Metabolizmus és ATP

Anyagcsere és ATP

• Az anyagcsere során a tápanyagok lebontásakor felszabaduló energia egy része ATP-szintézisre használódik fel.
• Az ATP (adenozin-trifoszfát) egy ribóz molekulából áll, amihez egy adenin bázis kapcsolódik.
• A ribóz 5'-ös szénatomjához három foszfátcsoport kapcsolódik, amelyek nagy energiájú Savanhidrin kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.
• Az ATP lebomlása ADP-re és egy foszfát csoportra (P) történik (ATP -> ADP + P).
• Az ATP képzésének lehetőségei: szubsztrát szintű foszforiláció és H+ gradienshez kötött ATP képzés.
• Szubsztrát szintű foszforiláció során egy speciális szerkezetben foszfát csoportot hordozó molekuláról közvetlen foszfát adódik át ADP-re.
• H+ gradienshez kötött ATP képzés: oxidatív foszforiláció a mitokondriumban és foto-foszforiláció a kloroplasztiszban.
• Az ATP energiatároló vegyület, a Savanhidrid-kötése nagy energiájú.
• A kötés hidrolízise során energia szabadul fel.
• A nukleotidok három alapvető egységből állnak: egy nitrogéntartalmú szerves bázis (pirimidin vagy purin váz), egy pentóz (ribóz vagy dezoxiribóz), és egy foszforsav.
• A ciklikus AMP úgy jön létre, hogy egyetlen foszforsavmolekula kölcsönhatásba lép a pentóz 3. és 5. szénatomjának hidroxilcsoportjával, észterkötés keletkezik.
• A ciklikus AMP biológiai folyamatok szabályozásában játszik szerepet.
• Vannak közös hordozó molekulák (koenzimek) is, pl. NAD, FAD, CoA.

Aminosavak és fehérjék

• Az aminosavak a fehérjemolekulák alapvető építőegységei, összesen 20 féle α-L-aminosav vesz részt a fehérjék felépítésében.
• Több aminosav esszenciális.
• Az aminosavak olyan molekulák, amelyekben a központi α szénatomhoz karboxil- és aminocsoport kapcsolódik.
• Az aminosavak oldalláncaik (-R) minőségében különböznek egymástól: apoláros/hidrofób, poláris töltéssel nem rendelkező, poláris pozitív töltésű (bázikus), és poláris negatív töltésű (savas).
• Hidrofil aminosavak: bázikus (lizin, arginin, hisztidin), poláros (szerin, treonin, aszparagin, glutamin), savas (aszparaginsav, glutaminsav).
• Hidrofób aminosavak: alanin, valin, izoleucin, leucin, metionin, fenilalanin, tirozin, triptofán.
• Különleges aminosavak: cisztein, glicin, prolin.
• Az aminosavak töltése függ a környezet pH-jától: fiziológiás körülmények között ikerionos szerkezetűek, erősen savas környezetben pozitív, erősen lúgos környezetben negatív töltésűek.
• Az izoelektromos pont az a pH érték, amikor az aminosav nem rendelkezik szabad töltéssel.
• Az aminosavak peptidkötéssel kapcsolódnak össze, a peptidkötés vízkilépéssel jön létre az egyik aminosav karboxil- és a másik aminocsoportja között.
• Az aminosavak el nem ágazó polimerláncot képeznek.

Fehérjék szerkezeti szintjei

• Elsődleges szerkezet: az aminosavak kapcsolódási sorrendje.
• Másodlagos szerkezet: intra- vagy intermolekuláris hidrogénhidak hatására kialakuló térszerkezet.
• Motívumok (szupermásodlagos szerkezeti szint): másodlagos szerkezeti szint feletti, de harmadlagos szerkezeti szint alatti szintet képviselnek másodlagos szerkezeti elemek adott elrendeződésű kombinációi.
• Domén: másodlagos és harmadlagos szerkezeti szint közötti szerkezeti egység, ami a fehérje többi részétől függetlenül feltekeredésre képes, több motívumot is magába foglal, mérete 40-100 aminosav.
• Harmadlagos szerkezet: a spirális, redőzött és szabálytalan szakaszok állandó térbeli elrendeződése.
• A harmadlagos szerkezet lehet szálas (fibrilláris, α-hélix vagy β-redő) vagy gömb (globuláris: eltérő konformációjú részek).
• Negyedleges szerkezet: több fehérje egységből álló makromolekulák szerkezete

Szénhidrátok

• A szénhidrátok olyan vegyületek, amelyek hidroxi- és oxo-csoportokat tartalmaznak.
• Csoportosításuk funkciós csoportok (aldózok, ketózok) vagy felépítő egységek száma alapján (monoszacharidok, diszacharidok, oligoszacharidok, poliszacharidok).
• A zsírsavak általában páros számú szénatomot tartalmazó monokarbonsavak.
• A trigliceridek, a foszfolipidek és a szfingolipidek alkotóelemei a zsírsavak.
• Zsírsavak lehetnek telítettek (nincsenek szén-szén kettős kötések) vagy telítetlenek (vannak szén-szén kettős kötések).
• A transz-zsírsavak növényi olajok hidrogénezésekor keletkeznek, valamint kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkeznek a cisz-zsírsavakhoz képest.

Monoszacharidok és Kapcsolataik

• A monoszacharidok édes, vízben jól oldódó vegyületek, amelyek a gyümölcsökben, nektárban, vérben, háncsszövetben szállítódnak fruktóz-glükóz izomer, ketóz.
• Epimerek azok a diasztereomerek, amelyek csak egyetlen aszimmetriacentrum konfigurációjában térnek el.
• Az enantiomerek egymással fedésbe nem hozható sztereoizomerek.
• A diasztereomerek olyan sztereoizomerek, amelyek nem tükörképi párjai egymásnak.
• Gyűrűképződéskor a hidroxilcsoport hidrogénje az aldehidcsoport oxigénjéhez vándorol, glikozidos hidroxilcsoport alakul ki.
• Az öttagú cikkofélacetálos szerkezet a furanóz gyűrű.
• A monoszacharidok alkoholos OH-csoportjaik révén savakkal acilezhetők, észterek keletkeznek.
• Az aminocukrok olyan cukorszármazékok, ahol egy alkoholos OH-csoportot aminocsoport helyettesít.
• A monoszacharidok glikozidos kötéssel kapcsolódnak össze, víz kilépésével.
• A glikozidok szénhidrát származékok, amelyekben glikozidos OH-csoport kapcsolódik különböző szubsztituensekhez (pl. alkoholos OH-csoporthoz, purin- vagy pirimidinbázishoz).
• Redukáló diszacharidok: maltóz (α-D-glükóz-(1->4)-α-D-glükóz), cellobióz (β-D-glükóz-(1->4)-β-D-glükóz), laktóz (β-D-galaktóz-(1->4)-β-D-glükóz).
• Nem redukáló cukrok: szaharóz (α-D-glükóz-(1->2)-β-D-fruktóz).
• A diszacharidok két monoszacharid alegységből állnak.
• Poliszacharidok: 10-nél több monoszacharid egységet tartalmaznak: cellulóz, amilóz, amilopektin.
• A homopoliszacharidok egyetlen monoszacharid egységből, a heteropoliszacharidok több különböző monoszacharidból épülnek fel.
• A cellulóz β-D-glükózból épül fel, β-(1->4) glikozidos kötéssel. A hidroxilcsoportok között intermolekuláris H-híd kötések stabilizálják a fibrilláris szerkezetet.
• A cellulóz a növényi sejtek és rostok vázanyaga, és a legnagyobb mennyiségben előforduló szénvegyület.

Egyéb Fontos Lipidek és Vitaminok

• A növényi ALA (lenmag, dió, szójamag, repceolaj, tökmag) és az állati EPA+DHA (halolajok) fontos zsírsavforrások.
• A trigliceridek glicerinből és különböző zsírsavakból épülnek fel észterkötésekkel, energiaraktározó formák.
• A foszfolipidek glicerint, két zsírsavat és egy foszfátcsoporton keresztül kapcsolódó poláros molekulát tartalmaznak, észterkötésekkel.
• A szfingolipidek alapvegyülete a szfingozin, telítetlen amino-diol.
• A ceramid két szénhidrogén láncot tartalmaz, a zsírsav savamidkötéssel kapcsolódik a szfingozinhoz.
• A biológiai membránok fő alkotórészei a lipidek és fehérjék.
• A membrán kettős rétegben a poláris részek a vizes közeg felé, az apoláris részek egymás felé fordulnak.
• A strukturális lipidek közé tartoznak a viaszok és a kutin, a Kutikula alkotói.
• A viaszok hosszú láncú zsírsavak, zsírsav származékok, szénhidrogének, alkoholok, ketonok, aldehidek és észtereik.
• A kutin C16 és C18 hidroxi-zsírsav származékok észter kötésekkel keresztkötött polimer hálózata.
• A szuberin hosszú láncú zsírsavszármazékok észter kötésekkel keresztkötött polimer hálózata, amihez viaszok és poliaromás vegyületek kapcsolódnak.
• A karotinoidok színes vegyületek biológiai szereppel (karotin, xantofil).
• Fotoszintézis pigmentjei antenna pigment véd a fotoxidációtól.
• Terpénvázas vitaminok: A-, E-, K-vitamin.
• Szteránvázas lipidek csoportosításai: koleszterin (pl. sejtmembrán alkotó), szteránvázas hormonok (pl. aldoszteron, kortizol, progeszteron, ösztrogén, tesztoszteron, androszteron), epesók (emulziót képeznek, aktivizálják a lipázt), D-vitamin (Ca2+ és foszfát felszívás).
• A klorofillok a fotoszintetikus szervezetek legjellemzőbb pigmentjei, a kék illetve vörös tartományban nyelnek el.
• A lipoproteinek lipidek szállítását végzik a plazma vizes közegében, mivel a lipidek itt nem oldódnak.
• A zsírsavak albuminhoz kötve, a trigliceridek, koleszterin és koleszterin-észterek lipoproteinekkel szállítódnak.
• A lipoproteinek belsejében találhatók az apoláris lipidek (trigliceridek és koleszterin-észterek).
• Lipoproteinek típusai: kilomikron, VLDL, IDL, LDL, HDL.

Enzimek

• Az enzimek fehérjék vagy ribonukleinsavak (ribozimek), amelyek a sejtekben lejátszódó biokémiai reakciók gyorsítását végzik (biokatalizátorok).
• Csak termodinamikailag lehetséges reakciókat katalizálnak
• A katalizátorok (enzimek) csökkentik az aktiválási energiát, de nem változtatják meg az egyensúly helyzetét, csak meggyorsítják annak beálltát.

Reakciók katalízissel

• A fémionkatalízis során az enzim aktív centrumában lévő fémion segíti a szubsztrátot, például szénsav képzésében.
• Sav-bázis katalízis során aminosav oldalláncok proton donorokként működnek, pl. dihidroxiaceton-foszfátból glicerinaldehid-foszfát képződésekor.
• A szerinproteázok specifitását a kötőhelyük határozza meg.
• A kémiai reakciók aktivációs energiáját csökkentik, de az egyensúly helyzetét nem befolyásolják.
• Reakciókban sztöchiometriai értelemben nem vesznek részt, nem befolyásolják az egyensúlyi állandó értékét, és nem változtatják meg a keletkező terméket.
• Kofaktorok: apoenzim + kofaktor = holoenzim.
• A kofaktorok lehetnek prosztetikus csoportok (erősen kötöttek) vagy koenzimek/ko-szubsztrátok (gyengén kötöttek).
• A kofaktor nélküli enzimet apoenzimnek (önmagában nem képes katalízisre), a kofaktorral rendelkező formát holoenzimnek nevezik.
• A koenzimek szerves molekulák a vitaminok zöme koenzim vagy annak prekurzora.
• Izoenzimek: azonos funkció, de eltérő primer szerkezet.
• A szubsztrátkötés mechanizmusa lehet kulcs-zár modell vagy indukált illeszkedés.

Enzim Kinetika és Hatékonyság

• Az enzimreakciók reverzibilisek.
• A katalízis során először enzim-szubsztrát komplex keletkezik.
• Az enzimeknek a szubsztrát átmeneti szerkezetéhez van a legnagyobb affinitása.
• Az átmeneti állapot a szubsztrát nem-stabil szerkezete, amely az átalakulás során jön létre.
• Az enzimreakció sebességét a szubsztrát koncentráció függvényében határozzák meg.
• Vo a kezdeti sebesség, a Vmax a maximális sebesség, a KM a Michaelis-állandó, az [S] a szubsztrát koncentráció.
• Michaelis-Menten állandó (KM): az a szubsztrát-koncentráció, amelynél a reakció sebessége a Vmax felével egyenlő.
• Az enzimreakció sebessége (Vo) függ a maximális sebességtől (Vmax), a Michaelis-Menten állandótól (KM) és a szubsztrát koncentrációjától ([S]).
• Inhibítorok számos anyag, vegyület és ion akadályozza az enzim működést mely lehet reverzibilis és irreverzibilis.

Gátlási Folyamatok Fajtai

• A gátlási folyamatok fajtái lehetnek kompetitív, unkompetitív és nonkompetitív gátlások.
• Alloszterikus gátlás: reverzibilis pl. protein kinázok, irreverzibilis,pl. proteolikus vágás.
• Modulátor fehérjék: enzimhez kötődve változtatják annak katalitikus aktivitását, pl. ciklininhibitor protein.
• Az allosztérikus gátlás/aktiválás több egységből álló enzimeknél játszik szerepet.
• A Feedback gátlásnál termék visszahatva a korai aktivációra szabályozza azt.

Alloszterikus és Hemoglobin Enzimek

• Alloszterikus enzimek: Egyidejűleg több ligandummal is komplexet alkothat, akkor az egyik ligandum kötése szabályozhatja a másik kötését,összehangolt modell(MONOD) - Az alloszterikus gátlás és aktiválás séma szerint szabályoz.
• A hemoglobin oxigént szállít, a mioglobin oxigént raktároz.
• feladatuk: a molekuláris oxigén (O2) reverzibilis megkötése és leadása.
• az oxigéntelítődés mértéke(Y) reakció- sebességgel arányos

Működési Sémák

• A Bohr effektus az oxigén leadással történő visszavétele Működési sémák:

1. hogy az egyes alegységek külön - külön kétféle konformációs állapotban lehetnek (Pozitív, negatív kooperativitás). A ligandumok szabályozása:
2. A DPG kötődése az oxigén felvételhez kedvezőtlen konformációt stabilizálja
3. oxigén molekula felvétele H+ leadással jár. A vér tárolása során a hemoglobin spontán leadja a DPG-t, így az oxigén affinitása nő .

• A sarlósejtes anémiát az , aminosav - csere okozza ezzel növeli a hemoglobin molekulák aggregációs képességét.