EDWARD BAŃKOWSKI. Biochemia Podręcznik dla studentów studiów licencjackich i magisterskich. Wydanie

Transkrypt

1 EDWARD BAŃKOWSKI Biochemia Podręcznik dla studentów studiów licencjackich i magisterskich Wydanie

2 EDWARD BAŃKOWSKI Biochemia Podręcznik dla studentów studiów licencjackich i magisterskich Wydanie II MedPharm Polska

3 SPISTREŚCI 01 W łaściw o ści m aterii o ż y w io n e j A m in o k w a sy, p e p ty d y i b i a ł k a Aminokwasy Struktura i systematyka aminokwasów białkowych Aminokwasy rzadko występujące w białkach Symbolika aminokwasów białkowych Aminokwasy niebiałkowe Właściwości optyczne aminokwasów Amfoteryczne właściwości aminokwasów Równanie Hendersona-Hasselbalcha Właściwości buforujące aminokwasów Biologiczne znaczenie aminokwasów Peptydy Wiązanie peptydowe Nazewnictwo peptydów Peptydy pełniące funkcje biologiczne Białka Struktura pierwszorzędowa białek Struktura drugorzędowa białek Struktura trzeciorzędowa białek Struktura czwartorzędowa białek Denaturacja białek Właściwości białek w roztworach Izolacja białka z materiału biologicznego Funkcje biologiczne białek E n z y m y i m e ta b o liz m Procesy kataboliczne Procesy anaboliczne Ogólne informacje o enzymach...44

4 Wspólne cechy reakcji enzymatycznych... Niezmienność stałej równowagi... Zmiany energii swobodnej... Addytywność zmian energii swobodnej... Enzym obniża energię aktywacji... Enzym nadaje reakcji jeden z możliwych kierunków... Miejsce (centrum) aktywne enzymu... Enzym tworzy kompleks z substratem... Znaczenie kompleksu - enzym : substrat... Mechanizm biokatalizy... Prędkość reakcji enzymatycznej... Wpływ temperatury i ph... Wpływ stężenia substratu... Wpływ efektorów allosterycznych... Aktywność enzymu i sposób jej wyrażania... Inhibicja enzym ów... Inhibitory kompetycyjne... Inhibitory niekompetycyjne... Inhibicja mieszana... Praktyczne znaczenie inhibitorów... Regulacja aktywności enzymatycznej... Aktywacja proteolityczna... Regulacja poprzez wiązanie i odłączanie białek regulatorowych... Regulacja poprzez fosforylację i defosforylację białka enzymatycznego Regulacja allosteryczna... Regulacja przez naturalne inhibitory... Regulacja poprzez sprzężenie zwrotne... Regulacja poprzez tworzenie kompleksów wieloenzymatycznych... Enzymy wielofunkcyjne... Swoistość enzymów... Koenzym y... Izoenzymy... Systematyka enzym ów... Międzynarodowy kod enzymatyczny... Zastosowanie enzymów w praktyce Wytwarzanie energii w komórce 77 Przekazywanie energii... Rola wspólnych pośredników... Związki fosforanowe o wysokiej energii... Inne związki bogate w energię... Mitochondrium

5 SPIS TREŚCI IX Błony mitochondrialne Macierz mitochondrialna Organizacja mitochondrialnego łańcucha oddechowego Elementy składowe mitochondrialnego łańcucha oddechowego Kompleksy oddechowe Inhibitory transportu elektronów Wyzwalanie energii podczas transportu elektronów Fosforylacja oksydacyjna Utlenianie substratów niezależne od łańcucha oddechowego Reaktywne formy tlenu Hemoglobina i mioglobina generują R F T Łańcuch oddechowy źródłem RFT Biologiczne efekty działania RFT C u k ry proste. B u d o w a i m e t a b o liz m Klasyfikacja i nazewnictwo cukrów prostych Monosacharydy Izomeria monosacharydów Utlenianie i redukcja cukrów Glikoliza tlenowa Faza zużywająca energię Faza generująca energię Bilans energetyczny glikolizy tlenowej Regulacja glikolizy Glikoliza beztlenowa Przebieg glikolizy beztlenowej Bilans energetyczny glikolizy beztlenowej Metaboliczne losy pirogronianu Cykl kwasów trikarboksylowych Reakcje cyklu kwasów trikarboksylowych Bilans cyklu kwasów trikarboksylowych Regulacja cyklu kwasów trikarboksylowych Bilans energetyczny utleniania glukozy do C 02i H Glukoneogeneza Reakcje glukoneogenezy Substraty zużywane w glukoneogenezie Bilans glukoneogenezy Regulacja glukoneogenezy Szlak pentozofosforanowy Faza oksydacyjna Faza nieoksydacyjna Bilans szlaku pentozofosforanowego...127

6 X BIOCHEMIA Funkcje N A D PH Metabolizm fruktozy Włączanie fruktozy do glikolizy Zaburzenia przemiany fruktozy Metabolizm galaktozy Powstawanie galaktozy Przemiana galaktozy Zaburzenia przemiany galaktozy Pochodne cukrów prostych Glikozydy Kwasy uranow e Kwas askorbinowy Aminoheksozy Disacharydy i polisacharydy. B u d o w a ś m e t a b o liz m Disacharydy Budowa i powstawanie disacharydów Rozkład disacharydów Polisacharydy Skrobia Celuloza Glikogen - budowa i funkcja Biosynteza glikogenu Rozkład glikogenu Regulacja biosyntezy i rozkładu glikogenu Choroby spichrzania glikogenu Lip id y. B u d o w a i m e ta b o iiz m Kwasy tłuszczowe Acyloglicerole Trawienie acylogliceroli pokarm owych Rozpad triacylogliceroli w komórkach Utlenienie kwasów tłuszczowych (3-oksydacja nasyconych kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie atomów w ęgla (3-oksydacja nasyconych kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla (3-oksydacja kwasów tłuszczowych nienasyconych w-oksydacja kwasów tłuszczowych Utleniane glicerolu

7 SPIS TREŚCI XI 7.5 Biosynteza kwasów tłuszczowych Transport reszt acetylowych z mitochondrium do cytosolu Karboksylacja acetylo~s-coa Powstawanie łańcucha kwasu tłuszczowego Biosynteza triacylogliceroli Powstawanie glicerolo-3-fosforanu Estryfikacja glicerolu kwasami tłuszczowymi Ciała ketonowe Biosynteza ciał ketonowych Rozkład ciał ketonowych Fosfolipidy i sfmgolipidy Glicerofosfolipidy Sfingolipidy Biosynteza glicerofosfolipidów Rozkład glicerofosfolipidów Steroidy Budowa cholesterolu Biosynteza cholesterolu Przetwarzanie i wydalanie cholesterolu Kwasy żółciow e Biosynteza kwasów żółciow ych Przekształcanie kwasów żółciowych przez bakterie jelitowe M e ta b o lizm a m in o k w a s ó w Źródła metaboliczne wolnych aminokwasów Rozpad białek pokarmowych Rozpad białek komórkowych Rozpad białek pozakomórkowych Biosynteza aminokwasów Metabolizm grup aminowych aminokwasów Transaminacja Deaminacja Detoksykacja amoniaku Cykl mocznikowy Wiązanie amoniaku przez glutaminian Metabolizm energetyczny szkieletów węglowodorowych aminokwasów Przemiana aminokwasów glukogennych Przemiana aminokwasów ketogennych Przemiana aminokwasów glukoketogennych Aminokwasy źródłem związków biologicznie czynnych Z aminokwasów powstają aktywne fragmenty jednowęglowe Z tyrozyny powstają hormony i neuroprzekaźniki

8 XII BIOCHEMIA Z tyrozyny powstają melaniny Ztryptofanu powstaje kwas nikotynowy Cysteina przekształca się w taurynę Siarka cysteiny utlenia się do siarczanu Metionina uczestniczy w transmetylacji Z aminokwasów powstaje kreatyna Z lizyny i metioniny powstaje karnityna Dekarboksylacja aminokwasów dostarcza amin biogennych Z argininy powstaje tlenek azotu Inne funkcje metaboliczne aminokwasów Barwniki porfirymowe Hem Chlorofil Witamina B12- kobalamina Biosynteza hem u Powstawanie ó-aminolewulinianu Powstawanie porfobilinogenu Powstawanie h e m u Porfirię Rozkład hemu Powstawanie bilirubiny Przekształcanie bilirubiny w jelicie Żółtaczka IMykleotydy Zasady purynowe i pirymidynowe Nukleozydy Nukleotydy monofosforanowe Nukleotydy difosforanowe i trifosforanowe Koenzymy nukleotydowe Funkcje biologiczne nukleotydów Rozkład nukleotydów i nukleozydów Rozkład zasad purynowych Rozkład zasad pirymidynowych Biosynteza nukleotydów Biosynteza nukleotydów purynowych Biosynteza nukleotydów pirymidynowych Biosynteza nukleotydów difosforanowych i trifosforanowych Biosynteza deoksyrybonukleotydów...245

9 SPIS TREŚCI XIII Oszczędzający szlak biosyntezy nukleotydów Biosynteza NAD+ i NADP Biosynteza FMN i FAD Zaburzenia metabolizmu nukleotydów Dnam oczanow a Ksantynuria Acyduria orotanowa Kwasy nukleinowe Kwas deoksyrybonukleinowy- DNA Struktura drugorzędowa DNA Struktury superhelikalne D NA Białka wiążące DNA Denaturacja i renaturacja D N A Kwas rybonukleinowy - RNA Informacyjny kwas rybonukleinow y-m RN A Transportujący kwas rybonukleinowy - trn A Rybosomowy kwas rybonukleinowy - rrna Hybrydyzacja kwasów nukleinowych Replikacja DNA Replikacja DNA w komórkach prokariotycznych Replikacja DNA w komórkach eukariotycznych Amplifikacja DNA - polimerazowa reakcja łańcuchowa Uszkodzenia DNA i ich naprawa Synteza RNA: transkrypcja Transkrypcja w komórkach prokariotycznych Transkrypcja w komórkach eukariotycznych Posttranskrypcyjna modyfikacja RN A Biosynteza białka Aktywacja aminokwasów Inicjacja Elongacja Terminacja Posttranslacyjna modyfikacja białek Deformylacja m etioniny Ograniczona proteoliza Hydroksylacja reszt prolilowych i lizylowych Glikozylacja niektórych reszt aminokwasowych Inne modyfikacje reszt aminokwasowych...287

10 XIV BIOCHEMIA 12.6 Hamowanie biosyntezy białek Antybiotyki Inne inhibitory biosyntezy białek Ekspresja genów Ekspresja genów w komórce prokariotycznej Przykłady indukcji i represji Mechanizm indukcji i represji Ekspresja genów w komórce eukariotycznej Pobudzanie ekspresji (indukcja) Hamowanie ekspresji (represja) Mutacje Mutacje punktowe Czynniki m utagenne Znaczenie mutacji w patologii Specyficzne cechy genomu ludzkiego Replikacja i transkrypcja ludzkiego D N A Kopie genów Niekodujące fragmenty DNA Mitochondrialny DNA Rekombinacja DNA Endonukleazy restrykcyjne Efekty rekombinacji DNA Witaminy i składniki mineralne Witaminy rozpuszczalne w w odzie Witamina B1- tiam ina Witamina B2-ryboflawina Witamina B3- niacyna Witamina Bs - kwas pantotenowy Witamina B6-pirydoksyna Biotyna Kwasfoliowy Witamina B12-ko b a la m in a Witamina C - kwas askorbinowy Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach Witamina A - retinoidy Witamina D - ergokalcyferol i cholekalcyferol Witamina E - a-tokoferol Witamina K filochinon...316

11 SPIS TREŚCI XV 14.3 Składniki mineralne - makroelementy Składniki mineralne - mikroelementy Transport przez błony biologiczne Budowa błon biologicznych Składniki lipidowe Białka błon biologicznych Dwuwarstwowa struktura błon Asymetria i płynność błon komórkowych Przepuszczalność błon biologicznych Transport bierny Kanały jon ow e Połączenia szczelinowe Transport aktywny Transport Na+/K Transport H+/K Transport glukozy i aminokwasów Transport Ca Transport bierny wspomagany Transport glukozy Transport Cl" i H C O " Transport anionów kwasowych przez błonę mitochondrialną Transport ADP i ATP przez błonę mitochondrialną Szczególne mechanizmy transportu Transport równoważników redukcyjnych Transport kwasów tłuszczowych przez błonę mitochondrialną Transport reszt acetylowych przez błonę mitochondrialną Czynniki regulujące m etabolizm Hormony Hormony peptydowe i białkowe Hormony przysadki mózgowej Hormony trzustki Inne hormony peptydowe i białkowe Hormony pochodne aminokwasów Hormony tarczycy Aminy katecholowe Hormony steroidowe Mineralokortykoidy Glukokortykoidy

12 Estrogeny... Gestageny... Androgeny... Biosynteza hormonów steroidowych. Inaktywacja hormonów steroidowych Cytokiny... Peptydowe czynniki wzrostu... Interleukiny (IL)... Interferony (INF)... Eikozanoidy... Prostaglandyny i tromboksany... Leukotrieny Integracja i regulacja metabolizmu 67 Katabolizm i anabolizm... Katabolizm... Anabolizm... Powiązanie katabolizmu i anabolizmu... Sygnały regulacyjne... Sygnały z wnętrza komórki... Sygnały przenoszone poprzez neuromediatory... Sygnały przenoszone przez hormony... Receptory błonowe... Powstawanie i funkcjonowanie wtórnych przekaźników Receptory wewnątrzkomórkowe Biochemia tkanek - wybrane zagadnienia 79 Specyfika metabolizmu energetycznego niektórych narządów W ątroba... Mięsień szkieletowy... Mięsień sercow y... M ó zg... Nerka... Wybrane zagadnienia z zakresu biochemii krw i... Krwinka czerwona... Osocze krwi... Białka osocza... Białka osocza w przebiegu chorób... Lipoproteiny osocza... Macierz pozakomórkowa

13 SPIS TREŚCI XVII Kolagen Elastyna Glikozoaminoglikany/proteoglikany Glikoproteiny pozakomórkowe Funkcje macierzy pozakomórkowej INDEKS...401