Spis treści Część I MOLEKULARNY WZÓR śYCIA Rozdział 1...
Transcript of Spis treści Część I MOLEKULARNY WZÓR śYCIA Rozdział 1...
Biochemia / Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer. – wyd. 4, dodr. – Warszawa, 2011
Spis treści
Przedmowa v
Część I MOLEKULARNY WZÓR śYCIA
Rozdział 1 Biochemia: ewoluująca nauka 1 1.1 Biochemiczna jedność stanowi podłoŜe biologicznej róŜnorodności 1
1.2 DNA obrazuje zaleŜność między formą i funkcją 4
DNA jest zbudowany z czterech rodzajów cegiełek 4
Dwie pojedyncze nici DNA łączą się tworząc dwuniciową helisę 5
Budowa DNA wyjaśnia jego funkcję nośnika i przekaźnika informacji
genetycznej 5
1.3 Właściwości cząsteczek biologicznych są wyjaśniane w kategoriach
chemicznych 6
Dwuniciowa helisa powstaje z nici składowych 6
Wiązania kowalencyjne i niekowalencyjne pełnią istotną rolę w strukturze
i stabilności cząsteczek biologicznych 7
Dwuniciową helisa tworzy się zgodnie z prawami chemicznymi 10
Zasady termodynamiki decydują o zachowaniu się układów
biochemicznych 11
Powstawaniu dwuniciowej helisy towarzyszy uwolnienie ciepła 12
Reakcje typu kwas-zasada odgrywają istotną rolę w wielu procesach
biochemicznych 14
Reakcje typu kwas-zasada mogą rozerwać dwuniciową helisę 15
Bufory regulują pH w organizmach i laboratoriach 16
1.4 Rewolucja genomowa zmienia biochemię i medycynę 17
Zsekwencjonowanie genomu człowieka stanowi kamień milowy w historii
ludzkości 18
Sekwencje genomowe kodują białka i decydują o wzorze ekspresji genów 18
Wpływ środowiska na geny człowieka 20
DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych I: małe cząsteczki 22
Rozdział 2 Skład i struktura białek 25 2.1 Białka są zbudowane z zestawu 20 aminokwasów 27
2.2 Struktura pierwszorzędowa: aminokwasy połączone wiązaniami
peptydowymi tworzą łańcuchy polipeptydowe 34
Białka mają ściśle określone sekwencje aminokwasowe, zgodne z zapisem
genetycznym 36
Łańcuchy polipeptydowe są elastyczne i rownocześnie konformacyjnie
ograniczone 37
2.3 Struktura drugorzędowa: Łańcuchy polipeptydowe mogą się zwijać
w regularne struktury typu helisy alfa, harmonijki beta,
wstęga-zwrot-wstęga i pętli 40
Helisa alfa jest skręconą strukturą, stabilizowaną wiązaniami wodorowymi
w obrębie łańcucha 40
Struktura harmonijki β jest stabilizowana wiązaniami wodorowymi między łańcuchami polipeptydowymi 42
Łańcuchy polipeptydowe mogą zmieniać kierunek tworząc struktury typu
wstęga-zwrot-wstęga i pętli 44
Białka fibrylarne stanowią strukturalną podporę komórek i tkanek 45
2.4 Struktura trzeciorzędowa: białka rozpuszczalne w wodzie zwijają się
w ściśle upakowane struktury z niepolarnym rdzeniem 46
2.5 Struktura czwartorzędowa: łańcuchy polipeptydowe mogą się składać
w struktury złoŜone z wielu podjednostek 49
2.6 Sekwencja aminokwasowa białka określa jego strukturę przestrzenną 50
Aminokwasy róŜnią się skłonnościami do tworzenia helis alfa, struktur
beta i zwrotów beta 52
Nieprawidłowe zwijanie się białka i jego agregacja wiąŜą się z niektórymi
chorobami neurologicznymi 53
Zwijanie się białek jest procesem wysoce kooperatywnym 55
Zwijanie się białek jest procesem nieprzypadkowym i zachodzi w drodze
postępującej stabilizacji form pośrednich 55
Przewidywanie przestrzennej struktury białek na podstawie ich sekwencji
jest trudnym wyzwaniem 57
Białka uzyskują nowe zdolności przez modyfikację i rozcinanie 57
DODATEK: Prezentacja struktur cząsteczkowych II: białka 61
Rozdział 3 Poznawanie białek i proteomów 65 Proteom jest funkcjonalnym przedstawicielem genomu 66
3.1 Oczyszczanie białek jest pierwszym, podstawowym etapem
poznawania ich funkcji 66
Test: jak rozpoznać poszukiwane białko? 67
Białka przed oczyszczeniem trzeba wyizolować z komórki 67
Białka moŜna oczyszczać, wykorzystując ich rozpuszczalność, wielkość,
ładunek i powinowactwo wiązania 68
Białka moŜna rozdzielić i uwidocznić, stosując elektroforezę Ŝelową 71
Wydajność procesu oczyszczania białka na poszczególnych etapach
moŜna ocenić ilościowo 74
Ultrawirowanie jest cenną metodą rozdzielania biocząsteczek
i oznaczania ich masy cząsteczkowej 76
3.2 Sekwencję aminokwasów moŜna oznaczyć techniką zautomatyzowanej
degradacji Edmana 78
Białka moŜna rozcinać na małe peptydy w celu ułatwienia
sekwencjonowania 80
Sekwencje aminokwasowe dostarczają róŜnego rodzaju informacji 82
Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała sekwencjonowanie
białka 83
3.3 Immunologia wprowadziła waŜne techniki wykorzystywane w badaniu
białek 84
MoŜna produkować przeciwciała dla specyficznych białek 84
Łatwo otrzymać przeciwciała monoklonalne o dowolnej poŜądanej
swoistości 85
Białka moŜna wykrywać i oznaczać ilościowo, stosując test
immunologiczny na podłoŜu stałym 87
Technika western umoŜliwia wykrycie białek rozdzielonych za pomocą
elektroforezy Ŝelowej 88
Markery fluorescencyjne pozwalają uwidocznić białka w komórkach 89
3.4 Peptydy moŜna syntetyzować automatycznie na stałym podłoŜu 90
3.5 Spektrometria mas jest bardzo skuteczną metodą pozwalającą
scharakteryzować i zidentyfikować białko 93
Masę cząsteczkową białek moŜna dokładnie oznaczyć metodą
spektrometrii mas 93
Poszczególne składniki duŜych kompleksów białkowych moŜna
identyfikować metodą spektrometrii mas MALDI-TOF 94
3.6 Strukturę przestrzenną białek moŜna oznaczyć za pomocą
krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR 96
Krystalografia rentgenowska ujawnia szczegóły struktury na poziomie
atomowym 96
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego ujawnia strukturę
białek w roztworze 98
Rozdział 4 DNA, RNA i przepływ informacji genetycznej 107 4.1 Kwas nukleinowy składa się z czterech rodzajów zasad przyłączonych
do rdzenia cukrowo-fosforanowego 108
RNA i DNA róŜnią się składnikiem cukrowym i jedną z zasad 108
Nukleotydy są monomerycznymi jednostkami kwasów nukleinowych 109
4.2 Para łańcuchów kwasów nukleinowych o komplementarnych
sekwencjach moŜe tworzyć dwuniciową helisę 111
Podwójną helisę stabilizują mostki wodorowe i oddziaływania hydrofobowe 111
Podwójna helisa ułatwia wierne przekazywanie informacji dziedzicznej 113
Dwuniciowa helisa ulega odwracalnemu topnieniu 114
Niektóre cząsteczki DNA są koliste i superhelikalne 115
Jednoniciowe cząsteczki kwasów nukleinowych mogą tworzyć złoŜone
struktury 116
4.3 Replikację DNA katalizują polimerazy według instrukcji matrycy 117
Polimeraza DNA katalizuje tworzenie wiązań fosfodiestrowych 117
Geny niektórych wirusów zbudowane są z RNA 118
4.4 Ekspresja genów jest przekształceniem informacji zawartej w DNA
w funkcjonalne cząsteczki 119
W ekspresji genów kluczową rolę odgrywa kilka rodzajów RNA 119
Wszystkie komórkowe RNA są syntetyzowane przez polimerazy RNA 120
Polimerazy RNA czerpią instrukcje z matrycy DNA 121
Transkrypcja rozpoczyna się w pobliŜu miejsc promotorowych i kończy się
w miejscach terminacji 122
Transportujący RNA pełni funkcje cząsteczki adaptorowej w procesie
biosyntezy białka 123
4.5 Aminokwasy są kodowane przez grupy trzech zasad. Ich odczytywanie
zaczyna się w określonym punkcie 124
Główne cechy kodu genetycznego 125
Informacyjny RNA zawiera sygnały start i stop do syntezy białka 126
Kod genetyczny jest prawie uniwersalny 126
4.6 Większość genów eukariotów jest mozaiką intronów i egzonów 127
Dojrzewanie RNA prowadzi do powstania funkcjonalnych mRNA 128
Wiele egzonów koduje domeny białkowe 128
Rozdział 5 Poznawanie genów i genomów 134 5.1 Podstawowe narzędzia wykorzystywane w poznawaniu genów 135
Enzymy restrykcyjne rozcinają DNA na specyficzne fragmenty 135
Fragmenty restrykcyjnie moŜna rozdzielać elektroforetycznie w Ŝelu
i uwidaczniać 136
Najczęściej sekwencjonuje się DNA przez kontrolowaną germinację
replikacji 138
Metody syntezy na stałym podłoŜu pozwalają automatycznie syntetyzować
sondy DNA i geny 139
Wybrane sekwencje DNA moŜna wielokrotnie powielać, stosując reakcję
łańcuchową polimeryzacji (PCR) 140
PCR jest potęŜnym narzędziem w diagnostyce medycznej, sądownictwie
i w badaniu ewolucji molekularnej 142
5.2 Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała wszystkie dziedziny
biologii 142
Enzymy restrykcyjne i ligaza DNA są podstawowymi narzędziami
w tworzeniu zrekombinowanych cząsteczek DNA 143
Plazmidy i fag lambda są dogodnymi wektorami do klonowania DNA
w bakteriach 144
Sztuczne chromosomy bakteryjne i droŜdŜowe 146
Poszczególne geny moŜna klonować po enzymatycznym trawieniu
genomowego DNA 146
Przez bezpośrednie zmiany w DNA moŜna tworzyć białka o nowych
funkcjach 147
5.3 Poznano i przeanalizowano sekwencje całych genomów 149
Poznano kompletne sekwencje genomowe wielu organizmów - od bakterii
do wielokomórkowych eukariotów 149
Ukończono sekwencjonowanie genomu człowieka 150
Genomika porównawcza stała się potęŜnym narzędziem badawczym 151
Poziom ekspresji genów moŜna badać w szerokim zakresie 152
5.4 Techniki inŜynierii genetycznej pozwalają precyzyjnie manipulować
genami eukariotycznymi 152
DNA syntetyzowany na matrycy mRNA (cDNA) moŜe ulegać ekspresji
w komórkach gospodarza 153
Nowe geny wprowadzone do komórek eukariotycznych mogą ulegać
wydajnej ekspresji 154
Geny wprowadzone do komórek zarodkowych ulegają ekspresji
w transgenicznych zwierzętach 155
Uszkodzenie genu prowadzi do poznania jego funkcji 156
Interferencja RNA jest nowym narzędziem wyciszania ekspresji genów 157
Aby wprowadzić nowe geny do komórek roślinnych, wykorzystuje się
plazmidy indukujące guzy 157
Terapia genowa jest obiecującym narzędziem medycyny 158
Rozdział 6 Poznawanie ewolucji i bioinformatyka 164
6.1 Cechy homologiczne pochodzą od wspólnego przodka 165
6.2 Analiza statystyczna przyrównań sekwencji moŜe wykryć homologię 166
Istotność statystyczną przyrównania sekwencji moŜna oszacować przez
tasowanie 168
Odlegle pokrewieństwo ewolucyjne moŜna wykryć uŜywając macierzy
substytucji 168
W celu zidentyfikowania sekwencji homologicznych moŜna przeszukiwać
bazy danych 171
6.3 Badanie struktury przestrzennej wzbogaca naszą wiedzę
o ewolucyjnym pokrewieństwie 172
Struktura trzeciorzędowa jest bardziej konserwatywna niŜ
pierwszorzędowa 173
Wiedza o budowie przestrzennej moŜe pomóc w ocenie przyrównania
sekwencji 174
Przyrównanie sekwencji do niej samej pozwala wykryć powtórzone
motywy 174
Ewolucja konwergentna: te same rozwiązania na podobne wyzwania
biochemiczne 175
Porównanie sekwencji RNA moŜe dać wgląd w struktury drugorzędowe 176
6.4 Na podstawie informacji zawartej w sekwencjach moŜna konstruować
drzewa ewolucyjne 177
6.5 Nowoczesne techniki umoŜliwiają eksperymentalne badanie procesów
ewolucyjnych 178
StaroŜytny DNA moŜna czasami amplifikować i sekwencjonować 178
Ewolucję molekularną moŜna badać eksperymentalnie 178
Rozdział 7 Hemoglobina: portret białka w działaniu 183 7.1. Mioglobina i hemoglobina wiąŜą tlen przez atom Ŝelaza w hemie 184
Budowa mioglobiny zapobiega uwalnianiu reaktywnych form tlenu 185
Hemoglobina ludzka jest układem czterech podjednostek podobnych
do mioglobiny 186
7.2. Hemoglobina wiąŜe tlen kooperatywnie 187
Wiązanie tlenu wyraźnie zmienia strukturę czwartorzędową hemoglobiny 188
Kilka modeli pozwala potencjalnie wytłumaczyć kooperatywność
hemoglobiny 189
Zmiany strukturalne w grupach hemowych są przekazywane do strefy
kontaktu między dimerami α1β1-α2β2 190
W erytrocytach 2,3-bisfosfoglicerynian jest najwaŜniejszym regulatorem
powinowactwa hemoglobiny do tlenu 190
7.3. Efekt Bohra: protony i dwutlenek węgla sprzyjają uwalnianiu tlenu 192
7.4. Mutacje w genach kodujących podjednostki hemoglobiny mogą być
przyczyną choroby 194
Przyczyną anemii sierpowatej jest agregacja nieprawidłowych cząsteczek
deoksyhemoglobiny 195
Talasemia jest spowodowana niezrównowaŜonym wytwarzaniem
łańcuchów hemoglobiny 196
Erytrocyty zapobiegają akumulacji wolnych łańcuchów α hemoglobiny 197
W genomie ludzkim znajdują się geny kodujące równieŜ inne globiny 197
DODATEK: Modele wiązania moŜna sformułować w kategoriach
ilościowych: wykres Hilla i model jednoprzejściowy 199
Rozdział 8 Enzymy: podstawowe pojęcia i kinetyka 205 8.1 Enzymy są potęŜnymi i specyficznymi katalizatorami 206
Do aktywności wielu enzymów konieczne są kofaktory 207
Enzymy przekształcają jedną formę energii w drugą 207
8.2 Energia swobodna jest funkcją termodynamiczną uŜyteczną
w zrozumieniu działania enzymów 208
Zmiana energii swobodnej dostarcza informacji o spontaniczności reakcji,
nie zaś o jej szybkości 208
Standardowa zmiana energii swobodnej reakcji jest związana ze stałą
równowagi 208
Enzymy zmieniają szybkość reakcji, nie mając wpływu na jej równowagę 210
8.3 Enzymy przyspieszają reakcję, ułatwiając tworzenie stanu
przejściowego 211
Pierwszym etapem katalizy enzymatycznej jest utworzenie kompleksu
enzym-substrat 212
Miejsca aktywne enzymów mają pewne cechy wspólne 214
Energia wiązania enzymu z substratem jest istotna dla katalizy 215
8.4 Model Michaelisa-Menten opisuje właściwości kinetyczne wielu
enzymów 216
Kinetyka to badanie szybkości reakcji 216
Opis kinetyki enzymów jest ułatwiony, gdy załoŜymy osiągnięcie stanu
stacjonarnego 217
Wartości KM i Vmax moŜemy wyznaczyć na kilka sposobów 220
Wartości KM i Vmax są waŜnymi właściwościami enzymów 220
Wydajność katalityczną enzymów charakteryzuje Kkat/KM 221
Większość reakcji biochemicznych dotyczy kilku substratów 223
Enzymy allosteryczne działają niezgodnie z kinetyką Michaelisa-Menten 224
8.5 Enzymy mogą być hamowane przez specyficzne cząsteczki 225
Inhibitory odwracalne są kinetycznie rozróŜnialne 226
Inhibitory nieodwracalne mogą być uŜyte do mapowania miejsca
aktywnego enzymu 228
Analogi stanu przejściowego są silnymi inhibitorami enzymów 231
Przeciwciała katalityczne pokazują, jak waŜne jest selektywne wiązanie
stanu przejściowego dla aktywności enzymatycznej 232
Penicylina nieodwracalnie inaktywuje istotny enzym syntezy ścian
komórkowych bakterii 232
DODATEK: Enzymy klasyfikuje się na podstawie typów katalizowanych
reakcji 236
Rozdział 9 Strategie katalityczne 241 Kilka podstawowych zasad katalizy dotyczy wielu enzymów 242
9.1 Proteazy ułatwiają zasadniczo trudną reakcję 243
Chymotrypsyna zawiera niezwykle reaktywną resztę seryny 243
Działanie chymotrypsyny przebiega w dwóch etapach połączonych przez
kowalencyjnie związany produkt pośredni 244
Seryna jest częścią triady katalitycznej, obejmującej równieŜ histydynę
i kwas asparaginowy 245
Triady katalityczne występują w innych enzymach hydrolitycznych 248
Triadę katalityczną szczegółowo poznano dzięki zastosowaniu
ukierunkowanej mutagenezy 250
Innymi głównymi klasami enzymów proteolitycznych są proteazy
cysteinowe, aspartylowe i metaloproteazy 251
Inhibitory proteaz są waŜnymi lekami 253
9.2 Anhydrazy węglanowe przyspieszają szybką reakcję 254
Anhydraza węglanowa zawiera związany jon cynku, kluczowy
dla aktywności katalitycznej 255
Kataliza wymaga aktywacji wody przez cynk 256
Wahadło protonowe ułatwia szybką regenerację aktywnej formy enzymu 257
Ewolucja konwergentna: w róŜnych anhydrazach węglanowych powstały
miejsca aktywne oparte na cynku 258
9.3 Enzymy restrykcyjne przeprowadzają wysoce specyficzne reakcje
rozcinania DNA 259
Rozcinanie polega na naprzeciwległym zastąpieniu tlenu 3' przy fosforze
cząsteczką wody aktywowaną magnezem 260
Aktywność katalityczna enzymów restrykcyjnych wymaga obecności
magnezu 262
Kompletny aparat katalityczny powstaje tylko w obrębie cząsteczek
swoistego DNA, zapewniając specyficzność 263
Wspólną cechą enzymów restrykcyjnych typu II jest rdzeń katalityczny,
a ich pokrewieństwo wynika prawdopodobnie z horyzontalnego transferu
genów 266
9.4. Kinazy monofosforanów nukleozydów katalizują reakcję wymiany
grup fosforanowych bez udziału hydrolizy 267
Kinazy NMP naleŜą do rodziny enzymów zawierających pętlę P 267
Rzeczywistymi substratami zasadniczo wszystkich enzymów zaleŜnych
od NTP są kompleksy magnezu (lub manganu) z tri fosforanami
nukleozydów 268
Związanie ATP indukuje duŜe zmiany konformacyjne 269
Występujące w NTPazach domeny zawierające pętlę P są obecne w wielu
waŜnych białkach 270
Rozdział 10 Strategie regulacyjne 275 10.1 Karbamoilotransferaza asparaginianowa jest hamowana
allosterycznie przez produkt końcowy swojego szlaku 276
Enzymy regulowane allosterycznie nie podlegają zasadom kinetyki
Michaelisa-Menten 277
Karbamoilotransferaza asparaginianowa składa się z odrębnych
podjednostek katalitycznych i regulatorowych 277
W oddziaływaniach allosterycznych w ATCazie pośredniczą duŜe zmiany
struktury czwartorzędowej 278
Regulacje allosteryczne modulują stan równowagi między formami T i R 281
10.2 Izozymy odpowiadają za regulację metabolizmu specyficzną
dla róŜnych tkanek i stadiów rozwojowych 283
10.3 Modyfikacja kowalencyjna to sposób regulacji aktywności enzymów 283
Fosforylacja jest bardzo skutecznym sposobem regulacji aktywności białek
docelowych 284
Cykliczny AMP aktywuje kinazę białkową A, zmieniając jej strukturę
czwartorzędową 287
Miejscem wiązania ATP i białka docelowego jest głęboka bruzda
w podjednostce katalitycznej kinazy białkowej A 288
10.4 Wiele enzymów jest aktywowane w drodze specyficznej proteolizy 288
Chymotrypsyna jest aktywowana przez specyficzną hydrolizę jednego
wiązania peptydowego 289
Aktywacja proteolityczna chymotrypsynogenu prowadzi do powstania
miejsca wiązania substratu 290
Powstanie trypsyny z trypsynogenu prowadzi do aktywacji innych
zymogenów 291
Niektóre enzymy proteolityczne mają specyficzne inhibitory 291
Krzepnięcie krwi zachodzi dzięki kaskadzie aktywacji zymogenów 293
Trombina przekształca fibrynogen w skrzep fibrynowy 293
Protrombina jest podatna na aktywację dzięki modyfikacji zaleŜnej
od witaminy K 295
Hemofilia przyczyniła się do poznania pierwszych etapów krzepnięcia krwi 296
Proces krzepnięcia krwi musi być precyzyjnie regulowany 297
Rozdział 11 Węglowodany 303 11.1 Monosacharydy są aldehydami bądź ketonami z wieloma grupami
hydroksylowymi 304
Pentozy i heksozy tworzą pierścienie furanozowe i piranozowe 306
Konformacja pierścieni piranozowych i furanozowych 308
Monosacharydy łączą się z alkoholami i aminami przez wiązania
glikozydowe 309
Ufosforylowane cukry są kluczowymi intermediatami w procesach
wytwarzania energii i biosyntezach 310
11.2 Węglowodany złoŜone są zbudowane z monosacharydów 310
Sacharoza, laktoza i maltoza są powszechnie występującymi
disacharydami 310
Glikogen i skrobia są łatwo uruchamianymi formami zapasowymi glukozy 311
Celuloza jest głównym polimerem strukturalnym roślin, złoŜonym
z liniowych łańcuchów reszt glukozy 312
Glikozoaminoglikany są anionowymi łańcuchami polisacharydowymi
utworzonymi przez powtarzające się jednostki dwucukrowe 312
Za syntezę oligosacharydów odpowiadają specyficzne enzymy 314
11.3 Węglowodany mogą być przyłączone do białek, tworząc glikoproteiny 316
Węglowodany mogą być przyłączone do białek przez resztę asparaginy
(wiązanie N-glikozydowe) lub reszty seryny czy treoniny (wiązanie
O-glikozydowe) 316
Glikozylacja białek zachodzi w świetle retikulum endoplazma tycznego
oraz aparatu Golgiego 317
Błędy w glikozylacji mogą prowadzić do stanów patologicznych 318
MoŜna oznaczyć „sekwencję" oligosacharydów 319
11.4 Lektyny są specyficznymi białkami wiąŜącymi węglowodany 320
Lektyny uczestniczą w oddziaływaniach między komórkami 320
Wirus grypy wiąŜe się do reszt kwasu sjalowego 321
Rozdział 12 Lipidy i błony biologiczne 326 Pomimo swej róŜnorodności błony biologiczne mają wiele cech wspólnych 327
12.1 Kwasy tłuszczowe stanowią główne składniki lipidów błonowych 327
Nazwy kwasów tłuszczowych pochodzą od wyjściowych węglowodorów 327
Kwasy tłuszczowe róŜnią się długością łańcucha i stopniem nienasycenia 328
12.2 W błonach biologicznych występują trzy powszechne typy lipidów 329
Fosfolipidy stanowią główną klasę lipidów błonowych 329
Lipidy błonowe mogą zawierać reszty cukrowe 331
Cholesterol jest lipidem zawierającym steroidowy rdzeń 331
Błony archeonów są zbudowane z eterowych lipidów z rozgałęzionymi
łańcuchami 331
Lipidy błonowe są cząsteczkami amfipatycznymi zawierającymi reszty
fydrofilowe i hydrofobowe 332
12.3 Fosfolipidy i glikolipidy łatwo tworzą w środowisku wodnym warstwy
bimolekularne (dwuwarstwy) 333
Pęcherzyki lipidowe (liposomy) mogą powstawać z fosfolipidów 334
Dwuwarstwy lipidowe są wysoce nieprzepuszczalne dla jonów i większości
cząsteczek polarnych 335
12.4 Większość procesów w błonach biologicznych zachodzi z udziałem
białek 336
Białka błonowe są związane z dwuwarstwą lipidową w róŜny sposób 336
Białka w róŜny sposób oddziałują z błoną 336
Niektóre białka wiąŜą się z błoną poprzez kowalencyjnie przyłączone
do nich grupy hydrofobowe 340
Obecność helis transbłonowych moŜna przewidzieć z duŜą dokładnością
na podstawie sekwencji aminokwasów 340
12.5 Lipidy i liczne białka błonowe przemieszczają się szybko wzdłuŜ
płaszczyzny błony 342
Model płynnej mozaiki uwzględnia przemieszczanie się wzdłuŜ błony
(ruch boczny), ale nie w poprzek (ruch poprzeczny) 343
Płynność błony jest kontrolowana przez skład jej kwasów tłuszczowych
i przez zawartość cholesterolu 343
Wszystkie błony biologiczne są asymetryczne 345
12.6 Komórki eukariotyczne zawierają przedziały komórkowe ograniczone
błonami wewnątrzkomórkowymi 345
Rozdział 13 Kanały i pompy błonowe 351 Ekspresja białek transportujących w duŜej mierze określa metaboliczną
aktywność danego typu komórek 352
13.1 Transport cząsteczek przez błony moŜe być aktywny lub bierny 352
Wiele cząsteczek do przejścia przez błonę potrzebuje białkowych
transporterów 352
Energię swobodną gradientu stęŜeń moŜna określić ilościowo 353
13.2 Dwie rodziny białek błonowych wykorzystują energię hydrolizy ATP
do pompowania jonów przez błony 354
ATPazy typu P sprzęgają fosforylację ze zmianami konformacyjnymi
do pompowania jonów wapnia przez błonę 354
Ekstrakt z naparstnicy hamuje specyficznie pompę Na+-K+ poprzez
blokowanie jej defosforylacji 357
ATPazy typu P są konserwatywne ewolucyjnie i pełnią szereg róŜnych
funkcji 358
Oporność wielolekowa i mukowiscydoza rzucają światło na rodzinę białek
błonowych mających kasetę wiąŜącą ATP 358
13.3 Permeaza laktozowa jest archetypem transporterów drugiego rzędu
wykorzystujących jeden gradient stęŜeń do tworzenia innego gradientu 360
13.4 Specyficzne kanały mogą szybko transportować jony przez błony 362
Przejściowe zmiany przepuszczalności Na+ i K+ są podstawą potencjału
czynnościowego 362
Pomiary przewodnictwa metodą patch-clamp ujawniają aktywność
pojedynczych kanałów 363
Budowa kanału potasowego jest archetypem budowy wielu kanałów
jonowych 364
Budowa przestrzenna kanału potasowego wyjaśnia przyczyny
specyficzności jonowej 365
Budowa kanału potasowego tłumaczy jego duŜą szybkość transportu 367
Bramkowanie potencjałem wymaga znacznych zmian konformacyjnych
w określonych domenach kanału jonowego 368
Inaktywacja kanału zachodzi przez zamknięcie poru: model kuli
na łańcuchu 369
Receptor acetylocholinowy jest archetypem bramkowanych ligandem
kanałów jonowych 370
Potencjał czynnościowy integruje aktywność wielu współpracujących
kanałów jonowych 372
13.5 Połączenia szczelinowe umoŜliwiają przepływ jonów i małych
cząsteczek między komunikującymi się komórkami 373
13.6 Specyficzne kanały zwiększają przepuszczalność niektórych błon
dla cząsteczek wody 374
Rozdział 14 Szlaki przekazywania sygnałów 381 Przekazywanie sygnałów zaleŜy od obwodów cząsteczkowych 382
14.1 Heterotrimeryczne białka G przekazują sygnały i same się
regenerują 383
Wiązanie ligandów z receptorami 7TM prowadzi do aktywacji białek G 384
Aktywne białka G przekazują sygnały, wiąŜąc się z innymi białkami 385
Cykliczny AMP (cAMP) stymuluje fosforylację wielu białek docelowych
w wyniku aktywacji kinazy białkowej A 386
Białka G wyłączają swą aktywność w wyniku hydrolizy GTP 387
Niektóre receptory 7TM aktywują kaskadę fosfatydyloinozytolu 388
Jon wapnia jest powszechną cytoplazmatyczną cząsteczką sygnałową
drugiego rzędu 389
Wapń aktywuje kalmodulinę, białko regulatorowe 390
14.2 Szlak sygnalizacji insuliny: kaskada fosforylacji jest kluczowa
dla wielu procesów przekazywania sygnałów 391
Receptor insulinowy jest dimerem, który ściśle otacza związaną cząsteczkę
insuliny 392
Wiązanie insuliny powoduje wzajemną, wewnętrzną fosforylację
i aktywację receptora insulinowego 392
Zaktywowana receptorowa kinaza insulinowa rozpoczyna kaskadę
aktywacji kinaz 393
Szlak sygnalizacji insuliny jest przerywany przez działanie fosfataz 395
14.3 Sygnalizacja EGF: szlaki przekazywania sygnałów są przygotowane
do odpowiedzi 395
Pod wpływem związania EGF receptor EGF dimeryzuje 396
Karboksylowy koniec receptora EGF ulega fosforylacji 397
Sygnalizacja EGF prowadzi do aktywacji białek Ras, czyli małych białek G 397
Zaktywowane białka Ras inicjują kaskadę kinaz białkowych 398
Białkowe fosfatazy i wewnętrzna aktywność GTPazowa białek Ras
wyłączają sygnalizację EGF 398
14.4 Wiele elementów sygnalizacyjnych powtarza się w róŜnych szlakach
przekazywania sygnału 399
14.5 Zaburzenia w działaniu szlaków sygnalizacyjnych mogą prowadzić
do raka i innych schorzeń 400
Przeciwciała monoklonalne mogą być wykorzystane do zahamowania
szlaków przekazywania sygnałów aktywnych w komórkach
nowotworowych 401
Inhibitory kinaz białkowych mogą być skutecznymi lekami
przeciwnowotworowymi 401
Cholera i krztusiec są spowodowane zmianą aktywności białka G 402
Część II PRZEKAZYWANIE I MAGAZYNOWANIE ENERGII
Rozdział 15 Metabolizm: podstawowe pojęcia i organizacja 409 15.1 Metabolizm składa się z wielu sprzęŜonych, wzajemnie powiązanych
reakcji 410
Metabolizm składa się z reakcji egzo- i endoergicznych 410
Reakcja termodynamicznie korzystna umoŜliwia przebieg reakcji
termodynamicznie niekorzystnej 411
15.2 Uniwersalnym środkiem wymiany energii swobodnej w układach
biologicznych jest ATP 412
Hydroliza ATP jest procesem egzoergicznym 412
Hydroliza ATP przesuwa równowagę reakcji sprzęŜonych 413
Podstawy strukturalne wysokiego potencjału przenoszenia grup
fosforanowych przez ATP 415
Potencjał fosforylacyjny jest waŜną formą energii w komórkowych
procesach przekształcania energii 416
15.3 Utlenianie atomów węgla cząsteczek paliwa komórkowego jest
waŜnym źródłem energii w komórce 417
Związki o wysokim potencjale fosforylacyjnym mogą sprzęgać utlenianie
atomów węgla z syntezą ATP 418
Gradient jonowy w poprzek błony dostarcza komórce waŜnej formy
energii, poniewaŜ moŜe być sprzęŜony z syntezą ATP 418
Etapy pobierania energii z poŜywienia 419
15.4 Te same metabolity, reakcje i strategie regulacyjne obserwujemy
w róŜnych szlakach metabolicznych 420
Aktywowane przenośniki są przykładem budowy modułowej
I ekonomiczności metabolizmu 420
Wiele zaktywowanych nośników jest pochodnymi witamin 423
Te same kluczowe reakcje powtarzają się w róŜnych szlakach
metabolicznych 425
Procesy metaboliczne są regulowane na trzy róŜne sposoby 428
Ewolucja szlaków metabolicznych 429
Rozdział 16 Glikoliza i glukoneogeneza 433 Glukoza jest wytwarzana z węglowodanów zawartych w pokarmie 434
Glukoza jest waŜnym paliwem komórkowym dla większości organizmów 435
16.1 W wielu organizmach glikoliza jest szlakiem przekształcającym
energię 435
Heksokinaza wychwytuje glukozę w komórce i rozpoczyna glikolizę 435
Powstawanie fruktozo-1,6-bisfosforanu z glukozo-6-fosforanu 437
Sześciowęglowy cukier jest rozszczepiany do dwóch trójwęglowych
fragmentów 438
Mechanizm: izomeraza triozofosforanowa odzyskuje fragmenty
trójwęglowe 439
Utlenienie aldehydu do kwasu napędza powstawanie związku o wysokim
potencjale przenoszenia grup fosforanowych 440
Mechanizm: fosforylacja jest ściśle powiązana poprzez tioestrowy produkt
pośredni z utlenianiem aldehydu 3-fosfoglicerynowego 442
ATP powstaje poprzez przeniesienie fosforanu z 1,3-bisfosfoglicerynianu 443
Powstawanie pirogronianu i dodatkowej cząsteczki ATP 444
Podczas przekształcenia glukozy w pirogronian powstają dwie cząsteczki
ATP 446
Metabolizm pirogronianu prowadzi do regeneracji NAD+ 446
W warunkach beztlenowych fermentacja dostarcza energii, którą moŜna
spoŜytkować w innych procesach komórkowych 448
Miejsce wiąŜące NAD+ jest podobne w wielu dehydrogenazach 448
Fruktoza i galaktoza są przekształcane w produkty pośrednie glikolizy 449
Wiele osób dorosłych nie toleruje mleka, poniewaŜ nie ma laktazy 451
Gdy brak transferazy, galaktoza jest silnie toksyczna 451
16.2 Szlak glikolityczny jest ściśle kontrolowany 452
Przebieg glikolizy w mięśniu podlega regulacji w odpowiedzi
na zapotrzebowanie na ATP 452
Regulacja przebiegu glikolizy w wątrobie odzwierciedla jej biochemiczną
wszechstronność 455
Rodzina białek przenośników umoŜliwia glukozie wejście do komórek
zwierzęcych oraz wyjście z nich 456
Rak i trening fizyczny wpływają w podobny sposób na glikolizę 457
163 Glukoza moŜe być syntetyzowana z prekursorów innych niŜ
węglowodany 458
Glukoneogeneza nie jest odwróceniem glikolizy 460
Przekształcenie pirogronianu w fosfoenolopirogronian rozpoczyna się od
utworzenia szczawiooctanu 461
Szczawiooctan przechodzi do cytoplazmy, gdzie przekształca się
w fosfoenolopirogronian 462
Przekształcenie fruktozo-1,6-bisfosforanu w fruktozo-6-fosforan
i ortofosforan jest etapem nieodwracalnym 463
Wytwarzanie wolnej glukozy jest waŜnym punktem kontroli 463
Synteza glukozy z pirogronianu zachodzi kosztem sześciu grup
fosforanowych o wysokim potencjale przenoszenia 464
16.4 Glukoneogeneza i glikoliza podlegają przeciwstawnej regulacji 464
Ładunek energetyczny komórki rozstrzyga, który szlak będzie najbardziej
aktywny: glikoliza czy glukoneogeneza 465
W wątrobie równowaga pomiędzy glikolizą a glukoneogenezą jest
wraŜliwa na stęŜenie glukozy we krwi 466
Cykle substratowe wzmacniają sygnały metaboliczne i wytwarzają ciepło 467
Mleczan i alanina, utworzone podczas skurczu mięśnia, są zuŜywane
przez inne narządy 468
Glikoliza i glukoneogeneza są ze sobą powiązane ewolucyjnie 469
Rozdział 17 Cykl kwasu cytrynowego 475 Cykl kwasu cytrynowego odbiera wysokoenergetyczne elektrony 476
17.1 Dehydrogenaza pirogronianowa łączy glikozę z cyklem kwasu
cytrynowego 477
Mechanizm: synteza acetylo-CoA z pirogronianu wymaga trzech enzymów
i pięciu koenzymów 478
Elastyczne połączenia umoŜliwiają cząsteczce lipoamidu poruszanie się
między róŜnymi miejscami aktywnymi 480
17.2. Cykl kwasu cytrynowego utlenia jednostki dwuwęglowe 482
Syntaza cytrynianowa tworzy cytrynian ze szczawiooctanu
i acetylokoenzymu A 482
Mechanizm: Sposób działania syntazy cytrynianowej zapobiega
niepoŜądanym reakcjom 482
Cytrynian ulega izomeryzacji do izocytrynianu 484
Izocytrynian jest utleniany i dekarboksylowany do α-ketoglutaranu 484
Oksydacyjna dekarboksylacja α-ketoglutaranu prowadzi do powstania bursztynylokoenzymu A 485
Kosztem bursztynylokoenzymu A powstaje związek o wysokim potencjale
przenoszenia grupy fosforanowej 485
Mechanizm: syntetaza bursztynylo-CoA zmienia formy magazynowania
energii 486
Szczawiooctan jest regenerowany przez utlenianie bursztynianu 487
Cykl kwasu cytrynowego generuje elektrony o wysokim potencjale
przeniesienia, GTP і CO2 488
17.3 Zarówno wejście do cyklu kwasu cytrynowego, jak i jego przebieg
podlega kontroli 490
Aktywność dehydrogenazy pirogronianowej jest regulowana allosterycznie
i przez odwracalną fosforylację 490
Regulacja cyklu kwasu cytrynowego odbywa się w kilku punktach
kontrolnych 492
17.4 Cykl kwasu cytrynowego jest źródłem prekursorów potrzebnych
do biosyntez 493
Cykl kwasu cytrynowego musi być szybko uzupełniany 493
Zakłócenie metabolizmu pirogronianu jest przyczyną beri-beri, a takŜe
zatrucia rtęcią oraz arsenem 494
Cykl kwasu cytrynowego prawdopodobnie ewoluował z pierwotnie
istniejących szlaków metabolicznych 495
17.5 Cykl glioksalowy umoŜliwia roślinom i bakteriom wzrost na octanie 495
Rozdział 18 Fosforylacja oksydacyjna 502 Fosforylacja oksydacyjna sprzęga utlenianie paliwa komórkowego
z syntezą ATP poprzez gradient protonowy 502
18.1 W komórkach eukariotycznych fosforylacja oksydacyjna zachodzi
w mitochondriach 503
Mitochondria są otoczone podwójną błoną 503
Mitochondria powstały w wyniku endosymbiozy 504
18.2 Fosforylacja oksydacyjna zaleŜy od transportu elektronów 506
Miarą potencjału przenoszenia elektronów jest potencjał redoks 506
Transport elektronów przez łańcuch oddechowy, napędzany przez róŜnicę
potencjałów między NADH i cząsteczką tlenu wynoszącą 1,14 V, wymusza
tworzenie gradientu protonowego 508
18.3 W skład łańcucha oddechowego wchodzą cztery kompleksy:
trzy pompy protonowe i kompleks fizycznie związany z cyklem kwasu
cytrynowego 509
Elektrony o wysokim potencjale wchodzą do łańcucha oddechowego
na poziomie oksydoreduktazy NADH-Q 510
Ubichinol jest miejscem, w którym do łańcucha oddechowego
włączane są elektrony FADH2 flawoprotein 512
Elektrony przepływają z ubichinolu do cytochromu с
przez oksydoreduktazę Q-cytochrom с 512
Cykl Q przekazuje elektrony z nośnika dwuelektronowego do nośnika
jednoelektronowego i pompuje protony 513
Oksydaza cytochromu с katalizuje redukcję tlenu cząsteczkowego do wody 514
Enzymy ochronne usuwają toksyczne pochodne tlenu cząsteczkowego,
takie jak rodnik ponadtlenkowy 517
Elektrony mogą być przenoszone pomiędzy grupami
nie kontaktującymi się 519
Konformacja cytochromu с pozostała zasadniczo niezmieniona od ponad
miliarda lat 520
18.4 Gradient protonowy zasila syntezę ATP 520
Syntaza ATP składa się z segmentu przewodzącego protony i segmentu
katalitycznego 522
Przepływ protonów przez syntazę ATP powoduje uwolnienie ściśle
związanego ATP: mechanizm zmiany siły związania 523
Najmniejszy na świecie molekularny motor: kataliza stymulowana
przez obrót 524
Przepływ protonów wokół pierścienia с stanowi siłę napędową syntezy ATP 525
Syntaza ATP i białka G mają kilka wspólnych cech 527
18.5 Przemieszczanie się przez błonę umoŜliwiają liczne systemy
wahadłowe (czółenka) 527
Elektrony z cytozolowego NADH wchodzą do mitochondriów
za pośrednictwem systemów wahadłowych 527
Wejście ADP do mitochondriów jest sprzęŜone z wyjściem ATP
przez translokazę ATP-ADP 529
Mitochondrialne przenośniki metabolitów mają wspólny trzyczęściowy
motyw 530
18.6 Zapotrzebowanie na ATP jest głównym czynnikiem regulującym
oddychanie komórkowe 530
Całkowite utlenianie glukozy dostarcza około 30 cząsteczek ATP 530
O szybkości fosforylacji oksydacyjnej decyduje zapotrzebowanie na ATP 532
Regulowane rozprzęŜenie powoduje wytwarzanie ciepła 532
Fosforylację oksydacyjną moŜna hamować na wielu etapach 533
Poznajemy podłoŜe chorób związanych z nieprawidłowym działaniem
mitochondriów 534
Mitochondria odgrywają kluczową rolę w procesie apoptozy 535
Przekazywanie energii przez gradienty protonowe: główny motyw
bioenergetyki 535
Rozdział 19 Reakcje świetlne fotosyntezy 541 W fotosyntezie następuje przekształcenie energii świetlnej w energię
chemiczną 542
19.1 Fotosynteza odbywa się w chloroplastach 542
Pierwotne reakcje fotosyntezy przebiegają w błonach tylakoidów 543
Chloroplasty powstały w wyniku endosymbiozy 543
19.2 Absorpcja światła przez chlorofil powoduje przepływ elektronów 544
Specjalna para cząsteczek chlorofilu zapoczątkowuje rozdział ładunków 545
Cykliczny przepływ elektronów powoduje redukcję cytochromu w centrum
reakcji 547
19.3 Podczas fazy świetlnej dwa fotosystemy wytwarzają gradient
protonów i NADPH 548
Fotosystem II przenosi elektrony z wody do plastochinonu i wytwarza
gradient protonów 548
Cytochrom bf łączy fotosystem II z fotosystemem I 551
Fotosystem I wykorzystuje energię świetlną do wytworzenia zredukowanej
ferredoksyny, która jest silnym reduktorem 551
Reduktaza ferredoksyna-NADP+ przekształca NADP+ w NADPH 552
19.4 Gradient protonów tworzący się w poprzek błony tylakoidu napędza
syntezę ATP 553
Chloroplastowa syntaza ATP jest bardzo podobna do mitochondrialnych
i prokariotycznych syntaz ATP 554
Cykliczny przepływ elektronów przez fotosystem I prowadzi
do wytworzenia ATP zamiast NADPH 555
Absorpcja ośmiu fotonów powoduje powstanie jednej cząsteczki O2,
dwóch cząsteczek NADPH i trzech cząsteczek ATP 556
19.5 Barwniki pomocnicze kierują energię do centrów reakcji 557
Przeniesienie energii rezonansu pozwala przekazać energię z pierwotnego
miejsca absorpcji do centrum reakcji 557
Kompleksy zbierające światło zawierają dodatkowe cząsteczki chlorofilu
i karotenoidy 558
Komponenty uczestniczące w fotosyntezie wykazują wysoki poziom
organizacji 559
Wiele herbicydów hamuje reakcje świetlne fotosyntezy 560
19.6 Zdolność do przekształcania światła w energię chemiczną jest
zjawiskiem bardzo starym 560
Rozdział 20 Cykl Calvina i szlak pentozo- fosforanowy 565 20.1 W cyklu Calvina heksozy są syntetyzowane z dwutlenku węgla i wody 566
Dwutlenek węgla reaguje z rybulozo-1,5-bisfosforanem i powstają dwie
cząsteczki 3-fosfoglicerynianu 567
Aktywność rubisco zaleŜy od jonów magnezu i karbaminianu 568
Katalityczna niedoskonałość: rubisco katalizuje równieŜ niekorzystną
reakcję przyłączenia cząsteczki tlenu 569
Z fosfoglicerynianu powstają fosforany heksoz i jest regenerowany
rybulozo-1,5-bisfosforan 570
W procesie włączania dwutlenku węgla do heksoz zuŜywane są trzy
cząsteczki ATP i dwie cząsteczki NADPH 572
Skrobia i sacharoza są głównymi węglowodanami magazynowanymi
w roślinach 573
20.2 Aktywność cyklu Calvina zaleŜy od warunków środowiska 574
Zmiany stęŜeń protonów i jonów magnezu zaleŜne od światła aktywują
rubisco 574
Tioredoksyna odgrywa kluczową rolę w regulacji cyklu Calvina 574
Szlak C4 występujący u roślin tropikalnych przyspiesza fotosyntezę przez
gromadzenie dwutlenku węgla 575
Metabolizm kwasowy roślin gruboszowatych umoŜliwia im wzrost
w ekosystemach o ograniczonym dostępie wody 577
20.3 Szlak pentozofosforanowy prowadzi do powstania NADPH
i odpowiada za syntezę cukrów pięciowęglowych 577
Podczas przekształcenia glukozo-6-fosforanu w rybulozo-5-fosforan
powstają dwie cząsteczki NADPH 577
Szlak pentozofosforanowy i glikoliza są ze sobą połączone
za pośrednictwem transketolazy i transaldolazy 579
Mechanizm: Transketolaza i transaldolaza w róŜny sposób stabilizują
karboanionowe produkty pośrednie 581
20.4 Metabolizm glukozo-6-fosforanu jest powiązany z glikolizą przez
szlak pentozofosforanowy 583
Szybkość przemian szlaku pentozofosforanowego jest regulowana przez
stęŜenie NADP+ 583
Przepływ glukozo-6-fosforanu zaleŜy od zapotrzebowania na NADPH,
rybozo-5-fosforan i ATP 583
Odbicie lustrzane: cykl Calvina i szlak pentozofosforanowy 585
20.5. Dehydrogenaza glukozo-6-fosforanu odgrywa istotną rolę w ochronie
komórki przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu 586
Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej powoduje anemię
hemolityczną indukowaną przez leki 586
Niedobór dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej moŜe w pewnych
sytuacjach decydować o przewadze ewolucyjnej 587
Rozdział 21 Metabolizm glikogenu 592 Metabolizm glikogenu to regulacja uwalniania i gromadzenia glukozy 593
21.1 Rozkład glikogenu wymaga wspólnego działania kilku enzymów 593
Fosforylaza katalizuje fosforolityczny rozkład glikogenu i uwolnienie
glukozo-1-fosforanu 594
Do rozkładu glikogenu konieczny jest równieŜ enzym usuwający
rozgałęzienia 594
Fosfoglukomutaza przekształca glukozo-1-fosforan w glukozo-6-fosforan 595
Wątroba zawiera glukozo-6-fosfatazę, enzym hydrolityczny, który nie
występuje w mięśniach 596
Mechanizm: Fosforan pirydoksalu bierze udział w fosforolitycznym
rozkładzie glikogenu 596
21.2 Aktywność fosforylazy regulują oddziaływania allosteryczne
i odwracalna fosforylacja 598
Fosforylaza w mięśniach jest regulowana przez wewnątrzkomórkowy
ładunek energetyczny 598
W wątrobie fosforylaza wytwarza glukozę wykorzystywaną przez inne
tkanki 600
Kinaza fosforylazowa jest aktywowana przez fosforylację i jony wapnia 600
21.3 Do rozkładu glikogenu potrzebne są sygnały adrenaliny i glukagonu 601
Białko G przekazuje sygnał do rozpoczęcia rozkładu glikogenu 601
W razie konieczności rozpad glikogenu musi być szybko zahamowany 603
Regulacja fosforylazy glikogenowej stała się w trakcie ewolucji bardziej
wyrafinowana 604
21.4 Synteza i degradacja glikogenu przebiegają odrębnymi szlakami 604
UDP-glukoza jest aktywowaną formą glukozy 604
Syntaza glikogenowa katalizuje przeniesienie glukozy z UDP-glukozy
do rosnącego łańcucha glikogenu 605
Enzym rozgałęziający tworzy wiązania α-1,6-glikozydowe 606
Syntaza glikogenową jest głównym enzymem regulacyjnym w syntezie
glikogenu 607
Glikogen jest wydajną formą magazynowania glukozy 607
21.5 Rozkład i synteza glikogenu są regulowane wspólnie 607
Fosfataza białkowa 1 odwraca regulacyjny wpływ kinaz na metabolizm
glikogenu 608
Insulina stymuluje syntezę glikogenu poprzez aktywację kinazy syntazy
glikogenu 610
Metabolizm glikogenu w wątrobie reguluje poziom glukozy we krwi 610
Choroby związane z metabolizmem glikogenu moŜna wyjaśnić
biochemicznie 611
Rozdział 22 Metabolizm kwasów tłuszczowych 617 Rozkład i biosynteza kwasów tłuszczowych są swoim odzwierciedleniem
pod względem następujących po sobie reakcji chemicznych 618
22.1 Triacyloglicerole są skondensowanym źródłem energii 619
Lipidy pochodzące z poŜywienia są trawione przez lipazy trzustkowe 619
Lipidy pochodzące z poŜywienia są transportowane w chylomikronach 620
22.2 Wykorzystanie energii kwasów tłuszczowych wymaga ich obróbki
w trzech etapach 621
Triacyloglicerole są hydrolizowane przez lipazy aktywowane hormonami 621
Przed utlenieniem, kwasy tłuszczowe są przyłączane do koenzymu A 622
Karnityna przenosi długie łańcuchy aktywowanych kwasów tłuszczowych
do matriks mitochondrialnej 623
Acetylo-CoA, NADH i FADH2 powstają w kaŜdym cyklu utleniania kwasów
tłuszczowych 624
W wyniku całkowitego utlenienia palmitynianu powstaje 106 cząsteczek
ATP 625
22.3 Proces rozkładu kwasów tłuszczowych nienasyconych lub mających
nieparzystą liczbę atomów węgla wymaga dodatkowych etapów 626
Do utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych potrzebne są
izomeraza i reduktaza 626
Produktem ostatecznej tiolizy łańcuchów kwasów tłuszczowych
o nieparzystej liczbie atomów węgla jest propionylo-CoA 627
Witamina B12 zawiera pierścień korynowy i atom kobaltu 628
Mechanizm: mutaza metylomalonylo-CoA katalizuje przegrupowanie
prowadzące do powstania bursztynylo-CoA 629
Kwasy tłuszczowe są utleniane takŜe w peroksysomach 630
Kiedy w komórce przewaŜa rozkład tłuszczów, z acetylo-Co powstają
ciała ketonowe 631
W niektórych tkankach głównym paliwem komórkowym są ciała
ketonowe 632
Zwierzęta nie mogą przekształcać kwasów tłuszczowych w glukozę 634
22.4 RóŜne szlaki metaboliczne prowadzą do rozkładu i biosyntezy
kwasów tłuszczowych 634
Synteza malonylo-CoA jest decydującym etapem biosyntezy kwasów
tłuszczowych 635
Produkty pośrednie syntezy kwasów tłuszczowych są przyłączone
do białkowego nośnika reszt acylowych 635
Biosynteza kwasów tłuszczowych jest serią reakcji kondensacji, redukcji,
odwodnienia i redukcji 636
U zwierząt kwasy tłuszczowe są syntetyzowane przez wielofunkcyjny
kompleks enzymatyczny 637
Synteza palmitynianu wymaga 8 cząsteczek acetylo-CoA, 14 cząsteczek
NADPH i 7 cząsteczek ATP 638
Cytrynian przenosi grupy octanowe niezbędne do syntezy kwasów
tłuszczowych z mitochondriów do cytozolu 638
RóŜne źródła NADPH do syntezy kwasów tłuszczowych 639
Inhibitory syntezy kwasów tłuszczowych mogą być uŜytecznymi lekami 640
22.5 Karboksylaza acetylo-CoA odgrywa kluczową rolę w regulacji
metabolizmu kwasów tłuszczowych 640
Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana stanem komórki 640
Karboksylaza acetylo-CoA jest regulowana przez róŜne hormony 641
22.6 WydłuŜanie kwasów tłuszczowych i wprowadzanie wiązań
nienasyconych to procesy kierowane przez dodatkowe układy
enzymatyczne 642
Nienasycone kwasy tłuszczowe powstają z udziałem enzymów związanych
z błonami 642
Hormony ikozanoidowe są pochodnymi wielonienasyconych kwasów
tłuszczowych 643
Rozdział 23 Przemiana białek i katabolizm aminokwasów 649 23.1 Białka są degradowane do aminokwasów 650
Rozkład spoŜywanych białek i wchłanianie produktów trawienia białek 650
Białka komórkowe ulegają degradacji z róŜną szybkością 651
23.2 Rozpad białek jest ściśle regulowany 651
Ubikwityna piętnuje białka przeznaczone do degradacji 651
Białka piętnowane ubikwityną są rozkładane przez proteasom 653
Rozkład białek moŜe być wykorzystywany w regulacji funkcji
biologicznych 654
Szlak ubikwitynacji i proteasom mają odpowiedniki w organizmach
prokariotycznych 655
23.3 Pierwszym etapem degradacji aminokwasów jest usunięcie azotu 656
Grupy a-aminowe są przekształcane w jony amonowe w procesie
deaminacji oksydacyjnej glutaminianu 656
Mechanizm: Fosforan pirydoksalu tworzy w aminotransferazach związek
pośredni o charakterze zasady Schiffa 657
Aminotransferaza asparaginianowa jest archetypem transaminazy
zaleŜnej od pirydoksalu 659
Enzymy zaleŜne od fosforanu pirydoksalu katalizują szeroki wachlarz
reakcji 659
Seryna i treonina ulegają bezpośredniej deaminacji 660
Azot z tkanek obwodowych jest transportowany do wątroby 660
23.4 Większość kręgowców lądowych przekształca jon amonowy
w mocznik 661
Cykl mocznikowy rozpoczyna się od powstania karbamoilofosforanu 661
Cykl mocznikowy jest powiązany z glukoneogenezą 663
Enzymy cyklu mocznikowego są spokrewnione z enzymami innych szlaków
metabolicznych 664
Wrodzone wady enzymów cyklu mocznikowego powodują hiperamonemię
i mogą prowadzić do uszkodzenia mózgu 665
Mocznik nie jest jedynym sposobem usuwania nadmiaru azotu 666
23.5 Atomy węgla pochodzące z degradowanych aminokwasów pojawiają
się w głównych intermediatach metabolicznych 666
Pirogronian jako związek łączący degradację aminokwasów
z metabolizmem komórki 667
Szczawiooctan jako związek łączący degradację asparaginianu i asparaginy
z metabolizmem komórki 668
Alfa-ketoglutaran jako związek łączący degradację aminokwasów
pięciowęglowych z metabolizmem komórki 668
Bursztynylo-CoA łączy degradację kilku aminokwasów niepolarnych
z metabolizmem komórki 669
Degradacja metioniny wymaga tworzenia S-adenozylometioniny -
kluczowego donora grupy metylowej 669
Rozkład aminokwasów rozgałęzionych prowadzi do powstania acetylo-CoA,
acetooctanu i propionylo-CoA 670
Do rozkładu aminokwasów aromatycznych konieczne są oksygenazy 671
23.6 Wrodzone wady metaboliczne mogą zakłócać proces degradacji
aminokwasów 673
Część III SYNTEZA CZĄSTECZEK śYCIA Rozdział 24 Biosynteza aminokwasów 681 Synteza aminokwasów wymaga rozwiązania trzech podstawowych
problemów biochemicznych 682
24.1 Wiązanie azotu: Mikroorganizmy wykorzystują ATP i silne reduktory,
aby zredukować azot atmosferyczny do postaci amonowej 682
Kofaktor Ŝelazo-molibdenowy nitrogenazy wiąŜe i redukuje azot
atmosferyczny 683
Wbudowanie jonu amonowego do aminokwasów rozpoczyna się
od glutaminianu i glutaminy 685
24.2 Aminokwasy powstają z intermediatów cyklu kwasu cytrynowego
i innych głównych szlaków metabolicznych 687
Organizm ludzki syntetyzuje niektóre aminokwasy, lecz pozostałe musi
uzyskać wraz z poŜywieniem 687
Asparaginian, alanina i glutaminian powstają przez dodanie grupy
aminowej do α-ketokwasów 688
Wspólny etap określa chiralność wszystkich aminokwasów 688
Adenylowany związek pośredni jest konieczny do powstania asparaginy
z asparaginianu 689
Glutaminian jest prekursorem glutaminy, proliny i argininy 690
Seryna, cysteina i glicyna powstają z 3-fosfoglicerynianu 690
Tetrahydrofolian przenosi aktywowane fragmenty jednowęglowe o kilku
poziomach utlenienia 691
S-adenozylometionina jest głównym donorem grup metylowych 693
Cysteina jest syntetyzowana z seryny i homocysteiny 695
Wysoki poziom homocysteiny towarzyszy chorobom naczyniowym 695
Szikimian i choryzmian są związkami pośrednimi uczestniczącymi
w biosyntezie aminokwasów aromatycznych 695
Syntaza tryptofanowa ilustruje przenoszenie tunelowe substratu podczas
katalizy enzymatycznej 698
24.3 Biosynteza aminokwasów regulowana jest na drodze hamowania
przez sprzęŜenie zwrotne 699
Rozgałęzione szlaki metaboliczne wymagają złoŜonych mechanizmów
regulacji 699
Aktywność syntetazy glutaminowej jest modulowana przez kaskadę
enzymatyczną 701
24.4 Aminokwasy są prekursorami wielu cząsteczek biologicznych 702
Glutation, peptyd γ-glutamylowy, pełni funkcję buforu tiolowego, a takŜe przeciwutleniacza 703
Tlenek azotu, cząsteczka sygnałowa o krótkim czasie półtrwania,
powstaje z argininy 704
Porfiryny syntetyzowane są z glicyny i bursztynylo-CoA 704
Niektóre wrodzone zaburzenia metabolizmu prowadzą do akumulacji
porfiryn 706
Rozdział 25 Biosynteza nukleotydów 711 Nukleotydy mogą być syntetyzowane de novo lub w ramach szlaków
rezerwowych 712
25.1 Podczas syntezy de novo pierścień pirymidynowy jest budowany
z wodorowęglanu, asparaginianu i glutaminy 712
Wodorowęglany i inne utlenione związki węglowe aktywowane są przez
fosforylację 713
Hydroliza łańcucha bocznego glutaminy jest źródłem jonów amonowych 713
Przenoszenie tunelowe umoŜliwia transport produktów pośrednich
pomiędzy centrami aktywnymi enzymu 714
Orotan po połączeniu z pierścieniem rybozy PRPP tworzy nukleotyd
pirymidynowy, który następnie zostaje przekształcony w urydylan 714
Nukleotydy mono-, di-, trifosforanowe mogą ulegać wzajemnym
przekształceniom 715
CTP powstaje przez aminację UTP 715
25.2 Zasady purynowe moga być syntetyzowane zarówno de novo,
jak i w szlakach rezerwowych 716
Szlak rezerwowy syntezy nukleotydów umoŜliwia znaczną ekonomizację
zuŜycia energii 716
Pierścienie purynowe są budowane na rybozylofosforanie 716
Pierścień purynowy budowany jest etapami, podczas których aktywacja
przez fosforylację poprzedza wymianę elementów budulcowych 717
AMP i GMP powstają z IMP 719
25.3 Synteza deoksyrybonukleotydów odbywa się w wyniku redukcji
rybonukleotydów z wykorzystaniem mechanizmu rodnikowego 720
Mechanizm: rodnik tyrozylowy ma zasadnicze znaczenie dla aktywności
reduktazy rybonukleotydowej 720
Metylacja deoksyurydylanu prowadzi do powstania deoksytymidylanu 722
Reduktaza dihydrofolianowa katalizuje regenerację tetrahydrofolianu,
przenośnika grup jednowęglowych 723
Wiele cennych leków stosowanych w terapii przeciwnowotworowej blokuje
syntezę deoksytymidylanu 724
25.4 Regulacja kluczowych etapów biosyntezy nukleotydów odbywa
się na zasadzie hamowania w drodze sprzęŜenia zwrotnego 725
Biosynteza pirymidyn jest regulowana przez karbamoilotransferazę
asparginianową 725
Synteza nukleotydów purynowych kontrolowana jest w wyniku sprzęŜenia
zwrotnego w kilku miejscach 725
Synteza deoksyrybonukleotydów jest kontrolowana poprzez regulację
aktywności reduktazy rybonukleotydowej 726
25.5 Zaburzenia metabolizmu nukleotydów są przyczyną róŜnych chorób 727
Utrata aktywności deaminazy adenozynowej prowadzi do cięŜkiego
złoŜonego niedoboru immunologicznego 727
Dna moczanowa powstaje w wyniku wysokiego poziomu moczanu
w surowicy 728
Mutacje w genach enzymów, zaangaŜowanych w syntezę nukleotydów
na drodze szlaku rezerwowego, są przyczyną występowania zespołu
Lescha-Nyhana 728
Niedobór kwasu foliowego wywołuje wadę wrodzoną - rozszczep
kręgosłupa 729
Rozdział 26 Biosynteza lipidów błonowych i steroidów 734 26.1 Kwas fosfatydowy jest wykorzystywany do syntezy fosfolipidów
i triacylogliceroli 735
Synteza fosfolipidów wymaga aktywowanego produktu pośredniego 736
Sfingolipidy są syntetyzowane z ceramidu 738
Gangliozydy są sfingolipidami bogatymi w węglowodany, zawierającymi
kwasy cukrowe 740
Sfingolipidy zapewniają róŜnorodność struktury i funkcji lipidów 740
Zespół błon szklistych (ang. respiratory distress syndrome) i choroba
Taya-Sachsa wynikają z uszkodzenia metabolizmu lipidów 740
26.2 Synteza cholesterolu z acetylokoenzymu a przebiega w trzech
etapach 741
Synteza mewalonianu, który powstaje z aktywowanego pirofosforanu
izopentenylu, inicjuje syntezę cholesterolu 741
Skwalen (C30) jest syntetyzowany z sześciu cząsteczek pirofosforanu
izopentenylu (C5) 742
Skwalen cyklizuje do cholesterolu 743
26.3 Regulacja biosyntezy cholesterolu zachodzi na wielu poziomach 744
Lipoproteiny transportują cholesterol i triacyloglicerole w organizmie 745
Określenie poziomu lipoprotein we krwi moŜe słuŜyć celom
diagnostycznym 747
Lipoproteiny o małej gęstości odgrywają główną rolę w metabolizmie
cholesterolu 747
Receptor LDL jest białkiem transbłonowym o sześciu róŜnych rejonach
funkcjonalnych 748
Brak receptora LDL prowadzi do hipercholesterolemii i miaŜdŜycy 749
Biochemiczne podłoŜe klinicznych sposobów obniŜania poziomu
cholesterolu 750
26.4 NajwaŜniejszymi pochodnymi cholesterolu są sole Ŝółciowe i hormony
steroidowe 750
Litery określają pierścienie steroidów, a liczby - atomy węgla 752
Steroidy są hydroksylowane przez monooksygenazy cytochromu P450
wykorzystujące NADPH i O2 752
System cytochromu P450 występuje powszechnie i pełni funkcje ochronne 753
Pregnenolon - prekursor wielu innych steroidów powstaje z cholesterolu
w wyniku odszczepienia łańcucha bocznego 754
Progesteron i kortykosteroidy są syntetyzowane z pregnenolonu 754
Androgeny i estrogeny są syntetyzowane z pregnenolonu 755
Witamina D powstaje z cholesterolu dzięki rozerwaniu pierścienia przez
światło 756
Rozdział 27 Integracja metabolizmu 762 27.1 Metabolizm obejmuje sieć połączonych ze sobą szlaków 763
Powtarzające się schematy są powszechne w regulacji metabolizmu 763
Główne szlaki metaboliczne mają specyficzne miejsca kontroli 764
Kluczowe złącza metabolizmu: glukozo-6-fosforan, pirogronian
i acetylo-CoA 767
27.2 KaŜdy organ ma własny profil metaboliczny 768
273 Sytość i głód wywołują zmiany w metabolizmie 772
Adaptacja metabolizmu do długotrwałego głodowania polega
na minimalizacji rozkładu białek 774
Zaburzenia metaboliczne w cukrzycy są spowodowane niedoborem
insuliny oraz nadmiarem glukagonu 776
Homeostaza kaloryczna: sposoby regulacji masy ciała 777
27.4 Intensywność i czas trwania aktywności fizycznej decydują o wyborze
substratów energetycznych 778
27.5 Etanol zmienia metabolizm energetyczny w wątrobie 780
Przemiany etanolu prowadzą do uzyskania nadmiaru NADH 780
Nadmiar etanolu zaburza metabolizm witamin 781
Rozdział 28 Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA 787 28.1 DNA moŜe przyjmować róŜnorodne formy strukturalne 788
Helisa typu A jest szersza i krótsza niŜ helisa typu B 788
Mały i duŜy rowek są pokryte grupami zdolnymi do tworzenia wiązań
wodorowych 789
Wyniki badań pojedynczych kryształów DNA ujawniły, Ŝe lokalnie
cząsteczka DNA moŜe mieć inną strukturę 790
Z-DNA jest lewoskrętną dwuniciową helisą, której szkielet
cukrowo-fosforanowy przypomina zygzak 791
28.2 Cząsteczka dwuniciowego DNA moŜe się zwinąć w specjalny sposób,
tworząc formy superhelikalne 792
Liczba opleceń DNA jest cechą topologiczną określającą stopień skręcenia
superhelikalnego 793
Topoizomerazy przygotowują podwójną helisę DNA do rozplecenia 794
Topoizomerazy typu I odpowiadają za relaksację struktur
superhelikalnych 794
Wykorzystując hydrolizę ATP, topoizomerazy typu II potrafią wprowadzać
do DNA ujemne skręty superhelikalne 795
28.3 Replikacja polega na syntezie nowej nici DNA z trifosforanów
deoksynukleozydów, zgodnie z informacją zapisaną w nici stanowiącej
matrycę 796
Wszystkie polimerazy wymagają matrycy oraz startera 797
Wszystkie polimerazy DNA mają podobną strukturę 797
Dwa jony metali związane z polimerazą DNA uczestniczą w reakcji
Polimeryzacji 798
Przestrzenne dopasowanie komplementarnych zasad gwarantuje precyzję
replikacji DNA 798
Odcinek RNA syntetyzowany przez prymazę jest starterem umoŜliwiającym
rozpoczęcie syntezy DNA 799
Jedna z nici DNA powstaje we fragmentach, natomiast druga nić
syntetyzowana jest w sposób ciągły 799
Ligaza DNA łączy końce DNA w rejonach dwuniciowych 800
Rozdzielenie nici DNA wymaga specjalnych enzymów - helikaz
oraz hydrolizy ATP 800
28.4 Replikacja DNA jest procesem wymagającym ścisłej synchronizacji 802
Replikacja DNA wymaga polimeraz charakteryzujących się duŜą
Procesywnością 802
Nić wiodąca i nić opóźniona są syntetyzowane w skoordynowany sposób 803
Replikacja DNA u E. coli rozpoczyna się w ściśle określonym miejscu
genomu 804
Synteza DNA u eukariotów rozpoczyna się w wielu miejscach 805
Telomery to specjalne struktury na końcach liniowych chromosomów 807
Telomery są syntetyzowane przez telomerazę, która jest specjalną
polimerazą zawierającą własną matrycę 808
28.5 Wiele typów uszkodzeń DNA podlega naprawie 808
Błędy mogą się pojawić podczas replikacji DNA 808
Przyczyną niektórych chorób genetycznych jest wzrost liczby powtórzeń
trójek nukleotydowych 808
Czynniki utleniające, alkilujące, a takŜe światło mogą uszkadzać
zasady DNA 809
Uszkodzenia DNA mogą być rozpoznawane i naprawiane przez róŜnorodne
systemy naprawcze 811
Obecność tyminy zamiast uracylu w DNA umoŜliwia identyfikację
i naprawę deaminowanej cytozyny 813
Przyczyną licznych rodzajów nowotworów złośliwych są niesprawnie
działające systemy naprawy DNA 813
Wiele potencjalnych karcynogenów moŜna wykryć za pomocą ich
oddziaływania na bakterie 814
28.6 Rekombinacja DNA odgrywa waŜną rolę w replikacji, naprawie
oraz wielu innych procesach 816
Białko RecA inicjuje rekombinację poprzez inwazję nici 817
W trakcie rekombinacji tworzą się struktury Hollidaya 817
Niektóre rekombinazy są ewolucyjnie spokrewnione z topoizomerazami 818
Rozdział 29 Synteza i splicing RNA 825 Syntezę RNA moŜna podzielić na trzy etapy: inicjację, elongację
i terminację 826
29.1 Transkrypcja katalizowana jest przez polimerazę RNA 827
Polimeraza RNA wiąŜe się do miejsc promotorowych genu i rozpoczyna
transkrypcję 828
Podjednostka sigma umoŜliwia polimerazie RNA rozpoznanie miejsc
promotorowych 829
Przed zainicjowaniem syntezy RNA polimeraza RNA musi rozpleść DNA 830
Łańcuchy RNA tworzone są de novo i syntetyzowane w kierunku 5' → 3' 831
Elongacja zachodzi w bąblach transkrypcyjnych poruszających się wzdłuŜ
matrycy DNA 832
Sekwencje leŜące w obrębie nowo syntetyzowanego RNA są sygnałem
zakończenia transkrypcji 833
Białko rho pomaga w terminacji transkrypcji niektórych genów 834
Antybiotyki - inhibitory transkrypcji 835
Prokariotyczne prekursory transportujących i rybosomowych RNA
są rozcinane i chemicznie modyfikowane po zakończeniu transkrypcji 836
29.2 Transkrypcja u eukariotów podlega precyzyjnej regulacji 837
RNA w komórkach eukariotycznych syntetyzowany jest przez trzy rodzaje
polimeraz RNA 838
W promotorach rozpoznawanych przez polimerazę RNA II moŜna znaleźć
trzy wspólne elementy 840
Białkowy kompleks TFIID inicjuje tworzenie aktywnego kompleksu
transkrypcyjnego 841
RóŜnorodne czynniki transkrypcyjne oddziałują z promotorami
eukariotycznymi 842
Sekwencje wzmacniające mogą stymulować transkrypcję w miejscach
startowych oddalonych od nich o tysiące zasad 842
29.3 Produkty transkrypcji prowadzonej przez wszystkie trzy
eukariotyczne polimerazy RNA podlegają reakcjom dojrzewania 843
Polimeraza RNA I produkuje trzy rybosomowe RNA 843
Polimeraza RNA III syntetyzuje tRNA 844
Polimeraza RNA II syntetyzuje pre-mRNA, do których końców 5'
dodawany jest kap, a do końca 3' - ogon poli(A) 844
Redagowanie RNA zmienia białka kodowane przez mRNA 846
Sekwencje na końcach intronów wyznaczają miejsca splicingowe
w mRNA 847
Splicing składa się z dwóch reakcji transestryfikacji 847
Niskocząsteczkowe jądrowe RNA (snRNA) katalizują w spliceosomie
wycięcie intronów z prekursorów mRNA 848
Transkrvpcja i dojrzewanie RNA są ze sobą sprzęŜone 850
Mutacje wpływające na spiicing pre-mRNA są przyczyną chorób 851
Większość ludzkich pre-mRNA moŜe ulegać splicingowi kilkoma sposobami,
tworząc róŜne mRNA, a po ich translacji takŜe róŜne białka 851
29.4 Odkrycie katalitycznych właściwości RNA było prawdziwym
przełomem, który nie tylko wzbogacił naszą wiedzę o enzymach,
ale równieŜ zmienił sposób myślenia o ewolucji 853
Rozdział 30 Synteza białka 861 30.1 Synteza białka wymaga przetłumaczenia informacji genetycznej
zapisanej w języku kwasów nukleinowych na język białek 862
Synteza długich białek wymaga małej częstości błędów 862
Cząsteczki transferowych RNA mają podobną budowę 863
Aktywowany aminokwas i antykodon znajdują się na przeciwległych
końcach cząsteczki tRNA, która ma kształt litery L 865
30.2 Syntetazy aminoacylo-tRNA odczytują kod genetyczny 866
Aminokwasy są wstępnie aktywowane przez adenylację 866
Syntetazy aminoacylo-tRNA selektywnie rozpoznają aminokwasy mające
ulec aktywacji 867
Aktywność korekcyjna syntetaz aminoacylo-tRNA zwiększa poprawność
syntezy białka 868
Syntetazy rozpoznają róŜnorodne cechy transportujących RNA 869
Syntetazy aminoacylo-tRNA moŜna podzielić na dwie klasy 869
30.3 Rybosom jest cząstką rybonukleoproteinową (70S) zbudowaną
z małej (30S) i duŜej (50S) podjednostki 870
Rybosomowe RNA (5S, 16S i 23S rRNA) odgrywają główną rolę w syntezie
białka 871
Białka są syntetyzowane od końca aminowego do karboksylowego 873
Translacja informacyjnego RNA przebiega w kierunku 5' → 3' 873
Kodon AUG zazwyczaj oznacza sygnał startu i jest poprzedzony kilkoma
zasadami parującymi się z 16S rRNA 874
Bakteryjną syntezę białek rozpoczyna formylo- metionylo-tRNA 875
Rybosom zawiera trzy miejsca wiązania tRNA zlokalizowane na pograniczu
podjednostek 30S i 50S 875
W trakcie syntezy wiązania peptydowego rosnący łańcuch polipeptydowy
jest przerzucany między cząsteczkami tRNA 876
Tylko oddziaływania kodon-antykodon decydują o włączeniu aminokwasu
do rosnącego łańcucha polipeptydowego 877
Niektóre cząsteczki tRNA rozpoznają więcej niŜ jeden kodon zgodnie
z zasadą tolerancji 878
30.4 Czynniki białkowe odgrywają waŜną rolę w syntezie białka 880
Podczas tworzenia kompleksu inicjującego 70S formylometionylo-tRNAf
zajmuje w rybosomie miejsce P 880
Czynniki elongacyjne dostarczają aminoacylo-tRNA do rybosomu 880
Po utworzeniu wiązania peptydowego następuje translokacja tRNA i mRNA
napędzana przez GTP 881
Czynniki uwalniające kończą syntezę białka odczytując kodony „stop" 882
30.5 Synteza białka u eukariotów róŜni się od syntezy białka u prokariotów
przede wszystkim sposobem inicjacji 883
30.6 Rybosomy związane z retikulum endoplazmatycznym produkują
białka błonowe i sekrecyjne 884
Obecność sekwencji sygnałowej w białku decyduje o jego translokacji
w poprzek błony retikulum endoplazmatycznego 884
Pęcherzyki transportujące przenoszą białka do miejsc ich ostatecznego
przeznaczenia 886
30.7 Synteza białka moŜe być zahamowana przez róŜne antybiotyki
i toksyny 888
Toksyna błonicy blokuje syntezę białka u eukariontów poprzez hamowanie
translokacji 889
Rycyna jest N-glikozydem hamującym syntezę białka 889
Rozdział 31 Kontrola ekspresji genów 896 31.1 Wiele białek wiąŜących DNA rozpoznaje specyficzne sekwencje DNA 897
Motyw helisa-zwrot-helisa występuje powszechnie w prokariotycznych
białkach wiąŜących DNA 898
Białka eukariotyczne wiąŜące DNA wykorzystują cały zakres motywów
i domen białkowych wiąŜących DNA 899
31.2 Białka prokariotyczne wiąŜące się z DNA oddziałują specyficznie
z miejscami regulatorowymi operonów 900
Operon składa się z elementów kontrolnych i genów kodujących białka 901
Jeśli nie ma laktozy, represor lac wiąŜe się z miejscem operatorowym
i blokuje transkrypcję 901
Związanie liganda moŜe indukować zmiany strukturalne w białkach
regulatorowych 902
Operon jest powszechną jednostką organizacji genów u prokariotów 903
Białka oddziałujące z polimerazą RNA mogą stymulować transkrypcję 904
31.3 Większa złoŜoność genomów eukariotycznych wymaga wyszukanych
mechanizmów regulacji ekspresji genów 905
U eukariotów liczne czynniki transkrypcyjne oddziałują z miejscami
regulatorowymi 906
Czynniki transkrypcyjne eukariotów mają charakter modułowy 906
Domeny aktywujące oddziałują z innymi białkami 907
Nukleosomy są kompleksami DNA i histonów 907
Eukariotyczny DNA jest owinięty wokół histonów, aby stworzyć
nukleosomy 908
Kontrola ekspresji genu wymaga remodelowania chromatyny 909
Sekwencje wzmacniające stymulują transkrypcję w wybranych typach
komórek 910
Metylacje DNA mogą zmienić wzór ekspresji genów 911
Steroidy i pokrewne cząsteczki hydrofobowe przechodzą przez błonę
i łączą się z receptorami wiąŜącymi DNA 911
Jądrowe receptory hormonów regulują transkrypcję, rekrutując
do kompleksu transkrypcyjnego koaktywatory lub korepresory 913
Receptory hormonów steroidowych są miejscem działania leków 914
Struktura chromatyny jest modulowana przez kowalencyjne modyfikacje
ogonów histonowych 914
Histonowe deacetylazy biorą udział w represji transkrypcyjnej 916
31.4 Ekspresja genów moŜe być kontrolowana na poziomie
potranskrypcyjnym 917
Atenuacja jest mechanizmem regulacji ekspresji genów u prokariotów
i polega na modulacji struktury drugorzędowej syntetyzowanego RNA 917
Geny związane z metabolizmem Ŝelaza podlegają u zwierząt regulacji
translacyjnej 918
Część IV ODPOWIEDŹ NA ZMIANY WARUNKÓW ŚRODOWISKA Rozdział 32 Systemy czucia 925
32.1 Wiele związków organicznych jest wykrywane za pomocą węchu 926
Wielka rodzina receptorów zawierających siedem helikalnych odcinków
transbłonowych pośredniczy w odbiorze zapachów 927
Substancje zapachowe są rozpoznawane przez mechanizmy
kombinatoryczne 928
Czynnościowy rezonans magnetyczny ujawnia regiony mózgu
przetwarzające informacje czuciowe 930
32.2 WraŜenia smakowe są efektem działania wielu zmysłów
funkcjonujących według róŜnych mechanizmów 930
Sekwencjonowanie genomu ludzkiego doprowadziło do odkrycia duŜej
rodziny receptorów 7TM gorzkiego smaku 930
Heterodimeryczny receptor 7TM odpowiada na substancje o smaku
słodkim 933
Umami, smak glutaminianu i asparaginianu, jest odbierany przez receptor
heterodimeryczny, spokrewniony z receptorem smaku słodkiego 934
Za wykrywanie smaku słonego jest przede wszystkim odpowiedzialny
przepływ jonów sodowych przez kanały 934
Smak kwaśny powstaje w wyniku oddziaływania jonów wodorowych
(kwasów) na kanały 935
32.3 Fotoreceptory w oku wykrywają światło widzialne 935
Rodopsyna, wyspecjalizowany receptor 7TM, absorbuje światło widzialne 936
Absorpcja światła zapoczątkowuje specyficzną izomeryzację związanego
11-cis-retinalu 937
Zmniejszenie stęŜenia wapnia, wywołane światłem, koordynuje powrót
do stanu wyjściowego 938
Widzenie kolorów w czopkach siatkówki zachodzi przez trzy receptory
będące homologami rodopsyny 939
RearanŜacje w genach fotoreceptorów kolorów zielonego i czerwonego
prowadzą do „ślepoty na barwy" 940
32.4 WraŜenia słuchowe zaleŜą od szybkiej detekcji bodźców
mechanicznych 941
Komórki włoskowate wykorzystują połączone pęczki stereocilii
do wykrycia małych ruchów 941
Mechanosensoryczne kanały zostały zidentyfikowane u Drosophila
i kręgowców 943
32.5 Na odbiór wraŜeń dotykowych mają wpływ ucisk, temperatura i inne
czynniki 944
Badania kapsaicyny ujawniły obecność receptora wysokiej temperatury
i innych bodźców bólowych 944
Jeszcze wiele systemów czuciowych pozostaje do zbadania 945
Rozdział 33 Układ odpornościowy 949 Wrodzony układ odpornościowy jest ewolucyjnie starym systemem
obronnym 950
Ewolucyjne przystosowania nabytego układu odpornościowego 952
33.1 W przeciwciałach moŜna wyróŜnić fragmenty wiąŜące antygen
i fragmenty efektorowe 953
33.2 Zwinięcie immunoglobulinowe składa się z dwóch ułoŜonych
vis a vis struktur dywanowych typu β oraz hiperzmiennych pętli 956
33.3 Przeciwciała wiąŜą swoiste cząsteczki w rejonach hiperzmiennych
pętli 957
Analiza rentgenowska wyjaśniła, w jaki sposób przeciwciała wiąŜą
antygeny 957
Przeciwciało wiąŜe duŜy antygen w wyniku licznych oddziaływań 959
33.4 RóŜnorodność przeciwciał jest wynikiem rearanŜacji genów 960
Geny J (łączące, ang. joining) i D (róŜnorodności, ang. diversity)
zwiększają róŜnorodność przeciwciał 960
Kombinatoryka segmentów genowych i mutacje somatyczne umoŜliwiają
tworzenie ponad 108 róŜnych przeciwciał 962
Oligomeryzacja przeciwciał syntetyzowanych na powierzchni niedojrzałych
limfocytów B powoduje wydzielanie przeciwciał poza komórkę 962
RóŜne klasy przeciwciał powstają na skutek przemieszczania genów VH 964
33.5 Peptydy związane z białkami głównego układu zgodności tkankowej
są prezentowane na powierzchniach komórek i rozpoznawane przez
receptory limfocytów T 965
Peptydy prezentowane przez białka MHC zajmują głęboki rowek, którego
ściany tworzą helisy α 966
Receptory limfocytów T są białkami podobnymi do przeciwciał,
zawierającymi regiony stałe i zmienne 968
Białko CD8 na powierzchni cytotoksycznych limfocytów T współdziała
z receptorami limfocytów T 969
Pomocnicze limfocyty T stymulują komórki prezentujące obce peptydy
związane z białkami MHC klasy II 970
W rozpoznawaniu obcych peptydów na komórkach prezentujących
antygen pomocniczym limfocytom T pomagają specyficzne receptory
komórkowe T i cząsteczki CD4 970
Białka głównego układu zgodności tkankowej są silnie zróŜnicowane 972
Ludzki wirus niedoboru immunologicznego uszkadza układ odpornościowy
niszcząc pomocnicze limfocyty T 973
33.6 Odpowiedź układu odpornościowego przeciwko własnym antygenom
ulega supresji 974
Limfocyty T w grasicy podlegają selekcji pozytywnej i negatywnej 974
Wytwarzanie odpowiedzi odpornościowej przeciw własnym antygenom
prowadzi do rozwoju chorób autoimmunologicznych 975
Układ odpornościowy bierze udział w zapobieganiu rozwoju nowotworu 976
Rozdział 34 Motory molekularne 983 34.1 Większość białek motorycznych naleŜy do nadrodziny NTPaz typu P 984
Białko motoryczne składa się z rdzenia ATPazowego i wydłuŜonej
struktury 984
Związanie i hydroliza ATP indukuje zmiany w konformacji i siłę wiązania
białek motorycznych 986
34.2 Miozyna przemieszcza się wzdłuŜ filamentów aktynowych 988
Mięsień zbudowany jest głównie z kompleksów miozyny i aktyny 988
Aktyna jest samoorganizującym się, podlegającym ciągłym zmianom
polimerem o dwóch róŜnych końcach 990
MoŜemy obserwować ruchy pojedynczych białek motorycznych 992
Uwolnienie fosforanu jest odpowiedzialne za suw motoru miozynowego 993
Długość ramienia dźwigni decyduje o prędkości motoru 994
34.3 Kinezyna i dyneina przemieszczają się wzdłuŜ mikrotubul 995
Mikrotubule są wydrąŜonymi, cylindrycznymi polimerami 995
Ruch kinezyny jest wysoce procesywny 997
34.4 Motor rotujący napędza ruch bakterii 999
Bakterie poruszają się dzięki rotacji wici 999
Przepływ protonów napędza obrót bakteryjnej wici 1000
Chemotaksja bakterii zaleŜy od odwrócenia kierunku rotacji wici 1001
Rozdział 35 Nowe leki 1007 35.1 Tworzenie nowych leków stawia przed nami wielkie wyzwania 1008
Potencjalne leki muszą być silnymi modulatorami cząsteczek docelowych 1008
Leki muszą wykazywać odpowiednie właściwości, Ŝeby dotrzeć
do cząsteczek docelowych 1009
Toksyczność moŜe ograniczyć efektywność leku 1014
35.2 Potencjalne leki mogą być odkrywane przez przypadek, badania
przesiewowe lub projektowanie 1015
Przypadkowe obserwacje mogą doprowadzić do odkrycia nowego leku 1015
Badania przesiewowe bibliotek związków mogą doprowadzić do odkrycia
nowych leków 1017
Leki mogą być projektowane na podstawie wiedzy o strukturze
przestrzennej cząsteczki docelowej 1021
35.3 Analiza genomów otwiera nowe perspektywy przed naukowcami
opracowującymi nowe leki 1023
Potencjalne cząsteczki docelowe leków mogą być zidentyfikowane
w ludzkim proteomie 1023
Modele zwierzęce pomagają zweryfikować potencjalne obiekty działania
leków 1024
Analiza genomów organizmów chorobotwórczych wskazuje nowe obiekty
działania leków 1024
RóŜnice genetyczne wpływają na osobnicze reakcje na leki 1025
35.4 Na proces tworzenia leku składa się kilka etapów 1026
Badania kliniczne są czasochłonne i drogie 1027
Pojawienie się lekooporności moŜe ograniczyć skuteczność leków w terapii
chorób zakaźnych i nowotworów 1028
Dodatki A1 Słowniczek związków chemicznych B1
Rozwiązania zadań C1
Skorowidz D1
oprac. BPK