul de produse pentru a reactanților cu un

factor foarte mare, de ordinul a 108. Mai mult în general, hidroliza n molecule ATP

schimbă raportul de echilibru a unei reacții cuplate (sau secvența de Reacțiile) cu

un factor de 108n. De exemplu, hidroliza trei molecule ATP într-o reacție cuplat

schimbă raportului de echilibru cu un factor de 1024. Astfel, o secvență de reacție

nefavorabilă termodinamic poate fi transformată într-un unul favorabil de cuplare a

hidroliza unui număr suficient de molecule ATP într-o reacție nouă. Ar trebui, de

asemenea, Trebuie subliniat faptul că A și B, în reacția precedent cuplat poate fi

interpretată, în general, foarte, nu numai ca diferit chimice specii. De exemplu, A și

B poate reprezenta conformației activate și neactivat ale unei proteine, în acest caz,

fosforilarea cu ATP poate fi un mijloc de conversie într-o conformație activat. O

astfel de conformație poate stoca energiei libere, care pot fi apoi folosite pentru a

conduce o reacție nefavorabilă termodinamic. Prin astfel de modificări în

conformație, motoare moleculare, cum ar fi myosin, kinesin, iar dynein converti

energia chimică a ATP în energie mecanică. Într-adevăr, această conversie este

baza de contracție musculară.

Alternativ, A și B, se poate referi la concentrațiile de un ion sau molecula de pe

exterior și interior al unei celule, la fel ca în transport activ de un nutrient.

Transportul activ al Na + si K + K a lungul membranei este determinată de

fosforilare a pompa de sodiu-potasiu, prin ATP și defosforilarea ulterioară a

acesteia.

14.1.4. Baza structurală a potențialului mare de transfer de fosforil ATP

Așa cum este ilustrat de motoare molecular și pompe de ioni . transferul fosforil

este un mijloc comun de cuplare de energie. În plus, după cum vom vedea în

capitolul 15, fosforil de transfer este, de asemenea, utilizat pe scară largă în

transmiterea de informații intracelular. Ceea ce face ca ATP-o deosebit de eficient

fosforil-grup donator? Să ne compara standard de energie fără a hidroliza ATP cu

cea a unui ester fosfat, cum ar fi glicerol 3-fosfat:

Magnitudinea DG ° pentru hidroliza glicerol 3-fosfat este mult mai mică decât cea

de ATP, ceea ce înseamnă că ATP are o tendință puternică de a transfera grupul său

de fosforil terminal la apă decât o face glicerol 3-fosfat. În alte cuvinte, ATP are un

potențial mai mare de transfer fosforil (fosforil-grup potențial de transfer), decât o

face glicerol 3 -fosfat.

Care este baza structurală a potențialului ridicat transferul fosforil din ATP?

Deoarece D G ° depinde de diferența de energiile libere ale produselor și Reactive,

structurile de cât ATP și a produselor sale de hidroliză, ADP și Pi, trebuie să fie

examinate pentru a răspunde la această întrebare. Trei factori sunt importante:

stabilizarea rezonanță, repulsie electrostatică, și ca urmare a stabilizării hidratare.

ADP și, în special, Pi, au stabilizare rezonanță mai mare decât o face ATP.

Ortofosfat are un număr de forme de energie de rezonanță similare (figura 14.4), în

timp ce grupul G-fosforil de ATP are un număr mai mic.

Formulare, cum ar fi cea indicată în figura 14.5 sunt nefavorabile, deoarece un

atom de oxigen încărcat pozitiv este adiacent la un atom de fosfor încărcat pozitiv,

o juxtapunere electrostatic nefavorabil. Mai mult, la un pH 7, Unitatea de trifosfat

ATP desfășoară aproximativ patru sarcini negative. Aceste taxe se resping unul pe

altul, deoarece acestea sunt în strânsă proximitate. Repulsia dintre ele este redusă

atunci când ATP este hidrolizat. În cele din urmă, apa poate lega mai eficient

pentru a ADP și Pi decât poate pentru a phosphoanhydride parte de ATP, ADP și

stabilizarea Pi de hidratare.

ATP-ul este adesea numit un compus de energie înaltă fosfat, și obligațiunile sale

phosphoanhydride sunt menționate la fel de mare de energie obligațiuni. Într-

adevăr, un "squiggle" (~ P) este adesea utilizat pentru a indica o astfel de legătură.

Cu toate acestea, nu este nimic special la obligațiuni înșiși. Ele sunt de mare

energie obligațiuni, în sensul că multă energie liberă este eliberat atunci cand

acestea sunt hidrolizate, pentru motive aforegiven.

14.1.5. Potential de transfer fosforil este o forma importanta de energie

celulară Transformare

Energiile standard de gratuite de hidroliză oferi un mijloc comod de a compara

potențial de transfer de fosforil Compuși fosforilate. Astfel de comparații arată că

ATP nu este compus numai cu o mare fosforil potențialul transfer. De fapt, unii

compusi din sistemele biologice au un potențial mai mare de transfer fosforil decât

cea a ATP. Acești compuși includ phosphoenolpyruvate (PEP), 1,3-

bisphosphoglycerate (1,3-BPG), și creatina fosfat. Astfel, PEP poate transfera

grupul său de fosforil la ADP, pentru a forma ATP. Într-adevăr, acesta este unul

dintre modalitățile în care ATP este generat în defalcarea de zaharuri. Este

semnificativ faptul că ATP are un potențial de transfer fosforil care este intermediar

între molecule biologice importante fosforilate. Această poziție intermediară

permite să funcționeze eficient ATP ca un operator de transport de grupuri de

fosforil.

Fosfat de creatina in muschi vertebrate servește ca un rezervor de mare potențial

grupuri de fosforil, care pot fi ușor transferat la ATP. Într-adevăr, vom folosi

creatina fosfat pentru a regenera ATP din ADP de fiecare dată când ne exercităm

energic. Această reacție este catalizată de creatinkinazei.

Gluconeogenezei Nu este o inversare a glicolizei

În glicoliză, glucoza este transformată în piruvat, în gluconeogeneza, piruvatul se

transformă în glucoză. Cu toate acestea, gluconeogenezei nu este o inversare a

glicolizei. Mai multe reacții trebuie să difere din cauza echilibru a glicolizei se află

departe pe partea de formare a piruvatului. DG real pentru formarea piruvatului din

glucoză este de aproximativ -20 kcal mol-1 (-84 KJ mol-1), în condiții tipice

celulare. Cele mai multe dintre scădere a energiei libere în glicoliză are loc în cele

trei pași în esență, ireversibile catalizată de hexochinază, phosphofructokinase, și

kinaza piruvatului.

În gluconeogenezei, următoarele etape noi ocoli aceste reacții practic ireversibile

ale glicolizei:

1. Phosphoenolpyruvate este format din piruvat prin intermediul oxaloacetat prin

acțiunea carboxilază piruvat și phosphoenolpyruvate carboxykinase.

2. Fructoză 6-fosfat este format din fructoza 1,6-bifosfat de hidroliza esterfosforic

la carbon 1.

Fructoza 1,6-bisphosphatase catalizează hidroliza acest exergonic.

3. Glucoza este format prin hidroliza glucoză 6-fosfat într-o reacție catalizată de

glucoză 6-fosfataza.

Vom analiza fiecare dintre aceste etape, la rândul său.

16.3.2. Conversia piruvatului în Phosphoenolpyruvate Începe cu Formarea de

oxaloacetat

Primul pas în gluconeogeneză este carboxilare a piruvatului pentru a forma

oxaloacetat în detrimentul unei molecule de ATP. Apoi, oxaloacetat este

decarboxylated și fosforilat să cedeze phosphoenolpyruvate, pe cheltuiala mare

fosforil-potențialul transfer al GTP. Ambele aceste reacții au loc în interiorul

mitocondriile.

Prima reacție este catalizată de carboxilază piruvat, iar al doilea de carboxykinase

phosphoenolpyruvate.

Carboxilază piruvatul este de interes special din cauza proprietăților sale

structurale, catalitică, și allosteric. N-terminal 300 - 350 aminoacizi formează un

domeniu ATP-înțelegere, care este un utilizat pe scară largă ATP de activare

domeniu să fie discutate în detaliu mai mult atunci cand vom investiga biosinteza

de nucleotide. C-terminali 80 aminoacizi constituie un domeniu de legare biotina,

pe care le vom vedea din nou în sinteza acizilor grași. Biotina este o covalent atașat

protetic grup, care servește ca un operator de transport de activat CO 2. Grupul

carboxilat de biotina este legat de grupul de e-amino a unui reziduu de lizină

specific de o legătură amidă. Rețineți că biotina se anexează la carboxilază piruvat

printr-un lanț lung, flexibil.

Carboxilare a piruvatului are loc în trei etape:

Amintiți-vă că, în soluții apoase, CO2, există ca HCO3

- Cu ajutorul anhidrazei carbonice (secțiunea 9.2).HCO3

- este activat pentru a carboxyphosphate. Aceasta este ulterior de CO2 activat legat

la N-1 atom al inelului biotina, pentru a forma carboxybiotin-enzima intermediar (a

se vedea figura 16.27). De CO2 atașate biotina este destul de activat.D G ° 'pentru

sa clivaj este -4.7 kcal mol-1 (-20 kJ mol-1). Acest lucru negativ DG ° "indică

faptul că carboxybiotin este capabil de a transfera de CO2 de receptorii fără aport

de energie suplimentare gratuite.

Grupul activat carboxil este apoi transferat de la carboxybiotin la piruvat, pentru a

forma oxaloacetat.Lungă, flexibilă, legătura dintre biotina si enzima permite acest

grup protetice pentru a roti de la un site activ al enzimei (ATPbicarbonate site-ul),

la alte (site-ul piruvatului).

Prima reacție parțială a carboxilază piruvat, formarea de carboxybiotin, depinde de

prezența acetil Curtea de Conturi. Biotina nu este carboxilat cu excepția cazului în

acetil CoA este obligat să enzimei. Acetil CoA nu are nici un efect asupra a doua

parțială reacție.Activarea allosteric de carboxilază piruvatului de acetil CoA este un

control de important fiziologice mechanism.

16.4. Gluconeogeneză și glicoliză sunt reciproc reglementate

Gluconeogeneză și glicoliză sunt coordonate astfel încât, într-o singură celulă este

cale relativ inactiv în timp ce celălalt este foarte activ. Dacă ambele seturi de reacții

au fost extrem de activ, în același timp, rezultatul net ar fi hidroliza a patru

trifosfații de nucleotide (două ATP plus doi GTP) per ciclu de reacție. Atât

glicolizei și gluconeogenezei sunt extrem de exergonic în condiții de celulare, și

astfel nu există nici o barieră termodinamic la astfel de activitate simultană. Cu

toate acestea, sumele și activități ale enzimelor distinctive ale fiecărui cale sunt

controlate, astfel încât ambele cai nu sunt foarte activă în același timp. Rata de

glicolizei este, de asemenea, determinată de concentrația de glucoză, și rata de

gluconeogeneză de concentrațiile de precursori lactat și alte tipuri de glucoză.

Interconversie de fructoză 6-fosfat și fructoză 1,6-bifosfat este strict controlată.

, stimulează AMP phosphofructokinase, întrucât ATP și citrat-l inhiba. Fructoza 1,6

-bisphosphatase, pe de altă parte, este inhibată de AMP și activat de citrat. Un nivel

ridicat de AMP arată că taxa de energie este redus și semnalează necesitatea pentru

generarea de ATP. În schimb, un nivel ridicat de citrat de ATP și indică faptul că

taxa de energie este mare și că intermediare biosintetice sunt abundente. În aceste

condiții, este aproape glicolizei oprit și gluconeogeneza este promovat.

Phosphofructokinase și fructoza 1,6-bisphosphatase sunt, de asemenea, reciproc

controlate de fructoză 2,6-bifosfat, în hepatică. Nivelul de F-2 ,6-BP este scăzută în

timpul foametei și a ridicat în stare Fed, din cauza efecte antagoniste de glucagon si

insulina privire la producția și degradare a acestei molecule semnal. Fructoza 2,6 -

bifosfat stimuleaza puternic phosphofructokinase și inhibă fructoză 1,6-

bisphosphatase. Prin urmare, este glicolizei accelerată și gluconeogeneză este

diminuat în stare Fed. În timpul foame, gluconeogeneza predomină deoarece

nivelul de F-2 ,6-BP este foarte scăzut. Glucoza format de ficat în aceste condiții

este esențială pentru viabilitatea creierului și mușchi.

Interconversie de phosphoenolpyruvate și piruvatului, de asemenea, este precis

reglementată. Piruvat kinaza reamintească faptul că este controlată de efectori

allosteric și de fosforilare. Nivelurile ridicate de ATP și alanin, care semnalează

că taxa de energie este mare și că blocurile de construcție sunt abundente, inhiba

enzima din ficat. În schimb, piruvatului carboxilaza, care catalizează prima etapă în

gluconeogeneza din piruvat, este activat de acetil CoA si inhibat de ADP. De

asemenea, ADP inhibă carboxykinase phosphoenolpyruvate. Prin urmare,

gluconeogeneza este favorizat atunci când celula este bogat în precursori

biosintetice și ATP.

Sumele și a activităților desfășurate de aceste enzime, de asemenea, esențiale sunt

reglementate. Autoritățile de reglementare în acest caz sunt hormoni.

Hormonii afecteaza expresia genelor în primul rând prin schimbarea ratei de

transcriere, precum și prin reglementarea degradarea de mRNA. Insulina, care se

ridica ulterior de a manca, stimulează expresia phosphofructokinase, kinaza

piruvat, și enzima care face bifuncțional și degradează F-2 ,6-BP. Glucagon, care se

ridica in timpul foametei, inhibă expresie a acestor enzime si stimuleaza producerea

de loc două enzime cheie gluconeogenic, carboxykinase phosphoenolpyruvate și

fructoza 1,6-bisphosphatase. De control transcriptie la eucariote este mult mai lent

decât de control allosteric; este nevoie de ore sau zile, în contrast cu secunde până

la câteva minute. Bogăția și complexitatea Controlul hormonal sunt afișate grafic

de promotor al genei carboxykinase phosphoenolpyruvate, care conține secvențe de

reglementare, care raspund la insulina, glucagon, glucocorticoizi, hormoni

tiroidieni

16.4.3. Glicoliză și gluconeogeneza sunt interconectate Evolutionarily

Metabolismul glucozei are origini antice. Organismelor vii în biosferă începutul

depindea anaerobe generarea de energie până în cantități semnificative de oxigen

au început să acumuleze 2 miliarde de ani.Faptul că enzime cu proprietăți similare

glycolytic nu au secvente de aminoacizi similare oferă, de asemenea, un indiciu

pentru modul în cale originea. Deși există patru kinaze și două isomerases în cale,

atât secvență și structural comparații nu sugerează faptul că aceste seturi de enzime

sunt legate una de alta printr-o evoluție divergentă.Absența astfel de similarități

implică faptul că enzimele glycolytic au fost obținute independent, mai degrabă

decât prin duplicarea genei.

Putem specula pe relația dintre glicoliza și gluconeogeneza, dacă ne gândim la

glicolizei ca fiind compus din două segmente: metabolismul hexozelor (segmentul

superior) și metabolismul trioses (segmentul inferior). enzimele din segmentul

superior sunt diferite în unele specii și lipsesc în întregime în unele Archaea,

întrucât enzimele din segmentul inferior sunt destul de conservat. De fapt, patru

enzime ale segmentului inferior sunt prezente în toate specii. Această parte

inferioară a cale este comun glicoliza și gluconeogeneza. Această parte comună a

celor două cai ar putea fi cea mai veche parte, constituie nucleul la care au fost

adăugate alte măsuri.Partea superioară ar varia în funcție în funcție de zaharuri care

au fost disponibile la evoluția organismelor în nișe special. Interesant, această parte

centrală a metabolismul glucidic poate genera precursori triose pentru zaharuri

riboza, o componentă a ARN-ului și o critic Cerința pentru lumea ARN.

Reacțiile ușoare de fotosinteza

În esență, întreaga energie liberă utilizat de către sistemele biologice rezultă din

energia solară, care este prins de procesul de fotosinteza. Ecuația de bază a

fotosintezei este inselator de simple. Apă și dioxid de carbon se combină pentru a

forma glucide și oxigen molecular.

În această ecuație, (CH2O) reprezinta carbohidrați, zahăr și amidon în primul rând.

Mecanismul de fotosinteza este complexă și necesită interacțiunea multe proteine si

molecule mici. Fotosinteza în plante verzi are loc în cloroplaste. Energia luminii

capturat de molecule de pigment, numite clorofile, în cloroplaste este utilizată

pentru a genera electroni de mare energie, cu un mare potențial de reducere. Aceste

electronii sunt folosite pentru a produce NADPH ca precum și ATP într-o serie de

reacții numite reacții ușoare, deoarece acestea necesită lumină. NADPH și ATP

format de actiunea luminii se reduce apoi de dioxid de carbon și de ao transforma

într-3-phosphoglycerate de o serie de reacții numită Calvin ciclu sau reacțiile

întunecate. Ciclul Calvin va fi discutată în capitolul 20. Cantitatea de energie

stocată de către fotosinteza este enorm. Mai mult de 1017 kcal (4,2 × 1017 kJ) de

energie liberă este stocată anual de fotosinteză pe Pământ, ceea ce corespunde la

asimilarea de mai mult de 1010 de tone de dioxid de carbon în forme de

carbohidrați și alte tipuri de materiei organice.

Fotosinteza este sursa tuturor în esență compuși de carbon și oxigenul tot ce face

metabolismul aerob posibil. Mai mult decât atât, după cum vom vedea, există

paralele considerabile mecaniciste și evolutivă dintre lumina reacții de fotosinteză

și de pași în fosforilarea oxidativa.

19.0.1. Fotosinteza: O privire de ansamblu

Ne putem folosi intelegerea noastra a ciclului acidului citric si de fosforilare

oxidativa să anticipeze procesele necesare de fotosinteza. Ciclul acidului citric se

oxidează combustibilii de dioxid de carbon CO2 pentru a genera electroni de mare

energie, în special în forma de NADH. Fluxul de electroni acestor energie înaltă

generează o forță de proton-motrice prin acțiunea de electroni de transport lanț.

Această forță proton-motrice este apoi transduse de sintetazei ATP pentru a forma

ATP. O principal Diferența dintre fosforilarea oxidativa si fotosinteza este sursa de

electroni de mare energie. Lumină Reacțiile de utilizarea energiei din fotosinteza

pentru a genera fotoni de mare energie electroni. Aceste electronii sunt utilizate

direct pentru a reduce NADP + NADPH la și sunt folosite în mod indirect, printr-

un lanț de electroni de transport pentru a genera o proton-motorie vigoare printr-o

membrană. Un produs parte a acestor reacții este O2. Forța proton-motrice conduce

ATP sinteza prin acțiunea unui sintaza ATP, omoloagă cu cea din fosforilării

oxidative. În reacțiile întuneric, NADPH și ATP format prin acțiunea de unitate

lumina reducerea emisiilor de CO2 la mai-utile compușilor organici.

19.1. Fotosinteza are loc în Cloroplastele

În capitolul 18, am văzut că fosforilarea oxidativă, mijloacele predominantă de

generare a ATP din molecule de combustibil, a fost compartimentata in

mitocondrii. De asemenea, fotosinteza, mijloacele de conversie a luminii in energie

chimica, este sechestrat în organite numite cloroplaste, de obicei 5 mm lungime. Ca

o mitochondrion, un cloroplast are un exterior membrana si o membrana interioara,

cu un spatiu intermembrane intervenție. Interior membrane înconjoară o stroma,

care este site-ul de chimie de carbon de fotosinteză. În stroma sunt Structurile

membranoase numit thylakoids, care sunt aplatizate, saci sau discuri. Sacilor de

thylakoid sunt aranjate pentru a forma o Granum. Grana diferite sunt legate de

regiuni ale membranei thylakoid numite lamele stroma. Membranele thylakoid

separa spatiul thylakoid din spațiul stroma. Astfel, cloroplaste au trei membrane

diferite (exterior, interior, si Ta-lakoid membrane), și trei spații separate

(intermembrane, stroma, și spații thylakoid). în curs de dezvoltare cloroplaste,

thylakoids se crede ca provin din invaginations de membrana interioara, și astfel ei

sunt analoge mitocondriale cristae. Ca cristae mitocondrial, ele sunt cuplate site-ul

de oxido-reducere reacții care genera forța proton-motrice.

19.1.1. Evenimentele principale ale Fotosinteza avea loc în Membrane

Thylakoid

Membranele thylakoid conțin mașini de energie transducing: lumina-proteine de

recoltare, centre de reacție, electrontransport lanțuri, și sintetazei ATP. Ei au

cantitati aproape egale de lipide si proteine. Compoziția lipidelor este este extrem

de distinctiv: aproximativ 40% din lipidele totale sunt galactolipids și 4% sunt

sulfolipids, în timp ce doar 10% sunt fosfolipide. Membrana thylakoid si membrana

interioara, la fel ca membrana mitocondrială interior, sunt impermeabilă la cele mai

multe molecule si ioni. Membrana exterioară a unui cloroplast, ca aceea a unui

mitochondrion, este extrem de permeabil la molecule mici si ioni. Stroma conține

enzime solubile care utilizează NADPH și ATP sintetizat de thylakoids pentru a

converti CO2 în zahăr. Celulele frunze de plante conțin între 1 și 100 cloroplaste,

în funcție de specie, tip de celule, și condițiile de creștere.

19.1.2. Evolutia Cloroplastele

Cloroplaste contin ADN-ul lor propriu și utilaje pentru replicare și o exprimă. Cu

toate acestea, cloroplaste nu sunt autonome: ele conțin, de asemenea, mai multe

proteine codificate de ADN-ul nuclear. Cum a făcut relația intrigant între celulă și

cloroplaste dezvoltă? Acum cred ca, într-un mod analog cu evoluția mitocondriile,

cloroplaste sunt rezultatul unor evenimente endosymbiotic în care o fotosintetic

microorganisme, cel mai probabil un strămoș al unui cianobacteriei, a fost înghițit

de o gazdă eucariote. Dovadă sugerează că cloroplastelor din plantele superioare si

de alge verzi sunt derivate dintr-un singur eveniment endosymbiotic, întrucât cele

în roșu și alge maro apărut la cel puțin un eveniment suplimentar.

Genomul cloroplastelor este mai mică decât cea a unui cianobacteriei, cu toate

acestea, ca aceea a unui cianobacteriei, ea este circular cu un site de start unic

pentru replicarea ADN-ului, și genele sale sunt aranjate în secvențe operons legate

în mod funcțional genele aflate sub control comun. În cursul evoluției, multe dintre

genele din cloroplast strămoș au fost transferate la nucleul celulei plantei sau, în

unele cazuri, a pierdut în întregime, stabilind astfel o relație complet dependent.

19.2. Absorbția luminii de către Clorofila Induce transferul de electroni

Capcane de energie lumina este cheia de a fotosintezei. Primul eveniment este de

absorbție a luminii de către un fotoreceptor molecula. Fotoreceptoare principal în

cloroplaste de cele mai multe plante verzi este clorofila a, o tetrapyrrole substituit.

Cele patru atomi de azot ale pyrroles sunt coordonate la un ion de magneziu. Spre

deosebire de o porfirină, cum ar fi heme, clorofila are un inel redusă pirol. O altă

trăsătură distinctivă a clorofilei este prezența phytol, un foarte hidrofob 20-carbon

alcool, esterificați cu un lanț lateral de acid.

Clorofila sunt fotoreceptori foarte eficiente, deoarece acestea conțin rețele de

obligațiuni alternativ single și duble.

Astfel de compuși se numesc polyenes. Ei au benzi de absorbție foarte puternice în

regiunea vizibilă a spectrului, în cazul în care producția solara care ajunge Pământ,

de asemenea, este de maximă. Coeficientul de absorbție de vârf molar de clorofila a

este mai mare decât 105 M-1 cm-1, printre cele mai mari observate pentru

compușii organici.

Ce se întâmplă atunci când lumina este absorbită de o molecula, cum ar fi clorofila?

Energie din lumina excita un electron de la nivelul solului de energie la un nivel de

energie excitat. Acest electron de inalta energie poate avea soarta mai multe.

Pentru majoritatea compușilor care absorb lumina, pur și simplu, electronul revine

la starea de sol și energia absorbită este transformată în căldură. Cu toate acestea, în

cazul în care un acceptor de electroni adecvat este în apropiere, electronul excitat

poate trece de la inițială molecula la acceptor. Acest proces duce la formarea de o

sarcină pozitivă pe molecula inițială (Ca urmare a pierderii unui electron), precum

și o taxă negativ asupra acceptor și este, prin urmare, denumite în continuare taxa

de fotoinduse separare. În cazul în care site-ul are loc schimbarea separational este

numit centrul de reactie. Vom vedea cum aparatul fotosintetic este amenajat pentru

a face separarea taxa de fotoinduse extrem de eficient. Electroni, extrase de la site-

ul său inițial de absorbție a luminii, poate reduce alte specii pentru a stoca energia

luminii în forme chimice.

19.2.1. Bacteriile fotosintetice si Centrelor de fotosintetici de reacție ale Verde

Plantele au o bază comună

Fotosinteza în plante verzi este mediată de către două tipuri de membrană-obligat,

sensibile la lumină complexele fotosistemul I (PS) și fotosistemul II (PS II).

Fotosistemul I cuprinde de obicei 13 lanțuri polipeptidice, mai mult de 60 clorofilă

molecule, un chinonă (vitamina K1), și trei 4Fe-4S clustere.Masa totală moleculară

este mai mare de 800 uscata.

Fotosistemul al II-lea este doar puțin mai complexă, cu cel puțin 10 lanțuri

polipeptidice, mai mult de 30 de molecule clorofilă, un nonheme fier Ion, și patru

ioni de mangan. Bacterii fotosintetice, cum ar fi Rhodopseudomonas viridis conțin

o simplu, singur tip de centrul de reactie fotosintetic, structura care a fost

descoperită la rezolutie atomica.

centrul de reactie bacteriene este compus din patru polipeptide: L (31 kd), M (36

kD), și H (28 kd) subunități și C, un C-type citocromului. Rezultatele comparațiilor

secvență și cu rezoluție scăzută studii structurale ale photosystems I și II a arătat că

centrul de reactie bacteriene este omolog la sistemele de plante mai complexe.

Astfel, vom începe noastre luarea în considerare a mecanismelor de reacții ușoare

în cadrul centrului de reacție fotosintetică bacteriene, cu înțelegerea faptului că

multe dintre observațiile noastre se vor aplica sistemelor de plante, de asemenea.

19.2.2. O pereche specială de clorofile Initiaza separare de încărcare

L și M subunități formează nucleul structurală și funcțională a centrului bacteriene

reacție fotosintetică. Fiecare dintre aceste subunități omoloage cuprinde cinci

helices transmembranare.Subunitatea de H, care are doar un singur helix

transmembranar, se află pe partea de citoplasmatice a membranei.Subunitatea de

citocromul, care conține patru C-tip hemes, se află pe partea opusă periplasmic.

Patru bacteriochlorophyll b (BChl-b), două molecule bacteriopheophytin b (HBP),

doua molecule chinone (QA și QB), și un ionii de fier sunt asociate cu L și M

subunitati.

Bacteriochlorophylls sunt similare cu clorofile, cu excepția reducere a unui inel de

pirol suplimentar și alte câteva diferențe minore care trecerea lor absorbție maximă

la infraroșu apropiat, la lungimi de unda atâta timp cât 1000 nm.

Bacteriopheophytin este termenul pentru un bacteriochlorophyll care are doi

protoni in loc de un ion de magneziu de la centrul său.

Reacția începe cu de absorbție a luminii de către un dimer de BChl-b molecule care

se află în apropiere de partea de periplasmic membrana. Acest dimer, numit o

pereche specială datorită rolului său fundamental în fotosinteză, absoarbe lumina la

maximum la 960 nm, în infraroșu apropiat marginea regiunii vizibile. Din acest

motiv, pereche specială este adesea menționată ca P960 (P vine de la pigmentul).

Excitație al pereche specială duce la ejecție de un electron, care este transferată prin

intermediul o alta molecula de BChl-b pentru a bacteriopheophytin în subunitatea

L. Această taxă inițială de separare, care produce o sarcină pozitivă pe pereche

specială (P960 +) și o taxă negativ asupra HBP, apare în mai puțin de 10

picosecunde (10-11 secunde). Interesant, numai una dintre cele două căi posibile în

cadrul dimer LM aproape simetric este utilizat. În lor de energie înaltă state, P960 +

și HBP-ar putea suferi de recombinare taxa, care este, de electroni pe BPhcould

se mute înapoi pentru a neutraliza sarcina pozitiva pe pereche specială. Întoarcerea

sa la pereche specială ar pierde o valoare electroni de mare energie și de a converti

energia luminii pur și simplu absorbită în căldură. Trei factori în structura reacției

Centrul lucrează împreună pentru a suprima recombinare taxa aproape complet. În

primul rând, un alt electroni acceptor, un chinonă strâns legat (QA), este mai mică

de 10 A la distanță de HBP-, și așa de electroni este rapid transferat mai departe de

pereche specială. Amintiti-va ca ratele de transfer de electron-depind puternic de la

distanță. În al doilea rând, una dintre cele hemes ale citocromului subunitate este

mai mică de 10 Å departe de pereche specială, și așa sarcină pozitivă este

neutralizată de transferul unui electron de la citocromului redusă. În cele din urmă,

transferul de electroni de la BPH-a pereche pozitiv perceput de construcții este

deosebit de lentă: transferul este atât de favorabila termodinamic încât să are loc în

regiunea inversă unde de electroni-rate de transfer devine mai lent. Astfel,

transferul de electroni încasările de la eficient HBP-la QA.

Din QA, electronul se mută într-o chinonă mai slab asociat, QB.De absorbție a unui

foton al doilea și circulație a unui electron doilea jos calea de pereche specială

completează reducerea doi electroni de QB de la Q la QH2. Deoarece site-ul BT-

legare se află în apropierea partea citoplasmatice a membranei, doi protoni sunt

preluate de la citoplasma, contribuind la dezvoltarea unui gradient de protoni a

lungul membranei celulare.

Cum subunitate a citocromului centrul de reactie recapete un electron pentru a

finaliza ciclul?Redusă chinonă (QH2) este reoxidized la Q de complexă a III-a

respirator de electroni de transport lanț. Electronii din chinonă redusă sunt

transferate printr-un intermediar solubil citocromului c, numit citocromului C 2, în

periplasm la subunitatea de citocromul centrul de reactie.Fluxul de electroni este,

așadar, ciclic.Gradientul de protoni generata in cursul acestui ciclu conduce

generarea de ATP prin acțiunea de sintetazei ATP.

Ciclul Calvin și Pathway fosfat pentozo

Fotosinteza veniturile în două părți: reacții ușoare și reacțiile întuneric. Reacțiile

ușoare transforma energia luminii in ATP și biosinteza reducerea puterii, NADPH.

Reacțiile întunecate, care constituie ciclul Calvin, numit după Melvin Calvin,

biochimist care a elucidat calea, reduce de carbon atomii din starea lor complet

oxidat ca dioxid de carbon la stat mai reduse ca hexoze. Componentele Ciclul

Calvin și a chemat pe reacțiile întuneric, deoarece, în contrast cu reacțiile de

lumină, aceste reacții nu în mod direct depinde de prezența luminii.

În plus față de ATP, reacțiile întuneric necesită reducerea puterii în formă de

NADPH, moneda disponibile reducerea puterii în celule. Grupul fosforil pe grupul

2-hidroxil al uneia dintre unitățile de riboza NADPH distinge NADPH de NADH.

Există o distincție fundamentală între NADPH și NADH în biochimie:

NADH este oxidat de către lanțul respirator de a genera ATP, întrucât NADPH

servește ca un reducător în biosinteză procese.

A doua jumătate a acestui capitol analizează o cale comună pentru toate

organismele, cunoscut și sub numele de fosfat pentozo cale, calea monofosfat

hexoze, calea phosphogluconate, sau shunt pentozo. Calea oferă un mijloc prin care

glucoza poate fi oxidat pentru a genera NADPH și este sursa a mai mult de

NADPH, care este necesare pentru biosinteza de biomolecule multe, mai ales

grasimi. Vom observa utilizarea de NADPH în multe dintre Reacțiile biosintetice

luate în considerare în Partea a III-a acestui text. Calea fosfat pentozo poate fi, de

asemenea, utilizat pentru catabolism de zaharuri pentozo din dieta, sinteza de

zaharuri pentozo pentru biosinteza de nucleotide, și catabolism și sinteza de

zaharuri mai comune patru și șapte de carbon. Calea fosfat pentozo și Calvin Ciclul

au în comun mai multe enzime și intermediari care atesta o înrudire evolutivă. Ca

glicolizei și gluconeogeneza, aceste cai sunt imagini în oglindă ale unul pe altul:

ciclul Calvin folosește pentru a reduce NADPH de dioxid de carbon pentru a

genera hexozelor, întrucât calea fosfat pentozo descompune glucoza in dioxid de

carbon la genera NADPH. Ciclul Calvin este uneori menționată ca reductivă

pentozo calea fosfat.

20.3 Pathway fosfat pentozo Generează NADPH și sintetizează Cinci-carbon

zaharuri

Calea fosfat pentozo satisface nevoia de a tuturor organismelor de o sursa de

NADPH de a utiliza în biosinteza reductive. Această modalitate constă în două

faze: generație oxidativ al NADPH și nonoxidative interconversie de zaharuri. În

faza oxidativ, NADPH este generat atunci când glucoză 6-fosfat este oxidat la

riboză 5-fosfat. Acest zahăr de cinci carbon și derivații ei sunt componente ale

ADN-ului și ARN-ului, precum și ATP, NADH, FAD, și coenzima A.

În faza de nonoxidative, calea catalizează interconversie de trei, patru, cinci, sase si

sapte,-carbon-zaharuri într-o serie de reactii nonoxidative care poate duce la sinteza

de cinci-carbon pentru biosinteza de nucleotide zaharuri sau conversia de exces de

cinci atomi de carbon în zaharuri intermediari de calea glicolitic. Toate aceste

reacții au loc în citosol. Aceste interconversions se bazează pe aceleași reacții care

duc la regenerarea ribulose 1,5 -bifosfat în ciclul Calvin.

Metabolismul acizilor grași

Ne întoarcem acum la metabolizarea carbohidratilor cu cea a acizilor grași. Un acid

gras conține un lanț de hidrocarburi lung și un grup de terminale carboxilat. Acizi

grași au patru roluri majore fiziologice. Acizi grași, primele sunt blocuri de

fosfolipide și glicolipidelor. Aceste molecule amphipathic sunt componente

importante ale membranelor biologice. În al doilea rând, multe proteine sunt

modificate de către legarea covalentă a acizilor grași, care vizează le în locații cu

membrană. Acizi grași al treilea rând, sunt molecule de combustibil. Acestea sunt

stocate ca triacylglycerols (numite, de asemenea, grăsimi neutre sau trigliceride),

care sunt neîncărcată esteri ai acizilor grași cu glicerina. Gras acizi mobilizate din

triacylglycerols sunt oxidate pentru a satisface nevoile de energie ale unei celule

sau organism. În al patrulea rând, acizi grași derivate servi ca hormonii și mesagerii

intracelulare. În acest capitol, ne vom concentra asupra oxidare și sinteză de acizi

grași, procese care sunt reciproc reglementate, ca raspuns la hormoni.

22.0.1. O Privire de ansamblu asupra metabolismului acidului gras

Degradarea acizilor grași și sinteza sunt procese relativ simple, care sunt, în esență

invers unul față de celălalt.

Procesul de degradare converteste unui compus alifatic într-un set de unități

activate acetil (acetil CoA), care pot fi prelucrate de ciclul acidului citric. Un acid

gras activat este oxidat pentru a introduce o legătură dublă; legătură dublă este

hidratat să se introducă un oxigen, alcoolul este oxidat la o cetonă, și, în cele din

urmă, patru de carbon Fragmentul este desfăcut de coenzima A pentru a produce

acetil CoA și un lanț de acizi grași două carburi mai scurt. În cazul în acid gras are

un număr par de atomi de carbon și este saturate, procesul este pur și simplu repetă

până când acidul gras este complet convertite în unități de acetil CoA.

Sinteza de acizi grași este, în esență reversul acestui proces. Deoarece rezultatul

este un polimer, procesul începe cu monomeri, în acest caz, cu activat acil grup (cel

mai simplu, o unitate de acetil) și unități malonil.

Unitatea malonil este condensat cu unitatea de acetil pentru a forma un fragment de

patru carbon. Pentru a produce hidrocarburi cerute lanț, carbonil trebuie să fie

redus.Fragmentul este redus, deshidratate, și a redus din nou, exact opusul

degradare, pentru a aduce grupului carbonil la nivelul unui grup de metilen, cu

formarea de butyryl Curții de Conturi. un alt activate malonil condensează de grup

cu unitatea butyryl și procesul se repetă până când un acid gras C16 este sintetizat.

22.1. Triacylglycerols sunt extrem de concentrate stochează energie

Triacylglycerols sunt concentrate foarte magazinele de energie metabolică,

deoarece acestea sunt reduse și anhidră. Randamentul din oxidarea completă a

acizilor grași este de aproximativ 9 kcal g-1 (38 kJ g-1), în contrast cu aproximativ

4 kcal g-1 (17 kJ g-1) pentru carbohidrați și proteine. Baza acestei diferențe mari în

randamentul caloric este faptul că acizii grași sunt mult mai reduse.

În plus, triacylglycerols sunt nepolare, și astfel acestea sunt stocate într-o formă

aproape anhidră, în timp ce mult mai mult polar proteine si hidrati de carbon sunt

mult mai puternic hidratat. De fapt, 1 g de glicogen uscată se leagă de aproximativ

2 g de apă.

În consecință, un gram de magazine de grăsime aproape anhidră mai mult de șase

ori mai multa energie ca un gram de hidratat glicogen, care este probabil motivul

pentru care triacylglycerols, mai degrabă decât de glicogen au fost selectate în

evoluție ca principal energie rezervor. Luați în considerare un tipic de 70 kg om,

care are rezerve de combustibil de 100.000 kcal (kJ 420000) în triacylglycerols,

25000 kcal (100.000 kJ) în proteine (mai ales în mușchi), 600 kcal (2500 kJ) în

glicogen, și 40 kcal (170 kJ) în glucoză. Triacylglycerols constituie aproximativ 11

kg de greutate corporală totală său. Dacă această cantitate de energie au fost stocate

în glicogen, sa greutatea totala a corpului ar fi 55 kg mai mare. Glicogen și glucoză

magazine furniza energie suficienta pentru a sustine biologic Funcția de

aproximativ 24 de ore, în timp ce magazinele triacylglycerol permit supraviețuirea

timp de câteva săptămâni.

La mamifere, site-ul major al acumulării de triacylglycerols este citoplasma

celulelor adipoase (celulele grase). Picături de triacylglycerol fuziona pentru a

forma o globulă mare, care poate ocupa cea mai mare parte a volumului celulei.

Adipos Celulele sunt specializate pentru sinteza și depozitarea triacylglycerols și

pentru mobilizarea acestora in molecule de combustibil, care sunt transportate la

alte tesuturi de sânge.

Utilitatea triacylglycerols ca sursă de energie este dramatic ilustrată de abilitățile de

păsări migratoare, care pot zbura pe distanțe mari fără să mănânce. Exemple sunt

americane de aur ploierul și vrabia de rubin-gât. De aur ploierul zboara de la

Alaska la vârful de sud a Americii de Sud; un segment mare de zbor (3800 km sau

2400 km) este peste ocean deschis, în cazul în care păsările nu se pot hrăni. Colibri

Ruby-gât gasi non-stop peste Golful Mexic. Acizi grași furnizează sursa de energie

pentru ambele aceste fapte prodigioase.

22.1.1. Lipide dietetice sunt digerate de Lipazele pancreatice

Cele mai multe lipide sunt ingerate sub formă de triacylglycerols, dar trebuie să fie

degradat la acizi grași de absorbție din intestinale epiteliului. Amintiți-vă că nu sunt

ușor de lipide solubilizate, dar ele trebuie să fie în scopul de a fi degradate.

Triacylglycerols în lumenul intestinal sunt încorporate în micele formate cu

ajutorul sărurilor biliare, moleculele amphipathic sintetizat de colesterol în ficat și

secretat de vezica biliară. Constitutiv al lipide în micelii orientează legăturile de

ester de lipide spre suprafața de micelle, făcând obligațiunile mai sensibile la

digestie prin lipazele pancreatice, care se află în soluție apoasă. În cazul în care

producția de săruri biliare este inadecvat din cauza boli de ficat, cantități mari de

grăsimi (la fel de mult ca 30 g de zile-1) sunt excretate in fecale. Această condiție

este prevăzută în steatoree, de la steato greacă, "grăsime".

Cele lipazele digera triacylglycerols în acizi grași liberi și monoacylglycerol.

Aceste produse de digestive sunt transportate în micele a epiteliului intestinal în

cazul în care acestea sunt absorbite prin membrana plasmatică.

22.1.2. Lipide dietetice sunt transportate în chilomicronilor

În celulele mucoasei intestinale, a triacylglycerols sunt resintetizata din acizi grași

și monoacylglycerols și apoi ambalate în particule de lipoproteine de transport

numite chilomicronilor, particule stabile variind de la aproximativ 180 la 500 nm în

diametru. Aceste particule sunt compuse în principal din triacylglycerols, cu

apoproteina B-48 ca principal proteine componenta. Constitutive proteine de

particule de lipoproteine sunt numite apolipoproteins. Chilomicronilor, de

asemenea, funcționează în transportul vitaminelor liposolubile si a colesterolului.

Cele chilomicronilor sunt eliberate în sistemul limfatic și apoi în sânge. Aceste

particule se leaga de membrana-legat lipazele lipoproteine, în primul rând la nivelul

țesutului adipos și muscular, în cazul în care triacylglycerols sunt, din nou,

degradate în liberă acizi grași și monoacylglycerol pentru transportul în țesutul.

Cele triacylglycerols sunt apoi resintetizata interiorul celulei și stocate. În mușchi,

ele pot fi oxidat pentru a furniza energie, după cum se va discuta în scurt timp.

22.2.Utilizarea de acizi grași drept combustibil Necesită trei stadii de

procesare

Țesuturile periferice avea acces la rezervele de energie lipidice stocate in tesutul

adipos prin trei etape de prelucrare.

În primul rând, a lipidelor trebuie să fie mobilizate. În acest proces, triacylglycerols

sunt degradate la acizi grași și glicerină, care sunt eliberat din tesutul adipos și

transportate la tesuturi de energie care necesită. În al doilea rând, la aceste țesuturi,

acizii grași trebuie să fie activată și transportate în mitocondriile pentru degradare.

În al treilea rând, acizii grași sunt defalcate într-un pas-bystep moda în acetil CoA,

care este apoi prelucrate în ciclul acidului citric.

22.2.1. Triacylglycerols Sunt hidrolizat de AMP ciclic-reglementate Lipazele

Evenimentul inițială în utilizarea de grasime ca sursă de energie este hidroliza

triacylglycerols de lipazelor, un eveniment mentionat ca lipoliza. Lipazei de tesut

adipos sunt activate pe un tratament al acestor celule cu hormone epinefrina,

norepinefrina, glucagon, și hormon adrenocorticotrop. In celulele adipoase, acesti

hormoni declanșa 7TM receptorii care activeaza adenilat ciclaza. Nivelul crescut de

AMP ciclic apoi stimuleaza protein kinaza A, care activeaza lipazele de fosforilării

le. Astfel, epinefrina, norepinefrina, glucagon, și hormon adrenocorticotrop induce

lipoliza. În schimb, insulina inhibă lipoliza. A lansat gras acizi nu sunt solubile în

plasmă de sânge, și așa mai departe, în presă, se leaga de albumina serică de acizi

grași și servește ca un operator de transport. De aceste mijloace, acizi grași liberi

sunt accesibile ca un combustibil în alte țesuturi.

Glicerol format prin lipoliza este absorbită de către ficat și fosforilat, oxidat la

fosfat Dihidroxiacetona, și apoi izomerizată la glyceraldehyde 3-fosfat. Aceasta

molecula este un intermediar atât glicolitic și cai gluconeogenic.

Prin urmare, glicerol pot fi convertite în piruvat sau glucoză în ficat, care conține

enzime adecvate.

procesul invers poate avea loc prin reducerea fosfat Dihidroxiacetona la glicerol 3-

fosfat. Hidroliza cu o fosfatazei dă glicerol. Astfel, intermediari glicerină și

glicolitic sunt ușor interconvertible.

22.2.2. Acizii grași sunt legate de coenzima A înainte de a fi oxidat

Eugene Kennedy și Albert Lehninger a arătat în 1949 că acizii grași sunt oxidate în

mitocondrii. Ulterioară de muncă demonstrat că acestea sunt activate înainte de a

intra matricea mitocondrial. Adenozina trifosfat (ATP) unități formarea unei

legături între thioester grupul carboxil a unui acid gras și grupul sulfhidril al Curții

de Conturi. Acest Reacția de activare are loc pe membrana mitocondrială exterior,

în cazul în care acesta este catalizată de acil sintetazei CC (de asemenea, numit

thiokinase acid gras).

Pavel Berg a arătat că activarea unui acid gras este realizată în două etape. În

primul rând, acizi grași reacționează cu ATP la formează o adenilat acil. În această

anhidridă mixte, grupul carboxil a unui acid gras este legat la grupul fosforil de

AMP. Celelalte două grupuri de fosforil substrat ATP sunt eliberate ca pirofosfat.

Grupul sulfhidril de Curtea de Conturi atacă apoi adenilat acil, care este strâns legat

de enzima, pentru a forma acil CoA și AMP.

Aceste reacții parțiale sunt liber reversibile. De fapt, constanta de echilibru pentru

suma acestor reacții este aproape de 1.

Un mare potențial de transfer-compus este desfăcut (între IPP și AMP) și un mare

potențial de transfer-compus este format (thioester acil CoA). Cum este reacția

globală condus înainte?Răspunsul este că Pirofosfat este rapid hidrolizat de o

pyrophosphatase, și astfel reacția complet este Aceasta reactie este destul de

favorabilă, deoarece echivalentul a două molecule de ATP este hidrolizat, în timp

ce doar un singur hightransfer-compus potențial se formează. Vedem aici un alt

exemplu de o temă recurentă în biochimie: multe Reacțiile biosintetice sunt

realizate ireversibil de hidroliza pirofosfat anorganic.

Un alt motiv se repetă în această reacție de activare.Enzima-acil legat-adenilat

intermediar care nu este unic pentru sinteza de acil Curții de Conturi. Adenylates

acil sunt frecvent formeaza atunci cand grupe carboxil sunt activate în reacții

biochimice. Aminoacizii sunt activate pentru sinteza proteinelor printr-un

mecanism similar deși enzimele care catalizează acest proces nu sunt omoloage să

acil CoA sintetazei. Astfel, activarea de către reapare adenylation în parte din cauza

evoluției convergente.

22.2.4. Acetil CoA, NADH, iar FADH2 sunt generate în fiecare rundă de acizi

grași Oxidare

Un saturate acil CoA este degradat de o secvență recurentă de patru reacții:

oxidarea de către adenin dinucleotid Flavin (FAD), hidratarea, oxidarea prin NAD

+, și de către Curtea de Conturi thiolysis. Lanțul acil gras este scurtat de două atomi

de carbon ca urmare a acestor reacții, și FADH2, NADH, și acetil CoA sunt

generate. Deoarece oxidare este pe de carbon b, această serie de reactii este numit

calea b-oxidare.

Prima reacție în fiecare rundă de degradare este oxidarea acil Curții de Conturi de

către un dehidrogenază acil CoA pentru a da un enoyl Curții de Conturi, cu o

legătură dublă între trans C-2 și C-3.

Ca și în dehidrogenare de succinat în ciclul de acid citric, FAD mai degrabă decât

NAD + este acceptor de electroni, deoarece valoarea de DG pentru această reacție

este insuficientă pentru a conduce la reducerea NAD +. Electronii din protetice

FADH2 grup de redusă acil dehidrogenazei Curții de Conturi sunt transferate într-

un flavoproteina două numita electron-transfer flavoproteina (ETF). La rândul său,

ETF doneaza electroni pentru a ETF-reductaza: ubichinona, o proteină de fier-sulf.

Ubichinona este astfel redusă la ubiquinol, care oferă sale cu potențial ridicat

electroni pentru a doilea site de protoni de pompare a lanțul respirator. Prin urmare,

1,5 molecule de ATP sunt generate pe moleculă de FADH2 format în acest pas

dehidrogenarea, la fel ca în oxidarea succinat de a fumarat.

Următorul pas este hidratarea de legătură dublă între C-2 și C-3 de către Curtea de

Conturi enoyl hydratase.

De hidratare a Curții de Conturi este enoyl stereospecifică. Numai izomerul L al 3-

hydroxyacyl CoA se formează atunci când două trans-D legătură dublă este

hidratat. Enzimei de hidrați de asemenea, o cis-D 2 obligațiuni dublu, dar produsul,

apoi este izomerul D. Noi trebuie să a reveni la acest punct în scurt timp în

considerare modul în acizi grași nesaturați sunt oxidate.

De hidratare a enoyl Curții de Conturi este un preludiu la reacția de oxidare a doua,

care transformă grupul hidroxil de la C-3 în un grup de ceto și generează NADH.

Această oxidare este catalizată de L-3-dehidrogenaza hydroxyacyl CoA, care este

specific pentru izomerul L al substratului hydroxyacyl.

Reacțiile anterioare au oxidat grupul de metilen la C-3 la un grup de keto. Ultimul

pas este clivaj de 3 -ketoacyl Curții de Conturi de către grupul tiol a unei molecule

al doilea Curții de Conturi, care produce acetil CoA si o acil CoA scurtat prin doi

atomi de carbon. Acest clivaj thiolytic este catalizată de b-ketothiolase.

Scurtat acil Curtea de Conturi este supus apoi un alt ciclu de oxidare, începând cu

reacția catalizată de acil Curtea de Conturi dehidrogenază. Lanțuri grasi acil care

conțin atomi de carbon de la 12 la 18 sunt oxidate de lanț lung acil CoA

dehidrogenazei. Mediu lant acil CoA dehidrogenaza oxidează lanțuri grasi acil

având 14 – 4 carburi, întrucât catenă scurtă dehidrogenaza acil CoA acționează

numai pe 4 - și 6 - carbon lanțuri acil. În schimb, b- ketothiolase, dehidrogenaza

hydroxyacyl, și Curtea de Conturi enoyl hydratase au specificitate larg cu privire la

durata acil grup.

22.2.5.Oxidarea completă a Degajă Palmitate 106 Moleculele de ATP

Putem calcula acum randamentul energetic derivat din oxidarea unui acid gras. În

fiecare ciclu de reactie, un Curții de Conturi este acil scurtat cu doi atomi de

carbon, precum și o moleculă fiecare dintre FADH2, NADH, și acetil CoA se

formează.

Degradarea palmitoil Curții de Conturi (C16-acil CoA) prevede șapte cicluri de

reacție. În ciclul saptea, C4-ketoacyl Curtea de Conturi este thiolyzed la două

molecule de acetil CoA. Prin urmare, stoichiometrie de oxidare al Curții de Conturi

este de palmitoil Aproximativ 2,5 molecule de ATP sunt generate atunci când

lanțul respirator oxidează fiecare din cele 7 molecule de NADH, întrucât

moleculele de ATP 1.5 sunt formate pentru fiecare din cele 7 molecule de FADH2,

deoarece electronii lor introduceți lanțul de la nivelul de ubiquinol. Amintiți-vă că

oxidarea acetil CoA de ciclul acidului citric produce 10 de molecule de ATP. Prin

urmare, numărul de molecule de ATP format în oxidarea palmitoil Curții de

Conturi este de 10,5 din cele 7 molecule de FADH2, 17,5 din cele 7 molecule de

NADH, iar 80 din cele 8 molecule de acetil CoA, care oferă un total de 108.

Echivalentul a 2 molecule de ATP este consumat în activarea palmitat, în care ATP

este împărțit în AMP și 2 molecule de Pi. Astfel, oxidarea completă a unei

molecule de palmitat randamentelor 106 molecule de ATP.

22.3.4. Acizi grasi sunt, de asemenea oxidat în Peroxisomes

Deși oxidarea acizilor grasi mai are loc in mitocondrii, unele de oxidare are loc în

organite celulare numite peroxisomes. Aceste organite sunt caracterizate prin

concentrații ridicate de enzime catalazei, care catalizează dismutation de peroxid de

hidrogen in apa si oxigen molecular. Oxidarea acizilor grași în aceste organite, care

se oprește la octanyl Curții de Conturi, pot servi la scurta lanțuri lungi pentru a le

face mai bune substraturi de b oxidare în mitocondrii. Oxidarea Peroxisomal diferă

de oxidare b în reacția de dehidrogenare inițială.

În peroxisomes, o dehidrogenazei flavoproteina transferă electronii la O2 a produce

H2O2 în loc de a surprinde electroni de mare energie, ca FADH2, așa cum se

întâmplă în oxidarea b mitocondriale. Catalaza este necesar pentru a converti

hydrogen peroxid de produse în reacția inițială în apă și oxigen. Etapele ulterioare

sunt identice cu mitocondriale lor omologii, deși acestea sunt efectuate de către

izoforme diferite ale enzimelor.

Zellweger sindrom, care rezultă din lipsa de peroxisomes funcționale, se

caracterizează prin ficat, rinichi, și anomalii musculare și de obicei, rezultate în

moarte de vârsta de șase ani.Sindromul este cauzat de un defect de import

enzimelor în a peroxisomes. Aici vedem o stare patologică care rezultă dintr-o

necorespunzătoare cellular distribuirea de enzime.

22.5. Acetil coenzima A carboxilaza joacă un rol cheie în Controlling acizi

grași Metabolism

Metabolismul acizilor grași este strict controlate, astfel încât sinteza si degradarea

sunt foarte receptive la fiziologică nevoile. Sinteza de acizi grași este maximă

atunci când carbohidrați și energie sunt abundente și atunci când acizii grași sunt

limitate.

Acetil CoA carboxilaza joacă un rol esențial în reglarea sintezei acizilor grași și a

degradării. Reamintească faptul că această enzimă catalizează pas angajată în

sinteza acizilor grași: producția de malonil Curții de Conturi (activat de două

carbon donator). Carboxilaza este controlată de trei glucagon globală semnale,

epinefrina, și insulina, care corespund statutul global de energie a organismului.

Insulina stimulează sinteza de acizi grași prin activarea carboxilază, întrucât

glucagon si epinefrina avea un efect invers. Nivelurile de citrat, Curții de Conturi

palmitoil, și AMP într-o celulă, de asemenea, să exercite de control. Citrat, un

semnal că blocurile și energie sunt abundente, activează carboxilază. Palmitoil

Curții de Conturi și AMP, în schimb, duce la inhibarea carboxilază. Astfel, aceasta

enzima important este supusă atât global, cât și locală regulament. Vom analiza

fiecare dintre aceste niveluri de reglementare, la rândul său.

Global regulament.

Reglementarea globală se realizează prin intermediul unor fosforilare reversibilă.

Acetil CoA carboxilaza este oprit prin fosforilarea și activate prin defosforilare.

Modificarea unui reziduu serin singur printr-un AMPdependent proteine kinaza

(AMPK) convertește carboxilază într-o formă inactivă. Grupul fosforil pe inhibat

carboxilaza este eliminat prin 2A fosfataza proteina. Proporția carboxilază în forma

activă defosforilat depinde de ratele relative ale acestor enzime opuse.

Cum este formarea de forma inactiva, fosforilate a enzimei reglementat? AMPK,

enzima care fosforilează carboxilază, este în esență un ecartament de combustibil

este activat de AMP si inhibat de ATP. Astfel, carboxilaza este inactivat atunci

când taxa de energie este redus. Acest kinaza este conservată printre eucariote.

Omologii găsit în drojdie și plante joacă, de asemenea, roluri în detectarea starea de

energie a celulei. Inhibarea 2A fosfatazei este necesară pentru a menține acetil CoA

carboxilaza în stare fosforilate. Epinefrina și glucagon activa proteine kinaza A,

care, la rândul său, inhibă fosfataza de fosforilării-l. Prin urmare, acesti hormoni

catabolice opriți de acizi grași sinteză prin menținerea carboxilază în stare inactivă

fosforilate.

Cum este enzima defosforilat și activat? Insulina stimulează carboxilază prin

provocarea de defosforilarea. Nu este clar care dintre fosfatazele activeaza

carboxilază ca răspuns la insulină.

Controlul hormonal al carboxilaza acetil CoA este o reminiscență de faptul că de

glicogen-sintetazei.

Locală regulament.

Acetil CoA carboxilaza este, de asemenea, sub control local. Această enzimă este

stimulată de allosterically citrat. Mai precis, citrat inversează parțial inhibarea

produse de fosforilare. Acesta acționează într-o manieră neobișnuită pe inactive

acetil CoA carboxilaza, care există ca o octamer. Citrat facilitează polimerizare a

octamers inactive în fibre active. Nivelul de citrat este ridicat, atunci când ambele

acetil CoA și ATP sunt abundente. Amintiți-vă că dehidrogenazei isocitrate

mamifere este inhibată de o taxa de mare de energie. Prin urmare, un nivel ridicat

de citrate semnifică faptul că două unități de carbon și ATP sunt disponibile pentru

sinteza acizilor grași. Efectul stimulator al citrat de pe carboxilaza este antagonizat

de palmitoil Curții de Conturi, care este abundent atunci când există un exces de

acizi grași. Palmitoil Curtea de Conturi face ca filamentele să demontați în

octamers inactive. Palmitoil CC inhibă, de asemenea, translocase care transportă

citrat de mitocondriile la citosol, precum și glucoză 6-fosfat dehidrogenaza, care

generează în NADPH pentozo fosfat cale.

Raspunsul la dieta.

Sinteza acizilor grași și a degradării sunt reciproc reglementate, astfel încât ambele

nu sunt activi simultan. În foame, nivelul de acizi grași liberi crește din cauza

hormonilor, cum ar fi epinefrina si glucagon stimula adipos-celule lipazei.

Insulina, în schimb, inhibă lipoliza. Acetil CoA carboxilaza joacă, de asemenea, un

rol în reglementarea de acid gras degradare. Malonil Curții de Conturi, produsul de

reacție carboxilază, este prezent la un nivel ridicat atunci când moleculele de

combustibil sunt abundente. Malonil Curții de Conturi inhibă am carnitina

acyltransferase, prevenind accesul Coas grasi acil la mitochondrial matrice în

vremuri de belșug. Malonil Curtea de Conturi este un inhibitor deosebit de eficientă

a acyltransferase am carnitina in inima si musculare, țesuturi, care au puțină

capacitate sinteza acidului gras de-al lor. În aceste țesuturi, acetil CoA carboxilaza

poate fi o enzimă pur de reglementare. În cele din urmă, două enzime în calea b-

oxidare sunt inhibate semnificativ atunci când energia taxa este mare. NADH

inhibă 3-CoA dehidrogenazei hydroxyacyl, și acetil CoA inhibă thiolase.

Controlul pe termen lung este mediată de schimbări în ratele de sinteză și degradare

a enzimelor care participă la gras Acid sinteza. Animalele care au postit și apoi sunt

hrăniți de înaltă carbohidrati, low-diete de grasime arată creșteri marcate ale

acestora cantități de carboxilaza acetil CoA sintetazei și acizi grași în termen de

câteva zile. Acest tip de regulament este cunoscut sub numele de adaptiv de

control.