Am inokw asy....................................................................................................................................5 Struktura i systematyka aminokwasów białkowych.....................................................................5 Aminokwasy rzadko występujące w białkach.............................................................................9 Symbolika aminokwasów białkowych.........................................................................................10 Aminokwasy niebiałkowe.............................................................................................................11 Właściwości optyczne aminokwasów.......................................................................................... 12 Amfoteryczne właściwości aminokwasów................................................................................ 12 Równanie Hendersona-Hasselbalcha......................................................................................... 13 Właściwości buforujące aminokwasów.......................................................................................14 Biologiczne znaczenie aminokwasów......................................................................................... 17 Peptydy............................................................................................................................................ 17 Wiązanie peptydow e....................................................................................................................17 Nazewnictwo peptydów.............................................................................................................. 20 Peptydy pełniące funkcje biologiczne....................................................................................... 21 Białka.............................................................................................................................................. 23 Struktura pierwszorzędowa białek.............................................................................................. 24 Struktura drugorzędowa białek....................................................................................................29 Struktura trzeciorzędowa białek.................................................................................................. 32 Struktura czwartorzędowa białek .............................................................................................. 35 Denaturacja białek.........................................................................................................................36 Właściwości białek w roztworach................................................................................................ 36 Izolacja białka z materiału biologicznego....................................................................................38 Funkcje biologiczne białek...........................................................................................................41
03
E n z y m y i m e t a b o liz m ............................................................................43
3.1 3.2 3.3
Procesy kataboliczne....................................................................................................................43 Procesy anaboliczne..................................................................................................................... 43 Ogólne informacje o enzym ach..................................................................................................44
Wspólne cechy reakcji enzym atycznych................................................... 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..............................................................................
45 45 45 47 47 48 48 50 51 52
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.......
52 53 53 56 57 57 58
Enzymy wielofunkcyjne.............................................................................. Swoistość enzym ów.................................................................................... Koenzym y.................................................................................................... Izoenzym y.................................................................................................... Systematyka enzym ów .............................................................................. Międzynarodowy kod enzymatyczny....................................................... Zastosowanie enzymów w praktyce .......................................................
Przekazywanie energii........................................... Rola wspólnych pośredników.............................. Związki fosforanowe o wysokiej energii ............
78 78 79
Inne związki bogate w energię............................ Mitochondrium.....................................................
Elementy składowe mitochondrialnego łańcucha oddechow ego.........................................84 Kompleksy oddechowe .............................................................................................................. 87 Inhibitory transportu elektronów................................................................................................88 Wyzwalanie energii podczas transportu elektronów................................................................88
4.5 4.6 4.7 4.7.1 4.7.2 4.7.3
Fosforylacja oksydacyjna.............................................................................................................. 89 Utlenianie substratów niezależne od łańcucha oddechow ego.............................................. 90 Reaktywne formy tle n u ................................................................................................................92 Hemoglobina i mioglobina generują R F T ..................................................................................92 Łańcuch oddechowy źródłem RFT.............................................................................................. 93 Biologiczne efekty działania RFT..................................................................................................93
05
C u k ry p ro ste . B u d o w a i m e t a b o liz m ............................................... 95
5.1
Klasyfikacja i nazewnictwo cukrów prostych..............................................................................95
Regulacja glikolizy....................................................................................................................... 106 Glikoliza beztlenowa....................................................................................................................107 Przebieg glikolizy beztlenowej..................................................................................................107 Bilans energetyczny glikolizy beztlenowej.............................................................................. 108 Metaboliczne losy pirogronianu................................................................................................108 Cykl kwasów trikarboksylowych................................................................................................110 Reakcje cyklu kwasów trikarboksylowych..............................................................................111 Bilans cyklu kwasów trikarboksylowych ..................................................................................114
5.6.3 5.7
Regulacja cyklu kwasów trikarboksylowych............................................................................ 115 Bilans energetyczny utleniania glukozy do C 0 2 i H20 ............................................................ 116
5.8 5.8.1 5.8.2
Glukoneogeneza......................................................................................................................... 116 Reakcje glukoneogenezy...........................................................................................................116 Substraty zużywane w glukoneogenezie................................................................................119
Faza nieoksydacyjna....................................................................................................................123 Bilans szlaku pentozofosforanowego.......................................................................................127
IX
BIOCHEMIA
X
5.9.4
Funkcje N A D P H ..........................................................................................................................127
5.10 5.10.1
Metabolizm fruktozy....................................................................................................................128 Włączanie fruktozy do glikolizy ................................................................................................ 128
Disacharydy..................................................................................................................................137 Budowa i powstawanie disacharydów..................................................................................... 137 Rozkład disacharydów............................................................................................................... 138 Polisacharydy.............................................................................................................................. 140 Skro b ia......................................................................................................................................... 140 C elu lo za....................................................................................................................................... 141 Glikogen - budowa i funkcja ....................................................................................................142 Biosynteza glikogenu ................................................................................................................ 143 Rozkład glikogenu....................................................................................................................... 147 Regulacja biosyntezy i rozkładuglikogenu............................................................................... 150 Choroby spichrzania glikogenu..................................................................................................150
07
L ip id y . B u d o w a i m e t a b o iiz m ........................................................................ 153
Transaminacja.............................................................................................................................. 199 Deaminacja................................................................................................................................. 201 Detoksykacja amoniaku..............................................................................................................202 Cykl mocznikowy .......................................................................................................................202 Wiązanie amoniaku przez glutaminian.....................................................................................206 Metabolizm energetyczny szkieletów węglowodorowych aminokwasów.......................... 207
8.4.1 8.4.2 8.4.3 8.5
Przemiana aminokwasów glukogennych................................................................................207 Przemiana aminokwasów ketogennych................................................................................... 208 Przemiana aminokwasów glukoketogennych........................................................................ 209 Aminokwasy źródłem związków biologicznie czynn ych.......................................................211
8.5.1 8.5.2
Z aminokwasów powstają aktywne fragmenty jednowęglowe............................................211 Z tyrozyny powstają hormony i neuroprzekaźniki................................................................. 212
Z tyrozyny powstają melaniny................................................................................................... 213 Ztryptofanu powstaje kwas nikotynowy................................................................................. 214 Cysteina przekształca się w taurynę.......................................................................................... 214 Siarka cysteiny utlenia się do siarczanu................................................................................... 214 Metionina uczestniczy w transmetylacji ........................ 215 Z aminokwasów powstaje kreatyna.........................................................................................218 Z lizyny i metioniny powstaje karnityna................................................................................... 218 Dekarboksylacja aminokwasów dostarcza amin biogennych................................................219 Z argininy powstaje tlenek azotu............................................................................................. 220 Inne funkcje metaboliczne am inokwasów............................................................................. 220
09
Barwniki porfirymowe
9.1 9.2 9.3
Hem ............................................................................................................................................ 224 Chlorofil.........................................................................................................................................224 Witamina B12- kobalam ina.......................................................................................................224
9.4 9.4.1 9.4.2 9.4.3 9.4.4 9.5 9.5.1 9.5.2 9.5.3
Biosynteza hem u........................................................................................................................ 225 Powstawanie ó-aminolewulinianu .......................................................................................... 225 Powstawanie porfobilinogenu..................................................................................................226 Powstawanie h e m u ................................................................................................................... 226 Porfirię.........................................................................................................................................228 Rozkład hem u..............................................................................................................................228 Powstawanie bilirubiny.............................................................................................................. 228 Przekształcanie bilirubiny w jelicie............................................................................................ 229 Żółtaczka..................................................................................................................................... 230
Struktura drugorzędowa D N A................................................................................................... 253 Struktury superhelikalne D N A ..................................................................................................256 Białka wiążące DNA.....................................................................................................................258 Denaturacja i renaturacja D N A ................................................................................................259 Kwas rybonukleinowy - RNA................................................................................................... 260 Informacyjny kwas rybonukleinow y-m RN A .........................................................................261 Transportujący kwas rybonukleinowy - tRN A .......................................................................263 Rybosomowy kwas rybonukleinowy - rRNA......................................................................... 264 Hybrydyzacja kwasów nukleinowych ....................................................................................265 Replikacja D N A............................................................................................................................ 265 Replikacja DNA w komórkach prokariotycznych....................................................................266 Replikacja DNA w komórkach eukariotycznych......................................................................268 Amplifikacja DNA - polimerazowa reakcja łańcuchowa .......................................................270
252
11.5 11.6 11.6.1 11.6.2 11.6.3
Uszkodzenia DNA i ich naprawa.............................................................................................. 271 Synteza RNA: transkrypcja.........................................................................................................271 Transkrypcja w komórkach prokariotycznych......................................................................... 272 Transkrypcja w komórkach eukariotycznych.........................................................................274 Posttranskrypcyjna modyfikacja R N A ......................................................................................275
12
Biosynteza b iałka..................................................................277
Glikozylacja niektórych reszt aminokwasowych.................................................................... 285 Inne modyfikacje reszt aminokwasowych................................................................................287
BIOCHEMIA
XIV
12.6 12.6.1 12.6.2
Hamowanie biosyntezy białek.................................................................................. 288 Antybiotyki................................................................................................................................. 288 Inne inhibitory biosyntezy białek..............................................................................................288
13
Ekspresja genów
13.1
Ekspresja genów w komórce prokariotycznej.........................................................................291
13.1.1 13.1.2 13.2 13.2.1 13.2.2 13.3
Przykłady indukcji i represji.......................................................................................................291 Mechanizm indukcji i represji...................................................................................................292 Ekspresja genów w komórce eukariotycznej..........................................................................294 Pobudzanie ekspresji (indukcja)...............................................................................................295 Hamowanie ekspresji (represja)...............................................................................................295 Mutacje ...................................................................................................................................... 296
291
13.3.1 Mutacje punktow e.....................................................................................................................296 13.3.2 Czynniki m utagenne................................................................................................................. 297 13.3.3 Znaczenie mutacji w p a tolo gii................................................................................................ 298 13.4 Specyficzne cechy genomu ludzkiego.................................................................................... 298 13.4.1 Replikacja i transkrypcja ludzkiego D N A .................................................................................299 13.4.2 Kopie genów ..............................................................................................................................300 13.4.3 Niekodujące fragmenty DNA ...................................................................................................300 13.4.4 Mitochondrialny DNA................................................................................................................301 13.5 Rekombinacja DNA ................................................................................................................. 301 13.5.1 Endonukleazy restrykcyjne ..................................................................................................... 301 13.5.2 Efekty rekombinacji DNA........................................................................................................... 302
Witaminy rozpuszczalne w w o d zie .......................................................................................... 305 Witamina B1- tiam ina................................................................................................................305 Witamina B2-ryboflaw ina ...................................................................................................... 306 Witamina B3- niacyna............................................................................................................... 307 Witamina Bs - kwas pantotenowy ..........................................................................................308 Witamina B6-pirydoksyna ...................................................................................................... 308 Biotyna.........................................................................................................................................309 Kwasfoliowy ..............................................................................................................................309 Witamina B12-k o b a la m in a ...................................................................................................... 311 Witamina C - kwas askorbinowy..............................................................................................311 Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach.................................................................................... 312 Witamina A - retinoidy..............................................................................................................312 Witamina D - ergokalcyferol i cholekalcyferol.........................................................................314
14.2.3 Witamina E - a-tokoferol.......................................................................................................... 315 14.2.4 Witamina K —filo ch ino n............................................................................................................316
Asymetria i płynność błon komórkowych............................................................................... 325 Przepuszczalność błon biologicznych.......................................................................................326 Transport bierny ........................................................................................................................328 Kanały jo n o w e ............................................................................................................................ 329 Połączenia szczelinowe..............................................................................................................330 Transport aktywny...................................................................................................................... 330 Transport Na+/K+ ........................................................................................................................ 332 Transport H+/K+ .......................................................................................................................... 333 Transport glukozy i am inokw asów .......................................................................................... 334 Transport Ca2+..............................................................................................................................334 Transport bierny wspomagany ................................................................................................335 Transport glu ko zy...................................................................................................................... 336 Transport Cl" i H C O "................................................................................................................... 336 Transport anionów kwasowych przez błonę mitochondrialną.............................................. 336 Transport ADP i ATP przez błonę mitochondrialną................................................................. 337
321
15.5 Szczególne mechanizmy transportu........................................................................................ 338 15.5.1 Transport równoważników redukcyjnych................................................................................339 15.5.2 Transport kwasów tłuszczowych przez błonę mitochondrialną............................................ 341 15.5.3 Transport reszt acetylowych przez błonę mitochondrialną ................................................. 342
16
Czynniki regulujące m etabolizm .......................................... 345
Katabolizm i anabolizm..................................................... Katabolizm.......................................................................... Anabolizm ........................................................................... Powiązanie katabolizmu i anabolizm u............................ Sygnały regulacyjne........................................................... Sygnały z wnętrza komórki................................................ Sygnały przenoszone poprzez neuromediatory.............. Sygnały przenoszone przez hormony ............................ Receptory błonowe............................................................. Powstawanie i funkcjonowanie wtórnych przekaźników Receptory wewnątrzkomórkowe ....................................
367 367 368 368 369 369 371 371 372 372 376
Biochemia tkanek - wybrane zagadnienia
79
Specyfika metabolizmu energetycznego niektórych narządów W ątroba........................................................................................... Mięsień szkieletowy....................................................................... Mięsień se rco w y............................................................................ M ó zg ................................................................................................ Nerka .............................................................................................. Wybrane zagadnienia z zakresu biochemii k rw i......................... Krwinka czerwona........................................................................... Osocze krwi .................................................................................... Białka osocza .................................................................................. Białka osocza w przebiegu chorób................................................
