structura proteine

Click here to load reader

Post on 05-Dec-2014

77 views

Category:

Documents

12 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Structura i Funcia proteinelor Proteinele sunt macromolecule cele mai versatile n sistemele vii i servesc funciicruciale n esen, toate procese biologice. Ele funcioneaz ca i catalizatori, acestea

transporta i stocheaza alte molecule, cum ar fi oxigen, ele ofer sprijin mecanic i protecie imunitar, ele genereaz micarea, le transmit impulsurile nervoase, i ei controleaz creterea i difereniere. ntr-adevr, o mare parte din acest text se va concentrape intelegerea a ceea ce fac proteinele i modul n care acestea efectueaz aceste funcii. Mai multe proprieti cheie permite proteine pentru a participa la astfel de o gam larg de funcii.

1. Proteinele sunt polimeri liniari construite din uniti monomere numite aminoacizi. Construirea de o gam larg de macromolecule de la un numr limitat de blocuri de constructii monomere este o tem recurent n biochimie . Are proteinfunciona depinde de secvena liniar de aminoacizi? Functia a unei proteine este direct

dependent de ei Structura tridimensional. Remarcabil, proteine spontan ori n sus, nstructuri tridimensionale care sunt determinate de secvena de aminoacizi din proteine polimer.

Astfel, proteinele sunt ntruchiparea trecerea de la lumea unidimensional a secvenelor n lumea tridimensional a moleculelor capabile de diverse activiti. 2. Proteinele conin o gam larg de grupuri funcionale. Aceste grupuri funcionale includ alcooli, tioli, acizi carboxilici, carboxamides, i o varietate de grupuri de baz. Atunci cand sunt combinate n secvene diferite, aceast matrice de grupe funcionale reprezint spectru larg de functia de proteine. De exemplu, reactivitatea chimic asociat cu aceste grupuri este esenial pentru funcia de enzime, proteine care catalizeaz reacii chimice specifice, n sistemele biologice . 3. Proteinele pot interaciona unul cu altul i cu alte macromolecule biologice pentru a forma ansambluri complexe.

proteine n cadrul acestor adunri pot actiona sinergic pentru a genera capabiliti care nu oferite de component individual proteine . Aceste ansambluri includ macromoleculare mainile care efectueaz replicarea corect a ADN-ul, transmiterea de semnale in interiorul celulelor, i multe alte procese eseniale.

4. Unele proteine sunt destul de rigide, n timp ce altele afia o flexibilitate limitat. Uniti rigide pot funciona ca elemente structural n citoscheletului (schele interne in interiorul celulelor) sau n esutul conjunctiv. Piese de proteine cu o flexibilitate limitat pot aciona n calitate de balamale, arcuri, i prghii, care sunt cruciale pentru functia de proteine, la asamblarea proteinelor unul cu altul, precum i cu alte molecule n uniti complexe, precum i la transmiterea de informaii n cadrul i ntre celulele.Cristale de insulin uman. Insulina este un hormon proteic, esenial pentru

meninerea de zahr din snge, la nivelurile corespunztoare. Lanturi de aminoacizi ntr-o secven specific (structura primar) s defineasc o proteina cum ar fi insulina. aceste lanuri ori n structuri bine definite (structura teriar), n acest caz, o molecula de insulin singur. Astfel de structuri asambla cu alte lanturi pentru a forma matrice, cum ar fi complex de molecule de insulina aseprezentate la extrema dreapt (cuaternari structura). Aceste matrice pot fi de multe ori

induse pentru a forma cristale bine definite, care permite determinarea aceste structuri n detaliu. I. Proiectare molecular a vieii 3. Structura proteine i Funcia 3.1. Proteinele sunt construite dintr-o Repertoriul de 20 de aminoacizi Aminoacizii sunt elementele constitutive ale proteinelor. Un acid amino-o const dintr-un atom de carbon central, numit de carbon a, legat de un grup amino, un grup de acid carboxilic, un atom de hidrogen, i un grup R distinctiv.Grupul R este

de multe ori menionat n lan lateral. Cu patru grupuri diferite de conectat la un tetraedric-atomul de carbon, un amino-acizi sunt chiral, cele dou imagine n oglind forme sunt numite izomerul l i izomer d. Doar acizi amino-l sunt componente ale proteinelor. Pentru aproape toate aminoacizi, izomerul L are S (mai degrab dect R) absolut configurare. Dei eforturiconsiderabile a intrat n a nelege de ce aminoacizi din proteine au aceast configuraie absolut, nici o explicaie satisfctoare a fost ajuns la. Se pare plauzibil faptul c selecia l peste d era arbitrar, dar, o dat fcut, a fost stabilit la nceputul istoriei evolutive.

Aminoacizi n soluie cu pH neutru, predominant sub form de ioni exista dipolare (de asemenea, numit zwitterions). n formularul de dipolare, grupul amino protonate este (-NH3+) i grupul carboxil este deprotonated (-COO-). Starea de ionizare a unei aminoacizi variaz n funcie de pH-ul. n soluie acid (de exemplu, pH-ul 1), grupul amino protonate este (-NH3 +) i grup carboxil nu este disociat (COOH). Ca pH-ul este ridicat, acid carboxilic este primul grup s renune la un proton, n msura n care pK su este aproape de 2. Formularul dipolare persist pn la pH-ul se apropie de 9, atunci cnd grupul amino protonate pierde un proton. Douzeci de tipuri de lanuri laterale diferite n mrime, form , taxa, hidrogen-bondingcapacitate, caracter hidrofob, i reactivitatea chimic sunt de obicei gsite n

proteine. ntr-adevr, toate proteinele din toate speciile bacteriene, i eucariote sunt construite din acelasi set de 20 de aminoacizi. Acest alfabet fundamental de proteine estede mai multe miliarde de ani. Gama remarcabila de functii mediate de proteine rezultatele din diversitatea i versatilitatea aceste 20 de blocuri de constructii. S ne uitm la acest set de aminoacizi. Cea mai simpl este glicin, care are doar un

atom de hidrogen ca lanul de partea sa. Cu doi atomi de hidrogen legat la atomul de carbon-o, glicina este unic n fiin achirali. Alanin, amino simplu urmtoare

Acid, are un grup de metil (CH3-) ca lanul de partea sa. Lanuri mai mari laterale de hidrocarburi se gsesc n valina, leucina, izoleucina i. Metionina conine o mare parte Partea alifatice cu lan, care include un thioether (-S-) de grup.Lanul parte a izoleucin include o suplimentare de chiral centru; numai izomerul prezentat n figura 3.8 se gsete n proteine. Cele mai mari lanuri laterale alifatice sunt hidrofobe

ele tind s se grupeze mpreun mai degrab dect apa de contact. Structurile tridimensionale ale solubile n ap sunt protein stabilizat prin aceast tendin a grupurilor hidrofobe s vin mpreun, numit efectul hidrofob. Dimensiuni i forme diferite ale acestor lanuri laterale de hidrocarburi a le permite s mpacheta mpreun pentru a forma structuri compacte cu guri putine. Prolin are, de asemenea, un lan lateral alifatic, dar difer de la ali membri ai set de 20 ncare sa lateral.

Lanul este legat att de azot i atomii de carbon-o. Prolin influeneaz semnificativ de protein arhitectura, deoarece structura sa inel face mai conformationally limitat dect alti aminoacizi.Trei aminoacizi cu lanuri relativ simple adverse aromatice fac parte din repertoriul fundamentale.

Fenilalanin, dup cum o indic i denumirea, conine un inel fenil ataat n locul unuia dintre hidrogen de alanin. inel aromatic de tirozin conine un grup de hidroxil. Acest grup hidroxil este reactiv, n contrast cu partea mai degrab inert lanuri de alti aminoacizi discutat pn acum. Triptofanul are un inel indol unit ntr-o metilen (-CH2-) de grup; Grupul cuprinde dou inele indol topit i un grup NH. Fenilalanina este pur hidrofob, ntruct tirozin i triptofan sunt cu att mai puin, din cauza lor i a

grupurilor hidroxil NH. Inelele aromatice de triptofan i tirozin conin electroni delocalizai p care absorb puternic lumina ultraviolet.Coeficientul Un compus de dispariie indic capacitatea sa de a absorbi lumina. Legea lui Beer d absorbanta (A) de lumin, la o avnd n vedere lungimea de und: unde e este coeficientul de extincie [n uniti care sunt reciproce ale molaritatea i distana n centimetri (M-1 cm-1)], C este concentraia speciilor absorbante (n uniti de molaritate, M), iar l este lungimea prin care lumina trece (n uniti de centimetri). Pentru triptofan, absorbia este maxim la 280 nm i coeficient de extincie este de 3400 m-1 cm-1 ntruct, pentru tirozina, absorbia este

maxim la 276 nm i coeficient de extincie este mai puin intens-1400 M-1 cm-1. Fenilalanin absoarbe mai puin lumin i puternic la lungimi de und mai scurte.De absorbie a luminii la 280 nm poate fi utilizat pentru a estima concentraia uneiproteine n soluie, dac numrul de reziduuri de triptofan i tirozin n proteine este cunoscute.

Doi aminoacizi, serina si treonina, conin grupuri alifatice hidroxil. Serina poate fi considerat ca o Versiunea hidroxilat de alanin, treonin ntruct seamn valin cu un grup hidroxil n locul unuia dintre valin metil grupuri. Grupurile de hidroxil de pe serina si treonina le face mult mai hidrofile (ap iubitoare) i reactiv dect alanin i valin. Treonina, izoleucina cum ar fi, conine un centru suplimentar asimetric; din nou de un singur izomer este prezent n proteine. Cisteina este structural similar cu serina, dar conine o sulfhidril, sau tiol (SH -), grup n loc de hidroxil (-OH) grup.Grupul sulfhidril este mult mai reactiv. Perechi de grupuri de sulfhidril pot veni mpreun pentru a forma obligaiuni disulfide, care sunt deosebit de importante n stabilizarea unele proteine,

Ne ntoarcem acum la aminoacizi cu lanuri laterale foarte polare, care le fac foarte hidrofil .

Lizin i arginin au lanuri relativ lungi secundare, care se termin cu grupuri care sunt incarcate pozitiv la pH neutru. Lizina este acoperit de un grup primar amino i arginin de ctre un grup guanidinium. Histidina conine un grup de imidazol, un inel aromatic, care de asemenea, poate fi ncrcat pozitiv Cu o pK o valoare aproape 6,grupul de imidazol poate fi nencrcat sau ncrcat pozitiv n apropierea pH-ul neutru, n funcie de ei mediului la nivel local. ntr-adevr, histidin este adesea gsit n site-urile

active ale enzimelor, n cazul n care inel de imidazol pot lega protonii i eliberai n cursul de reacii enzimatice. Setul de aminoacizi conine, de asemenea, dou cu lanuri laterale acide: a cid aspartic i acidul glutamic. Acestea aminoacizi sunt adesea numite aspartat i glutamat lanurile lor secundare sunt de obicei incarcate negative la pH fiziologic. Cu toate acestea, n unele proteine aceste lanturi laterale acceptm protoni, iar aceast capacitate este de multe ori funcional important. n plus, setul include derivateneacoperite ale asparagina aspartat si glutamat i glutamina fiecare dintre care conine un

terminal de carboxamid n locul unui acid carboxylic. apte din cei 20 de aminoacizi au lanuri uor ionizable laterale. capabili de a dona sau accepta protoni pentru a facilita reaciile, precum i de a forma legaturi ionice. ale cisteina tirozin,, arginina, lizina, histidina, i acizi aspartic i glutamic in proteine. Alte dou grupuri din proteine terminalul un grup amino-i terminalul unui carboxilgrup poate fi ionizat, Aminoacizii sunt adesea desemnate de ctre fie o abreviere din trei litere sau un simbol de o liter.

Abrevierile pentru aminoacizi sunt primele trei litere ale numelor lor, cu excepia asparagina (ASN), glutamina (GLN), izoleucin (Ile), i triptofan (TRP). Simbolurile pentru muli acizi amino sunt pri mele litere ale numelor lor (de exemplu, G pentru glicina i L pentru leucina); celelalte simboluri au fost convenite de

ctre convenie. Aceste abrevieri i simboluri sunt o parte integrant a vocabularului de biochimisti. Cum a aprut acest set particular de aminoacizi devenit construirea de blocuri de proteine? n primul rnd, ca un set, acestea sunt diverse; proprietile lor structurale i chimice cuprind o gam larg, dotarea cu proteine versatilitatea s-i asume mai multe roluri funcionale. n al doilea rnd, multe dintre aceste aminoacizi au fost, probabil, disponibile de la prebiotic reacii. n cele din urm, reactivitatea excesiv intrinsec pot fi eliminate alte posibile acizi amino. De exemplu ,

aminoacizi acizi, cum ar fi homoserine i homocisteinei au tendina de a forma cinci membri forme ciclice care limiteaz utilizarea lor n proteine; acizi amino alternative, care se gsesc n proteine i serina cisteina nu cyclize uor, deoarece inele din formele lor ciclice sunt prea mici.Structura primar: aminoacizi sunt legate prin obligaiuni peptide la Formularul Lanturile polipeptidice Proteinele sunt polimeri liniari formate prin legarea unui grup de carboxil-un aminoacid la grupul A-amino a un alt aminoacid cu o legtur peptida (de asemenea, numit o legatura amida).

Formarea unei dipeptide din doi aminoacizi este nsoit de pierderea unei molecule de ap. Echilibrul acestei reacii se afl pe partea lateral a hidroliz, mai degrab dect de sintez. Prin urmare, biosinteza de obligaiuni peptidice necesit o intrare de energie liber. Cu toate acestea, obligaiuni peptide sunt destul de stabile cinetic, durata de via a unei obligaiuni peptid n soluie apoas, n absena unui catalizator se apropie de 1000 de ani. O serie de amino-acizi unite prin legturi peptidice formeaz un lan polipeptidic, iar fiecare unitate de aminoacid ntr-o polipeptid este numit un reziduu. Un lan polipeptidic are polaritate, deoarece capetele sale sunt diferite, cu un grup de aamino de la un capt i un grup de carboxil-o de la cellalt. Prin convenie, la sfritul amino este considerat a fi nceputul unui lan polipeptidic , i astfel nctsecvena de aminoacizi dintr-un lan polipeptidic este scris ncepnd cu reziduuri aminoterminal.

Astfel, n pentapeptide Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu (YGGFL), fenilalanin este amino-terminale (Nterminal) reziduul i leucina este carboxil-terminal (C-terminal) reziduu. Leu-Phe-glicin-glicinTyr (LFGGY) este un pentapeptide diferit, cu proprieti chimice diferite. Un lan polipeptidic format dintr-o parte n mod regulat repetabil, numit lanul principal sau coloana vertebral, i o parte variabil, cuprinznd lanuri distinctive laterale. Coloana vertebral polipeptid este bogat in hidrogen-lipirea potenial.

Fiecare reziduu conine un grup carbonil, care este un bun hidrogen-obligaiuni i acceptor, cu excepia prolina, o NH grup, care este un bun hidrogen-obligaiuni donator. Aceste grupuri interacioneaz unele cu altele i cu grupuri funcionale de la lanuri laterale pentru a stabiliza structurile speciale, vor fi discutate n detaliu. Cele mai multe lanuri polipeptidice naturale conin ntre 50 i 2000 reziduurile de aminoacizi i sunt denumite n mod obinuit proteine. Peptidele din numere mici de aminoacizi se numesc peptide oligopeptide . Greutatea molecular a unui reziduu de aminoacid este de aproximativ 110, i aa greutile moleculare de cele mai multe proteine sunt cuprinse ntre 5500 i 220000. n unele proteine, lanul polipeptidic este liniar reticulat. Cele mai frecvente legturincruciate sunt legturile bisulfitice, formate de oxidare a unei perechi de reziduuri cisteina.Unitatea care rezult din cysteines legate de cistin se numeste.

Proteinele extracelulare au adesea mai multe obligaiuni disulfidice, n timp ce proteinele intracelulare, de obicei, le lipsesc. rareori, nondisulfide legturi ncruciateprovenite din alte lanuri laterale sunt prezente in unele proteine. De exemplu, fibrelor de colagen n esutului conjunctiv sunt consolidate n acest mod, astfel cum sunt cheaguri de snge fibrina. 3.2.1. Proteinele au unice secvente de aminoacizi care sunt specificate de gene n 1953, Frederick Sanger determinat secvena de aminoacizi de insulin, un hormon

proteic. Acest lucru este un punct de reper n biochimie deoarece ea a artat pentru prima dat c

o protein are un acid amino precis definite secven. Mai mult dect att, aceasta ademonstrat c insulina const numai din acizi amino -l legate prin legturi peptidice

ntre un - grupuri de amino i carboxil-o. Aceast realizare a stimulat ali oameni de tiinpentru a efectua studii de secven de o gam larg de varietate de proteine. ntr-adevr, secvenele complete de aminoacizi de mai mult de 100.000 de proteine sunt acum cunoscute.

fapt uimitor este c fiecare proteina are o secventa unica, definit precis de aminoacizi. Secvena de aminoacizi a unei proteina este adesea menionat ca structura sa primar.O serie de studii incisive la sfritul anilor 1950 i nceputul anilor 1960 a artat c secvenele de aminoacizi ale proteinelor sunt determinate genetic. Secvena de nucleotide n ADN-ului, molecula de ereditate, precizeaz un complementar secven de nucleotide din ARN, care, la rndul su, precizeaz secvena de aminoacizi a unei proteine. n special, fiecare dintre 20 de aminoacizi din repertoriul este codat prin una sau mai multe secvene specifice de trei nucleotide. tiind secvene de aminoacizi este important din mai multe motive. n primul rnd,

cunoaterea secventa a unei proteine este de obicei esenial pentru elucidarea mecanismului su de aciune (de exemplu, mecanismul catalitic al unei enzime ).Mai mult dect att, proteine cu Proprietile noi pot fi generate de diferite secventa de proteine cunoscute. n al doilea rnd, secvene de aminoacizi determin structurile

tridimensionale ale proteinelor. Secvena de aminoacizi este legtura dintre mesajul genetic in ADN-ul i structura tridimensionala, care ndeplinete funcia unei proteine biologic. Analiza relaiilor dintre aminoacizi secvene i trei-dimensionale structuri deproteine sunt descoperirea regulile care guverneaz pliere a polipeptid lanuri. n al treilea

rnd, determinarea de ordine este o component de patologie molecular, o zon de cretere rapid de medicina. Modificarile in Secvena de aminoacizi poate produce anomalii ale functiei si a bolilor. Boli grave i uneori letale, cum ar fi siclemie si fibroza chistica, poate duce

la o schimbare ntr-un singur aminoacid ntr-o protein. n al patrulea rnd, secventa a unei proteine dezvaluie multe despre istoria ei evolutive. Proteinele se aseamn unul pe altul n Secvena de aminoacizi doar n cazul n care acestea au un strmo comun. Prin urmare, evenimentele moleculare in evolutia poate fi urmrit de la secvene de aminoacizi; paleontologie moleculara este un domeniu de cercetare nfloritoare.3.2.2. Lanturi polipeptidice sunt flexibile Cu toate acestea, Conformationally Limitat Examinarea geometriei coloanei vertebrale proteine dezvluie cteva caracteristici importante. n primul rnd, legtura peptida este n esen, plan. Astfel, pentru o pereche de aminoacizi legate printr-o legtur peptida, de ase atomi se afl n aceeai plan: atomul de carbon-o i de grup de CO din aminoacizi prima i grupul NH-i un atom de carbon din dou amino acizi. Natura lipire chimic ntr-o peptida explic aceast preferin geometric. Peptida de obligaiuni are considerabil dublu-obligaiuni caracter, care previne rotaia despre aceast legtur. Incapacitatea de obligaiuni pentru a roti constrnge conformaia coloanei vertebrale peptide si conturile pentru Bond Planarity. Acest caracter dublu-obligaiuni este, de asemenea, exprimat n lungime de legtura dintre CO i grupurile NH. NC distana n legtur peptida este de obicei 1.32 , care este cuprins ntre valorile ateptate pentru o obligaiune CN singur i o legtur dubl NC. n cele din urm, legtura peptida este nencrcat, permind polimeri de aminoacizi legate prin legturi peptidice pentru a forma structuri bine ambalate globulare.

Dou configuraii sunt posibile pentru o obligaiune peptida plan. n configuraie trans, cele dou o-atomi de carbon sunt pe laturile opuse ale obligatiuni peptida. n configuraia CIS, aceste grupuri sunt pe aceeai parte a obligaiunii peptida. Aproape toate obligaiunile peptidice din proteine sunt trans. Aceast preferin pentru TRANS peste cis poate fi explicat prin faptul c sterica ciocniri ntre grupuri ataate la atomii de carbon-o mpiedic formarea de forma cis, dar nu apar n trans

configurare. De departe cele mai comune de obligaiuni peptidice cis sunt X-Pro legturi. Astfel de obligaiuni arat mai puin preferina pentru configuraie trans, deoarece azot al prolinei este legat de doi atomi de carbon tetraedrice, limitarea diferenele dintre formele sterice trans i cis.

n contrast cu obligatiuni peptida, legturile dintre gruparea amino i atomul de carbon i de a-ntre un-carbon atom i grupul carbonil sunt obligaiuni pure unice. Cele dou uniti adiacente rigide peptidici se poate roti cu privire la aceste obligaiuni, lund n orientri diferite. Aceast libertate de rotaie de aproximativ dou obligaiuni din fiecare aminoacid permite proteine pentru a renuna la mai multe moduri diferite. De rotaii despre aceste obligaiuni pot fi specificate de unghiurile diedre. Unghiul de rotaie despre legtura dintre azot i atomii de carbon-o se numeste phi (f). Unghiul de rotaie n jurul Legtura dintre un-carbon i atomii de carbon carbonil se numete psi (y). Un sensul acelor de ceasornic, fie despre obligaiuni n calitate de privit din fa a grupului spate corespunde la o valoare pozitiv. Unghiurile f si y determina calea lanului polipeptidic. Sunt toate combinaiile de f si y este posibil? GN Ramachandran recunoscut faptul c multe combinaii sunt interzise din cauza coliziunilor sterice dintre atomi. Valorile permise pot fi vizualizate pe un teren bidimensional numit un Ramachandran diagrama. Trei sferturi din posibile (f, y) sunt excluse combinaii pur i simplu de ctre autoritile locale ciocniri sterica. Excluziune sterica, faptul c doi atomi nu poate fi n acelai loc, n acelai timp, poate fi un puternic organizarea principiu. Capacitatea de polimeri biologice, cum ar fi proteinele pentru a fold n structurile bine definite este termodinamic remarcabil. Luai n considerare echilibrul dintre un polimer, care sa desfurat exist ca o bobin aleatoare care este, ca un amestec de mai multe conformaii posibile i forma pliat care adopt o conformaie unic.Entropia favorabil asociat cu numrul

mare de conformaii n forma sa desfurat opune pliere i trebuie s fie depite prin interaciuni favorizeaz pliat forma. Astfel, polimeri extrem de flexibile, cu un numr mare de conformaii posibile nu face ori n unic structuri.Rigiditatea unitii i peptida set restrns de f permise si unghiuri y limiteaz numrul de structuri accesibile formularul desfurat suficient pentru a permite proteine pliere s apar.

3.3. Structura secundar: lanturile polipeptidice se poate rabata n structurile regulate, cum ar ca Helix Alpha, Beta, din Bilant i se transform i bucle Poate o ori lanului polipeptidic ntr-o structur se repeta regulat? n 1951, Linus Pauling i Robert Corey a propus dou structuri periodice numit-o elice (alfa helix) i foaia b cutat (foaie de beta plisat). Ulterior, alte structuri, cum ar fi rndul su, b i omega (W) bucla au fost identificate. Dei nu este periodic, acestea rndul su comun sau bucla Structurile sunt bine definite i contribuie cu civa helices i foi b pentru a forma structura de proteine final. 3.3.1. Helix Alpha este o structur spiralat Stabilizat prin legturi de hidrogen Intrachain n evaluarea structurilor poteniale, Pauling i Corey considerate care conformaiei de peptide au fost steric permis i care de cele mai exploatate pe deplin capacitatea de hidrogen-lipirea a coloanei vertebrale i a grupurilor NH CO. Primul lor Structurile propuse, helix, un este o structur rodlike. O coloana vertebral strns

ncolcit face parte interioar a tija i lanuri laterale se extind ntr-o matrice elicoidal. Helix o este stabilizat prin legturi de hidrogen ntre NH i grupuri de CO lanului principal. n special, grupul de CO din fiecare aminoacid formeaz o legtur de hidrogen cu NH grup de aminoacizi, care se afl patru reziduuri nainte n secvena. Astfel, cu excepia aminoacizi n apropiere de capetele unui helix o, tot CO principal de lan i grupurile NH sunt lipite pe baz de hidrogen. Fiecare reziduuri se refer la Urmtorul printr-o cretere de 1,5 de-a lungul axei helix i o rotaie de 100 de grade, care ofer 3.6 reziduuri de aminoacizi pe rndul su, de helix. Astfel, aminoacizi distanate trei i patru n afar, n secvena sunt spaial destul de aproape una de alta ntr-un o elice. n schimb, aminoacizi dou n afar, n secvena sunt situate pe laturile opuse ale helix i aa este puin probabil pentru a face contactul. Pas al unei elice, care este egal cu produsul dintre traducerii (1,5 A) i numrul de Reziduuri de pe rndul su, (3.6), este de 5,4 . Sens urubul de o elice poate fi dreptaci (sensul acelor de ceasornic) sau stngaci (Invers acelor de ceasornic). Diagrama arat c att Ramachandran dreptaci si stangaci helices sunt printre conformaiei permise. Cu toate acestea, dreptaci helices sunt mai fav orabile, deoarece energetic nu exist conflict mai putin sterica ntre lanurile laterale i coloana vertebral. n esen, toate o helices gsite n proteine sunt righthanded. n diagrame schematice de proteine, o helices sunt descrise ca panglici rsuc ite sau tije Pauling si Corey prezis structura helix 6 ani nainte de a fi fost de fapt vzut n reconstrucie x-ray structura mioglobinei. Elucidarea structurii helix a este un punct de reper n biochimie deoarece ea demonstrat c conformaie a unui lan polipeptidic poate fi prezis n cazul n care proprietile componentelor sale sunt riguros i precis cunoscute.

Coninutul o-elicoidale de proteine variaz mult, de la aproape nici unul pn la aproape 100%. De exemplu, aproximativ 75% din reziduurilor din feritina, o proteina care ajuta la fier magazin, sunt ntr-un helices. Single A helices sunt de obicei mai puin de 45 Un timp. Cu toate acestea, dou sau mai multe un helices poate ncolci pentru a forma o structura foarte stabila, care poate avea o lungime 0,1 m sau mai mult. O astfel de bobine elicoidale-rulate se gsesc n myosin si tropomiozina n muchi, n fibrin n cheaguri de sange, si in keratina din pr. Cablurile elicoidale din aceste proteine servesc un rol n formarea mecanic rigid fascicule de fibre, ca n penele porc spinos. Citoscheletului (schele interne) a celulelor este bogat n aa-numitele intermediary filamente, care, de asemenea, sunt dou-irecuperabile a-elicoidale bobine incolacit. Multe proteine care acoper membranele biologice, de asemenea, s conin o helices. 3.3.2. Fisele tehnice Beta sunt stabilizate prin legturi de hidrogen ntre Suvite polipeptidici Pauling si Corey a descoperit un alt motiv periodice structurale, pe care au numit foaie b cutat (b pentru c a fost doua structur care le elucidat, helix o fi fost prima). Fia B cutat (sau, mai simplu, b foaie) difer de la o elice rodlike. Un lan polipeptidic, numit AB Strand, n fia AB este aproape complet extins, mai degrab dect s fie strns ncolcit ca n helix-o. O serie de structuri extinse sunt permise steric. Distana dintre acizii adiacente amino-a lungul componenta AB este de aproximativ 3,5 , n contrast cu o distan de 1,5 de-a lungul unui helix o. Lanurile laterale ale adiacente la punctul de aminoacizi n direcii opuse. O foaie b este format prin concatenarea a dou sau mai multe fire b prin legturi de hidrogen. Lanuri adiacente din foaia de AB poate rula n direcii opuse (B antiparalel foaie) sau n aceeai direcie (paralel b foaie). n acord antiparalel, grupul NH i Grup de CO din

fiecare aminoacid sunt, respectiv, pe baz de hidrogen legat la grupul de CO i grupul NH unui partener de Lanul adiacente. n aranjament paralel, sistemul pe baz de hidrogen-bonding este puin mai complicat. Pentru fiecare aminoacid, grupul NH este hidrogen legat la grupul de CO de un aminoacid pe componenta adiacente, ntruct grupul de CO este hidrogen legat la grupul NH privind reziduurile de aminoacizi doi mai departe de-a lungul lanului. Toroane multe, de obicei, 4 sau 5, dar la fel de multe ca 10 sau mai mult, pot veni mpreun n foi b. Aceste foi B poate fi pur antiparalel, pur paralel, sau mixt. n diagrame schematice, componente b sunt de obicei reprezentate prin sgei ndreptate n largi direcia carboxil-terminale capt pentru a indica tipul de foaie b format paralel sau antiparalel. Mai mult de un punct de vedere structural divers helices, foi B poate fie relativ plat, dar cele mai multe adopte o form oarecum rsucite. Fia B este un element structural important n multe proteine. De exemplu, acizi grai, proteine de legare, importante pentru metabolismul lipidelor, sunt construite aproape n ntregime de la b coli 3.3.3. Lanturi polipeptidice poate schimba directia de efectuare a virajelor Reverse i bucle Cele mai multe proteine au forme compacte, globulare, care necesit inversri n direcia de lanuri polipeptidice lor. multe dintre aceste inversri sunt realizate printr-un element structural comun numit turn invers (de asemenea , cunoscut sub numele de turn sau b ac de pr cot). n rotaii inverse multe, grupul de CO de reziduu i de o polipeptid este hydrogen legat la grupul NH de reziduuri i + 3. Aceast interaciune se stabilizeaz schimbri brute n direcia lanului polipeptidic.

n alte cazuri, structuri mai elaborate sunt responsabile pentru inversrile lan. Aceste structuri sunt numite bucle sau uneori W bucle (omega bucle) pentru a sugera forma lor global. Spre deosebire de un helices i toroane b, buclele nu au structuri regulate, periodice. Cu toate acestea, structurile de bucla sunt adesea rigide i bine definite. Viraje i bucle invariabil se afl pe suprafeele de proteine i, astfel, de multe ori participa la interactiunile dintre proteine si alte molecule. Distribuirea unui helices, fire b, i se transform de-a lungul unui lan de proteine este adesea menionat ca structura sa secundar. 3.4. Structura teriar: solubile n ap, proteinele structuri compacte cu Nuclee nepolare S examinm acum modul n care aminoacizii sunt grupate mpreun ntr-o protein complet. X-ray cristalografice i nuclear Studiile prin rezonanta magnetica au scos la iveal detaliate tridimensionale structurile de mii de proteine. Vom ncepe aici cu o previzualizare a mioglobinei, proteina primul care urmeaz s fie vzut n detaliu atomice. Mioglobinei, transportatorul de oxigen n muchi, este un lan polipeptidic unic, alctuit din 153 de aminoacizi. Capacitatea de a mioglobinei oxigen lega depinde de prezena heme, un nonpolypeptide protetice de grup constnd n protoporfirina IX i un atom de fier central. Myo-globinei este o molecul extrem de compact. Aproximativ 70% din lanul principal este pliat n opt-un helices, precum i o mare parte din restul lanului face ture i bucle ntre helices. Pliere a lanului principal al mioglobinei, cum ar fi faptul c de cele mai multe alte proteine, este complex i lipsit de simetrie.

Desigur general a lanului polipeptidic al unei proteine este menionat ca structura sa teriar. Un principiu unificator apare de distribuie a lanurilor laterale. Faptul frapant este faptul c interiorul este format aproape n ntregime din reziduuri nepolare cum ar fi leucina, valina, metionina, fenilalanina. Reziduuri practicate, cum ar fi aspartat, glutamat, lizin, arginin i sunt absente din interiorul mioglobinei. Cele numai reziduurile polare n interiorul sunt dou reziduuri de histidin, care joac un rol critic n legare a fierului si oxigen. In afara de mioglobinei, pe de alt parte, este format din ambele polare i reziduuri nepolare. Modelul spacefilling arat c exist n interiorul foarte putin spatiu gol. Aceast distribuie contrastante de reziduuri polare i nepolare relev un aspect cheie al arhitecturii de proteine. ntr-o soluie apoas mediu, pliere de proteine este determinat de tendina puternic a reziduurilor hidrofobe care urmeaz s fie excluse din ap. Amintii-v c un sistem termodinamic este mult mai stabil atunci cand grupurile hidrofobe sunt grupate, mai degrab dect extins n mprejurimi apoase. Prin urmare, se pliaz lanului polipeptidic, astfel nct sale lanuri secundare sunt hidrofobe ngropat i lanuri sale polare, supraalimentate sunt pe suprafata. Muli helices i toroane b sunt amphipathic, care este, o helix sau b componenta are o fata hidrofob, ceea ce indic n interiorul proteine, i o fa mai polar, ceea ce indic n Soluie. Soarta a lanului principal de nsoire a lanurilor hidrofobe laterale este important, de asemenea. O peptida nepereche NH sau CO grup prefer semnificativ de ap la un mediu nepolare. Secretul de a ingropa un segment de lan principal ntr-un mediu hidrofob este mperechere toate NH i grupurile de CO prin lipirea de hidrogen. Aceasta asociere este ngrijit realizat ntr-o foaie sau o spirala b.. Van der Waals interaciuni ntre lanurile de bine ambalate laterale de hidrocarburi, de asemenea, contribuie la stabilitatea de proteine.

Putem nelege acum de ce set de 20 de aminoacizi conine mai multe care difer subtil n mrime i form. Ele ofer o palet din care s aleag pentru a umple interiorul unei proteine frumos i, prin urmare, maximiza van der Waals interaciuni, care necesit contact intim. Unele proteine care se ntind membranele biologice sunt "excepii care confirm regula" n ceea ce privete distribuirea hidrofobe si hidrofile aminoacizi pe parcursul structuri tridimensionale. De exemplu, ia n considerare Porins, proteine gasite in membranele exterioare ale multor bacterii. Barierele permeabilitatea membranelor sunt construite n mare parte din lanuri alcan, care sunt destul de hidrofoba. Astfel, Porins sunt acoperite la exterior n mare msur cu reziduurilor hidrofobe care interacioneaz cu lanuri de alcan vecine. n schimb, centrul de proteine conine multe ncrcat i acizi amino polare care nconjoar un canal umplut cu ap care trece prin mijlocul proteine. Astfel, deoarece funcia Porins n medii hidrofobe, ele sunt "pe dos", n raport cu proteine care funcioneaz n soluie apoas. Unele lanuri polipeptidice ori n dou sau mai multe regiuni compacte, care pot fi conectate printr-un segment flexibil de lanului polipeptidic, mai degrab ca pe un ir de perle. Aceste uniti compacte globulare, numite domenii, variaz de la aproximativ 30 - 400 reziduuri de aminoacizi. De exemplu, o parte extracelular de CD4, proteine de celule-suprafata de joc pe anumite celule ale sistemul imunitar la care virusul imunodeficienei umane (HIV) se ataeaz, cuprinde patru domenii similare de aproximativ 100 de aminoacizi fiecare. Adesea, proteinele sunt gasite de a avea domenii n comun, chiar dac lor Structurile de gabarit teriar sunt diferite.

3.5. Structura cuaternar: lanturile polipeptidice pot asambla ntrMultisubunit Structuri Patru niveluri ale structurii sunt citate frecvent n discuiile de arhitectura proteine. Pn n prezent, am considerat trei le. Structura primar este secvena de aminoacizi. Structura secundar se refer la aranjamentul spaial al aminoacidului reziduurile care sunt n apropiere, n secvena. Unele dintre aceste msuri sunt de tipul celor regulat, dnd natere unei periodice Structura. Helix a i b sunt componenta elemente de structur secundar. Structura teriar se refer la spaial aranjament de aminoacizi, care sunt departe unul de altul, n ordinea i la modelul de obligaiuni disulfidice. Ne ntoarcem acum la proteinele care conin mai mult de un lan polipeptidic. Astfel de proteine prezint un al patrulea nivel de organizare structural. Fiecare lan polipeptidic ntr-o astfel de proteine este numita o subunitate. Structura cuaternar se refer la amenajarea spaial a subuniti i natura interaciunilor lor. Cel mai simplu tip de structura cuaternar este un dimer, constnd din dou subunitati identice. Aceast organizaie este prezent n proteine ADN-legare Cro gsit ntr-un virus bacteriene numit L. Structuri mai complicate, de asemenea, cuaternare sunt comune. Mai mult de un tip de subunitate poate fi prezent, de multe ori n numr variabil. De exemplu, hemoglobina umana, proteine de oxigen din snge care transport, const din dou subunitatile de un singur tip (desemnat o) i dou subuniti de alt tip (desemnat b), Astfel, molecula de hemoglobina exist ca un de 2 b 2 tetramer. Modificari subtile in amenajarea subuniti din cadrul molecula de hemoglobina permite s transporta oxigenul de la plamani la tesuturi, cu mare eficien.

Virusi face cele mai multe de o cantitate limitat de informaii genetice prin formarea de straturi care utilizeaz acelai tip de subunitate repetitiv ntr-o matrice simetric. Strat de rhinovirus, virusul care cauzeaza raceala, include 60 de exemplare fiecare din patru subuniti. Subunitile vin mpreun pentru a forma un nveli sferic care ncadreaz aproape virale genomului. 3.6.Secvena de aminoacizi a unei proteine Determin cele trei-dimensional structura Cum este elaborat de structur tridimensional a proteinelor obinute, precum i modul n care este structura tridimensionala legate de la unidimensional amino acizi informaiile referitoare la secvena?Activitatea clasic de Christian Anfinsen n 1950 pe ribonucleaz enzima dezvluit relaia dintre secvena de aminoacizi a unei proteine i conformaia acesteia. Ribonucleaz este un singur lant polipeptidic format din 124 reziduuri de aminoacizi eco-legate prin legturile bisulfitice patru. Planul Anfinsen a fost de a distruge structura tridimensionala a enzimei i pentru a determina apoi ce condiii au fost necesare pentru a restabili structura. De ageni, cum ar fi ureea sau de clorur de guanidinium perturba n mod eficient de obligaiuni noncovalent, dei mecanismul de aciunea acestor ageni nu este pe deplin neles. Legturile bisulfitice pot fi despicat reversibil prin reducerea acestora cu o reactiv, cum ar fi b-mercaptoetanol. n prezena unui exces mare de bmercaptoetanol, o proteina este produs n care disulfides (cystines) sunt pe deplin convertite n sulfhydryls (cysteines).

Cele mai multe lanuri polipeptidice, lipsite de legturi ncruciate i asume o conformaie aleatoriu bobina n 8 M uree sau M 6 guanidinium clorur de, dup cum reiese din proprietile fizice, cum ar fi vscozitatea i activitatea optic. Cnd ribonucleaz a fost tratat cu b-mercaptoetanol n 8 uree M, produsul a fost un complet redus, spiralat aleatoriu lanului polipeptidic lipsit de enzimatice activitate. Cu alte cuvinte, a fost denaturat de ribonucleaz acest tratament. Anfinsen fcut apoi observaia critic faptul c ribonucleaz denaturate, eliberat de uree i b-mercaptoetanol de dializ, a recptat ncet activitatea enzimatic. El a perceput imediat semnificaia acestei constatri ans: grupe sulfhidril ale enzimei denaturate a devenit oxidat de aer, iar enzima spontan refolded ntr-un catalitic activ form. Studii detaliate, apoi a aratat ca aproape toate activitatea original enzimatice a fost rectigat n cazul n grupuri de sulfhidril au fost oxidat n condiii corespunztoare. Toate msurate proprietile fizice i chimice ale refolded enzima au fost practic identice cu cele ale enzimei nativ. Aceste experimente au artat c informaiile necesare pentru a specifica structura catalitic activ a ribonucleaz este coninut n secvena de aminoacizi. Studiile ulterioare au stabilit generalitatea acestui principiu central al biochimie: secven specific conformaie. Dependena de conformare pe ordine este semnificativ n special din cauza conexiunii intim ntre conformaie i funcia.

Un rezultat destul de diferit a fost obinut atunci cnd a fost redus ribonucleaz reoxidized n timp ce acesta era nc n 8 M i uree de pregtire a fost apoi dializat pentru a elimina uree. Ribonucleaz reoxidized n acest fel a avut doar 1% din enzymatic activitatea de proteine nativ. De ce au fost att de diferite atunci cnd rezultatele ribonucleaz redus a fost n reoxidized prezena i absena uree? Motivul este faptul c disulfides greite format perechi din uree. Exist 105 moduri diferite de asociere opt molecule cisteina, pentru a forma patru disulfides, doar unul dintre aceste combinatii este enzimatic activ. 104 asocierile greite au fost pitoresc numit "omlet" ribonucleaz. Anfinsen constatat c amestecate ribonucleaz spontan transformat n deplin activ, ribonucleaz nativ atunci cnd urme de b-mercaptoetanol s-au adugat la o soluie apoas de proteine . A adugat b-mercaptoetanol catalizat reamenajarea asocierile disulfidice pn la structura nativa a fost din nou n aproximativ 10 ore. Acest proces a fost determinat de scderea energiei libere ca scrambled conformaiile au fost transformate n conformaie stabil, originar din enzim. Perechile native disulfidice de ribonucleaz contribuie astfel la stabilizarea termodinamic Structura preferat. Experimente similare au fost efectuate refolding pe multe alte proteine. n multe cazuri, structura nativa poate fi generate n condiii corespunztoare. Pentru alte proteine, cu toate acestea, nu se procedeaz refolding eficient. n aceste cazuri, moleculele de proteine care se desfoar de obicei devin ncurcat cu unul pe altul pentru a agregatelor formular. n interiorul celulelor, proteinele numit chaperones blocheze astfel de interactiuni ilicite

3.6.1. Aminoacizi s-nclinaiile diferite pentru Formarea helices alfa, beta Foi, i se transform Beta Cum secvena de aminoacizi a unei proteine specifice de structur tridimensional? Cum nepliat lanului polipeptidic dobndeasc forma de proteine nativ? Aceste ntrebri fundamentale n biochimie poate fi abordat prin solicitarea primul una simpl: Ce determin dac o anumit ordine ntr-o protein formeaz un helix o, o b Strand, sau un viraj? Examinnd frecvena de apariie a special, reziduuri de aminoacizi n aceste secundar structuri, poate fi o surs de introspecie n aceast determinare. Reziduuri, cum ar fi alanina, glutamat, si leucina tind s fie prezente ntr-un helices, ntruct valina i izoleucina tind s fie prezente n uvie b. Glicin, asparagina, i prolina au o nclinaie pentru a fi n ture. Rezultatele studiilor de proteine i peptide sintetice au relevat cteva motive pentru aceste preferine. Helix o pot fi considerate ca conformaie implicit. Ramificare la atomul de carbon b-, la fel ca n valina, treonina, izoleucina i, tinde s destabilizeze o helices din cauza ciocniri sterica. Aceste reziduuri sunt uor cazai n fii b, n care lanurile lor secundare proiect din planul care conine lanul principal. Serina, aspartat, i au tendina de a perturba asparagina o helices deoarece lanurile lor laterale conin hidrogen-obligaiuni donatorilor sau validator, n imediata apropiere a lanului principal, n cazul n care acestea concureaz pentru main-lant NH i grupuri CO. Prolin tinde s perturbe att o helices i toroane b, deoarece nu dispune de o NH grup i pentru c structura sa inelul limiteaz valoarea sa f la apropiat -60 de grade. Glicin uor se potrivete n toate structurile i din acest motiv nu favorizeaz formarea helix, n special. Poate cineva s prezic structura secundar a proteinelor prin folosirea acestui cunoatere a preferinelor conformaionale ale amino reziduuri acide? Numr de

structura secundar adoptate de o ntindere de ase sau mai puine reziduuri s -au dovedit a fi de aproximativ 60 la 70% corecte. Ce st n calea predicie mai corect? Reinei c preferinele conformaionale ale amino reziduuri acide nu sunt evacuate toate mod de a o singur structur. De exemplu, glutamat, unul dintre cele mai puternice formatori helix, prefer o spirala a fir b doar cu un factor de doi. Raporturile de preferinta de cele mai multe alte reziduuri sunt mai mici. ntradevr, unele secvene penta-i hexapeptide au fost gasite de a adopta o singur structur ntr-o protein i un Structura complet diferit ntr-un alt. Prin urmare, unele secvente de aminoacizi, nu determin unic Structura secundar. Interaciuni teriar interaciunile dintre reziduurile care sunt departe unul de altul, n secvena poate fi decisiv n specificarea structura secundar a unor segmente. Contextul este adesea esenial n determinarea conformationala rezultat. Conformaie a unei proteine evoluat pentru a lucra ntr-un mediu special sau context. Aceste condiii rezulta atunci cand o proteina numita creier un prionice se transform dintr-conformaie sale normale (desemnat PrPc) la un modificarea un (PrPSc). Aceast conversie este auto-propagare, ceea ce duce la agregate mari de PrPSc. Rolul acestor agregate n generaie de condiiile patologice nu este nc neles. 3.6.2. Pliere de proteine este un proces extrem de Cooperare Aa cum sa menionat mai devreme, proteinele pot fi denaturat de cldur sau de denaturare chimice, cum ar fi ureea sau de clorur de guanidium. Pentru multe proteine, o comparaie a gradului de desfasurare ca concentraia crete denaturare a relevat o tranziie relativ brusc de pliat, sau nativ, forma sa desfurat, sau forma denaturat,, sugernd c numai acestea dou state conformaionale sunt prezente ntr-o msur semnificativ. O tranziie similar ascuit se observ dac unu l ncepe

cu desfurat proteine i elimin agenii de denaturare, care permite proteinele s renune. Proteine pliere i depliere este astfel n mare msur o "totul sau nimic", proces care duce la o tranziie de cooperare. Pentru exemplu, s presupunem c o proteina este plasat n condiiile n care o parte din structura proteinei este termodinamic instabil. Ca parte a acestei structuri pliat este ntrerupt, interaciunile dintre aceasta i restul de proteine va fi pierdut.Pierderea acestor interaciuni, la rndul su, va destabiliza restul Structura. Astfel, condiiile care duc la perturbarea de orice parte a unei structuri de proteine sunt susceptibile de a descoperi protein complet. Proprietile structurale ale proteinelor ofere o justificare clar pentru tranziia de cooperare. Consecinele pliere cooperativei poate fi ilustrat prin luarea n considerare a coninutului unei soluii proteine din condiii corespunztoare mijlocul tranziiei ntre pliat i desfurat forme. n aceste condiii, proteina este "jumtate pliat." Cu toate acestea, soluia nu vor conine molecule pe jumtate ndoite, dar, n schimb, va fi un amestec de 50/50 de complet pliat i sa desfurat pe deplin molecule. Structuri care sunt parial intacte i parial perturbat nu sunt termodinamic stabil i exist doar tranzitor. Pliere Cooperativa asigur faptul c structurile parial pliate de situaie ar putea interfera cu procesele din interiorul celulelor nu se acumuleze. 3.6.3. Proteinele de stabilizare Progresiste a intermediare, mai degrab dect de ctre Aleatorie de cutare Pliere cooperativ de proteine este o proprietate termodinamic; apariia acesteia dezvluie nimic despre cinetica i Mecanismul de pliere de proteine. Cum se face o proteina trecerea de la un ansamblu divers de structuri desfurate ntr-o

conformaie unic n form nativ? O posibilitate ar fi a priori c toate conformaii posibile sunt judecai pentru a gsi un punct de vedere energetic cel mai favorabil. Cale de ieire din aceast dilem este de a recunoate puterea de selecie cumulativ. Richard Dawkins, n Blind Orologerie, a ntrebat ct timp ar lua o maimu poking aleatoriu la o main de scris pentru a reproduce remarca lui Hamlet de a Polonius, "se pare c este ca o nevstuic". Un numr astronomic de mare de apsri de taste, de ordinul a 1040, ar fi necesare. Cu toate acestea, s presupunem c ne pstrat fiecare personaj corect i a permis maimu s tastai din nou doar pe cele greite. n acest caz, doar cteva mii de intrarile de la tastatura, in medie, ar fi necesar. Diferena esenial ntre aceste cazuri este faptul c primul are o cutare complet aleator, n timp ce, n al doilea rnd, parial corect intermediare sunt reinute. Esena pliere de proteine este de retenie de intermediari parial corecte. Cu toate acestea, problema proteine pliere este mult mai dificil dect cel prezentat nostru Simian Shakespeare. n primul rnd, criteriul de corectitudine nu este un residuebycontrol reziduu de conformaie de ctre un observator omniscient, ci, mai degrab energia total liber a speciilor tranzitorii. n al doilea rnd, proteinele sunt doar marginal stabil. Diferena liber de energie ntre pliat i desfurat stri de o tipic 100-reziduu de proteine este de 10 kcal mol1 (42 kJ mol-1), i, astfel, cu fiecare reziduu, contribuie, n medie, doar 0,1 kcal mol-1 (0.42 kJ mol-1) de energie pentru a menine starea pliat. Aceast sum este mai mic dect cea a energiei termice, care este de 0,6 kcal mol-1 (2,5 kJ mol-1), la temperatura camerei. Aceast energie stabilizare slab, nseamn c intermediarii corecte, n special cele formate la inceputul pliere, se poate pierde. Analogie este ca maimuta ar fi oarecum liber pentru a anula corect a intrarile de la tastatura. Cu toate acestea, interaciunile care conduc la pliere cooperativ poate stabiliza

intermediari ca structur se bazeaz n sus. Astfel, regiunile locale, care au preferinta structural important, dei nu neaprat stabile pe cont propriu, vor fi tind s adopte structurile lor defavorizate i, aa cum se formeaz, pot interaciona cu o alta, ceea ce duce la stabilizarea n cretere. 3.6.4. Predicia de structur tridimensional dintr-o secven rmne Mare Provocare Secvena de aminoacizi determin complet structura tridimensionala a unei proteine. Cu toate acestea, predicia structur tridimensional din secventa sa dovedit a fi extrem de dificil. Dup cum am vzut, secvena local pare s determine doar ntre 60% i 70% din structura secundar; raz lung de aciune interaciuni sunt necesare pentru a remedia structura complet secundar i teriar structura. Anchetatorii sunt explorarea doua abordari fundamental diferite de a prezice structur tridimensional de amino-Acid secven. Primul este pronosticuri ab initio, care ncearc s prezic pliere a unei secvene de aminoacizi, fr orice trimitere direct la alte structuri proteice cunoscute. Calcule bazate pe computer sunt angajai care ncearc s minimiza energia liber a unei structuri cu o anumit secven de aminoacizi sau pentru a simula procesul de pliere. Utilitate dintre aceste metode este limitat de numrul mare de conformaii posibile, stabilitatea marginal de proteine, i energiile subtile ale interaciunilor slabe n soluie apoas. A doua abordare are avantajul de cretere noastre cunoatere a structurilor tridimensionale ale mai multe proteine. n aceste metode bazate pe cunoatere, un aminoacid succesiune de structuri necunoscute este examinat pentru compatibilitatea cu orice structuri proteice cunoscute. Dac un meci este semnificativ detectate, structura cunoscut poate fi folosit ca un model iniial.

Bazate pe cunoatere, metodele au fost o surs de mai multe perspective n conformaie tridimensional a proteinelor secvenei de cu noscute, dar structura necunoscute. 3.6.5. Modificarea de proteine si decolteu Conferin Capabiliti noi Proteinele sunt capabili de a efectua numeroase funcii care se bazeaz exclusiv pe versatilitatea lor 20 de aminoacizi. Cu toate acestea, multe proteine sunt covalent modifed, prin ataarea de alte grupuri dect aminoacizi, pentru a spori lor funcii. De exemplu, grupurile acetil se ataeaz la punctele terminus ale amino multe proteine, o modificare care face aceste proteine mult mai rezistent la degradarea. Adaosul de HY-droxyl grupuri de reziduuri in mai multe prolina stabilizeaz fibrele de colagen nou sintetizate, o proteina fibroasa gsite n esutul conjunctiv i osos. Biologic Semnificaia acestei modificri este evident n scorbut boala: o deficienta de vitamina C n rezultate insuficiente hidroxilarea de colagen i a fibrelor de colagen anormale care au ca rezultat sunt n imposibilitatea de a menine puterea tesut normal. Un alt acidul amino specializate produs printr-o atingere de finisare este gcarboxyglutamate. n deficit de vitamina K, carboxilare insuficient a glutamatului n protrombin, o proteina de coagulare, poate duce la hemoragie. Multe proteine, mai ales cele care sunt prezente pe suprafetele de celule sau sunt secretate, achiziionarea de uniti de carbohidrati pe specific asparagina reziduuri. Adaosul de zaharuri face mai multe proteine hidrofile i posibilitatea de a participa la interaciuni cu alte proteine. n schimb, adugarea unui acid gras la un grup amino o sau un grup sulfhidril cisteina produce o mai hidrofob proteine. Multi hormoni, cum ar fi epinefrina (adrenalina), s modifice activitile de enzime prin stimularea fosforilarea hidroxil amino acizi serin i treonin, phosphoserine i

phosphothreonine sunt cele mai omniprezente modificat aminoacizi n proteine. Factori de cretere, cum ar fi actul de insulina prin declanarea fosforilarea a grupului hidroxil reziduuri de tirozin pentru a forma fosfotirozinei. Grupurile de fosforil cu privire la aceste trei acizi amino sunt uor modificate eliminate, astfel, ei sunt capabili s acioneze ca ntreruptoare reversibile n reglementarea proceselor celulare. Modificrile anterioare constau n adugarea de grupuri speciale de la amino-acizi. Alte grupuri speciale sunt generate prin rearanjamente chimice de lanuri laterale i, uneori, coloana vertebral peptida. De exemplu, anumite meduze produc o proteina fluorescenta verde. Sursa de fluorescenta este un grup forma t din spontan reamenajarea i oxidare a secvenei de Ser-Tyr-Gly n cadrul centrului de proteine. Aceasta proteina este de mare utilitate pentru cercettori ca un marker n interiorul celulelor. n cele din urm, multe proteine sunt separate i curate dup sinteza. De exemplu, enzimele digestive sunt sintetizate dup cum precursori inactivi care pot fi stocate n siguran n pancreas. Dup eliberarea n intestin, aceste precursori devin activat de peptide-obligaiuni clivaj. n coagularea sngelui, peptid-obligaiuni clivaj transform fibrinogenul solubil n insolubil fibrina. O serie de hormoni polipeptidice, cum ar fi hormonul adrenocorticotrop, provin din divizarea unui singur mare precursor de proteine. De asemenea, mai multe proteine virale sunt produse de clivajul precursorilor poliproteinelor mari. Noi trebuie s ntlni mult mai multe exemple de modificare i de clivaj ca trsturile eseniale ale formrii de proteine i funcia. ntr-adevr, aceste retuuri reprezint o mare parte din versatilitatea, precizia, elegana i de aciune proteine i regulament.

12. Lipide i membranelor celulare Limitele de celule sunt formate prin membranele biologice, barierele care definesc n interiorul i n afara unei cellule. Aceste bariere preveni molecule generate in interiorul celulei de la scurgerea afar i moleculele nedorite din Reflectorizanta n; dar care conin, de asemenea, sisteme de transport, care permit molecule specifice care urmeaz s fie luate i nedorite compui pentru a fi eliminate din celul. Astfel de sisteme de transport confer membranelor proprietate important a selectiv permeabilitate. Membranele sunt structuri dinamice, n care proteinele plutesc ntr-o mare de lipide. Componentele lipidice ale membranei formularului permeabilitatea barierei, i componente de proteine acioneaz ca un sistem de transport de pompe i canale care nzestra membrana cu permeabilitate selectiva. n plus fa de o membrana celulelor extern (numit membrana plasma), celulele eucariote conin, de asemenea membranele interne c forma limitele organite, cum ar fi mitocondriile, cloroplastele, peroxisomes, i lizozomii. funcional specializare n cursul evoluiei a fost strns legat de formarea acestor compartimente. sisteme specific au evoluat pentru a permite direcionarea de proteine selectate n sau prin membrane speciale interne i, prin urmare, n organite specifice. Membranele

externe i interne au caracteristici eseniale n comun, iar aceste caracteristici eseniale sunt subiectul acestui capitol. Membranele biologice servi mai multe funcii suplimentare importante

indispensabile pentru via, cum ar fi stocarea energiei i transducia de informaii, care sunt dictate de proteine asociate cu acestea. Metabolizare: Concepte de baz i Design Conceptele de conformaie i dinamica dezvoltat n partea I n special a celor care se ocup cu specificul i puterea catalitic a enzimelor, reglementarea activitii lor catalitice, precum i transportul de molecule si ioni din membrane ne permite de a pune ntrebri fundamentale la acum biochimie: 1. Cum se extrage o celul de energie i reducerea puterii de mediul su? 2. Cum o celul sintetiza blocurile de macromolecule sale i apoi macromolecule nii? Aceste procese sunt efectuate de ctre o reea integrat foarte bine de reactii chimice care sunt colectiv cunoscut sub numele de metabolismul. Mai mult de o mie de reacii chimice au loc n chiar att de simplu ca un organism Escherichia coli. Matrice de reacii pot parea coplesitoare la prima vedere. Cu toate acestea, o analiz mai atent relev faptul c metabolismul are o strategie coerent proiecta un coninut motive multe comune. Aceste motive includ utilizarea de o moned de energie i apariia repetat a unui numr limitat de intermediari activate. De fapt, un grup de aproximativ 100 de molecule joac un rol central n toate formele de via. n plus, dei numrul de reacii n metabolismul este mare, numrul de tipuri de reacii este mic i mecanismelor de aceste reacii sunt, de

obicei, destul de simplu. Ci metabolice sunt, de asemenea, reglementate n moduri comune. Scopul acestui capitol este de a introduce anumite principii generale i motive ale metabolismului pentru a oferi o baz pentru studii mai detaliate s urmeze. 14.0.1. Celule Transformai diferite tipuri de energie Organismelor vii necesit o putere continu de energie liber pentru trei scopuri majore: (1) performana mecanic lucreaz n contracia muscular i alte micri celulare, (2) transport activ de molecule si ioni, i (3) sinteza macromoleculelor i alte biomolecule din precursorii simple. Energia liber utilizat n aceste procese, care s menin un organism ntr-un stat care este departe de echilibru, este derivat din mediul nconjurtor. Prima lege a termodinamicii precizeaz c energia nu poate fi nici creata, nici distrusa. Cantitatea de energie n Universul este constant. Cu toate acestea, energia poate fi transformat dintr-o form n alta. Organisme fotosintetice, sau phototrophs, utilizarea energiei de lumina soarelui pentru a converti energia simple de molecule-srace n morecomplex energiebogate moleculele care servesc drept combustibili. Cu alte cuvinte, organismele fotosintetice transforma energia luminii in energia chimica. ntr-adevr, aceast transformare este n ultim instan sursa primara de energie chimica pentru marea majoritate a organisme, fiinele umane sunt incluse. Chemotrophs, care includ animale, obinerea de energie chimica prin oxidare produselor alimentare generate de phototrophs. Energia chimic obinut din oxidarea compuilor de carbon pot fi transformate n distribuia inegal a ionilor prin membrana, rezultnd ntr-un gradient de ioni.

Acest gradient, la rndul su, este o surs de energie care poate fi folosit pentru a muta molecule din membrane, care pot fi convertite n Fii alte tipuri de energie chimic, sau care pot transmite informaii n form de impulsuri nervoase. n plus, energia chimica poate fi transduse n energie mecanic. Noi converti energia chimic a combustibilului n modificri structurale ale proteinelor contractile care au ca rezultat, n contracia muscular i micare. n cele din urm, chimice puteri energetice, reaciile care au ca rezultat n sinteza de biomolecule. n orice moment dat ntr-o celul, mii de transformri energetice au loc. Energie este extras din combustibili si folosite pentru a proceselor de biosintez de putere. Aceste transformri sunt menionate ca metabolismul intermediar sau

metabolismul. 14.1. Metabolismul este compus din cuplat Multe, Reacii comunicante Metabolizare este n esen o serie legat de reactii chimice care ncepe cu o molecula special, i l convertete n unele molecule alte molecule sau ntr-o manier definit cu atenie. Exist multe ci astfel definite n celula, i vom examina cteva dintre ele n detaliu mai trziu. Aceste cai sunt interdependente, iar activitatea lor este coordonat prin intermediul minunat sensibile de comunicare, n care enzimele sunt allosteric predominant. Putem mpri ci metabolice n dou clase mari: (1) cele care convertesc energia n forme biologic utile i (2) cele care necesit intrri de energie pentru a continua. Dei aceast diviziune este adesea imprecis, acesta este totui un instrument util distincie ntr-o examinare a metabolismului. Aceste reactii care transforma in energie combustibili celulare sunt numite reacii catabolice sau, mai general, catabolismul.

Aceste reacii care necesit energie, cum ar fi sinteza de glucoz, grsimi, sau ADN-ului sunt numite reacii anabolice sau anabolism. Formularele utile de energie, care sunt produse n catabolismul sunt angajai n anabolismul pentru a genera complexe structuri de la cele mai simple, sau de energie-bogate state din energie srace cele. Unele ci pot fi anabolic sau catabolic, n funcie de condiiile de energie n celul.. 14.1.1. O reacie nefavorabil termodinamic poate fi acionat de un aviz favorabil reacie Cum sunt ci specifice construite din reacii individuale? O cale trebuie s ndeplineasc minimum dou criterii: (1) Reaciile individuale trebuie s fie specific i (2) ntregul set de reactii care constituie calea trebuie s fie termodinamic favorizat. O reacie care este specific va produce doar un anumit produs sau un set de produse de la ei reactanilor. Dup cum sa discutat n capitolul 8, o funcie de enzime este de a oferi aceast specificitate. O reacie poate avea loc spontan numai n cazul n DG, schimbarea energiei libere, este negativ. Amintii-v c G D pentru formarea de produse C i D de la substraturi A i B este dat de Astfel, DG o reacie depinde de natura reactantului i a produselor (exprimat de ctre DG pe termen lung, standardul free-energy schimbare) i la concentraiile lor (exprimat prin al doilea termen). Un fapt important este c termodinamic total liber de energie schimbare pentru o serie de reacii chimice cuplate este egal cu suma a modificrilor freeenergy ale paii individuali. Luai n considerare urmtoarele reacii:

n condiii standard, A nu poate fi convertit n mod spontan B i C, pentru ca DG este pozitiv. Cu toate acestea, conversia B n D n condiii standard este termodinamic fezabil. Deoarece liber de energie schimbri sunt aditiv, conversia A n C i D are un DG kcal mol-1 -3 (-13 kJ mol-1), ceea ce nseamn c acesta poate s apar spontan n condiii standard. Astfel, o reacie nefavorabil termodinamic poate fi acionat de un Reacia favorabila termodinamic la care este cuplat. n acest exemplu, intermediar chimic B, comun pentru ambele reacii, cupluri de reacii. Astfel, cile metabolice sunt formate prin cuplarea de enzim catalizat reacii astfel nct energia total gratuit cale este negativ. 14.1.2. ATP este moneda universal a energiei libere n sistemele biologice Aa cum Comertului este facilitat de utilizarea unei monede comune, comerul a metabolismului celular este facilitat prin utilizarea unei monede comune a energiei, adenozina trifosfat (ATP). O parte din energia liber derivate din oxidarea a produselor alimentare i de lumin este transformat n aceast molecul extrem de accesibile, care acioneaz n calitate de liber-energie donator n cele mai multe de energie care necesit procese, cum ar fi de propunere, transport activ, sau biosinteza. ATP este un nucleotid const dintr-un adenin, o riboz, i o unitate de trifosfat. Forma activ de ATP este de obicei, un complex de ATP cu Mg2 + sau Mn2 +. n luarea n considerare rolul ATP ca un transportator de energie, ne se poate concentra pe fraciune trifosfat su. ATP este o molecul de energie -bogate, deoarece unitatea sa trifosfat conine dou phosphoanhydride obligaiuni. O cantitate mare de energie liber este eliberat atunci cand ATP este hidrolizat la adenozin difosfat (ADP) i ortofosfat (Pi), sau atunci cnd ATP este hidrolizat la adenozin monofosfat (AMP) i pirofosfat (Ppi).

Precis DG pentru aceste reacii depinde de tria ionic a mediului i asupra concentraiilor de Mg2 + i ioni metalici alte. Sub concentraiile tipice celulare, DG efective pentru aceste hidroliz este de aproximativ -12 kcal mol-1 (-50 kJ mol-1). Energia liber eliberat n hidroliza ATP este valorificat de a conduce vehicule reacii care necesit un aport de energie liber, cum ar fi contracia muscular. La rndul su, ATP-ul este format din ADP i Pi atunci cnd moleculele de combustibil sunt oxidate n chemotrophs sau atunci cnd lumina este prins de phototrophs. Acest ciclu ATP ADP este modul fundamental de energie de schimb n sistemele biologice. Unele reacii biosintetice sunt conduse de hidroliza trifosfaii nucleozidici, care sunt analoage ATP i anume, trifosfat guanozin (GTP), trifosfatul de uridin (UTP), i citidin trifosfat (CTP). Formularele de difosfat aceste nucleotide sunt notate cu PIB-ul, UDP, i CDP, iar monofosfat face de ctre GMP, UMP, i CMP. Enzimele pot cataliza transferul de grup de la terminalul fosforil de nucleotide la altul. Fosforilare de monophosphates nucleozidici este catalizat de o familie de kinaze monofosfat nucleozidici. Fosforilarea de diphosphates nucleozidici este catalizat de ctre nucleozid-difosfat kinaz, o enzima cu larg specificitate. Este interesant de notat c, dei toate trifosfaii nucleotide sunt echivalente energetic, ATP este, totui, operatorul de transport de energie primar celular. n plus, doi transportatori importante de electroni, NAD + i FAD, sunt derivai ai ATP. Rolul ATP n metabolismul energetic este extrem de important. 14.1.3. Hidroliza ATP Drives metabolice prin deplasarea Echilibrul cuplat Reacii

Cum de cuplare la hidroliza ATP a face posibil o reacie nefavorabil altfel? Luai n considerare o reacie chimic care este nefavorabil termodinamic, fr un aport de energie liber, o situaie comun pentru muli biosintetice reacii. Cu toate acestea, A poate fi transformat ntr-B, n aceste condiii, dac reacia este cuplat la hidroliza ATP. Vedem aici esena termodinamic a aciunii ATP ca un agent de cuplare de energie. Celule menine un nivel ridicat de ATP prin utilizarea substraturi oxidabile sau a luminii ca surse de energie gratuit. Hidroliza o molecula ATP ntr-un cuplaj Reacia schimb atunci raportului echilibrul de produse pentru a reactanilor cu un factor foarte mare, de ordinul a 108. Mai mult n general, hidroliza n molecule ATP schimb raportul de echilibru a unei reacii cuplate (sau secvena de Reaciile) cu un factor de 108n. De exemplu, hidroliza trei molecule ATP ntr-o reacie cuplat schimb raportului de echilibru cu un factor de 1024. Astfel, o secven de reacie nefavorabil termodinamic poate fi transformat ntr-un unul favorabil de cuplare a hidroliza unui numr suficient de molecule ATP ntr-o reacie nou. Ar trebui, de asemenea, Trebuie subliniat faptul c A i B, n reacia precedent cuplat poate fi interpretat, n general, foarte, nu numai ca diferit chimice specii. De exemplu, A i B poate reprezenta conformaiei activate i neactivat ale unei proteine, n acest caz, fosforilarea cu ATP poate fi un mijloc de conversie ntr-o conformaie activat. O astfel de conformaie poate stoca energiei libere, care pot fi apoi folosite pentru a conduce o reacie nefavorabil termodinamic. Prin astfel de modificri n conformaie, motoare moleculare, cum ar fi myosin, kinesin, iar dynein converti energia chimic a ATP n energie mecanic. ntr-adevr, aceast conversie este baza de contracie muscular.

Alternativ, A i B, se poate referi la concentraiile de un ion sau molecula de pe exterior i interior al unei celule, la fel ca n transport activ de un nutrient. Transportul activ al Na + si K + K a lungul membranei este determinat de fosforilare a pompa de sodiu-potasiu, prin ATP i defosforilarea ulterioar a acesteia. 14.1.4. Baza structural a potenialului mare de transfer de fosforil ATP Aa cum este ilustrat de motoare molecular i pompe de ioni . transferul fosforil este un mijloc comun de cuplare de energie. n plus, dup cum vom vedea n capitolul 15, fosforil de transfer este, de asemenea, utilizat pe scar larg n transmiterea de informaii intracelular. Ceea ce face ca ATP-o deosebit de eficient fosforil-grup donator? S ne compara standard de energie fr a hidroliza ATP cu cea a unui ester fosfat, cum ar fi glicerol 3-fosfat: Magnitudinea DG pentru hidroliza glicerol 3-fosfat este mult mai mic dect cea de ATP, ceea ce nseamn c ATP are o tendin puternic de a transfera grupul su de fosforil terminal la ap dect o face glicerol 3 -fosfat. n alte cuvinte, ATP are un potenial mai mare de transfer fosforil (fosforil-grup potenial de transfer), dect o face glicerol 3 -fosfat. Care este baza structural a potenialului ridicat transferul fosforil din ATP? Deoarece D G depinde de diferena de energiile libere ale produselor i Reactive, structurile de ct ATP i a produselor sale de hidroliz, ADP i Pi, trebuie s fie examinate pentru a rspunde la aceast ntrebare. Trei factori sunt importante: stabilizarea rezonan, repulsie electrostatic, i ca urmare a stabilizrii hidratare. ADP i, n special, Pi, au stabilizare rezonan mai mare dect o face ATP.

Ortofosfat are un numr de forme de energie de rezonan similare (fi gura 14.4), n timp ce grupul G-fosforil de ATP are un numr mai mic. Formulare, cum ar fi cea indicat n figura 14.5 sunt nefavorabile, deoarece un atom de oxigen ncrcat pozitiv este adiacent la un atom de fosfor ncrcat pozitiv, o juxtapunere electrostatic nefavorabil. Mai mult, la un pH 7, Unitatea de trifosfat ATP desfoar aproximativ patru sarcini negative. Aceste taxe se resping unul pe altul, deoarece acestea sunt n strns proximitate. Repulsia dintre ele este redus atunci cnd ATP este hidrolizat. n cele din urm, apa poate lega mai eficient pentru a ADP i Pi dect poate pentru a phosphoanhydride parte de ATP, ADP i stabilizarea Pi de hidratare. ATP-ul este adesea numit un compus de energie nalt fosfat, i obligaiunile sale phosphoanhydride sunt menionate la fel de mare de energie obligaiuni. ntradevr, un "squiggle" (~ P) este adesea utilizat pentru a indica o astfel de legtur. Cu toate acestea, nu este nimic special la obligaiuni nii. Ele sunt de mare energie obligaiuni, n sensul c mult energie liber este eliberat atunci cand acestea sunt hidrolizate, pentru motive aforegiven. 14.1.5. Potential de transfer fosforil este o forma importanta de energie celular Transformare Energiile standard de gratuite de hidroliz oferi un mijloc comod de a compara potenial de transfer de fosforil Compui fosforilate. Astfel de comparaii arat c ATP nu este compus numai cu o mare fosforil potenialul transfer. De fapt, unii compusi din sistemele biologice au un potenial mai mare de transfer fosforil dect cea a ATP. Aceti compui includ phosphoenolpyruvate (PEP), 1,3 bisphosphoglycerate (1,3-BPG), i creatina fosfat. Astfel, PEP poate transfera grupul su de fosforil la ADP, pentru a forma ATP. ntr-adevr, acesta este unul

dintre modalitile n care ATP este generat n defalcarea de zaharuri. Este semnificativ faptul c ATP are un potenial de transfer fosforil care este intermediar ntre molecule biologice importante fosforilate. Aceast poziie intermediar permite s funcioneze eficient ATP ca un operator de transport de grupuri de fosforil. Fosfat de creatina in muschi vertebrate servete ca un rezervor de mare potenial grupuri de fosforil, care pot fi uor transferat la ATP. ntr-adevr, vom folosi creatina fosfat pentru a regenera ATP din ADP de fiecare dat cnd ne exercitm energic. Aceast reacie este catalizat de creatinkinazei.

Gluconeogenezei Nu este o inversare a glicolizei n glicoliz, glucoza este transformat n piruvat, n gluconeogeneza, piruvatul se transform n glucoz. Cu toate acestea, gluconeogenezei nu este o inversare a glicolizei. Mai multe reacii trebuie s difere din cauza echilibru a glicolizei se afl departe pe partea de formare a piruvatului. DG real pentru formarea piruvatului din glucoz este de aproximativ -20 kcal mol-1 (-84 KJ mol-1), n condiii tipice celulare. Cele mai multe dintre scdere a energiei libere n glicoliz are loc n cele

trei pai n esen, ireversibile catalizat de hexochinaz, phosphofructokinase, i kinaza piruvatului. n gluconeogenezei, urmtoarele etape noi ocoli aceste reacii practic ireversibile ale glicolizei: 1. Phosphoenolpyruvate este format din piruvat prin intermediul oxaloacetat prin aciunea carboxilaz piruvat i phosphoenolpyruvate carboxykinase. 2. Fructoz 6-fosfat este format din fructoza 1,6-bifosfat de hidroliza esterfosforic la carbon 1. Fructoza 1,6-bisphosphatase catalizeaz hidroliza acest exergonic. 3. Glucoza este format prin hidroliza glucoz 6-fosfat ntr-o reacie catalizat de glucoz 6-fosfataza. Vom analiza fiecare dintre aceste etape, la rndul su. 16.3.2. Conversia piruvatului n Phosphoenolpyruvate ncepe cu Formarea de oxaloacetat Primul pas n gluconeogenez este carboxilare a piruvatului pentru a forma oxaloacetat n detrimentul unei molecule de ATP. Apoi, oxaloacetat este decarboxylated i fosforilat s cedeze phosphoenolpyruvate, pe cheltuiala mare fosforil-potenialul transfer al GTP. Ambele aceste reacii au loc n interiorul mitocondriile. Prima reacie este catalizat de carboxilaz piruvat, iar al doilea de carboxykinase phosphoenolpyruvate.

Carboxilaz piruvatul este de interes special din cauza proprietilor sale structurale, catalitic, i allosteric. N-terminal 300 - 350 aminoacizi formeaz un domeniu ATP-nelegere, care este un utilizat pe scar larg ATP de activare domeniu s fie discutate n detaliu mai mult atunci cand vom investiga biosinteza de nucleotide. C-terminali 80 aminoacizi constituie un domeniu de legare biotina, pe care le vom vedea din nou n sinteza acizilor grai. Biotina este o covalent ataat protetic grup, care servete ca un operator de transport de activat CO 2. Grupul carboxilat de biotina este legat de grupul de e-amino a unui reziduu de lizin specific de o legtur amid. Reinei c biotina se anexeaz la carboxilaz piruvat printr-un lan lung, flexibil. Carboxilare a piruvatului are loc n trei etape:

Amintii-v c, n soluii apoase, CO2, exist ca HCO3 - Cu ajutorul anhidrazei carbonice (seciunea 9.2).HCO3 - este activat pentru a carboxyphosphate. Aceasta este ulterior de CO2 activat legat la N-1 atom al inelului biotina, pentru a forma carboxybiotin-enzima intermediar (a se vedea figura 16.27). De CO2 ataate biotina este destul de activat.D G 'pentru

sa clivaj este -4.7 kcal mol-1 (-20 kJ mol-1). Acest lucru negativ DG "indic faptul c carboxybiotin este capabil de a transfera de CO2 de receptorii fr aport de energie suplimentare gratuite. Grupul activat carboxil este apoi transferat de la carboxybiotin la piruvat, pentru a forma oxaloacetat.Lung, flexibil, legtura dintre biotina si enzima permite acest grup protetice pentru a roti de la un site activ al enzimei (ATPbicarbonate site-ul), la alte (site-ul piruvatului). Prima reacie parial a carboxilaz piruvat, formarea de carboxybiotin, depinde de prezena acetil Curtea de Conturi. Biotina nu este carboxilat cu excepia cazului n acetil CoA este obligat s enzimei. Acetil CoA nu are nici un efect asupra a doua parial reacie.Activarea allosteric de carboxilaz piruvatului de acetil CoA este un control de important fiziologice mechanism. 16.4. Gluconeogenez i glicoliz sunt reciproc reglementate Gluconeogenez i glicoliz sunt coordonate astfel nct, ntr-o singur celul este cale relativ inactiv n timp ce cellalt este foarte activ. Dac ambele seturi de reacii au fost extrem de activ, n acelai timp, rezultatul net ar fi hidroliza a patru trifosfaii de nucleotide (dou ATP plus doi GTP) per ciclu de reacie. Att glicolizei i gluconeogenezei sunt extrem de exergonic n condiii de celulare, i astfel nu exist nici o barier termodinamic la astfel de activitate simultan. Cu toate acestea, sumele i activiti ale enzimelor distinctive ale fiecrui cale sunt controlate, astfel nct ambele cai nu sunt foarte activ n acelai timp. Rata de glicolizei este, de asemenea, determinat de concentraia de glucoz, i rata de gluconeogenez de concentraiile de precursori lactat i alte tipuri de glucoz. Interconversie de fructoz 6-fosfat i fructoz 1,6-bifosfat este strict controlat.

, stimuleaz AMP phosphofructokinase, ntruct ATP i citrat-l inhiba. Fructoza 1,6 -bisphosphatase, pe de alt parte, este inhibat de AMP i activat de citrat. Un nivel ridicat de AMP arat c taxa de energie este redus i semnaleaz necesitatea pentru generarea de ATP. n schimb, un nivel ridicat de citrat de ATP i indic faptul c taxa de energie este mare i c intermediare biosintetice sunt abundente. n aceste condiii, este aproape glicolizei oprit i gluconeogeneza este promovat. Phosphofructokinase i fructoza 1,6-bisphosphatase sunt, de asemenea, reciproc controlate de fructoz 2,6-bifosfat, n hepatic. Nivelul de F-2 ,6-BP este sczut n timpul foametei i a ridicat n stare Fed, din cauza efecte antagoniste de glucagon si insulina privire la producia i degradare a acestei molecule semnal. Fructoza 2,6 bifosfat stimuleaza puternic phosphofructokinase i inhib fructoz 1,6bisphosphatase. Prin urmare, este glicolizei accelerat i gluconeogenez este diminuat n stare Fed. n timpul foame, gluconeogeneza predomin deoarece nivelul de F-2 ,6-BP este foarte sczut. Glucoza format de ficat n aceste condiii este esenial pentru viabilitatea creierului i muchi. Interconversie de phosphoenolpyruvate i piruvatului, de asemenea, este precis reglementat. Piruvat kinaza reaminteasc faptul c este controlat de efectori allosteric i de fosforilare. Nivelurile ridicate de ATP i alanin, care semnaleaz c taxa de energie este mare i c blocurile de construcie sunt abundente, inhiba enzima din ficat. n schimb, piruvatului carboxilaza, care catalizeaz prima etap n gluconeogeneza din piruvat, este activat de acetil CoA si inhibat de ADP. De asemenea, ADP inhib carboxykinase phosphoenolpyruvate. Prin urmare, gluconeogeneza este favorizat atunci cnd celula este bogat n precursori biosintetice i ATP.

Sumele i a activitilor desfurate de aceste enzime, de asemenea, eseniale sunt reglementate. Autoritile de reglementare n acest caz sunt hormoni. Hormonii afecteaza expresia genelor n primul rnd prin schimbarea ratei de transcriere, precum i prin reglementarea degradarea de mRNA. Insulina, care se ridica ulterior de a manca, stimuleaz expresia phosphofructokinase, kinaza piruvat, i enzima care face bifuncional i degradeaz F-2 ,6-BP. Glucagon, care se ridica in timpul foametei, inhib expresie a acestor enzime si stimuleaza producerea de loc dou enzime cheie gluconeogenic, carboxykinase phosphoenolpyruvate i fructoza 1,6-bisphosphatase. De control transcriptie la eucariote este mult mai lent dect de control allosteric; este nevoie de ore sau zile, n contrast cu secunde pn la cteva minute. Bogia i complexitatea Controlul hormonal sunt afiate grafic de promotor al genei carboxykinase phosphoenolpyruvate, care conine secvene de reglementare, care raspund la insulina, glucagon, glucocorticoizi, hormoni tiroidieni 16.4.3. Glicoliz i gluconeogeneza sunt interconectate Evolutionarily Metabolismul glucozei are origini antice. Organismelor vii n biosfer nceputul depindea anaerobe generarea de energie pn n cantiti semnificative de oxigen au nceput s acumuleze 2 miliarde de ani.Faptul c enzime cu proprieti similare glycolytic nu au secvente de aminoacizi similare ofer, de asemenea, un indiciu pentru modul n cale originea. Dei exist patru kinaze i dou isomerases n cale, att secven i structural comparaii nu sugereaz faptul c aceste seturi de enzime sunt legate una de alta printr-o evoluie divergent.Absena astfel de similariti implic faptul c enzimele glycolytic au fost obinute independent, mai degrab dect prin duplicarea genei.

Putem specula pe relaia dintre glicoliza i gluconeogeneza, dac ne gndim la glicolizei ca fiind compus din dou segmente: metabolismul hexozelor (segmentul superior) i metabolismul trioses (segmentul inferior). enzimele din segmentul superior sunt diferite n unele specii i lipsesc n ntregime n unele Archaea, ntruct enzimele din segmentul inferior sunt destul de conservat. De fapt, patru enzime ale segmentului inferior sunt prezente n toate specii. Aceast parte inferioar a cale este comun glicoliza i gluconeogeneza. Aceast parte comun a celor dou cai ar putea fi cea mai veche parte, constituie nucleul la care au fost adugate alte msuri.Partea superioar ar varia n funcie n funcie de zaharuri care au fost disponibile la evoluia organismelor n nie special. Interesant, aceast parte central a metabolismul glucidic poate genera precursori triose pentru zaharuri riboza, o component a ARN-ului i o critic Cerina pentru lumea ARN. Reaciile uoare de fotosinteza n esen, ntreaga energie liber utilizat de ctre sistemele biologice rezult din energia solar, care este prins de procesul de fotosinteza. Ecuaia de baz a fotosintezei este inselator de simple. Ap i dioxid de carbon se combin pentru a forma glucide i oxigen molecular. n aceast ecuaie, (CH2O) reprezinta carbohidrai, zahr i amidon n primul rnd. Mecanismul de fotosinteza este complex i necesit interaciunea multe proteine si molecule mici. Fotosinteza n plante verzi are loc n cloroplaste. Energia luminii capturat de molecule de pigment, numite clorofile, n cloroplaste este utilizat pentru a genera electroni de mare energie, cu un mare potenial de reducere. Aceste electronii sunt folosite pentru a produce NADPH ca precum i ATP ntr-o serie de reacii numite reacii uoare, deoarece acestea necesit lumin. NADPH i ATP format de actiunea luminii se reduce apoi de dioxid de carbon i de ao transforma ntr-3-phosphoglycerate de o serie de reacii numit Calvin ciclu sau reaciile

ntunecate. Ciclul Calvin va fi discutat n capitolul 20. Cantitatea de energie stocat de ctre fotosinteza este enorm. Mai mult de 1017 kcal (4,2 1017 kJ) de energie liber este stocat anual de fotosintez pe Pmnt, ceea ce corespunde la asimilarea de mai mult de 1010 de tone de dioxid de carbon n forme de carbohidrai i alte tipuri de materiei organice. Fotosinteza este sursa tuturor n esen compui de carbon i oxigenul tot ce face metabolismul aerob posibil. Mai mult dect att, dup cum vom vedea, exist paralele considerabile mecaniciste i evolutiv dintre lumina reacii de fotosintez i de pai n fosforilarea oxidativa. 19.0.1. Fotosinteza: O privire de ansamblu Ne putem folosi intelegerea noastra a ciclului acidului citric si de fosforilare oxidativa s anticipeze procesele necesare de fotosinteza. Ciclul acidului citric se oxideaz combustibilii de dioxid de carbon CO2 pentru a genera electroni de mare energie, n special n forma de NADH. Fluxul de electroni acestor energie nalt genereaz o for de proton-motrice prin aciunea de electroni de transport lan. Aceast for proton-motrice este apoi transduse de sintetazei ATP pentru a forma ATP. O principal Diferena dintre fosforilarea oxidativa si fotosinteza este sursa de electroni de mare energie. Lumin Reaciile de utilizarea energiei din fotosinteza pentru a genera fotoni de mare energie electroni. Aceste electronii sunt utilizate direct pentru a reduce NADP + NADPH la i sunt folosite n mod indirect, printr un lan de electroni de transport pentru a genera o proton-motorie vigoare printr-o membran. Un produs parte a acestor reacii este O2. Fora proton -motrice conduce ATP sinteza prin aciunea unui sintaza ATP, omoloag cu cea din fosforilrii oxidative. n reaciile ntuneric, NADPH i ATP format prin aciunea de unitate lumina reducerea emisiilor de CO2 la mai-utile compuilor organici.

19.1. Fotosinteza are loc n Cloroplastele n capitolul 18, am vzut c fosforilarea oxidativ, mijloacele predominant de generare a ATP din molecule de combustibil, a fost compartimentata in mitocondrii. De asemenea, fotosinteza, mijloacele de conversie a luminii in energie chimica, este sechestrat n organite numite cloroplaste, de obicei 5 mm lungime. Ca o mitochondrion, un cloroplast are un exterior membrana si o membrana interioara, cu un spatiu intermembrane intervenie. Interior membrane nconjoar o stroma, care este site-ul de chimie de carbon de fotosintez. n stroma sunt Structurile membranoase numit thylakoids, care sunt aplatizate, saci sau discuri. Sacilor de thylakoid sunt aranjate pentru a forma o Granum. Grana diferite sunt legate de regiuni ale membranei thylakoid numite lamele stroma. Membranele thylakoid separa spatiul thylakoid din spaiul stroma. Astfel, cloroplaste au trei membrane diferite (exterior, interior, si Ta-lakoid membrane), i trei spaii separate (intermembrane, stroma, i spaii thylakoid). n curs de dezvoltare cloroplaste, thylakoids se crede ca provin din invaginations de membrana interioara, i astfel ei sunt analoge mitocondriale cristae. Ca cristae mitocondrial, ele sunt cuplate site-ul de oxido-reducere reacii care genera fora proton-motrice. 19.1.1. Evenimentele principale ale Fotosinteza avea loc n Membrane Thylakoid Membranele thylakoid conin maini de energie transducing: lumina-proteine de recoltare, centre de reacie, electrontransport lanuri, i sintetazei ATP. Ei au cantitati aproape egale de lipide si proteine. Compoziia lipidelor este este extrem de distinctiv: aproximativ 40% din lipidele totale sunt galactolipids i 4% sunt sulfolipids, n timp ce doar 10% sunt fosfolipide. Membrana thylakoid si membrana interioara, la fel ca membrana mitocondrial interior, sunt impermeabil la cele mai

multe molecule si ioni. Membrana exterioar a unui cloroplast, ca ace ea a unui mitochondrion, este extrem de permeabil la molecule mici si ioni. Stroma conine enzime solubile care utilizeaz NADPH i ATP sintetizat de thylakoids pentru a converti CO2 n zahr. Celulele frunze de plante conin ntre 1 i 100 cloroplaste, n funcie de specie, tip de celule, i condiiile de cretere. 19.1.2. Evolutia Cloroplastele Cloroplaste contin ADN-ul lor propriu i utilaje pentru replicare i o exprim. Cu toate acestea, cloroplaste nu sunt autonome: ele conin, de asemenea, mai multe proteine codificate de ADN-ul nuclear. Cum a fcut relaia intrigant ntre celul i cloroplaste dezvolt? Acum cred ca, ntr-un mod analog cu evoluia mitocondriile, cloroplaste sunt rezultatul unor evenimente endosymbiotic n care o fotosintetic microorganisme, cel mai probabil un strmo al unui cianobacteriei, a fost nghiit de o gazd eucariote. Dovad sugereaz c cloroplastelor din plantele superioare si de alge verzi sunt derivate dintr-un singur eveniment endosymbiotic, ntruct cele n rou i alge maro aprut la cel puin un eveniment suplimentar. Genomul cloroplastelor este mai mic dect cea a unui cianobacteriei, cu toate acestea, ca aceea a unui cianobacteriei, ea este circular cu un site de start unic pentru replicarea ADN-ului, i genele sale sunt aranjate n secvene operons legate n mod funcional genele aflate sub control comun. n cursul evoluiei, multe dintre genele din cloroplast strmo au fost transferate la nucleul celulei plantei sau, n unele cazuri, a pierdut n ntregime, stabilind astfel o relaie complet dependent. 19.2. Absorbia luminii de ctre Clorofila Induce transferul de electroni Capcane de energie lumina este cheia de a fotosintezei. Primul eveniment este de absorbie a luminii de ctre un fotoreceptor molecula. Fotoreceptoare principal n

cloroplaste de cele mai multe plante verzi este clorofila a, o tetrapyrrole substituit. Cele patru atomi de azot ale pyrroles sunt coordonate la un ion de magneziu. Spre deosebire de o porfirin, cum ar fi heme, clorofila are un inel redus pirol. O alt trstur distinctiv a clorofilei este prezena phytol, un foarte hidrofob 20-carbon alcool, esterificai cu un lan lateral de acid. Clorofila sunt fotoreceptori foarte eficiente, deoarece acestea conin reele de obligaiuni alternativ single i duble. Astfel de compui se numesc polyenes. Ei au benzi de absorbie foarte puternice n regiunea vizibil a spectrului, n cazul n care producia solara care ajunge Pmnt, de asemenea, este de maxim. Coeficientul de absorbie de vrf molar de clorofila a este mai mare dect 105 M-1 cm-1, printre cele mai mari observate pentru compuii organici. Ce se ntmpl atunci cnd lumina este absorbit de o molecula, cum ar fi clorofila? Energie din lumina excita un electron de la nivelul solului de energie la un nivel de energie excitat. Acest electron de inalta energie poate avea soarta mai multe. Pentru majoritatea compuilor care absorb lumina, pur i simplu, electronul revine la starea de sol i energia absorbit este transformat n cldur. Cu toate acestea, n cazul n care un acceptor de electroni adecvat este n apropiere, electronul excitat poate trece de la iniial molecula la acceptor. Acest proces duce la formarea de o sarcin pozitiv pe molecula iniial (Ca urmare a pierderii unui electron), precum i o tax negativ asupra acceptor i este, prin urmare, denumite n continuare taxa de fotoinduse separare. n cazul n care site-ul are loc schimbarea separational este numit centrul de reactie. Vom vedea cum aparatul fotosintetic este amenajat pentru a face separarea taxa de fotoinduse extrem de eficient. Electroni, extrase de la site-

ul su iniial de absorbie a luminii, poate reduce alte specii pentru a stoca energia luminii n forme chimice. 19.2.1. Bacteriile fotosintetice si Centrelor de fotosintetici de reacie ale Verde Plantele au o baz comun Fotosinteza n plante verzi este mediat de ctre dou tipuri de membran -obligat, sensibile la lumin complexele fotosistemul I (PS) i fotosistemul II (PS II). Fotosistemul I cuprinde de obicei 13 lanuri polipeptidice, mai mult de 60 clorofil molecule, un chinon (vitamina K1), i trei 4Fe-4S clustere.Masa total molecular este mai mare de 800 uscata. Fotosistemul al II-lea este doar puin mai complex, cu cel puin 10 lanuri polipeptidice, mai mult de 30 de molecule clorofil, un nonheme fier Ion, i patru ioni de mangan. Bacterii fotosintetice, cum ar fi Rhodopseudomonas viridis conin o simplu, singur tip de centrul de reactie fotosintetic, structura care a fost descoperit la rezolutie atomica. centrul de reactie bacteriene este compus din patru polipeptide: L (31 kd), M (36 kD), i H (28 kd) subuniti i C, un C-type citocromului. Rezultatele comparaiilor secven i cu rezoluie sczut studii structurale ale photosystems I i II a artat c centrul de reactie bacteriene este omolog la sistemele de plante mai complexe. Astfel, vom ncepe noastre luarea n considerare a mecanismelor de reacii uoare n cadrul centrului de reacie fotosintetic bacteriene, cu nelegerea faptului c multe dintre observaiile noastre se vor aplica sistemelor de plante, de asemenea. 19.2.2. O pereche special de clorofile Initiaza separare de ncrcare

L i M subuniti formeaz nucleul structural i funcional a centrului bacteriene reacie fotosintetic. Fiecare dintre aceste subuniti omoloage cuprinde cinci helices transmembranare.Subunitatea de H, care are doar un singur helix transmembranar, se afl pe partea de citoplasmatice a membranei.Subunitatea de citocromul, care conine patru C-tip hemes, se afl pe partea opus periplasmic. Patru bacteriochlorophyll b (BChl-b), dou molecule bacteriopheophytin b (HBP), doua molecule chinone (QA i QB), i un ionii de fier sunt asociate cu L i M subunitati. Bacteriochlorophylls sunt similare cu clorofile, cu excepia red