UVOD IN ENCIMI Flashcards
KEMIJSKA SESAVA E.COLI
Potrebujemo določene komponente, da se lahko biomasa znotraj 20 minut pomnoži:
- Proteini potrebujejo največ ogljika
- Za proteine rabimo narediti najmanj 20 AK (in še več)
- Lipidi (predstavljajo znaten del)
- Nukleinske kisline
- ostale komponente
DODAJ
- ostale komponente
NAŠTEJ VSE INTERMEDIATE
glukoza-6p
fruktoza6p
dihidroksiacetonfosfat
3fodfoglicerat
fosfoenolpiruvaat
acetil-CoA
alfa keto glutarat
sukcinil coa
oksalacetat
riboza5fosfat
eritroza4fosfat
KATAVOLIZEM VS ANABOLIZEM IN REGULACIJA TEH DVEH
- KATABOLIZEM/ASIMILACIJA C: moramo znati asimilirati glukozo (ostali viri C so bolj kompleksni). Vnašajo se nutrienti (proteini, maščobe OH,…). Izhaja ven CO2 in 12 KLJUČNIH INTERMEDIATOV
- ANABOLIZEM/SINTEZA: kako pridemo do 12 ključnih intermediatov in kaj lahko iz njih naredimo (celica jih potrebuje da raste)
- RAST: ko imamo dovolj poilimerov, lahko naredim kompleksnejše molekule (proteini, NK, lipidi, membrane, celična stena,…)
OSNOVNA REGULACIJA KATABOLNIH IN ANABOLNIH REAKCIJ Z ENERGIJSKIM NABOJEM CELICE
V celici je poleg razpoložljivosti snovi zelo pomembno tudi energijsko stanje!
Energijo nam daje katabolizem. Sintezo si lahko privoščimo, če imamo dovolj energije in 12 ključnih intermediatov. Energija je ključni regulator dogajanja pri sintezi 🡪 kako hitro teče sinteza.
- Če imamo veliko biosintetskih intermediatov in veliko naboja, ne potrebujemo hitre sinteze.
- Če imamo malo biosintetskih intermediatov in veliko naboja, si lahko privoščimo veliko hitrost biosintetskih poti.
- Če imam veliko produkta in veliko energije, sintezo zaustavimo (ni potrebna)
Sinteza je odvisna od koncentracije biosintetskih intermediatov in od koncentracije končnega produkta.
Energijski naboj določa kaj bomo lahko v celici naredili (če je majhen, si sinteze ne morem privoščiti.
Malo 🡪 veliko energije = sinteza, sinteza + rast, sinteza + rast + rezerva.
GLUKOZA OPIŠI IN KAKO SE NA KISIKU OZNAČUJE POLARNOST
Ima 2 funkcionalni skupini, kateri sta ključne za nadalnjne reakcije:
- CHO (karboksilna skupina/aldehidna skupina)
- OH (hidroksilna skupina)
Npr. alkan je premalo reaktivna molekula (samo veriga).
Aldehidna skupina (najbolj pomembna skupina v biosintezi), primer karbonilne skupine (širša skupina).
- Če je eden izmed radikalov vodik, mu rečemo aldehid.
Označevanje polarnosti
Kisik ima negativen parcialne naboj, ogljik ima pozitiven parcialen naboj,
- Minor oblika: pokaže da imamo na C + naboj in na O – naboj
- Major oblika: imamo dvojno vez in 1 elektronski par manj
- Minor in majror obliki lahko prehajata med seboj
- Ker se vse dogaja v vodi, moramo upoštevati še vodo in njen naboj. Nastanek aldehidnega hidrata, ki lahko razpade na aldehid in vodo 🡪 imamo ravnovesje
REAKCIJE ALDEHIDOV
NUKLEOFILNE ADICIJE
OKSIDACIJE, REDUKCIJE
TVORBA HEMIACETALOV
IZOMERIZACIJE
ALDOLNE KONDENZACIJE
OBIČAJNE NUKLEOFILNE ADICIJE NA KARBONILE
A) Če se na nukleofil veže vodikov ion , dobimo alkohol.
B) Če se na nukleofil veže amino skupina dobimo karbonil amin. Če se na karbonil veže AK, dobimo imin ali schiffovo bazo.
C) Če se na nukleofil veže alkohol, dobimo hemiacetal, če se veže dodatna alkoholna skupina, dobimo acetal (polisaharid).
NUKLEOFILNA ADICIJA NA KARBONIL
Po adiciji nukleofila na karbonil alkoksid lahko deluje koy nukleofil. Bolj pogosto pa kot baza, ki abstrahira protone iz bližjih kislin v topilu ali v aktivnem mestu encima.
- Ključno lepilo, ki ga nosi aldehid ki se hoče nekam vezat sta 2 prosta elektrona (1 elektronski par).
- Elektroni omogočajo nastanek kemijske vezi
- Elektrofili – sprejemniki ki želijo dobiti elektrone (med jih spada karbonilna skupina)
STEREOIZOMERIJA NUKLEOFILOV
Nukleofil lahko spreminja stereo-kemijo 🡪 pomembno je iz katere smeri pride elektrofil in napade nukleofil (lahko dobimo 2 različna produkta!)
Zaradi spremembe hibridizacije iz sp2 v sp3 po nukleofilni adiciji pride do nastanka stereoizomera
KATERI NUKLEOFIDI LAHKO NAPADEJO KARBONIL
ALKOHOLNI KISIK
TIOLNO ŽVEPLO
AMINO DUŠIK
RESONANČNO STABILIZIRAN KARBOKATION
NUKLEOFIL OPIŠI, ATOME, SKUPINE
Atom ali funkcionalna skupina bogata z elektroni (Lewisova baza), daje elektronski par.
- Potrebuje veliko elektronov (nesparjen elektronski par), ki jih lahko odda elektrofilom
- Reakcijo med nukleofilom (baza) in elektrofilom (kislina)
NUKLEOFILNI ATOMI: kisik, dušik, žveplo (makroelementi – nujno potrebni v gojišču) in halogeni elementi (mikroelementi -nujno potrebni v gojišču 🡪 lahko delujejo kot oz. v funkcionalnih skupinah)
NUKLEOFILNE SKUPINE: voda, alkoholi, fenoli, amini, tioli, enolati, občasno karboksilati.
Nukleofili se bolj pogosto kot atomi nahajajo kot del funkcionalne skupine, ki lahko odda prost elektronski par.
- Voda: zelo pomembna še posebaj ko je modificirana/aktivirana:
- Alkohol (hidroksilna skupina): aktivacija glukoze preko hidroksilne skupine
- Halogeni: 3-4 elektronski pari, veliko možnosti za vezavo
- Voda (vsebuje kisik – nukleofilni atom, ki ima 2 prosta elektronska para). Če vodo aktiviramo, dobimo hidroksilni ion, ki ima 3 elektronske pare 🡪 precej močnejši nukleofil, kot je voda.
- Halogeni imajo 3-4 elektronske pare, velike možnosti vezave
- Dušik: ima prost elektronski par
- Kot nukleofil imamo lahko tudi karboanion (uporaben pri težjih reakcijah, drugi spodaj je zelo uporaben R-C🡪C☺
Negativni naboj pomeni da imamo višek elektronov, elektrofil ima pozitiven naboj.
OPIŠI AKTIVACIJO NUKLEOFILOV
Nukleofil aktiviram na tak način, da mu odstanim proton (nukleofili, ki so lahko v protonirani obliki 🡪 v deprotonirani obliki so bistveno močnejši nukleofili).
Če baza odetgne proton, dobimo močno aktiviran nukleofil 🡪 deprotonacija nukleofila poveča njegovo moč, zato je v aktivnem mestu encima zelo pogosto baza. To je pogosto v aktivnih mestih encima, ki lahko jemljejo elektrone iz neke base
- COOH (karboksilna skupina) ni močna skupina, rabimo zelo močno bazo. Ko poberemo proton, dobimo superreaktivno nukleofilno obliko.
- Prehajanje iz ene v drugo obliko aktivnosti je mogoče
Primer vezave nukleofila na elektrofil (make and brake):
- Nukleofil, ki ima na sebi vezan proton.
- V okolici je baza, ta lahko odvzame elektron 🡪 dobimo prost elektronski par (odleti dol samo kot proton, 2 elektrona ostaneta kot nukleofila! – dobimo prosti elektronski par – AKTIVACIJA NUKLEOFILA)
- V okolju poiščemo elektrofil in se nanj vežem
- Dobimo vezavo elektrofila na nukleofil
- Če se Nu veže na npr ogljik (ima 5 vezi namesto 4), najšibkejši člen odpade
OD ČESA JE ODVISNA MOČ NUKLEOFILOV
- NABOJ: negativen naboj ima vedno močnejši nukleofil
Negatievn naboj je posledica viška elektronov, ki ga želimo z nekom deliti. - ELEKTRONEGATIVNOST: atoma, ki nukleofilnost daje
Kako močno želiko nukleofili imeti elektron pri sebi
- Klor (najbolj elektronegativen element v periodnem sistemu): ima veliko prostih elektronskih parov, šibek nukleofil saj želi obržati elektrone zase.
- Ogljik: ni ni posebno elektronegativen. Če ima višek elektronov na sebi, jih bo želel čim prej oddati (močen nukleofil – želi oddati elektrone)
- Elektrofilnost: C>N>O>halogeni
- Slika z puščico: naraščanje bazičnosti z nukleofilnost – povezana koncepta - TOPILO: če spreminjamo moč topila, spreminjamo moč nukleofila
- Odvisno je kako dobro se ioni hidratirajo v vodi
- Majhni ioni z veliko naboja se bodo bolje hidratirali 🡪 nastane ion + hidratiran radij
- Večji ioni z bolj razporejenim nabojem se bodo manj hidratirali 🡪 lažje prehajal
Če zamenjamo polarnost medija se lahko povsem zamenja jakost nukleofila
- VELIKOST NUKLEOFILOV: interakcije so odvisne od velikosti
- Pomembna je velikost atoma
- Na nukleofil (kisik) je vezana majhna molekula: lažje se prerine do ciljnega mesta (deli elektrone)
- Na nukleofil je vezana kompleksna molekula: težje se prerine do željenega mesta
- Imamo degradacijo nukleofilnosti
ODHAJAJOČA SKUPINA: pomembno je kaj je vezano (na elektrofilu in nukleofilu) in kateri je najšibkejš, ki se odcepi.
- Odcepi se najšibkejša baza 🡪 nima težav z stabilizacijo negativnega naboja.
- Če imamo močno bazo 🡪 lahko jo začasno spravimo iz centtra, vendar se takoj veže nazaj.
Da proton pade iz neke metilne skupine se praktično ne zgodi razne redke izjeme
Halogeni: so preveč reaktivni
Encim olajša, ne dela nove kemije.
KAJ SO ELEKTROFILI, NAŠTEJ JIH PAR + AK V ENCIMIH
ELEKTROFIL: spojina ki ima rada elektrone, običajno pozitivno nabita ali nevtralna s prosto orbitalo, ki jo privlači z elektroni bogato mesto.
- Nujno potrebuje prosto orbitalo, v katero lahko sprejme elektrone (Lewisova kislina)
- Kislinsko-bazno reakcija
Kislinsko bazna reakcija
Elektrofili:
- Proton: reven z elektroni – jih je oddal, želi pridobiti nazaj
- Kovisnki ioni: + naboj, velikokrat jih najdemo v aktivnih mestih encimov
- Ogljik v povezavi s kisikom 🡪karbonil (lahko deluje kot nukleofil in elektrofil – nukleofilna adicija se dela na C, saj ima + naboj)
- Imin: dušik z + naboj, lahko deluje kot močan elektrofil – rad bi bil oddan z elektrono ampak ima na sebi + naboj – frustracija (protoni se lahko selijo po molekuli)
AK KI POGOSTO SODELUJEJO V AKTIVNEM MESTU ENCIMA
AK ki imajo pKA vrednost okoli nevrtalnega (6)🡪 lažja uporaba znotraj celic .
Histid je najbolj uporabna AK, najdemo jo v aktivnih centrih encima – protonacija/deprotonacija, aktivacija/deaktivacija.
V kislinsko bazni reakciji je vezan na imidazolni obroč
To so ak ki jih lahko deprotoniramo (dobimo negaitevn naboj, dobimo nulkeofil)
OPIŠI IN NARIŠI IMIDAZOL, V KATERI AK SE POJAVLJA, KJE JE ŠE POMEMBEN, NARIŠI
- Histidin je v kislinsko bazni rekaciji je vezan na imidazolni obroč
- Pomemben je dušik na poziciji 3 (lahko se protonira/deprotonira)
- Ta vzorec se pojavlja v drugih molekulah, ki lahko delujejo kot baze (npr. adenin, monofsofat adenozil,..)
- Imamo enega od dušikov, ki ga lahko protoniramo/deprotoniramo 🡪 deluje kot baza ali kislina.
- Zelo uporabno v aktivnem centru encima (poljubno lahko oddajamo/jemljemo protone). Omogoča aktivacijo/deaktivacijo določenih metabolnih poti.
OPIŠI PROTEINSKO MAŠINERIJO CELICE
- Proteini sestavljajo cca. 50% suhe mase bakterije (veliko encimov)
- Največ proteinov potrebujemo pri sintezi in metabolizmu AK (da dobim proteine potrebujem veliko proteinov – inteza in metabolizem AK)
- Veliko proteinov za vzdrževanje ribosomov (proteini + nukleinska kislina)
- še ostale metabolne poti
Koliko proteina je v celici je odvisno v kateri reakciji sodeluje
Če spremenimo okolje, se spremeinjo tudi relativni deleži proteinov
- še ostale metabolne poti
- metE: če je veliko metionina potrebno, bo tega proteina veliko. Če je metion že v okolici se ga sprejme in se zmanjša sintezo metE (zahtevna pot sinteze)
- tufB: elongacijski faktor, ključen za funkcioniranje ribosomov. V obdobju ko celica raste
