Biokeemia I testiks (11)

© MIHKEL HEINMAA , kevad 2010
BIOKEEMIA | I TESTIKS | Mihkel Heinmaa YAGB22 | TTÜ | veebruar 2010
I BIOKEEMIA AINE. RAKU EHITUS
1. Bioelemendid: H, O, C, N + P, S ­ moodustavad üle 99% kõikidest aatomitest inimekehas. H, O, C, N on nii sobivad elukeemiale, kuna neil on võime moodustada kovalentseid sidemeid elektronpaaride jagamise teel. Bioloogilised makromolekulid: valgud , nukleiinhapped, polüsahhariidid, lipiidid . Kovalentsete sidemete abil lihtsatest molekulidest konstrueeritud biomolekul . - Molekulaarne hierarhia rakus: Anorgaanilised eellased (CO2, H2O, NH3, N2 NO3 ) > metaboliidid (püruvaat, tsitraat, suktsinaat) > monomeersed ehituskivid ( aminohapped , nukleotiidid, monosahhariidid , rasvhapped, glütserool) > makromolekulid (vt ülalt) > supramolekulaarsed kompleksid (ribosoomid, tsütoskelett) > organellid (tuum, mitokondrid , kloroplastid ). Struktuuriline hierarhia eluslooduses: molekul (lihtaine või ühendi väikseim osake) > makromolekul (vt ülalt def.) > organell (reaktsioone ajas ja ruumis eraldav rakusisene moodustis ) > rakk (eluslooduse väikseim struktuurne ühik) > kude > organ > elundkond > hulkrakne organism (kudedest, organitest ja elundkondadest koosnev isend) > populatsioon > kooslus > ökosüsteem (bioloogiline kooslus oma füüsikalis keemilises keskkonnas) > biosfäär (organismide poolt asustatud ala). Keemiliste reaktsioonide põhitüübid rakkudes: nendes reaktsioonides moodustuvad või katkevad kovalentsed sidemed: funktsionaalsete rühmade ülekanne; oksüdreerumine, redutseerumine; C-C sideme teke ja/või katkemine; funktsionaalsete rühmade ümberpaigutumine ühe või enama süsinikuaatomi ümber; molekulide kondenseerumine .
2. Sidemed biomolekulides. H, O, C ja N aatomite vahel moodustuvad sidemed on tugevaimad kõikide tuntud kovalentsete sidemete seas, kuna kovalentse sideme tugevus on pöördvõrdeline seda moodustavate aatomite massidega . Kovalentneside (sidemeenergia kJ/mol): H-H (436); C-H (414); C-C (343); C-O (351) Mittekovalentsed sidemed e nõrgad sidemed: Van der Waalsi jõud (0,4-4,0 kJ/mol) 0,1-0,2 nm ­ tekivad indutseeritud elektrilistest interaktsioonides kahe lähestikku jõudnud aatomi positiivselt laetud elektronpilvede vahel. Vesiniksidemed (10-30 kJ/mol) 0,3 nm ­ tekib elektronegatiivse aatomiga kovalentselt seotud H ja teise elektronegatiivse aatomi (vesiniku aktseptori) vahe samas või naaber molekulis. Side on tugevaim, kui molekulid asuvad ühel joonel . Suur tähtsus bioloogiliste makromolekulide ruumiliste struktuuride moodustumisel. Ioonsed sidemed (20 kJ/mol) 0,25 nm ­ vastaslaenguliste polaarsete funktsionaalsete rühmade vahelise elektrostaatiliste tõmbejõudude tulemus. Hüdrofoobsed vastasmõjud (toimub raku nakatumine > viirus vabaneb apsiidist ja viirusosake sisestab oma DNA peremeesrakku >algab viiruse DNA alusel regulaatorgeenide süntees, et pidurdada peremeesraku ainevahetust. Toimub viiruse genoomi replikatsioon ja apsiidi valkude süntees. >moodustatakse uued virioonid >lagundatakse peremeesraku membraan (ja kest) Lüsogeenne tsükkel: viiruse genoom lülitub peremeesraku kromosoomi külge. Haigus ei pruugi avalduda.
II VESI JA VESILAHUSED . TERMODÜNAAMIKA ALUSED
1. Vee omadused. Kõrge sulamis- ja keemistemp (0 ja 100). Suur sulamissoojus (540 kcal /kg). Suur soojusmahtuvus (1 kcal/kg·deg). Kõrge pindpinevus . Kõrge dielektriline konstant. Maksimaalne tihedus vedelas olekus. Struktuur: sidemenurgad mitte-tetraeedrilised; vesiniksideme doonor ja aktseptor ; molekul polaarne jäiga struktuuri tõttu; võimeline moodustama neli vesiniksidet molekuli kohta. Vesiniksidemed vees ja jääs. Jääs 4 H-sidet molekuli kohta elueaga ~10µs; vesiniksidemed jääs moodustavad kolmemõõtmelise võrgustiku, milles minimaalne vee molekulide arv on 6. Vees 2,3 H-sidet molekuli kohta elueaga ~10ps.
2. Vesi kui lahusti. Ioonide hüdratatsioon: positiivse laenguga ioone ümbritsevad vee osaliselt negatiivse laenguga hapniku aatomid ; negatiivse laenguga ioone ümbritsevad vee osaliselt positiivse laenguga vesinikuaatomid. Hüdrofoobse aine ümber moodustub vee keskkonnas vee molekulidest klatraaditaoline struktuur. Vee vesiniksidemete võrgustik reorganiseerub apolaarse ühendi vastuvõtmiseks, millega tõuseb vee järk ­ s.t väheneb entroopia . Amfifiilne molekul sisaldab nii hüdrofiilseid kui hüdrofoobseid rühmi ning mida tõmbab samaaegselt ni polaarse kui apolaarsesse keskkonda. Vesikeskkonas organiseerub molekul nii, et hüdrofiilsed osad orienteeruksid mitselli pinnale ja interakteeruvad polaarsete vee molekulidega; hüdrofoobsed osad orienteeruvad stsentrisse ja neile toimivad hüdrofoobsed vastasmõjud. Negatiivse pinnalaengu tõttu mitsellid tõukuvad üksteisest ning tulemusek on suhteliselt stabiilne lahus.
3. pH ­ vesinikekponent, on negatiivne logaritm lahuse vesinikioonide kontsentratsioonist. Vee ionisatsioon. Vesi ioniseerub, kuna suurem ja tugevam elektronegatiivne hapniku aatom tõmbab ära elektroni ühelt + - vesiniku aatomilt, mille tulemusena prooton dissotseerub : H2O H + OH . Vabanenud prooton hüdraaditakse ning + - moodustub hüdrooniumioon, seega H2O + H2O H3O + OH . Tugevate elektrolüütide dissotsiatsioon . Ained, mis vees peaaegu täielikult dissotseeruvad ioonideks (n KCl, HCl, NaOH ). Nõrkade elektrolüütide dissotsiatsioon. Ained, mis vees dissotsieeruvad ioonideks vähesel määral (näädikhape, süsihape) + - [ ][ ] Ka ­ dissotsiatsioonikonstatnt: (HA H + H ) Ka on happe tugevuse kvantitatiivne mõõt. Mida suurem on Ka [ ] arvväärtus, seda rohkem hape dissotsieerub, st seda kangem on hape. pKa=-logKa. Puhverlahused. Vesilahused, mille pH ei muutu väikese koguse happe või aluse lisamisel. Koosnevad nõrgast happest ja tema soolast, omavad puhverdusvõimet umbes ühe pH ühiku piires happe pKa ümbruses. (bioloogilised puhvrid : karbonaatpuhver (vereseerumis jt rakuvälistes vedelikes pH 5,4-7,4); fosfaatpuhver (raku tsütoplasmas, uriinis pH 5,8-7,8); valkpuhver (veres pH 7-8); anseriinpuhver (imetajate skeletilihastes ja ajus). Henderson -Hasselbach'i võrrand. Puhverlahuse pH on määratud happe pKa väärtusega ja konjugeeritud aluse (prootoni aktseptor) ning happe (prootoni doonor) kontsentratsioonide suhtega pH = pKa + log10 [A-] / [HA].
4. Termdünaamika esimene seadus: kõigi energialiikide summa süsteemis on jääv suurus. Konstantse ainehulga juures siseenergia muutus: E = Eproduktid ­ Ereaktandid = Q ­ W (Q-süsteemi sisestatud soojushulk; W-süsteemi poolt tehtud töö). Entalpia H on keemias kasutatav süsteemi soojusefekti iseloomustav parameeter. Konstantse rõhu juures enatalpia võrdub soojusefektiga. H0 endotermiline 2
Termodünaamika teine seadus: kõik protsessid kulgevad tasakaalu e minimaalse potensiaalse energia poole e entroopia Lehekülg
kasvu suunas. Entroopa S on juhuslikkuse e korrastamatuse mõõt. Metaboolsetes protsessides on S positiivne, kuna need on korrastavad protsessid. © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
Vabaenergia G on hüpoteetiline suurus, mis seob entalpia ja entroopia ja võimaldab hinnata reaktsiooni spontaansust. G=H-TS. Kui G=0, siis reakt on tasakaalus; kui G0, reakt ei kulge spontaanselt (endergooniline) ' Bioloogilised standardtingimused: (G°). T=298K; P=101,3kPa; C=1M. Kui lisaks: pH=7,0; CH2O=5,55M, siis G° ' Vabaenergia muudu võrrand: G= G° +RTln([C][D]/[A][B]). Tasakaaluolekus [C][D]/[A][B]=Keq ning G=0, seega ' G° =-RTlnKeq
III AMINOHAPPED. PEPTIIDID
1. Aminohapped: vaadata struktuur ja nimetused ning grupeering. Ebatüüpilisi aminohappeid : hüdroksülüsiin, hüdroksüproliin, püroglutamaat, homoseriin, epinefriin jvpt.
2. Aminohapetel dissotseerub nii alfa-karboksüülrühm (pKa1~2) ja alfa-aminorühm (pKa2~9), mõnede aminohapetel võivad ka kõrvalahel sisaldada dissotseeruvaid rühmi (pKaR). pI ­ valgu isoelektriline punkt, mis iseloomustab tema elektrilisi omadusi. pI on selline keskkonna pH väärtus, mille juures valgu molekuli summarne laeng võrdub 0-ga . Kui pH=pI: laeng ,,0" ei liigu elektriväljas; kui pH domeenide moodustumine > esmase gloobuli moodustumine ühendatud domeenidest > domeenid konformatsiooni täpsustamine. Molekulaarsed tsaperonid on valgud, mis interakteeruvad mittetäielikult või ebaõigesti pakitud polüpeptiidahelatega, luues mikrokeskkonna, milles toimub õige pakkimine. Valgumoodulid e domeenid on valgumolekulide polüpeptiidahelates esinevad iseseisva struktuuri ja funktsiooniga üksused. Globulaarsete valkude klassifikatsioon : antiparalleelse -helikaalse struktuuriga valgud; paralleelse või segatüüpi -leht struktuuriga valgud; antiparalleelse -leht struktuuriga valgud; metalli ja disulfiidi-rikka valgud. Kiudvalgud e fibrillaarsed valgud ­ enamik polüpeptiidahelaist on peaaegu paralleelsed kiu teljega . On mehhaaniliselt tugevad. Harilikult vesikeskkonnas lahustumatud. Bioloogiline roll peamiselt struktuurne. Esindajad: -keratiin, fibroiin, kollageen . 3. Kvaternaarstruktuur on viis kuidas monomeersed subühikud on omavahel ühendatud multimeerseks valgu 4
molekuliks. Jõud, mis sunnivad valku kvaternaarstruktuuri moodustama: Tüüpiline Kd väärtus kahele Lehekülg
-8 -16 subühikule: 10 kuni 10 M, mis vastab assotsatsiooni vabaenergiale 50-100 kJ/mol; entroopia kasv © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
hüdrofoobsete rühmade peitmise tõttu. Eelised: stabiilsus (pinna ja mahu vähenemine); geneetiline ökonoomsus (vähem kodeerivaid geene); katalüütiliste trentrite kokkuviimine; kooperatiivsus.
VI SISSEJUHATUS ENSÜMOLOOGIASSE
1. Kõik ensüümid, v.a mõni katalüütiline RNA, on valgud. Ensüümid on biokeemilised katalüsaatorid, mida iseloomustab suur katalüütiline jõud, kõrge spetsiifilisus ja reguleeritavus. On metaboolsete funktsioonide vahendajad. Osa ensüüme vajavad katalüütiliseks aktiivsuseks lisaks valgulisele osale veel täiendavat keemilist komponenti ­ kofaktorit (anorgaanilised ioonid; koeensüümid). Prosteetiliseks rühmaks nim kofaktorit, mis on tugevalt seotud ensüümi valgulisele osale. Katalüütiliselt aktiivset ensüümi (valk + kofaktor) nim holoensüümiks, inaktiivset valgulist osa üksinda apoensüümiks. Aktiivtsentriks nim ruumipiirkonda ensüümis, mis on ruumilis -spetsiifiline ja võimeline ühendama sinna sobivat substraati.
2. Ensüümid süstemaatiline klassifikatsioon. (E.C. nimetus koosneb neljast numbrist, millest esimene viitab klassile ja teine alamklassile järgmised kaks identifitseerivad aktseptoreid. Laialt on kasutusel ka triviaalnimetused). E.C. Klassi nimetus (katalüüsitava reaktsiooni tüüp). 1 oksüdoreduktaasid (redoksreaktsioonid ­ elektronide ülekanne) 2 transferaasid (funktsionaalsete rühmade ülekanne ühelt molekulilt teisele) 3 hüdrolaasid (keemiliste sidemete katkestamine hüdrolüüsi teel) 4 lüaasid (kaksiksideme teke rühmade kõrvaldamise teel või liitumisreaktsioonid kaksiksidemele) 5 isomeraasid (rühmade ülekanne molekuli piires, isomeersete vormide teke) 6 ligaaside (uute kovalentsete sidemete moodustumine kondensaatsiooni teel ATP energia arvel)
3. Ensümaatilise katalüüsi kirjeldava kiirusvõrrandi esialgsel kujul postuleerisid Michaelis ja Menten. Lihtsamail kujul toimub reaktsioon substraadi (S) ja ensüümi (E) osalusel nii, et alguses moodustub ensüüm- substraat kompleks (ES). See kompleks laguneb järgnevalt produktiks (P) ja vabaks ensüümiks või siis tagasi substraadiks (S): . Substraat seotakse ensüümile nõrkade jõudude toimel ­ vesiniksidemed, van der Waalsi interaktsioonid , ioonsed sidemed; mõnikord hüdrofoobsed interaktsioonid.
4. Reaktsiooni kogu vabaenergia muut (G) on seotud tasakaalukonstandiga Keq. Reaktsiooni aktivatsiooni vabaenergia (G ) on seotud kiiruskonstandiga k. Vaadata võrdlused katalüütiline vs mitte.
5. Siirdeseisund on reaktsioonikoordinaadi kõrgeim punkt ­ molekuli aktiveeritud vorm, mille molekul on sisenenud reaktsiooni. Siirdeseisundi EX all mõeldakse kompleksi aktiveeritud olekut ES kompleksist vabaks ensüümiks ja produktiks. ES ja EX vahel peab olema väiksem barjäär kui S ja X vahel. Ensüüm on disainitud siduma X tugevamini kui S või P. Katalüüsi soodustavad faktorid : lähedus ja orientatsioon ; entroopia vähenemine ES moodustumisel; ES destabiliseerimine. Mida ebastabiilsem on ES kompleks, seda suurem on ES energia ja seda suurem on kiirus. ES destabiliseerimine toimub läbi deformeerumise ja desolveerumise (ja ka läbi elektrostaatilise destabiliseerimise, kui substraadi sisenemisel ensüümi aktiivtsentrisse tema laetud rühmad satuvad interaktsiooni valgu samamärgiliste laengutega). 5 Lehekülg © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
VII ENSÜÜMIKINEETIKA
[ ] [ ] 1. Reaktsiooni kiirus v (AB) [ ]. Kiiruskonstant k seob reaktsioonikiiruse reageerivate ainete kontsentratsioonidega . Reaktsiooni järk näitab, kuidas sõltub reaktsiooni kiirus reageerivate ainete kontsentratsioonidest. 0 0.järku reaktsioon ­ reaktsiooni kiirus ei sõltu substraadi algkontsentratsioonidest ­dc/dt = k0c0 = k0. 1 1.järku reaktsioon ­ reaktsiooni kiirus on võrdeline substraadi algkontsentratsiooniga ­dc/dt = k1c0 = k1c. 2 2.järku reaktsioon ­ reaktsiooni kiirus on võrdeline substraadi algkontsentratsiooni ruuduga . ­dc/dt = k2c0 .
2. Monosubstraatse reaktsiooni kiiruse võrrand: E + S ES EP E + P | E + S ES E + P. Michaelis- [ ] Menten'i võrrand: . [ ] Km ­ kineetiline aktiveerimiskonstant, avaldub ES kompleksi moodustumise ja lagunemise kiiruskonstantide kaudu: , (M). Km on substraadi kontsentratsioon, mille juures v0=1/2Vmax. Km arvväärtus on ES kompleksi tugevuse väljendaja: mida suurem on väärtus, seda nõrgem on kompleks (substraat ja ensüüm nõrgalt seotud). Vmax on teoreetiline maksimaalne reaktsioonikiirus, millist reaktsioon kunagi ei saavuta. V max = k2[ET], (M/s). Vmax saavutamiseks peaksid kõik ensüümi molekulid olema seotud substraadiga, substraadi kontsentratsiooni tõstmisel reaktsiooni algkiirus läheneb asümptootiliselt Vmax väärtusele. Kcat on katalüütilise aktiivsuse mõõt. See on nn pöörete arv ­ substraadi molekulide arv, mis konverteeritakse ühe ensüümi molekuli poolt ühes ajaühikus produktiks, tingimusel, et ensüüm on küllastatud substraadiga. Kcat=Vmax/[ET], (1/s). Ensüümi aktiivsuse ühikud: ravusvaheline ühik IU (1 IU on ensüümi kogus, mis katalüüsib 1 mikromooli produkti teket 1 minuti jooksul); katal (1 kat on ensüümi kogus, mis katalüüsib 1 moli substraadi konversiooni 7 produktiks 1 sek jooksul) 1 kat = 6 x 10 IU; eriaktiivsus (ensüümiaktiivsus 1 mg ensüümivalgu kohta).
[ ] 3. Michaelis-Menten'i võrrand: . [ ]
Võrrandi teisendus Lineweaver- Burk 'i koordinaatides: ([ ] ) .
4. Reaktsiooni kiirust mõjutavad tegurid: pH mõjutab aminohapete ioniseerivate külgahelate, valkude prosteetiliste rühmade ja substraatide dissotsiatsiooni; mõjutab K m ja/või Vmax väärtusi. Temperatuuri tõustes o ensüümreaktsioonid kiirenevad ~2 korda iga 10 kohta. Mingist piirist hakkab kiirus langema tingituna valgu termilisest denaturatsioonist. Inhibiitorid pidurdavad ensümaatilisi reaktsioone seostudes ensüümiga muutes selle inaktiivseks. Pöördumatud inhibiitorid interakteeruvad ensüümiga läbi kovalentsete sidemete. Pöörduvad inhibiitorid interakteeruvad ensüümiga läbi mittekovalentsete sidemete. Pöörduvad jagunevad kolmeks: Konkurentne ­ I seondub ainult E, mitte ES kompleksiga. (kui *S+ on lõpmatult suur, siis inhibiitori lisamine reaktsiooni Vmax ei mõjuta. Mittekonkurentne ­ I seondub kas E või ES kompleksiga. (,,puhtas" (I sidumine E'le ei mõjuta S sidumist, kuna sidumistsentrid erinevad) inhibiitor ei mõjuta Km, kuid vähendab Vmax väärtust. Segatüübis (I sidumine E'le mõjutab S sidumist E poolt) muutuvad nii Km kui Vmax väärtused). Ebakonkurentne (hüpoteetiline) ­ I seondub ainult ES, mitte E'ga.
5. Vaadata slaididelt: loeng 7/slaidid alates 28. 6 Lehekülg © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
VIII ENSÜÜMKATALÜÜSI KEEMILISED MEHHANISMID
1. Kovalentne analüüs. E ja S moodustavad kovalentseid sidemeid ühes või mitmes reaktsiooniahela punktis, tagab reaktsioonikiiruse tõusu. (Katalüüsita: BX + Y BY + X) BX + Y + E E:B + X + Y E + BY + X. Nukleofiilse katalüüsi puhul ensüümi mõni nukleofiilne tsenter atakeerib substraadi elektrofiilset tsentrit. Elektrofiilne katalüüs esineb harva, siis osalevad koeensüümide elektrofiilsed tsentrid.
2. Happe-aluse katalüüs on katalüüs, mille puhul siirdeseisundis kantakse üle üks prooton. Spetsiifilises katalüüsil + - osaleb kas H või OH , mis difundeerib katalüütilisse tsentrisse. Spetsiifilise katalüüsi puhul ei sõltu näiv + - kiiruskonstant puhvri kontsentratsioonist. Üldine katalüüs hõlmab ka teisi happeid ja aluseid peale H ja OH , kiirendab reaktsiooni kuni 100 korda. Näiv kiiruskonstant sõltub puhvri kontsentratsioonist, kuna see võib toimida prootoni doonori või aktseptorina. Seriinproteaase: (segu kovalentsest ja üldisest happe-alus katalüüsist): trüpsiin, kümotrüpsiin, elastaas, trombiin . Seriin on osa ,,katalüütilisest triaadist" ­ seriin, histidiin , aspartaat . Asp-102 rolliks on orieteerida His- 57; His-57 toimib nagu üldine alus ja hape; Ser-195 moodustab kovalentse sideme peptiidiga, mida ta lõikab.
3. Metalliioonide katalüüs. Paljud ensüümid vajavad metalli ioonide juuresolekut maksimaalse aktiivsuse saavutamiseks. Metalloensüümideks nim ensüüme, mis seovad metalle tugevalt või vajavad neid stabiilse natiivse konformatsiooni säilitamiseks. Metall-aktiveeritud ensüümideks nim ensüüme, mis seovad metalle nõrgalt ning ainult katalüütilise tsükli käigus. + mehhanism loeng8/slaid19.
4. Koeensüümide komponendid või eelühendid on vesilahustuvad vitamiinid v.a vit C. Vitamiin ­ koeensüüm (bioloogiline roll): Tiamiin (B1) ­ tiamiin pürofisfaat (oluline süsivesikute metabolismis) + + Niatsiin (PP) ­ nikotiinamiidadeniindinukleotiid (NAD ) ja fosfaatvorm (NADP ) (kannavad hüdriidaniooni substraadile või sealt ära) Riboflaviin (B2) ­ flaviinadeniindinukleotiid (FAD) Pantoteenhape (B3) ­ koeensüüm A (atsüülrühmade aktiveerimine ülekandeks nukleofiilse ataki abil. Atsüülrühma alfa-vesiniku aktiveerimine enne eraldamist prootoni kujul) Püridoksiin (B6) ­ püridoksaalfosfaat (vajalik aminohapete metabolismi eest vastutavatele ensüümidele) Kobalamiin (B12) ­ 5'-desoksüadenosüülkobalamiin
Vitamiin C (L- askorbiinhape ) (proliini ja lüsiini hüdroksüleerimine kollageeni normaalse struktuuri tagamiseks; türosiini metabolism ajus; raua mobiliseerimine põrnast; kaitse mõnede metallide toksiliste efektide eest; allergiliste reaktsioonide pehmendamine; immuunsüsteemi stimuleerimine).
IX KATALÜÜSI REGULATSIOON
1. Ensüümide spetsiifilisus. Absoluutne spetsiifilisus (toime avaldub ühele substraadile; ntks uureas katalüüsib vaid karbamiidi hüdrolüüsi reaktsiooni); Stereospetsiifilisus (võime toimida vaid teatavatele stereoisomeeridele; ntks glükoosi metaboliseerivad ensüümid toimivad vaid D-glükoosile); Sidemespetsiifilisus (võime toimida vaid teatavale kovalentsele sidemele); Geomeetriline spetsiifilisus (võime eristada substraate molekulis esinevate keemiliste rühmade järgi. 7
Ensüümide spetsiifilisus realiseerub molekulaarse äratundmise tulemusena, mille aluseks on ensüümi Lehekülg
aktiivtsentri ja substraadi struktuurne komplementaarsus (S seotakse E'le nõrkade jõududega). Eristatakse kahte mudelit: lukk-võti ja indutseeritud sobivus. © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
2. Ensüümide aktiivsuse regulatsiooniks raku tasandil on 6 võimalust: Geneetiline kontroll (geeni ekspressiooni indutseerimine või allasurumine); substraadi kontsentratsiooni kaudu (kiirus sõltub substraadi kättesaadavusest); produkti kontsentratsiooni kaudud (kiirus väheneb produkti akumuleerumisel); ensüümide kovalentse modifitseerimise teel (fosforüleerimine); allosteeriliste efektorite (modulaatorite) abil; sümogeenide, isosüümide, modulaatorvalkude abil. Kovalentne modifitseerimine . Ensüüme, mida reguleeritakse kovalentse modifitseerimise teel, nim interkonverteeritavateks ensüümideks. Ensüüme, mis katalüüsivad interkonverteeritavate ensüümide kahe vormi vahelist konversiooni, ni konverterensüümideks (ntks proteiinkineaas ja proteiinfosfataas). Joonis loeng9/slaid7!
3. Sümogeenid e proensüümid on valkude inaktiivsed prekursorid, mille proteolüütilise lõikamise tulemusel saadakse aktiivne valk. Isosüümid on ensüümi vormid, mis katalüüsivad samu reaktsioone, kui erinevad üksteisest nii struktuuri kui katalüütiliste parameetrite poolest.
4. Allosteerilisteks nii ensüüme, mida reguleeritakse regulatoorsete molekulide, nn allosteeriliste efektorite, pöörduva mittekovalentse sidumise kaudu. Allosteerilised efektorid sünteesitakse sama metaboolse raja mõnes teises etapis , efektroid võivad olla nii otseside aktivaatorid kui ka tagasiside inhibiitorid. Omavad regulatoorset e allosteerilist tsentrit efektori sidumiseks. On oligomeersed kvaternaarse struktuuriga valgus. Toimivad rakumetabolismis regulaatoritena. Allosteerilised valgud võivad esineda ühest kahest olekus: R (lõdvestunud) ja T (pingestunud). S puudumisel domineerib T-olek. S sidumisel nihkub tasakaal R-oleku kasuks. Substraat S on positiivne homotroopne efektor e allosteeriline efektor. Ta toimib kooperatiivselt, s.o soodustab iseenda sidumist. Molekule, mille sidumine mõjutab teiste ligandite sidumist, nim heterotroopseteks efektoriteks. Positiivne heterotroofne efektor e. Allosteeriline aktivaator soodustab S sidumist. Negatiivne heterotroopne efektor e allosteeriline inhibiitor vähendab S sidumist.
5. Hemoglobiin ja müoglobiin on hapniku transpordi ja säilitamise valgud. Müoglobiin on monomeerne (153 aminohapet, MW 17200), polüpeptiidahel koosneb kaheksast heliksaalsest segmendist, mis on ühendatud lühikeste struktureerimata osadega. Hemoglobiin tetrameerne (2 alfa- ahelat 141 jäägiga, 2 beeta-ahelat 146 jäägiga, MW 64500). Hb seob hapniku kopsus ja vabastab kudede kapillaarides . Mb on monomeerne hemoproteiin. Müoglobiinis on hapniku sidujaks polüpeptiidahelaga seotud heemne raud 2+ (Fe vormis). Raua oksüdeerumisel raud(III) vormi, metmüoglobiin hapniku ei seo. Hapnik seotakse heemsele Fe'le kuuenda ligandina. Hapniku seondumisel Mb konformatsioon muutub (Fe alul heemi tasapinnast väljas, hapniku lisandumisel tõmbab see Fe tasapinda ja Fe tõmbab endaga kaasa kogu heeliksi), kuid Mb puhul ei oma see suurt tähtsust. Kui Hb käituks nagu Mb, siis vabaneks kapillaarides väga vähe hapniku. Hb sigmoidne (kooperatiivne) hapniku sidumiskõver tee võimalikuks efektiivse hapnikuvahetuse. Hapniku sidumise tulemusena alfa-ahelatele toimuvad konformatsioonimuutused teevad alles võimalikuks hapniku sidumise beeta-ahelatele. Hapniku 2+ sidumisel (Fe tasapinda tõmbamisel) katkevad kõik soolasillad Hb subühikute vahel.
X MOLEKULAARMOOTORID
1. Motoorvalgud e molekulaarmootorid on valgud, mis transformeerivad ATP-energia liikumisenergiaks. ATP hüdrolüüs kutsub esile ja kontrollib motoorvalgu konformatsioonimuutusi, mille tulemusena toimub ühe 8
molekuli libisemine või sammumine teise suhtes. Suunatud liikumise tekkeks peavad molekulaarmootorid Lehekülg
pöörduvalt assotseeruma/dissotseeruma valgu, pinna või rakuorganelliga. Motoorvalgud on lineaarsed (libiseva/roomavad mööda polümeeri) või roteeruvad (töötavad rootor- staator põhimõttel). © MIHKEL HEINMAA, kevad 2010
2. Mikrotuubulid on õõnsadsilindrilised polümeerid, mis on moodustunud tubuliin dimeeridest. 13 tubuliini pöörde kohta. Dimeerid lisanduvad ,,+" otssa ja dissotseeruvad ,,-" otsast. On põhikomponentideks tsütoskelettis, ripsmetes ja viburites ( ripsmed lainetavad, viburid pöörlevad). Düneiin-valgud liiguvad või libisevad piki mikrotuubulit põhjustades ühe mikrotuubuli paindumist teise suhtes (düneiini liikumine on ATP-käivitatud). Mikrotuubulid vahendavad organellide ja vesiikulite liikumist rakus. Aksonites liigutavad düneiinid organelle pluss- miinus suunas (tuuma poole). Kinesiinid liigutavad miinus-pluss suunas (tuumast eemale).
3. Kõrgemate loomade skeletilihas koosneb: 100µm diameetriga lihaskiududest, mida katab sarkolemm (plasmamembraan); iga kiud sisaldab sadu 1-2 µm diameetriga müofibrille. Iga müofibrill koosneb järjestikku asetsevatest sarkomeeridest. Iga sarkomeeri otstes on ristiasetsev tuubul (t-tuubul), mis on sarkolemmi pikendus. Sarkomeeride pind on kaetud sarkoplasmaatilise retiikulumiga. Paksud filamendid koosnevad müosiinist, peened filamendid aktiini polümeeridest
9 Lehekülg