Inligting

7.4: Metabolisme - Biologie

7.4: Metabolisme - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Leeruitkomste

  • Beskryf die metaboliese diversiteit van protiste

Protiste vertoon baie vorme van voeding en kan aërobies of anaërobies wees. Die vesikel wat die ingeneemde deeltjie, die fagosoom bevat, versmelt dan met 'n lisosoom wat hidrolitiese ensieme bevat om 'n fagolisosoom, en die voedseldeeltjie word afgebreek in klein molekules wat in die sitoplasma kan diffundeer en in sellulêre metabolisme gebruik word. Onverteerde oorblyfsels word uiteindelik deur eksositose uit die sel verdryf.

Subtipes heterotrofe, genoem saprobes, absorbeer voedingstowwe van dooie organismes of hul organiese afval. Sommige protiste, soos euglena, kan funksioneer as mixotrofe, verkryging van voeding deur foto-outotrofiese of heterotrofiese roetes, afhangende van of sonlig of organiese voedingstowwe beskikbaar is.


Metaboliese siklus, selsiklus, en die eindskop na Begin

Stadig groeiende ontluikende gis stoor koolhidrate, likwideer dit dan in die laat G1 fase van die selsiklus, wat 'n metaboliese siklus op die selsiklus plaas. Hierdie metaboliese siklus kan biochemies onversoenbare prosesse skei. Alternatiewelik kan dit 'n sarsie energie en materiaal verskaf vir toewyding aan die selsiklus. Gestoorde koolhidrate kan die groottevereiste verklaar vir selle wat die beginpunt verbysteek.

Gis, soos my kinders, is op hul mees lewendige in hoë konsentrasies suiker. Die ontluikende gis Saccharomyces cerevisiae onttrek net 2 mol ATP per mol glukose via fermentasie (dit wil sê glikolise na piruvaat, dan reduksie van die piruvaat na etanol), maar dit groei vinnig met 'n verdubbelingstyd van ongeveer een en 'n half uur. In lae konsentrasies glukose (of in nie-fermenteerbare koolstofbronne) groei gis via oksidatiewe respirasie, wat meer as 30 mol ATP per mol glukose onttrek - maar nou neem hul verdubbelingstyd toe tot 3 uur of langer.

Gis wat oksidatief groei in beperkte glukose gebruik hierdie glukose op drie hoof maniere. Eerstens gebruik hulle dit natuurlik as 'n energiebron. glukose vloei deur glikolise om ATP, NADH en piruvaat te genereer, en die piruvaat vloei deur die trikarboksielsuur (TCA) siklus en oksidatiewe fosforilering om nog meer ATP te genereer. Tweedens gebruik hulle glukose as 'n grondstof vir die bou van die selwand. Derdens word nog 'n groot gedeelte van die glukose gestoor, sommige in die polisakkaried glikogeen en sommige in die disakkaried trehalose. Dus, al is hierdie asemhalende selle in 'n sekere sin uitgehonger vir glukose (aangesien hulle vinniger kan groei as meer glukose beskikbaar was), stoor hulle nietemin 'n redelike deel van die glukose. Ongeveer 16% van die droë gewig van 'n respirerende sel is gestoor koolhidrate (dit wil sê glikogeen plus trehalose), terwyl 'n sel wat deur fermentasie op oorvloedige glukose groei, feitlik geen gestoorde koolhidrate het nie [1, 2].


7.4 Oksidatiewe Fosforilering

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy die volgende kan doen:

  • Beskryf hoe elektrone deur die elektronvervoerketting beweeg en verduidelik wat tydens hierdie proses met hul energievlakke gebeur
  • Verduidelik hoe 'n proton (H +) gradiënt tot stand gebring en in stand gehou word deur die elektrontransportketting

Jy het sopas gelees van twee weë in glukosekatabolisme—glikolise en die sitroensuursiklus—wat ATP genereer. Die meeste van die ATP wat tydens die aërobiese katabolisme van glukose gegenereer word, word egter nie direk vanaf hierdie weë gegenereer nie. In plaas daarvan is dit afgelei van 'n proses wat begin deur elektrone deur 'n reeks elektrondraers te beweeg wat redoksreaksies ondergaan. Hierdie proses veroorsaak dat waterstofione in die intermembraneuse ruimte ophoop. Daarom vorm 'n konsentrasiegradiënt waarin waterstofione uit die intermembraneuse ruimte diffundeer in die mitochondriale matriks deur deur ATP-sintase te gaan. Die stroom van waterstofione dryf die katalitiese werking van ATP-sintase aan, wat ADP fosforileer en ATP produseer.

Elektronvervoerketting

Die elektronvervoerketting (Figuur 7.10) is die laaste komponent van aërobiese respirasie en is die enigste deel van glukosemetabolisme wat atmosferiese suurstof gebruik. Suurstof diffundeer voortdurend in plantweefsels (tipies deur huidmondjies), sowel as in swamme en bakterieë, maar by diere kom suurstof die liggaam binne deur 'n verskeidenheid asemhalingstelsels. Elektronvervoer is 'n reeks redoksreaksies wat soos 'n aflosresies of emmerbrigade lyk deurdat elektrone vinnig van een komponent na die volgende oorgedra word, na die eindpunt van die ketting waar die elektrone molekulêre suurstof verminder en saam met geassosieerde protone water produseer . Daar is vier komplekse saamgestel uit proteïene, gemerk I tot IV in Figuur 7.10, en die samevoeging van hierdie vier komplekse, tesame met geassosieerde mobiele, bykomstige elektrondraers, word die elektrontransportketting genoem. Die elektronvervoerketting is teenwoordig met veelvuldige kopieë in die binneste mitochondriale membraan van eukariote en binne die plasmamembraan van prokariote.

Kompleks ek

Eerstens word twee elektrone via NADH na die eerste kompleks gedra. Hierdie kompleks, geëtiketteer ek, is saamgestel uit flavienmononukleotied (FMN) en 'n yster-swael (Fe-S)-bevattende proteïen. FMN, wat afgelei is van vitamien B2 (ook genoem riboflavien), is een van verskeie prostetiese groepe of kofaktore in die elektronvervoerketting. 'n Prostetiese groep is 'n nie-proteïenmolekule wat benodig word vir die aktiwiteit van 'n proteïen. Prostetiese groepe is organiese of anorganiese, nie-peptiedmolekules wat aan 'n proteïen gebind is wat die funksie daarvan vergemaklik. Prostetiese groepe sluit koënsieme in, wat die prostetiese groepe ensieme is. Die ensiem in kompleks I is NADH dehidrogenase en bestaan ​​uit 44 afsonderlike polipeptiedkettings. Kompleks I kan vier waterstofione oor die membraan pomp vanaf die matriks na die intermembraanruimte, en dit is op hierdie manier dat die waterstofioongradiënt gevestig en in stand gehou word tussen die twee kompartemente wat deur die binneste mitochondriale membraan geskei word.

Q en Kompleks II

Kompleks II ontvang direk FADH2—wat nie deur kompleks I gaan nie. Die verbinding wat die eerste en tweede komplekse met die derde verbind, is ubikinoon B. Die Q-molekule is lipiedoplosbaar en beweeg vrylik deur die hidrofobiese kern van die membraan. Sodra dit verminder is (QH2), lewer ubiquinone sy elektrone na die volgende kompleks in die elektronvervoerketting. Q ontvang die elektrone afkomstig van NADH van kompleks I, en die elektrone afkomstig van FADH2 uit kompleks II. Hierdie ensiem en FADH2 vorm 'n klein kompleks wat elektrone direk aan die elektronvervoerketting lewer en die eerste kompleks omseil. Aangesien hierdie elektrone omseil en dus nie die protonpomp in die eerste kompleks bekragtig nie, word minder ATP-molekules uit die FADH gemaak2 elektrone. Die aantal ATP-molekules wat uiteindelik verkry word, is direk eweredig aan die aantal protone wat oor die binneste mitochondriale membraan gepomp word.

Kompleks III

Die derde kompleks is saamgestel uit sitochroom b-nog 'n Fe-S-proteïen, 'n Rieske-sentrum (2Fe-2S-sentrum) en sitochroom c-proteïene. Hierdie kompleks word ook sitochroomoksidoreduktase genoem. Sitochroomproteïene het 'n prostetiese groep heem. Die heemmolekule is soortgelyk aan die heem in hemoglobien, maar dit dra elektrone, nie suurstof nie. As gevolg hiervan word die ysterioon by sy kern gereduseer en geoksideer soos dit die elektrone verbygaan, wat wissel tussen verskillende oksidasietoestande: Fe ++ (gereduseer) en Fe +++ (geoksideer). Die heemmolekules in die sitochrome het effens verskillende eienskappe as gevolg van die effekte van die verskillende proteïene wat daaraan bind, wat effens verskillende eienskappe aan elke kompleks gee. Kompleks III pomp protone deur die membraan en stuur sy elektrone na sitochroom c vir vervoer na die vierde kompleks van proteïene en ensieme. (Sitochroom c ontvang elektrone van Q egter, terwyl Q pare elektrone dra, kan sitochroom c slegs een op 'n slag aanvaar.)

Kompleks IV

Die vierde kompleks is saamgestel uit sitochroomproteïene c, a en a3. Hierdie kompleks bevat twee heemgroepe (een in elk van die twee sitochrome, a en a3) en drie koperione ('n paar CuA en een CuB in sitochroom a3). Die sitochrome hou 'n suurstofmolekule baie styf tussen die yster- en koperione vas totdat die suurstof heeltemal verminder word deur die wins van twee elektrone. Die verminderde suurstof tel dan twee waterstofione uit die omliggende medium op om water te maak (H2O). Die verwydering van die waterstofione uit die sisteem dra by tot die ioongradiënt wat die grondslag vir die proses van chemiosmose vorm.

Chemiosmose

In chemiosmose word die vrye energie van die reeks redoksreaksies wat pas beskryf is, gebruik om waterstofione (protone) oor die mitochondriale membraan te pomp. Die ongelyke verspreiding van H + ione oor die membraan vestig beide konsentrasie en elektriese gradiënte (dus 'n elektrochemiese gradiënt), as gevolg van die waterstofione se positiewe lading en hul aggregasie aan die een kant van die membraan.

As die membraan deurlopend oop was vir eenvoudige diffusie deur die waterstofione, sou die ione geneig wees om terug te diffundeer in die matriks, aangedryf deur die konsentrasies wat hul elektrochemiese gradiënt produseer. Onthou dat baie ione nie deur die nie-polêre streke van fosfolipiedmembrane kan diffundeer sonder die hulp van ioonkanale nie. Net so kan waterstofione in die matriksruimte slegs deur die binneste mitochondriale membraan beweeg deur 'n integrale membraanproteïen genaamd ATP-sintase (Figuur 7.11). Hierdie komplekse proteïen dien as 'n klein opwekker, gedraai deur die krag van die waterstofione wat daardeur diffundeer, af in hul elektrochemiese gradiënt. Die draai van dele van hierdie molekulêre masjien vergemaklik die byvoeging van 'n fosfaat tot ADP, wat ATP vorm, die potensiële energie van die waterstofioongradiënt te gebruik.

Visuele verbinding

Dinitrofenol (DNP) is 'n "ontkoppelaar" wat die binneste mitochondriale membraan "lek" maak vir protone. Dit is tot 1938 as 'n gewigsverliesmiddel gebruik. Watter effek sou jy verwag dat DNP op die verandering in pH oor die binneste mitochondriale membraan sal hê? Hoekom dink jy kan dit 'n effektiewe gewigsverliesmiddel wees?

Chemiosmose (Figuur 7.12) word gebruik om 90 persent van die ATP wat tydens aërobiese glukose-katabolisme gemaak word te genereer dit is ook die metode wat gebruik word in die ligreaksies van fotosintese om die energie van sonlig in die proses van fotofosforilering te benut. Onthou dat die produksie van ATP deur die proses van chemiosmose in mitochondria oksidatiewe fosforilering genoem word. Die algehele resultaat van hierdie reaksies is die produksie van ATP uit die energie van die elektrone wat van waterstofatome verwyder is. Hierdie atome was oorspronklik deel van 'n glukosemolekule. Aan die einde van die pad word die elektrone gebruik om 'n suurstofmolekule tot suurstofione te reduseer. Die ekstra elektrone op die suurstof lok waterstofione (protone) uit die omliggende medium, en water word gevorm. Suurstof is dus die finale elektronaannemer in die elektronvervoerketting.

Visuele verbinding

Sianied inhibeer sitochroom c-oksidase, 'n komponent van die elektronvervoerketting. As sianiedvergiftiging plaasvind, sou jy verwag dat die pH van die intermembraanruimte sal toeneem of verlaag? Watter effek sal sianied op ATP-sintese hê?

ATP opbrengs

Die aantal ATP-molekules wat deur die katabolisme van glukose gegenereer word, verskil. Byvoorbeeld, die aantal waterstofione wat die elektronvervoerkettingkomplekse deur die membraan kan pomp, verskil tussen spesies. Nog 'n bron van variansie spruit uit die pendel van elektrone oor die membrane van die mitochondria. (Die NADH wat deur glikolise gegenereer word, kan nie maklik mitochondria binnedring nie.) Elektrone word dus aan die binnekant van mitochondria deur óf NAD + óf FAD + opgetel. Soos jy vroeër geleer het, kan hierdie FAD + molekules minder ione vervoer gevolglik, minder ATP molekules word gegenereer wanneer FAD + as 'n draer optree. NAD + word gebruik as die elektronvervoerder in die lewer en FAD + tree in die brein op.

Nog 'n faktor wat die opbrengs van ATP-molekules wat uit glukose gegenereer word, beïnvloed, is die feit dat intermediêre verbindings in hierdie weë ook vir ander doeleindes gebruik word. Glukose-katabolisme verbind met die weë wat alle ander biochemiese verbindings in selle bou of afbreek, en die resultaat is ietwat rommeliger as die ideale situasies wat tot dusver beskryf is. Byvoorbeeld, ander suikers as glukose word in die glikolitiese pad ingevoer vir energie-ekstraksie. Daarbenewens word die vyfkoolstofsuikers wat nukleïensure vorm, gemaak van tussenprodukte in glikolise. Sekere nie-essensiële aminosure kan gemaak word uit tussenprodukte van beide glikolise en die sitroensuursiklus. Lipiede, soos cholesterol en trigliseriede, word ook gemaak van intermediêre in hierdie weë, en beide aminosure en trigliseriede word vir energie deur hierdie weë afgebreek. In die algemeen, in lewende stelsels, onttrek hierdie weë van glukose-katabolisme ongeveer 34 persent van die energie wat in glukose vervat is, met die res wat as hitte vrygestel word.


Lesing 4: Ensieme en metabolisme

Na 'n kort herhaling van die laaste lesing, gaan professor Imperiali voort met aminosure, peptiede en proteïene, met die fokus op 'n proteïenvariant wat die oorsaak van sekelselanemie is. Sy stel dan ensieme bekend vir die res van die klas.

Instrukteur: Barbara Imperiali

Lesing 1: Welkom Inleiding.

Lesing 2: Chemiese binding.

Lesing 3: Strukture van Am.

Lesing 4: Ensieme en Meta.

Lesing 5: Koolhidrate an.

Lesing 9: Chromatin Remode.

Lesing 11: Selle, Die Eenvoud.

Lesing 16: Rekombinante DNA.

Lesing 17: Genome en DNS.

Lesing 18: SNP's en Human .

Lesing 19: Selhandel.

Lesing 20: Selseine .

Lesing 21: Selseine .

Lesing 22: Neurone, aksie.

Lesing 23: Selsiklus en .

Lesing 24: Stamselle, Apo.

Lesing 27: Visualisering van Lif.

Lesing 28: Visualisering van Lif.

Lesing 29: Cell Imaging Te.

Lesing 32: Infectious Dise.

Lesing 33: Bakterieë en An.

Lesing 34: Virusse en Mier.

Lesing 35: Reproduktiewe Cl.

PROFESSOR: So wat gaan ons vandag doen? So, vandag gaan ons voort met aminosure, peptiede en proteïene. En ek wil praat oor 'n ander proteïenvariant wat die veroorsakende is, die oorsaak van sekelselanemie. En dit is 'n baie interessante strukturele kwessie. Maar laat ek baie kortliks opsom wat ons laas gedoen het en dan 'n bietjie met jou praat oor 'n proses bekend as denaturering.

So laas keer het ons bespreek hoe die primêre volgorde van 'n polipeptiedketting sy gevoude struktuur definieer. Die gevoude struktuur word in plek gestel met sekondêre en tersiêre interaksies, nie-kovalente interaksies. Sekondêr net tussen ruggraat en sy tersiêre soort van alles anders, selfs ruggraatamiede ingesluit, maar óf met water, óf 'n syketting, ensovoorts. En dan is daar 'n paar proteïene wat dissosieer in die kwaternêre struktuur.

So hierdie monomeer subeenhede, soos hulle genoem sou word - en ek gaan dit uitbeeld as 'n geslote sirkel of 'n oop sirkel - kan dimere van een of ander aard vorm. Die dimere kan heterodimere wees. Of hulle kan homodimere wees. Of jy kan trimere, tetramere, ensovoorts vorm.

En wanneer ons praat oor hemoglobien, wat die proteïen is wat kry, wat 'n probleem het - dit is die oorsaak van sekelselanemie, sal jy sien dat dit 'n heterotetrameriese proteïen is. So in hierdie soort weergawe sal jy dit soort van so teken waar daar vier subeenhede is. Twee is van een geur en twee is van die ander. En dit is die kwaternêre struktuur van hemoglobien.

Nou vou proteïene. Daar is swak magte wat hulle bymekaar hou. Maar daar is baie swak magte. Maar as jy 'n proteïen aan verskeie behandelings onderwerp wat daardie swak kragte kan opbreek, sal die proteïen 'n proses van denaturasie ondergaan. Kan iemand dus dink aan watter soort dinge proteïen-DNA-denaturering sal veroorsaak? Ja.

PROFESSOR: Hitte is 'n slegte een, is 'n ernstige een, natuurlik. En hitte-- ja, ek sal hulle almal neerskryf. Wat is joune?

PROFESSOR: pH. Dus pH. Suurheid. Basaliteit. En ons sal praat oor hoekom daardie dinge veranderinge veroorsaak. Enige ander gedagtes? Ja?

PROFESSOR: O. Ja. So byvoorbeeld sout. Organiese oplosmiddels. En 'n proses waaraan baie mense nie noodwendig dink nie, maar as ingenieurs sommige van julle sal, is skuifkragte. So as jy 'n proteïen deur 'n baie nou buis skiet en daar is hoë skuifkragte, diegene wat ook natuurproteïene sal denatureer.

So met hitte is dit baie duidelik. Jy gaan daardie swak bande breek. En dan kan hulle óf hervorm. Of as jy te hoë hitte gaan, begin die ontvoude proteïen aggregate vorm. En enigiemand wat al ooit 'n eier gekrap het, weet dat dit 'n onomkeerbare proses is. Jy kry nie om die eier terug in die dop te druk nie. Dit is nie meer dieselfde nie.

Want wat jy doen wanneer jy eiers roer, is om proteïene deur hittebehandeling te denatureer. So dit is wat hitte doen. Dit breek die kragte. Die proteïene strek uit in hul gedenatureerde toestand. En in plaas daarvan om na 'n kompakte struktuur te hervou, begin hulle net met mekaar saamvoeg. En dit is redelik onomkeerbaar.

pH is interessant. Waarom sou pH by lae temperatuur opbreek? Waarom sou pH veranderinge veroorsaak? Ja.

GEHOOR: [ONHOORBAAR] aminosure het 'n sekere struktuur. So hulle is óf geprotoneer óf gedeprotoneer, dan sal die pH verander.

PROFESSOR: OK. So pH, perfek. Dus sal pH die ladingtoestande van baie van jou sigkettings verander. En sodra jy dit verander het, het jy dalk 'n heerlike elektrostatiese interaksie gehad. Maar dan gaan protoneer jy die karboksielsuur. En dit kan nie vorm nie - om die waarheid te sê, dit wil die vorm hê, dit wil uitmekaar breek in plaas daarvan om bymekaar te kom. Dit is dus die verandering van gelaaide toestand, wat denaturasie veroorsaak.

Soute en organiese produkte. Hulle kan byvoorbeeld interaksies met dele van die proteïen maak. Byvoorbeeld, organiese, organiese molekules kan in 'n hidrofobiese kern gly en hulle opbreek. Druk hulle net uitmekaar. Hulle wil daar wees. En dan te veel van 'n hoë konsentrasie van 'n organiese oplosmiddel wat ellendig is met water. En ons sou sê etanol, asetonitril, DMSO. Maar jy hoef nie bekommerd te wees oor te veel van watter besonderhede nie.

Wel eintlik, sodra jy bo 10% of so kom, sal ons net begin om proteïene te denatureer, soms omkeerbaar maar dikwels onomkeerbaar. Dit is dus baie belangrik om te weet dat proteïene stabiel is, maar jy moet hulle mooi behandel. Daar is sommige menslike siektes wat die gevolg is van verkeerd gevoude of saamgevoegde proteïene.

So byvoorbeeld, al die prion siektes is proteïene wat sleg geword het, amper, waar hulle nie meer in 'n gevoude struktuur is nie, maar hulle is in aggregate wat probleme met sellulêre prosesse en toksisiteit veroorsaak. Dus Alzheimer se siekte. Malbeessiekte. Baie hiervan is neurologiese afwykings wat byvoorbeeld veroorsaak word deur swak gevoude of baie verkeerd gevoude proteïene.

Dit is dus die dinge waaroor ons laas gepraat het met betrekking tot die vloed van primêr na sekondêr, na tersiêr na kwaternêr. En dit is 'n perfekte tyd vir my om aan jou bekend te stel waaroor ons vandag gaan praat. So laas het ons oor strukturele proteïene gepraat. En ek het jou gewys hoe kollageen, net met 'n eenvoudige defek, die verandering van 'n glisien en alanien in een van sy subeenhede, werklik die kwaternêre struktuur van die proteïen verander om baie swak kollageen te maak wat nie meer beensterkte ondersteun nie.

Maar waaroor ek vandag met jou gaan praat, is ’n defek in ’n vervoerproteïen wat suurstof deur die liggaam dra. So ons gaan praat oor hemoglobien. Hierdie siektes is wat bekend staan ​​as ingebore foute van metabolisme, of dit is soort van 'n komplekse term. Of geneties gekoppelde siektes, want daar is 'n enkele defek in 'n DNA-string wat dan in 'n RNA-string getranskribeer word.

Dus een basisdefek wat dan 'n aminosuurdefek in jou proteïenstring word. Dit is dus klein veranderinge in die proteïen wat dramatiese veranderinge in die struktuur en funksie van die proteïen veroorsaak. En wat jy met hemoglobien sal sien, is dat dit 'n werklike probleem met die kwaternêre struktuur veroorsaak en veroorsaak dat proteïene saamvoeg.

Hemoglobien is dus die dominante proteïen in rooibloedselle. Of eritrosiete. En om die waarheid te sê, die differensiasie van die rooibloedsel soos dit van stamvaderselle af kom, gaan deur 'n proses waar die rooibloedsel sy kern uitstort sodat dit nie meer kan verdeel nie. En basies is die inhoud van die sel uiters hoog in hemoglobien. Jy het die hemoglobien in die rooibloedsel ingepak ten koste van die verlies van die kern.

So dit is terminaal gedifferensieer. Kan nie 'n rooibloedsel word nie. Dit kan nie meer verdeel nie. En dit het omtrent 'n halfleeftyd, hulle het omtrent 'n halfleeftyd van 100 dae. So hulle draai om, en dan is dit dit. En wanneer rooibloedselle omdraai, moet die hemoglobien versorg word sodat dit nie giftig is nie.

Rooibloedselle is rooi as gevolg van 'n spesifieke molekule wat in die hemoglobien is, genoem die heem-molekule, wat aan yster gebind is, wat die hemoglobien voorsien van die vermoë om suurstof in jou longe op te tel, dit om die liggaam te beweeg en dit dan te verlaat waar dit nodig is. En vervang dan die suurstof met CO2 en neem die CO2 terug na die longe sodat jy dit kan asemhaal. OK?

Dus dra hemoglobien suurstof en CO2, van suurstof uit die longe, CO2 terug na die longe. En die rede hoekom jy die yster nodig het, is dat die yster gekoördineer is met die suurstof. So die heem-molekule-- ek sal dit nie teken nie. As jy dit wil sien, is dit 'n groot, komplekse organiese struktuur. Baie interessante struktuur. Maar iets vir 'n ander dag hier.

Maar ek wil net vir jou beklemtoon dat die ysterheem-kompleks rooi is. Dis hoekom jou bloedselle rooi is. Jou bloedselle het nie 'n kern nie, so hulle kan baie meer hemoglobien inprop. Dit is dus 'n fassinerende situasie.

Hemoglobien is dus 'n voorbeeld van 'n homotetrameriese proteïen. En dit het vier subeenhede. Twee van een geur en twee van 'n ander. So ons noem dit 'n alfa 2 beta 2 proteïen, wat die alfa subeenhede en die beta eens onderskei. Ja.

GEHOOR: Hoekom is dit nie homotetrameries nie?

PROFESSOR: Hoekom is dit nie homotetrameries nie?

PROFESSOR: Jy kan vra hoekom is dit? Ek weet nie. Ek bedoel, daar sal interaksies tussen die subeenhede wees wat daardie spesifieke verpakking bevoordeel. Die subeenhede is soort van soortgelyke vorm. Hulle het wat 'n globine vou genoem word. Jy kan min of meer daardie buise uitsoek, onthou, alfa-helikse.

Hulle kan tetramere vorm wat almal dieselfde is, maar die energetiese voorkeurvorm is die twee en twee. Hemoglobien is 'n tetrameriese proteïen, want dit is regtig voordelig om suurstof op te tel en suurstof in 'n baie nou suurstofreeks af te laat. So daar is proteïene genoem globines wat net een van hierdie wat suurstof kan bind.

Hemoglobien is tetrameer omdat dit 'n samewerkende suurstofbinding het. Dus in 'n baie nou reeks suurstof vul dit al vier plekke in die tetrameriese proteïen met 'n suurstofmolekule. Dit is dus baie voordelig vanuit 'n fisika-perspektief dat dit reageer op baie nou veranderinge in suurstof. Maak dit vir almal sin? Ja.

PROFESSOR: OK. Dit beteken, enigiets wat saamwerk beteken daardie een, kom ons sê ek het 'n tetrameer van hemoglobien. Een suurstof bind aan een van hulle. So ek is 'n bindende suurstof hier. En dan word binding aan die volgende, die volgende en die volgende makliker en makliker.

So hulle wil soort van inkom as 'n span. En dit is handig om suurstofvervoer om die liggaam in 'n nou suurstofreeks te maksimeer, wat ons net kan hanteer wat daar buite in die atmosfeer is, so ons moet dit laat werk. Beantwoord dit jou vraag? OK. Goed. So waar was ek? OK.

So wat gaan ons vandag doen. Ons gaan na hemoglobien kyk. Dit is die tetramer. Daardie diskoïede strukture is die heme wat ek sopas genoem het. Ek het hulle as hierdie soort klawervier hier geteken net vir eenvoud. En daar is 'n enkele defek in die volgorde van die enkele monomeer subeenhede in hemoglobien. So elkeen van hierdie -- kom ons gaan hierheen.

Daar is dus vier proteïene - beta-globien, twee kopieë van beta-globien en twee kopieë van alfa-globien. Hulle is almal -- laat ek sien. Wat is die grootte? Doen, doen, doen, doen. [ONHOORBAAR] Jy weet, ek kan nooit dinge sien as ek op die skerm is nie. Maar hulle is omtrent 150. 156. OK. Hulle is dus ongeveer 146 aminosure lank in elkeen van hulle.

En 'n enkele defek in die beta-globien waar jy 'n verandering het van glutamiensuurresidu 6 na valien by residue 6-- een verandering in beta-globien, wat twee veranderinge in die hele struktuur beteken, want daar is twee beta-globiene-- verander die eienskappe van die hemoglobien en veroorsaak wat genoem word sekelvorming van jou rooibloedselle.

Kom ons kyk dus hoe dit op aminosuurvlak sal lyk. Glutamiensuur is een van jou gelaaide aminosure. Ek gaan net 'n bietjie daarvan as 't ware in 'n peptied teken. En dit is op posisie 6 in die volgorde. Dit is dus ses residue vanaf die aminoterminus, want ons skryf dinge altyd in hierdie rigting.

En die verandering vind plaas om 'n valine in plek te stel. En daar is 'n redelik groot verandering in identiteit en persoonlikheid van daardie oorblyfsels. Jy het van poolgelaaide, na neutrale, groot, donsige, hidrofobiese oorblyfsels gegaan. En dit is regtig wonderlik. Die beta-globien word dus op chromosoom 11 uitgedruk. Dit is 134 miljoen basispare. Een basis het verander.

So wat jy in die DNA het, in die normale DNA wat die normale beta-globien-geen kodeer, is daar 'n spesifieke volgorde van nukleïensure. Dit is hoe die dubbele draad sou lyk. Ons gaan volgende week baie meer oor nukleïensure sien.

Wanneer dit na die boodskapper-RNA omgeskakel word, kry jy 'n spesifieke kode wat in die genetiese kode vir glutamaatsure kodes. Alles is normaal. 'n Enkele verandering, as ons die sentrumnukleïensuur binne die DNA verander, maak dit 'n ander boodskapper-RNA. En een basispaar plaas valien in plaas van glutamiensuur uit 134 miljoen basispare.

So wat gebeur in die normale hemoglobien, jy het normale gedrag. Jy het hierdie tetrameriese struktuur gehad. Dit dra saam suurstof. Dit beweeg om die bloed geen probleem nie. Verskoon my, dit sit in die eritrosiete of rooibloedselle geen probleem nie.

Sodra jy daardie mutasie het, begin die hemoglobienmolekules in trosse soos fibrillêre trosse assosieer, want elke tetrameer word aan 'n ander tetrameer vasgeplak, en nog een, en nog een. So jy het hemoglobien wat nie optree soos hierdie pragtige, onafhanklike kwaternêre struktuur nie, maar eerder vashou aan, fisies vashou aan ander Molekules

En daardie tangles raak, daardie molekules word so groot dat hulle lang en onbuigsame kettings begin vorm. En dit is so 'n dramatiese verandering dat daardie diskoïede struktuur waarmee jy bekend is vir rooibloedselle skielik 'n sekelvorm word. So dit sou die normale sel met normale hemoglobien wees. Maar sekelsel, hulle lyk so. Hulle is soort van geboë, vreemd, 'n baie vreemde vorm.

En die probleem is rooibloedselle het ontwikkel om regtig glad deur jou kapillêre te beweeg. Sodra jy 'n ander vorm kry wat soort van nie daardie skyfvormige struktuur is nie, begin hulle in die kapillêre verstop. En wanneer jy die defek het waar al jou hemoglobien met hierdie variasie deurmekaar is, is dit ongelooflik pynlik, want dink aan al jou kapillêre wat uitgaan na die verste dele van jou gewrigte. Daardie baie dun bloedvate word geblokkeer met die sekelrooibloedselle wat veroorsaak word deur die variasie in hemoglobien. Sodat daardie een klein gebrek ons ​​tot by 'n ernstige siekte neem. Goed?

Wat ek dus baie kortliks wil doen, is om jou die molekulêre basis hiervoor te wys. Goed. En die defek verskyn eintlik op die twee beta-globienkettings, maar reg aan die buitekant van die proteïen, nie in die middel van die proteïen nie. Omdat dit 'n defek is wat die interaksie tussen proteïene met ander proteïene beïnvloed, nie die funksie van die proteïen op sy eie nie. Dra seker nog steeds suurstof net goed. Maar dit is die meganiese verandering in die hemoglobien wat die siekte veroorsaak.

OK. So sekelselanemie, die hemoglobien word nou hemoglobien S genoem met daardie mutasie wat ek sopas beskryf het. En wanneer mense heterosigoties is, beteken dit dat hulle een goeie kopie van die geen het wat normaal is en die kopie van die geen wat die variant is. En jy sal baie meer hieroor in menslike genetika leer wanneer ons later daaroor praat. So jy het 'n mengsel van die OK hemoglobien en die sekelsel hemoglobien.

Mense wat homosigoties is vir die gebrek, al hul hemoglobien is ontwrig, en dit is die mense wat regtig in die hospitaal beland met baie oortappings, ens. Die heterosigotiese, eintlik kan jy redelik goed regkom. En ek gaan jou binne 'n oomblik wys dat in sommige dele van die wêreld, om heterosigoties te wees - d.w.s. om van jou hemoglobien met 'n defek te hê en sommige daarsonder - eintlik 'n voordeel verleen. Dit is regtig 'n oulike storie.

So wat ek gaan doen is om vinnig vir jou die draadstruktuur te wys. OK, so dit is die struktuur wat die werklike rede vir die interaksie toegelig het. Wat gebeur as jy hierdie mutasie het. En dit was 'n struktuur wat vasgevang is van 'n dimeer van hemoglobienmolekules waar jy regtig kon sien wat by die koppelvlak gebeur en die soort veranderinge wat in plek gestel is deur daardie variasie van die gelaaide na die neutrale struktuur.

So vir enigeen van julle wat wil inloer, kan ek begin om julle te wys hoe om PyMOL te manipuleer. Ons kan dit apart van die klas doen. Maar dit is 'n dimeer van tetramere. En as ek jou net 'n paar van die subeenhede wys, kan ek jou eintlik wys hoe daar twee van elke subeenheid in elke struktuur is. So as ek gaan, kan ek 'n paar uitkies. Elke ander een.

En dan kan ek hulle 'n ander kleur inkleur. Jy kan sien waar die globine, waar die beta-globien is en waar die alfa-globien is. Dit lyk nog steeds soos hoenderdraad. Dit is baie onbevredigend. So wat ek kan doen, is ek kan jou alles as 'n spotprent wys en ontslae raak van al daardie klein lyntjies. En dan kan jy die struktuur perfek sien waar jy twee beta globine en twee alfa globine in elke struktuur sien. OK? So wat ons volgende gaan doen, is om in te zoem om te sien wat gebeur waar ons hierdie mutasie gedoen het, wat aangaan met die plasing van die valien in daardie struktuur. Goed?

En waar ek ook al 'n vierletterkode geplaas het - so daardie een was 2HBS - is dit wat bekend staan ​​as die proteïendatabankkode, en dit stel jou in staat om die koördinate van daardie proteïen te gaan haal. So as enige van julle vir die laat projek 'n proteïenstruktuur wil doen en dit wil druk, kom na my toe en ek sal baie meer daaroor verduidelik. Of die TA's kan dit ook doen.

So laat ek jou nou beweeg om noukeurig na die variasies te kyk. So wat ek hier gedoen het, is dat ek eintlik gekleur het - die beta-globien is pers, en die alfa-globien is siaankleurig. Jy kan die heme in elk van die subeenhede sien. Dit is daardie rooi draad goed.

En nou het ons ingezoem na die plek waar die mutasie is waar jy 'n valien het in plaas van karboksielsuur. En wat jy uit hierdie beeld kan sien wat moet stop, is dat die valien op een subeenheid in een homotetramer in wisselwerking tree met 'n taai pleister op 'n ander subeenheid wat bestaan ​​uit fenielalanien 85 in die aangrensende proteïen en leucine 88 in die aangrensende proteïen.

So hierdie taai pleister op een oppervlak gom op 'n taai pleister op die oppervlak van 'n ander tetrameer. As jy glutamiese glutamaat daar gehad het, sou dit vorm? Nee. Trouens, dit sal nogal afgeskrik word om te vorm, want jy wil nie daardie negatief gelaaide element in daardie twee hidrofobiese oorblyfsels inprop nie.

So waaruit jy gegaan het, is 'n situasie waar dit op die oog af regtig goed is. Dit is gehidreer. Dit hou aan niks nie. Na 'n ander situasie waar jy fenielalanien en leusien het, wat albei hidrofobies is, wat 'n pleister op die een tetrameer verskaf waar die valien van die ander tetrameer gekombineer is.

En omdat die molekule 'n tetrameer is, is daar op elkeen van die subeenhede ook 'n ander valien wat sal afgaan en dit elders doen, en nog 'n valien. En daar is een wat jy nie kan sien nie wat agter weggesteek is. So dit is hoekom die hemoglobien hierdie strukture vorm, want elke hemoglobien molekule het twee plekke om aan 'n ander hemoglobien tetrameer vas te hou, ensovoorts. Dink dus aan die reperkussies van een nukleïensuurverandering wat eintlik nogal merkwaardig is.

Wat ons dus hier gesien het, is dat daardie verandering plaasvind. En net 'n paar oomblikke vir jou om hieroor na te dink, jy kan variasies op daardie webwerf hê wat nie 'n probleem sal veroorsaak nie. Watter een van hierdie dink jy is die minste geneig om 'n sekelsel tipe verskynsel te veroorsaak? Dus tirosien, serien, asparaginsuur en lisien? So ek gaan die glutamaat na iets anders verander. Watter een gaan 'n heeltemal normale hemoglobien hê? Daar is een wat uitstaan. Ja.

PROFESSOR: Asparties. Dis goed. Geen probleem. Dit het dit net vir sy jonger broer verander. Wel, watter een van die ander? En in baie gevalle hier, kan jy waarskynlik jou pad na almal van hulle argumenteer. Maar een sal nogal sleg wees. Watter een sal nogal sleg wees? Tyrosien, presies. Dit is 'n ander. Al het dit daardie OH-groep, is dit steeds redelik hidrofobies as gevolg van daardie ringstelsel daar.

Wat van die ander twee, serien en lisien? Wat dink jy? Watter een sal waarskynlik die minste nadelig wees van die oorblywende twee? En gee my ook die rede. Ja.

PROFESSOR: Lysine. Ek dink dit sal lisien wees want lisien is nou positief gelaai. Dit is ewe onwaarskynlik dat jy hierdie dom interaksie wil doen, want dit is ook gelaai, net in die ander rigting gelaai. Maar 'n mens kan ook argumenteer dat serien in orde sal wees omdat dit 'n bietjie meer polêr is, so dit sal nie soveel probleme veroorsaak nie.

OK. Ten slotte, hierdie probleem met sekelselanemie, daar is 'n paar fassinerende data wat in dele van die wêreld wys - byvoorbeeld, tydens 'n dwelmproef vir plasmodium falciparum, een van die veroorsakende agente van malaria, het hulle gevind dat 1 uit 15 mense met die sekelsel-eienskap was met malaria besmet, terwyl die mense wat gesonde, normale homosigote vir die regte hemoglobien was, 14 uit 15 met plasmodium falciparum besmet was.

Nou hoekom dink jy is dit? Hoe kan ons die aansteeklikheid van 'n parasiet in verband bring met die vorm van 'n sel? Ons het gegaan van hierdie sappige rooibloedselle, mooi rond en waarskynlik redelik oop, na 'n sel wat moeilik is om te vorm. Dit blyk dus dat die parasiet nie die sekelselrooibloedselle naby ook wil besmet nie. En daar is byvoorbeeld ander bloed wat getoets is wat dieselfde korrelasie toon.

En hier is 'n kaart van Afrika waar jy 'n massiewe oorvleueling van die voorkoms van die sekelsel-eienskap en die teenwoordigheid van plasmodium falciparum sien. Daar is dus 'n evolusionêre voordeel daaraan verbonde om die heterosigotiese variant te hê waar jy 'n bietjie normale hemoglobien het, maar van die sekelhemoglobien, omdat dit jou 'n mate van weerstand teen malaria verleen. Dit is nie goed om albei te hê nie, die variant wat sekel veroorsaak, want dit is pynlik en dit veroorsaak regtig baie gesondheidsafwykings. Dit is net wanneer jy een van elke geen het wat beide variante kodeer. OK?

Goed. Groot. OK. So nou gaan ons praat oor ensieme. En dit is die proteïene wat reaksies kataliseer. Enige vrae daaroor? Dus, hoewel baie siektetoestande eintlik uitgebrei kan word omdat iemand met 'n spesifieke siekte benadeel sou wees, is daardie eienskap in hierdie geval gehandhaaf omdat dit 'n heel ander voordeel met betrekking tot siekte bied.

OK. Kom ons praat vir 'n oomblik oor ensieme. Of eintlik vir die res van die klas. OK. Ensieme is dus die swaar lifters van die proteïenwêreld, want hulle kataliseer al die reaksies in metabolisme, in biosintese, allerhande transformasies wat jou laat wil hê jy is. Ensiem is 'n proteïen-gebaseerde katalisator. Julle weet dit almal. Weereens verskriklike skryfwerk.

Daar was 'n paar ander kere wat ek net gou vir jou wil gee. So 'n ensiem, daar is ook 'n term bekend as 'n isosiem. En 'n allosiem. Jy mag hulle sien. Jy sal allosiem minder algemeen sien, maar jy sal isosiem redelik algemeen sien. 'n Isosiem van een ensiem is 'n variasie op die ensiem wat dieselfde reaksie kataliseer, maar dit word op 'n ander geen uitgedruk.

'n Allosiem is dieselfde ensiem, maar met 'n variasie daarin. Dit word dus deur 'n alleel van een geen gekodeer. Dit is dus net 'n variasie van die geen wat moontlik deur 'n mutasie gebeur het. Kataliseer steeds die reaksie, maar daar is 'n effense verandering in die volgorde. Maar hulle word deur dieselfde geen gekodeer. Dieselfde geen, met 'n variasie. En soos ek gesê het, jy sal die isosiemterm meer algemeen sien as die allosiemterm.

Nou hoekom het ons ensieme nodig? Wel, die probleem is dat daar fisiologiese reaksies is wat ons moet uitvoer wat net te moeilik is om by kamertemperatuur pH 7 in water uit te voer. Hulle kom net nie voor nie. So you need enzyme catalysis for all of your metabolic reactions. Let me just give you one trivial example. This bond you already know nicely now. Peptide or amide bond.

If I want to hydrolyze that, if I want to break it open, pH 7, physiologic temperature, so 37c, in water, it would take me-- how many years is it? The half-life of that bond would be 600 years. OK? That's pretty untenable for digesting a Big Mac even that even under the best of circumstances. So we need enzymes to speed up breaking down proteins and carrying out reactions because otherwise, we just can't-- we can't do anything. So what I want to describe to you are some of the details of how enzymes work and then how we can control the function of enzymes.

So typical enzymes take a substrate to a product. Some enzymes may take two substrates and make one product. Some enzymes maybe take one substrate and make two products. It just depends on the transformation that you're doing.

Enzymes are classified into a bunch of different families. But the thing that will tell you that something you're reading about is an enzyme is the suffix ASE at the end of the name of the enzyme. So the enzyme that hydrolyzes the peptide bond or hydrolyzes proteins is called, no big surprise, a protease. And you'll see later on ribonuclease, DNAs, oxidoreductases, all kinds of reactions where if you see this term at the end of the name it's telling you quite loud and clear that it's an enzyme. Just a very sort of simple way of remembering that.

Now enzymes promote reactions in order that we can have them carried out at room temperature. But we want to think about how they carry out these changes and transformations. What is it about the structure of the protein that enables these reactions?

But the first thing we have to do is take a look at the thermodynamics and kinetics of a transformation. So before I go anywhere, what I want to do is describe to you how enzymes work by thinking about the physical parameters that we describe the energetics of a transformation. So in thermodynamics, you all know delta G is delta H minus T delta S. And we're really only going to worry about one of these terms. We're going to worry about delta G, and I'll explain why.

So delta G is the Gibbs free energy. H is the enthalpy T is the temperature in Kelvin. And then S is entropy. So these are the two terms when you're looking at an energy diagram, we generally think about reactions where we describe the y-coordinate as the change in delta G, the change in the free energy, and the x-coordinate is your reaction coordinate.

So in going from a substrate to a product, we generally have a situation where we have a substrate at a certain energy, and then maybe a product at a different energy. And we're going to talk about the details of that. So why do we deal with Gibbs free energy, not enthalpy? Does anyone know?

OK. Enthalpy describes the energies of all the bonds in a molecule. But when you're doing an enzyme-catalyzed transformation, you're not busting open all of those bonds. You're not breaking something down to carbon, hydrogen, and oxygen. You're only dealing with parts of the energetics of the molecule. You're only dealing with what's known as the free energy changes.

So looking at the enthalpy changes isn't going to get you very far. It's not going to describe the reaction because the enthalpy changes would be enormous breaking down that molecule. And that's not what you want to achieve. In a chemical transformation, we care about delta G.

Now the next thing to think about is what are the energetics of the reaction, and how does an enzyme-catalyzed reaction manipulate those energetics? So the key thing here is we want to talk about Gibbs free energy. I shouldn't have written quite this much stuff here because I need the Blackboard.

Goed. So when you describe a reaction, you want to understand how far that reaction goes and how fast that reaction goes. So when you go through a reaction, we can describe how far the reaction goes by thinking about the free energy of the substrates and the products. So in this case, the substrate is at a higher energy than the products. So you will go a long way through the reaction to make quite a lot of products in a transformation.

So that describes how far the reaction goes. So that is the difference between the energy of the substrate and the product. How fast the reaction goes is described in a different part of this diagram. Does anyone know what it is? Ja.

PROFESSOR: Yes, exactly. How fast the reaction goes is literally how high the mountain is that you have to get over to carry out the transformation. And that height is described as the energy of activation. So that tells you how fast, and the difference here tells you how far. The energy of activation is a really important parameter because it's actually what gets manipulated when you're dealing with catalyzed reactions. So the energy of activation-- the higher that mountain is, the slower the reaction will be because it's a much harder transformation to go through.

The reactions in our bodies can be of different flavors depending on the difference in energy of the substrate and the product. So shown there, substrate going to product where the product is at lower energy than the substrate, we would call this an exergonic reaction because we're releasing energy in the transformation. So S higher than P. Exergonic.

And if we have a different reaction-- and I'll sketch this one in here-- where the product is higher energy-- and this is a reaction coordinate-- then that will be an endergonic reaction. Both reactions happen in enzyme-catalyzed systems. And we'll explain why you're able to catalyze even ones that require energy.

So exergonic releases energy. And endergonic requires. OK. What else have I got on here? We also, in the situations where energy is produced, the exergonic reactions, we call these catabolic processes. And if you have trouble remembering catabolic and anabolic, just join me in that because I always forget which is which.

But the ones that produce energy are catabolic. The ones that require energy are anabolic. And when we think about metabolism, the catabolic reactions are when we're breaking molecules down because we need energy. We need to use it to do something. The anabolic reactions are when we want to store things. Store fats, build proteins, because they're going to be endergonic. They're going to be requiring energy to take place.

I just forgot one thing that I have shamefully done. Remember, this axis is kilocalories per mole most commonly when we're talking about delta G, or kilojoules per mole if you're in a different part of the world. But it's important to have units on these diagrams.

So that tells us a little bit about enzyme-catalyzed reactions. We need the enzyme to do something about this energy of activation. Because if we didn't have a high energy of activation and I brought a Snickers bar to eat during class, I would just burst into flames, right? It needs a high energy of activation to keep it stable under regular conditions, but only break down the bonds at times when you require that breakdown.

Goed. So what did the catalyst do? OK. Now I'll show you the simple reaction. The enzymes are a very large structure. It binds to a substrate, chemistry happens, and it releases a product. But at the same time, you can't disobey the principles of thermodynamics. So there are certain criteria we have to think about when we consider an enzyme-catalyzed reaction.

So first of all, do not disobey whichever law of thermodynamics it is. They do not change delta G. Delta G is a property of the two reactants. You're not going to change it with a catalyst. It's going to have a much more, a more important impact on a different parameter. Which parameter do enzymes change and help lower? Over there.

PROFESSOR: Right. So catalysts do change and in fact lower energy of activation. And we'll talk about how they do that the end. And then the last rule about a catalyst is you can recover them unchanged after a reaction. It would be a lousy catalyst if it did its chemistry and then you've used up the catalyst.

So enzyme catalysis are the ultimate green reagents. You can keep using them thousands and thousands of times to continuously turnover transformation. So you haven't changed a catalyst. So the things that we want to think about is how-- what are the processes that enzymes can manipulate?

And I should probably just quickly run through these slides so we've talked about these entities. But I put them on the board because they're particularly important. So the energy of activation of a catalyzed reaction is lower than the uncatalyzed. And I'm not going to bore you with these questions because you can work this out quite readily. So delta G is the free energy that changes. And these are endergonic because the energy of the products is lower.

So this is the slide I want to get to with respect to the enzyme-- to enzyme catalysis. So we always think, well, gosh, the enzyme is really large relative to the size of the product. That's because all the energy within the protein-folded structure is very useful for lowering the energy of activation of a transformation.

So let's say I have a reaction that involves two substrates coming together to make a product. If I'm off the enzyme, these guys, it's going to take them a long time to bump into each other to do chemistry. The way enzymes catalyze those types of reactions is they have binding sites for both of those compounds.

In fact, the enzyme acts as a stage. One substrate binds. The other substrate binds. They're binding close to each other on the enzyme. Chemistry can happen. It favors reactions that involve multiple molecules. What about another situation where you have a bond-- for example, the amide bond-- the proteases break? It's hard to think of how that-- how can we make that more easy?

Well, amides are most stable when they are flat and planar through this arrangement of atoms. But what can happen on the enzyme is that they can twist bonds to make them less stable and then more easy to hydrolyze. So the structure of that enzyme basically holds onto the substrate and twists or distorts the bond that you're trying to do chemistry on to once again lower the energy of activation.

Another way enzymes work is in a reaction where you're breaking this bond, you might make charged intermediates. The enzyme's there to hold those charged intermediates in order to stabilize them. Once again, to lower energy of activation.

So it's funny when you get the question that's well, how do enzymes catalyze reactions? There is no one rule. You want to think about the reactions and then just think about the ways in which an enzyme could contribute to that.

For example, orienting two substrates ready to do chemistry. Causing physical strain in a bond that you want to break. Or comforting electric charges that form during a reaction coordinate. So there are loads and loads of different principles, and it's a really important study that is carried out.

So finally, I think I have a couple-- oh no, I have a couple of minutes. But I want to just describe this to you. It'll also be covered in the sections, because I'm going to rush it a bit because this last bit features a little bit on the P set. So finally, enzymes are very commonly the targets of drugs. We like to think that some drugs are important targets. If we deactivate the enzyme, we might mitigate the symptoms of a disease.

Now you can't go in and heat the enzyme or denature the enzyme if you're trying to treat a person. So we do a lot of work to mitigate disease by inhibiting enzymes with small molecules. So in these slides, I describe to you the types of molecules that may alter the chemistry of a transformation.

So if a substrate binds to an enzyme-active side-- we often do this Pac-Man rendition-- you could design a molecule that binds there instead and basically inhibits the substrate from getting there. This would be called a simple reversible inhibitor that's competitive with the active site.

There are other inhibitors that will bind to the enzyme but do chemistry with it and stay blocked at the enzyme. And that would be called an irreversible competitive inhibitor. You can't get the inhibitor off. And there's differences in the way you can reverse this. Because for example, up here, if I add a lot more substrate and these are equilibria, I can get my reaction to happen any way.

But here, I could add as much substrate as possible but it won't help. It won't reverse the transformation. OK? And there's a question here to restore the reaction. The answer really is, you just have to start with a new enzyme cause you covalently changed the protein structure.

The last type of inhibitors that are important are the ones that bind at different sites on the enzymes. And they are called allosteric. Allo always means different. So if you have a compound that's an allosteric inhibitor, it might bind on another face of the enzyme, but it will alter the active side so it doesn't work. That's an allosteric inhibitor. And the final type of compound is an allosteric activator that may bind somewhere else on the enzyme but make it more active.

So these are the way small molecules work. I'd like to encourage the TAs to just cover this in a little bit more detail because I've rushed It. And I'll also re-mention it at the beginning of the next class. But bear in mind, we should have everything covered now so the problem set 1. And if you have any questions, reach out to us. Covered them in section. And I'll reiterate a little bit of this in the next class.

And finally, there's a little bit of reading. If you would like to prepare, we'll talk about carbohydrates next time, one of my favorite molecules. And there's also a fabulous set of videos on how enzymes work at the Protein Data Bank site. And you will see this little handout on the version of the slides that's posted.


7.4: Metabolism - Biology

In hierdie afdeling gaan jy die volgende vrae ondersoek:

  • Hoe beweeg elektrone deur die elektronvervoerketting en wat gebeur met hul energievlakke?
  • Hoe word 'n proton (H +) gradiënt gevestig en in stand gehou deur die elektronvervoerketting en hoeveel ATP-molekules word deur chemiosmose geproduseer?

Verbinding vir AP ® kursusse

Die elektrontransportketting (ETC) is die stadium van aërobiese respirasie wat vrye suurstof gebruik as die finale elektronaannemer van die elektrone wat verwyder word tydens glukosemetabolisme in glikolise en die sitroensuursiklus. Die ETC is geleë in membraan van die mitochondriale cristae, 'n area met baie voue wat die oppervlak wat beskikbaar is vir chemiese reaksies vergroot. Elektrone wat deur NADH en FADH gedra word2 word afgelewer aan elektronaanvaarderproteïene wat in die membraan ingebed is terwyl hulle na die finale elektronaanvaarder beweeg, O2, wat water vorm. Die elektrone gaan deur 'n reeks redoksreaksies en gebruik vrye energie by drie punte om waterstofione oor die membraan te vervoer. Hierdie proses dra by tot die vorming van die H + gradiënt wat in chemiosmose gebruik word. Soos die protone in hul konsentrasiegradiënt afgedryf word deur ATP-sintase, word ATP gegenereer uit ADP en anorganiese fosfaat. Onder aërobiese toestande kan die stadiums van sellulêre respirasie 36-38 ATP genereer.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling uitgelig word, ondersteun konsepte wat in Big Idea 2 van die AP ® Biologie Kurrikulumraamwerk uiteengesit word, soos in die tabel getoon. Soos in die tabel getoon, strook konsepte wat in hierdie afdeling gedek word ook met die leerdoelwitte wat in die Kurrikulumraamwerk gelys word, wat 'n deursigtige grondslag vir die AP ® Biologiekursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® eksamenvrae bied. A Learning Objective merges required content with one or more of the seven Science Practices.

Groot idee 2 Biologiese stelsels gebruik vrye energie en molekulêre boustene om te groei, voort te plant en om dinamiese homeostase te handhaaf.
Blywende begrip 2.A Groei, voortplanting en instandhouding van lewende sisteme vereis vrye energie en materie.
Noodsaaklike kennis 2.A.1 Alle lewende sisteme vereis konstante insette van gratis energie.
Wetenskappraktyk 1.4 Die student kan voorstellings en modelle gebruik om situasies te analiseer of probleme kwalitatief en kwantitatief op te los.
Wetenskappraktyk 3.1 The student can pose scientific questions.
Leerdoelwit 2.4 Die student is in staat om voorstellings te gebruik om wetenskaplike vrae te stel oor watter meganismes en strukturele kenmerke organismes toelaat om vrye energie op te vang, te berg en te gebruik.
Noodsaaklike kennis 2.A.1 Alle lewende sisteme vereis konstante insette van gratis energie.
Wetenskappraktyk 6.2 Die student kan verduidelikings van verskynsels konstrueer gebaseer op bewyse wat deur wetenskaplike praktyke geproduseer is.
Leerdoelwit 2.5 Die student is in staat om verduidelikings te konstrueer van die meganismes en strukturele kenmerke van selle wat organismes toelaat om vrye energie op te vang, te berg of te gebruik.

Die Wetenskappraktyk-uitdagingsvrae bevat bykomende toetsvrae vir hierdie afdeling wat jou sal help om vir die AP-eksamen voor te berei. Hierdie vrae handel oor die volgende standaarde:
[APLO 2.5][APLO 2.15][APLO 2.18][APLO 2.22]

Jy het sopas gelees oor twee maniere om glukosekatabolisme bekend te stel—glikolise en die sitroensuursiklus—wat ATP genereer. Die meeste van die ATP wat tydens die aërobiese katabolisme van glukose gegenereer word, word egter nie direk vanaf hierdie weë gegenereer nie. Dit is eerder afgelei van 'n proses wat begin met die beweging van elektrone deur 'n reeks elektronvervoerders wat redoksreaksies ondergaan. Dit veroorsaak dat waterstofione binne die matriksruimte ophoop. Daarom vorm 'n konsentrasiegradiënt waarin waterstofione uit die matriksruimte diffundeer deur deur ATP-sintase te gaan. Die stroom van waterstofione dryf die katalitiese werking van ATP-sintase aan, wat ADP fosforileer en ATP produseer.

Elektronvervoerketting

Die elektronvervoerketting (Figuur 7.11) is die laaste komponent van aërobiese respirasie en is die enigste deel van glukosemetabolisme wat atmosferiese suurstof gebruik. Suurstof diffundeer voortdurend in plante by diere, dit gaan die liggaam binne deur die respiratoriese stelsel. Elektronvervoer is 'n reeks redoksreaksies wat soos 'n aflosresies of emmerbrigade lyk deurdat elektrone vinnig van een komponent na die volgende oorgedra word, na die eindpunt van die ketting waar die elektrone molekulêre suurstof verminder en water produseer. Daar is vier komplekse saamgestel uit proteïene, gemerk I tot IV in Figuur 7.11, en die samevoeging van hierdie vier komplekse, tesame met geassosieerde mobiele, bykomstige elektrondraers, word die elektrontransportketting genoem. Die elektronvervoerketting is teenwoordig in veelvuldige kopieë in die binneste mitochondriale membraan van eukariote en die plasmamembraan van prokariote.

Kompleks ek

Om mee te begin, word twee elektrone na die eerste kompleks aan boord van NADH gedra. Hierdie kompleks, gemerk I, is saamgestel uit flavienmononukleotied (FMN) en 'n yster-swael (Fe-S)-bevattende proteïen. FMN, wat afgelei is van vitamien B2, ook genoem riboflavien, is een van verskeie prostetiese groepe of ko-faktore in die elektronvervoerketting. 'n Prostetiese groep is 'n nie-proteïenmolekule wat benodig word vir die aktiwiteit van 'n proteïen. Prostetiese groepe is organiese of anorganiese, nie-peptiedmolekules gebind aan 'n proteïen wat sy funksie fasiliteer. prostetiese groepe sluit in ko-ensieme, wat die prostetiese groepe van ensieme is. Die ensiem in kompleks I is NADH dehidrogenase en is 'n baie groot proteïen, wat 45 aminosuurkettings bevat. Kompleks I kan vier waterstofione oor die membraan pomp vanaf die matriks na die intermembraanruimte, en dit is op hierdie manier dat die waterstofioongradiënt gevestig en in stand gehou word tussen die twee kompartemente wat deur die binneste mitochondriale membraan geskei word.

Q en Kompleks II

Kompleks II ontvang direk FADH2, wat nie deur kompleks I gaan nie. Die verbinding wat die eerste en tweede komplekse met die derde verbind is ubiquinone (Q). Die Q-molekule is lipiedoplosbaar en beweeg vrylik deur die hidrofobiese kern van die membraan. Sodra dit verminder is, (QH2), lewer ubiquinone sy elektrone na die volgende kompleks in die elektronvervoerketting. Q ontvang die elektrone afkomstig van NADH van kompleks I, en die elektrone afkomstig van FADH2 uit kompleks II. Hierdie ensiem en FADH2 vorm 'n klein kompleks wat elektrone direk aan die elektronvervoerketting lewer en die eerste kompleks omseil. Aangesien hierdie elektrone omseil en dus nie die protonpomp in die eerste kompleks bekragtig nie, word minder ATP-molekules uit die FADH gemaak2 elektrone. Die aantal ATP-molekules wat uiteindelik verkry word, is direk eweredig aan die aantal protone wat oor die binneste mitochondriale membraan gepomp word.

Kompleks III

Die derde kompleks is saamgestel uit sitochroom b, 'n ander Fe-S-proteïen, Rieske-sentrum (2Fe-2S-sentrum), en sitochroom c-proteïene, hierdie kompleks word ook sitochroom-oksidoreduktase genoem. Sitochroomproteïene het 'n prostetiese groep heem. Die heemmolekule is soortgelyk aan die heem in hemoglobien, maar dit dra elektrone, nie suurstof nie. As gevolg hiervan word die ysterioon by sy kern gereduseer en geoksideer soos dit die elektrone verbygaan, wat wissel tussen verskillende oksidasietoestande: Fe ++ (gereduseer) en Fe +++ (geoksideer). Die heemmolekules in die sitochrome het effens verskillende eienskappe as gevolg van die effekte van die verskillende proteïene wat hulle bind, wat effens verskillende eienskappe aan elke kompleks gee. Kompleks III pomp protone deur die membraan en stuur sy elektrone na sitochroom c vir vervoer na die vierde kompleks van proteïene en ensieme (sitochroom c is egter die aanvaarder van elektrone vanaf Q, terwyl Q pare elektrone dra, kan sitochroom c slegs een by n tyd).

Kompleks IV

Die vierde kompleks is saamgestel uit sitochroomproteïene c, a en a3. Hierdie kompleks bevat twee heemgroepe (een in elk van die twee sitochrome, a en a3) en drie koperione ('n paar CuA en een CuB in sitochroom a3). Die sitochrome hou 'n suurstofmolekule baie styf tussen die yster- en koperione vas totdat die suurstof heeltemal verminder is. Die verminderde suurstof tel dan twee waterstofione uit die omliggende medium op om water te maak (H2O). Die verwydering van die waterstofione uit die sisteem dra by tot die ioongradiënt wat in die proses van chemiosmose gebruik word.

Chemiosmose

In chemiosmose word die vrye energie van die reeks redoksreaksies wat pas beskryf is, gebruik om waterstofione (protone) oor die membraan te pomp. Die ongelyke verspreiding van H + ione oor die membraan vestig beide konsentrasie en elektriese gradiënte (dus 'n elektrochemiese gradiënt), as gevolg van die waterstofione se positiewe lading en hul aggregasie aan die een kant van die membraan.

As die membraan oop was vir diffusie deur die waterstofione, sou die ione geneig wees om terug in die matriks te diffundeer, aangedryf deur hul elektrochemiese gradiënt. Onthou dat baie ione nie deur die nie-polêre streke van fosfolipiedmembrane kan diffundeer sonder die hulp van ioonkanale nie. Net so kan waterstofione in die matriksruimte slegs deur die binneste mitochondriale membraan beweeg deur 'n integrale membraanproteïen genaamd ATP-sintase (Figuur 7.12). Hierdie komplekse proteïen dien as 'n klein opwekker, gedraai deur die krag van die waterstofione wat daardeur diffundeer, af in hul elektrochemiese gradiënt. Die draai van dele van hierdie molekulêre masjien vergemaklik die byvoeging van 'n fosfaat tot ADP, wat ATP vorm, deur die potensiële energie van die waterstofioongradiënt te gebruik.

VISUELE VERBINDING

  1. DNP versprei die protongradiënt in die matriks, wat die produksie van ATP voorkom. Die liggaam verhoog dan sy metaboliese tempo, wat lei tot gewigsverlies.
  2. DNP verminder die protongradiënt in die binneste mitochondriale ruimte, wat lei tot vinnige verbruik van asetiel-CoA, wat gewigsverlies veroorsaak.
  3. DNP blokkeer die beweging van protone deur die ATP-sintase, wat ATP-produksie stop. Die gestoor energie verdwyn as hitte, wat gewigsverlies veroorsaak.
  4. DNP ontkoppel die produksie van ATP deur die protongradiënt in die matriks te verhoog. Die gestoor energie verdwyn as hitte, wat gewigsverlies veroorsaak.

Chemiosmose (Figuur 7.13) word gebruik om 90 persent van die ATP te genereer wat tydens aërobiese glukosekatabolisme gemaak word, dit is ook die metode wat gebruik word in die ligreaksies van fotosintese om die energie van sonlig in die proses van fotofosforilering te benut. Onthou dat die produksie van ATP deur die proses van chemiosmose in mitochondria oksidatiewe fosforilering genoem word. Die algehele resultaat van hierdie reaksies is die produksie van ATP uit die energie van die elektrone wat van waterstofatome verwyder is. Hierdie atome was oorspronklik deel van 'n glukosemolekule. Aan die einde van die pad word die elektrone gebruik om 'n suurstofmolekule tot suurstofione te reduseer. Die ekstra elektrone op die suurstof lok waterstofione (protone) uit die omliggende medium, en water word gevorm.

  1. Die protonkonsentrasie van die intermembraanruimte sal afneem, wat die produksie van ATP stop.
  2. Die protonkonsentrasie van die intermembraanruimte sal toeneem, wat tot ATP-vorming lei.
  3. Die waterstofioonkonsentrasie van die intermembraanruimte sal afneem, wat 'n hoë produksie van ATP veroorsaak.
  4. Die protonkonsentrasie van die intermembraanruimte sal toeneem, wat die produksie van ATP in groot hoeveelhede veroorsaak.

Die aantal ATP-molekules wat deur die katabolisme van glukose gegenereer word, verskil. Byvoorbeeld, die aantal waterstofione wat die elektronvervoerkettingkomplekse deur die membraan kan pomp, verskil tussen spesies. Nog 'n bron van variansie spruit uit die pendel van elektrone oor die membrane van die mitochondria. (Die NADH wat deur glikolise gegenereer word, kan nie maklik mitochondria binnedring nie.) Elektrone word dus aan die binnekant van mitochondria deur óf NAD + óf FAD + opgetel. Soos jy vroeër geleer het, kan hierdie FAD + molekules minder ione vervoer gevolglik, minder ATP molekules word gegenereer wanneer FAD + as 'n draer optree. NAD + word gebruik as die elektronvervoerder in die lewer en FAD + tree in die brein op.

Nog 'n faktor wat die opbrengs van ATP-molekules wat uit glukose gegenereer word, beïnvloed, is die feit dat intermediêre verbindings in hierdie weë vir ander doeleindes gebruik word. Glukose-katabolisme verbind met die weë wat alle ander biochemiese verbindings in selle bou of afbreek, en die resultaat is ietwat rommeliger as die ideale situasies wat tot dusver beskryf is. Byvoorbeeld, ander suikers as glukose word in die glikolitiese pad ingevoer vir energie-ekstraksie. Boonop word die vyfkoolstofsuikers wat nukleïensure vorm, gemaak van tussenprodukte in glikolise. Sekere nie-essensiële aminosure kan gemaak word uit tussenprodukte van beide glikolise en die sitroensuursiklus. Lipiede, soos cholesterol en trigliseriede, word ook gemaak van intermediêre in hierdie weë, en beide aminosure en trigliseriede word vir energie deur hierdie weë afgebreek. Overall, in living systems, these pathways of glucose catabolism extract about 34 percent of the energy contained in glucose.

VERBINDING VAN WETENSKAPPRAKTYK VIR AP® -KURSUSSE

AKTIWITEIT

Gebruik konstruksiepapier en ander kunsmateriaal om jou eie diagram van die elektronvervoerketting (ETC) te skep. Maak seker dat jy alle dele van die elektronvervoerketting insluit, sowel as die elektrone self, NAD+ en NADH, en suurstof. Op jou diagram, benoem alle dele van die ENS wat die vrye energie van elektrone na 'n ander vorm oordra. Gebruik dan jou model om voorspellings oor elk van die volgende te maak. Deel dan jou antwoorde met die klas.


2 - Action on nicotinic receptors

The active form of nicotine is a cation whose charge is located on the nitrogen of the pyrrole cycle. This active form is very close to acetylcholine. It has been demonstrated that nicotine interferes with acetylcholine, which is the major neurotransmitter of the brain. Acetylcholine can bind to two different kinds of receptors: nicotinic receptors, which are activated by nicotine, and muscarinic receptors, which are activated by muscarine. Nicotine and muscarine are thus specific agonists of one kind of cholinergic receptors (an agonist is a molecule that activates a receptor by reproducing the effect of the neurotransmitter.)

Nicotine competitively binds to nicotinic cholinergic receptors. The binding of the agonist to the nicotinic receptor triggers off a conformation change of the architecture of the receptor, which opens the ionic channel during a few milliseconds. This channel is selective for cations (especially sodium). Its opening thus leads to a brief depolarization. Then, the channel closes and the receptor transitionally becomes refractory to agonists. This is the state of desensitization. Then, the receptor usually goes back to a state of rest, which means that it is closed and sensitive to the agonists. In case of continuous exposure to agonists (even in small doses), this state of desensitization will last long (long-term inactivation).

Operating cycle of a nicotinic receptor:

Physiological normal conditions: After the opening of the canal by binding to acethylcholine, the receptor becomes desensitized before it goes back to the state of rest or it is regenerated.
[Figure reproduced courtesy of Dr. Sylvain Bartolami, INSERM U1198 "M canismes Mol culaires dans les D mences Neurod g n ratives", Eq. 5 "Integrative Biology of Neuroregeneration", Universit de Montpellier, France].

Continuous exposure to tobacco: Nicotine substitutes for acetylcholine and over stimulates the nicotinic receptor. Then, the receptor is long-term inactivated and its regeneration is prevented by nicotine.
[Figure reproduced courtesy of Dr. Sylvain Bartolami, INSERM U1198 "M canismes Mol culaires dans les D mences Neurod g n ratives", Eq. 5 "Integrative Biology of Neuroregeneration", Universit de Montpellier, France].


Gevolgtrekkings

The recreational use of cannabis among youth has increased worldwide over the past few decades. Despite the demonstration of some bio-medical applications, cannabis abuse is associated with different disease conditions including probable risk of developing psychiatric disorders. Hence, there have been significant efforts to identify the toxic factors in cannabis and establish the role of component causes that underlie individual susceptibility to cannabinoid-related psychotic disorders. Secondly, it has necessitated the development of efficient methods to identify and quantify various cannabis metabolites from different body fluids. While immunoassay is adopted as a preliminary test, advanced chromatographic techniques are used for confirmation. Research in the future should focus on the molecular changes induced by acute and long-term exposure to cannabis and the contribution of individual psychoactive components.


For some people, a fast metabolism can be a side effect of an underlying health issue, like hyperthyroidism, which causes the thyroid gland to produce more hormones than the body actually needs, Dr. Marra Francis M.D., executive medical director at Everlywell, tells Bustle. If that's the case, you may notice that you experience irritability and sleep disturbances, as well as increased sweating, anxiety, and bowel changes, Dr. Francis says. For that reason, if it seems like you have a fast metabolism, and other "weird" symptoms, it'll be a good idea to get a checkup and make sure there isn't something more going on.

"People with high metabolisms tend to have consistent energy throughout the day and are able to stay focused mentally," personal trainer and nutritionist Jamie Hickey, tells Bustle, which may explain why all your coworkers head out for coffee around 3 p.m. while you're still going strong.

There's nothing wrong with having a fast (or slow!) metabolism. If you're concerned about new changes in your daily health, though, or if these side effects are making you uncomfortable, go ahead and reach out to a doctor. They'll let you know if you have something going on, such as hyperthyroidism, or if your fast metabolism is simply due to the way your body's made.


Kyk die video: Fermentation (Oktober 2022).