replikace Obr. 29-1 Ústřední dogma molekulární biologie. Ptné Červené šipky označují typy přenosu genetické informace, probíhajícího v buňce. Speciální přenosy jsou označeny přerušovanými Šipkami: RNA-polymerasa, řízená RNA, je přítomna v jistých virech i v některých rostlinách (kde má neznámou funkci); DNA-polymerasa, fízsná RNA (reverzní transkriptasa), se vyskytuje v některých RNA-vrrech; a DNA přímo ucčuitcí protein není známa, ale zdá se, že její existence není zcela nereálná. K přenosu Informace v jiných než vyznačených směrech, ten. protein určující DNA nebo RNAt však nedochází. Jinými slovy, proteiny jsou pouze přFjemci genetické informace. Biochemie nukleových kyselin 1 CHEMICKÁ MUTAGENEZE Tripletní charakter genetického kódu byl, objasněn užitím chemických mulagcdů, které indukují mutace. Před vlastním studiem genetického kódu probereme nejprve tyto látky. Existují dvě hlavní třídy mutací: 1. Bodové mutace,.při kterých je jeden pár bází nahrazen druhým. Tyto mutace je dále možno rozdělit na: a) Přechody (transitions), při kterých je purinnv-í báze nahrazena opět purincm a pyrimidinová báze pyrimidínem. b) Přcsmyky (transversions), při kterých je purinová báze nahrazena pyrimidinovou a pynmidinová purinovou. 2. InzerČně-deleční mutace, při kterých dojde k vypadnutí (deleci) nebo vložení (inzerci) jednoho nebo více párů bází ze sekvence DNA- Biochemie nukleových kyselin PŘEHLED AEROBNÍHO METABOLISMU Obr. 15-3 Složité rnetabolíty, jako jsou sacharidy, lipidy a proteiny, jsou nejprve degradovány na své monomerní jednotky, hlavně glukosu, mastné kyseliny a aminokyseliny, a dále na spolBČný meziprodukt - acetyl-CoA. Acetyíová skupina je poté oxidována kyslíkem na oxid uhličitý přes citrátový cyklus za současné redukce NAD+ a FAD. Reoxidaca těchto koenzymů 3 přes řetězec přenosu elektronů a oxidační fosforylaci vede ke vzniku vody a ATP. GLYKOLYZA - VARIANTY A BILANCE GLYKOLYZA glukosa 2ADP + 2P, •1 NAD + Mí trukiosa-1 fi-bisfosfát 2ATP 2NADH 2 pyruvát Obr, 16-1 Glykolýza přeměňuje glukosu na pyruvát při současné tvorbě dvou molekul ATP. Za anaerobních podmínek probíhá další degradace pymvátu jako alkoholové kvašení u kvasinek nebo redukce na mléčnou kyselinu ve svalu. Za aerobních podmínek je pyruvát oxidován na vodu a oxid uhličitý pfes citrátový cyklus a oxidační fosfory lac i. anaerobní mléčné kvašení 2NADH 2NAD 1 laktát aerobní oxidace CmtATOVY CVKLLrs 2NADH oxidační fosforylacc ^ anaerobní alkoholové kvašení 6 0, 2NAD+-»-4 6C02 + 6H20 2C0S + 2etbanol 2NADH 2NAIT Metabolismus a biosyntéza sacharidů 4 GLYKOLYZA - PRŮBĚH glukosafosfát glukosa-6-fosfát isomerasa ®-o-c>V. fruktosa-6-fosfát (p)—O—CH, HjCOH hexokinasa f osf of ru ktoki nasa fruktosa-1,6-bisfosfát 0-0-tHi HiC—0—® ATP Iß) aldolasa anaerobní glykblýza,^ ' ' s mléčné kvašení #.z-■■1°* ^ r^C2H5OH + CO^/ anaerobnTalKoholové kvašení * C02 + H20 + ATP aerobní oxidace pyruvátkinasa fosfoenolpyruvát glyceraldehyd-fosfát -* MAC5 MADH ♦ Hů ■*- coo o H—C—Ů-(P) I enolasa HjCüh 2-fosfog lyce rát H—C—OH dihydroxyaceton-fosfát H (?) # Kzi-O-® V*"® 1 #=triosafosfátisomerasa glyceraldehydfosfátdehydrogenasa 3-bisfosfoglycerát H—C—OH HjC—0—© ADP fosfog ly ce rátki n asa C00e H—C—OH HiC— 0— ® 3-fosfoglycerát fosfoglycerátmutasa Metabolismus a biosynteza sacharidů GLYKOLYZA vs. GLUKONEOGENEZE glukosa / VA1P duta««- Yl í hacokiiiua (Í19) Ra*4itua (-5.1) • K^ glukosa -ft-ľm fát «Mtattf kuktnabi» Y« |f ' ..fofnikinkinnq (24j6> H3Ö- /^ADP fruklf*i-l,6.bb!fo*/it trifisifüüfi:- ncc(t>nrosfát ^t- Pr + NAD' N"ADH * H NAD + P, I' i -fáídťli van «jTi ™ NADH 1 ,.1-1 >i\ I'< u.fn gl y «rút M4.0 ADP |iyn:vľittij«ŕ,j ř*/ ■An? ICtítO^ncrr.likiiwiBt ■ATP í-foíľogljfictrAt 1'ilifoghirlJtllltlĽl.VJ ť 1,3) i-ľosŕofllycerit auba frafúeHdpyt-uril _,CÍDP - *'<>.: PHiVK ATP *^ \ pvriit-út GTP MitJinÉBll f 3>- -» AßP p y r ii<.'. r k ,u-h. .\ lU- .i ATI1 - CO, y.--22.e.i Obf.21-7 Dráhy glukoneogeneze aglykolýzy, Tří očíslované kroky, které jsou v glukoneogenezt katalyzovany odl£nými en- zynrty, jfou oznaŕmiy ŕerven^j' iipkani. Zrriny Gioüsovy volné energie rwkcf v* směru alukoneogeneze za fyzlo- logicfíýcíi podmínek vjátreci Jbdu uved Any v závorkách vkj/lmo). Gtykolýw. glukosa + 2NAD+ 4 2ADP + 2Pi —* 2pyiuvát + 2 NADH + 4H+ + 2 ATP + 2HjO CíŕuAoíJťtJgííHíLtfľ: 2pyruvá| + 2 NADH + 4 H- + J ATP + 2GTP + äH20 —^ glukosa 4 2NAD+ * 4ADF + 2GDP + 6P. Celkoví: 2ATP + 2GTP + 4H2O -----* 2ADP + 2CDP + 4P| Takové ztráty volné energie v cyklickém procesu jsou termodynamicky nevyhnutelné. Jsou energetickou cenuu, která musí byt zaplacena za udržení nezávisle regulace obou drah. 6 CYKLUS játra k iY\ ADP + GDP+P, *-v gluknneogeneze ATP + (VTP —-^ laktttt fclykogenolyza a Hlvki ity/;t ATP h.kUt Ohr. 21-9 Con ho cyklus. Laktát vznikající glykolýzou ve svalu je transponován krevním řečištěm do jater, kde je přeměněn v glukoneogenezi na glukosu. Ta se vrací krevním řečištěm zpét do svalu, kde může být uskladněna v podobě glyko- gena Metabolismus a biosyntéza sacharidů 7 PENTOSOVÝ CYKLUS HO CH,OH I c—O H OH n-fosfogluno-5-lakton '■ :. »- H—C—OH CH;OPOv 6-fosfo-glukonát H—C —OH I CH;OPOÍ rib u I osa -; -1 > is t .1t „ - C — C —C — SCoA M ŕranjí-A^ťnuyl-CoA 2 " -H.,0 en uy ] -Oi A ■ h ydralasa 0 1 CH3-(CHa)fl -C-CH3— C—SCoA OH 3-L-hvdrovyacyl-CoA s NAI)+ , ^ 3-L- ;' * i hydroxyacyl-í'nA debydrngaiusa NADH + H+ O CH3—CCHaln -r-CHa—C —SCoA ß-oxoacyl-CnA — CuASH ß-oxoacyl-t Y>A-thiolasa O O I"] f- ubichinon-i ijcidoredtikiasa ETF:ubícbi(»n-üxidoreduktasa,.^ WH H,,O mituchondni'iini pfcnoi okklronů * N« i"2 CH3—(CH^ -C —SCoA+ CH3—C —SCoA acyJ-CoA acctyl-CoA (kratší o 2C) 2ADP ! \\\> Obf. 23-8 ji-Oxidace acylkoenzymu A. Metabolismus a biosyntéza lipidů 11 28 o BIOSYNTEZA MASTNÝCH KYSELIN CH — <' — SCoA + H —SACP acetyl-CoA H — SCoA- acetyl-CoA^-ACP-transacylasa H —SCoA CH2— C — SCoA + H —SACP iiialonyl-CaA malonyl-CoA-ACP-transacylasa CH,—C —SACP acetyl-ACP CH,—C—SACP malooyJ-ACP H-S —E 2a H—SACP ■ CH3—C—S—E i 0 + H—S—E-" O I p-oxoacyl-ACP-synthjsa " (kondenzačníen/ynni VH— C — CH2— C—SACP acetoacetyl-ACP H+ + NADPH■ NADP OH (J-oxnueyl-ACP-rĽduktLis;. i il CH ,- C — CH j— C — SACP I H D-3-hydioxybutyiyl-ACP HaO (J-hyuYiuťyl-ACP-jĽliydrataSJ H O I II CH— ť -C- C — SACP I H a,ß-/ra«.v-l)iitt:n(iyl-ACP H+ + NADPH- NADP* enoyl-ACP-rwäuktasa CH,— CH;,— CH2— C — SACP butyryljACP } opakovaní reakci 2-6 šestkrát ü CH3CH2—(CHsij3—C —SÄOP paltnitoyl-ACP Hž0—-J palmiuiylihkieslurasa ' O II rlM'll,- (CHu-]i-C — O + H—SACP palmilút Obr. 23-26 Poradí reakci pfi biosyntéze mastných kyselin. Pri tvorbe palmitátu se opakuje sedm cyklu prodloužení fetézce 062, načež nasleduje finálni hydro-lytický krok 12 ROZDÍLY MEZI ß-OXIDACI A BIOSYNTÉZOU MASTNÝCH KYSELIN P-OXIDACE (MITOCHONDRIEj ^ acyl-CoA (C^2) FAD — FADH2-«- enoyl-CoA 3h -hydroxyacyl-CoA CoA je pŕenašečem acylovych skupin FAD je akccptorem elektronu [ -ß-l>ydro\yacylova skupina NAD+ je akceptorem elektronů vytvoře«« C2- jedaotkaje aceiyl-CoA BIOSYNTEZA (CYTOPLASMA) acyl-ACPíC^) ---------^ AC P je pŕenašečem acylovych skupin NADPHje donorcm elektronů NA [IP NADPH + II enoyl-ACP l>-ß-hydroxyacylova 3-t>-hydroxyacyl-ACF skupina NADPHje donorem elektronu výchozí donor C-, -jednotky je"malonyl-CoA NAIMI+ NADPH + H* ß-oxoacyl-ACP CoA + r<> Mrtlonyl -CoA acyl-ACPíC,,) Obr. 23-23 Znázorněni rozdílu mezi drahamt ß-oxidace a biosyntézy mastných kyselin se zvláštním zřetelem na (1) umístění v buňce, {2) přenašeč acyLové skupiny. (3) akceptor/donor elektronů, (4) stereochemií hydratační a dehydratačni reakce a (5) formu, v jaké jsou tvořeny nebo poskytovány jednotky C2 Metabolismus a biosyntéza lipidů 13 ŠTEPENÍ FOSFOLIPIDU: FOSFOLIPASY fosfolipasa A{ O II *CHa—O—C—R, R;—C— O— CH O a] II 'CHa—O —P—O—X O" ? H,0 R,—C—OH 0 II fosfolipasa A2 fosfolipasa C fosfolipasa D ľosfolipid CH^O — C—R. \ *- H—O—CH O I II CH2—O-P—O—X I cr lysofosfolipid Obr. 23-1 Fosfolipasa A2 hydrolyticky odštepuje C(2)-zbytek mastné kyseliny z triacylgJyce-rolu za vzniku odpovídajícího Jysofosfofipidu Jsou vyznačeny také vazby hydro-lyzované jinými typy ťosfo-lipas, které jsou nazývány podle jejich účinku Metabolismus a biosyntéza lipidů 14 METABOLISMUS AMINOKYSELIN glukos« asparagin as parta t aspartát lenylalanin tyrosin alanin cysloin gtycin serin threonin tryptofan isoleucin methionin valin isoleucin teucin threonin tryptofan ,HVli>, U l t. It leucin lysin lenylalanm tyrosin oxalacctát citrát TRAŤOVÝ \ •- f uma rát CYKLUS isociirál ľa ii.ir :i \ A < -i) Miki-irnl-t <<\ 2-oxtit-liltaníl \ CO, aiginm glutamat gl j tam i n histidm pfolm Obr. 24-8 Aminokyseliny jsou degradovány na jeden ze sedmi obecných meziproduktu Glukogenní degradace je vyznačena zelené, ketogenni červeně Metabolismus bílkovin a aminokyselin METABOLISMUS AMINOKYSELIN (II) laktál Obr. 21-1 Metabolické dráhy vzniku oxal-acetátu z laktátu, pyruvátu a inter* mediátú citrátového cyklu. Všechny aminokyseliny kromě leucinu a lysinu mohou být těmito reakcemi převedeny na oxalacetat a dále na glukosu. alanin cystein glycin senn threonin tryptofan aspartát asparagin O O II // -> H,C—C —C i m in.i! O" . O no \\ II // C —CH2—C—C / \ utrutyl-CoA 'O >n,il.u . I.il O -< itát lit Til t /.. \\ ^ _' _ // CH_C\ UTRÁTOVÝ "O - , .. °~ CYKLUS tu nu rul / fenyialanin tyrosin siikiinát bodtrát O O li // C—CH*—CH*—C—C / " v . o , o 2-nx<»(;liiturat A O O W II C—CH. — t H ,-C—SCoA n mj kein y I-Co A isoleucin methionin valin arginin glutamát glutamin histidin prolin Metabolismus bílkovin a aminokyselin MOCOVINOVY CYKLUS (CH^ I ' + HC —NHj Obr, 24-4 Mc-čovinový cyklus probíhá částečné v mitochondriích a částečné v cytosolu, přičemž Ornithin a citrullin jsou přes mitochortdriální membránu přenášeny specifickými transporte imi systémy Cyklu se účastní pět enzymu: (1) karba-moylfosfátsynthetasa, (2) ornithin-karbamoyltransferasa, (3) argminosukcmátsynthasa, (4) argintnosukcinátlyasa a (5} argi-nasa 17 respirační řetězec -a.* -a. 2 N Mill =+* NAD+<-0,3t&Vl .ü.raa v aukťinál F|V) O.Zk O.A — 7 O si ľ, p I O. I t kiHíiple» If fiŕbo n mýtni fumoiál komplex IM I U—--antimycin A 0.& D.81— eyitwlirow ť ľ+0.235 Vi k..iľ.p|L-' ÍV . t*ľ*nfd 2H' - -tí) zxjt ■HaO4»0.6iS */* Obr. £0-9 Řetězec transportu elektronů v milo* chondrlJch. Standardn' redukční pstancáiy nej pohyblivej Sich tóimpo-nant ŕolezcG (ze/ené) jsou znázorněny jako body, mocírt jsou znázornená misia, kde je získávána valná energie dostačující pro syntézu ATP a iäfveňá místa půEaaenl néko-lika raspir&čních inhibitorů. Rycht oM, jakou mUocbcm* JrĽlni suspenze spotrebováva Oj, iľ citlivým mi ritku m funkte rctCzcc trůn* p u r I u cl ľ k tróni. L/e jt vhudni inčŕi; kyslíkovou elektrodou (obr. 30-9). Lulky inhibujícf trans-port elektronů (jak lze soutlií z jejich účinku na úbytek O2 v tomto experiment ä mf m usnofádď ni) jsou neocenitelnými cKperimental ním i pomocníky při zkoumaní cest loku elektronů kaskádou a pra určování vstupních iinVi elektronů z různých substrátů. K nejužitečnějším takovým lál k á m patří r ľii ľ n on (rostlinný jed používaný amazonskými T ndi dny k Irä ve ní ryb a stou? id wwttíf, jako insekticid), umyi.il (btirbiiurár), aotimycin A (antibiotikum) a kyanid. toto ffl? ®k(ěM m M^m &\?m$ 0^j Respirační řetězec respirační řetězec komplex I mezíme mbránovy prostor vmtřni mitochondrialnt membrána matrix NADI t komplex IV -i rrieflfflsnnbrénťsvY prottof mitochondria memtjránm níľk.í fH+| + + Obr 20-22 Spřažení transportu elektronů kalená Šípka) a syntézy ATP tworbou sleklrochemlckéhs gračientu protonů na vnitřní mito-chondríálnl membrána. H* jsou běhám transportu elektronů "puntován/1 ven imitoctiondre (modré šípky) a jsi ich exer-gcnický návrat pohání syntěiLiATP {tetveně tipky]. Respirační řetězec 20 v r v RESPIRAČNÍ ŘETĚZEC - TVORBA ATP ADP + P: ATP matrix prutonnvj :anál vazebný pn>IX 'I) :.: Obr. 20-28 (a) Elektronová mikrofotografie rekonstituované mitochondrial™ ATP-synthasy (F0FrATPjy) a (o) schematické znázornění předpokládaného umístění jejích podjednotek. oiein n ■M H+ Respirační řetězec 21 FOTOSYNTÉZA: 1. SVETELNÁ FAZE PS 680 5i|. PS 700* si ne rcduMdrife půtt,"idál :.'."Ml Q. nv + *v ^ adlife ľx dnn s PS 680 vnější membrána stromálni thylakoidy vnitfni membrána mezi membránový prostor gran um stroma Q / W«; „w \ ■.. ■ - ^ Hl/H-? j *> s Slfírpí Z&-:\ýzfcj£/--_«2& I-1 ^3P- ?, ^D Fotosyntéza 22 FOTOSYNTÉZA: 2. TEMNOSTNÍ FÁZE= CALVINŮV CYKLUS (tvorba glukosy) (->glukosa...) n I i;msk Holasa Obr. 22-23 Calvinův cyklus. Počet čar v jednotlivých šipkách udává, kolik molekul musí vdaném kroku reagovat, aby se uskutečnila jedna úplná otočka cyklu, která ze tří molekul C02 vytvoří jednu molekulu Gra-3-P. Pro přehlednost jsou pro všechny cukry uvedeny lineární vzorce, i když hexosy aheptosy existují převážně v cyklických formách (sekce 10-1 B). V polohách, jejichž uhlíky jsou vyznačeny červeně, bude UC po jedné otočce cyklu S 14C02 jako substrátem. 23