BIOCHEMIA

Spis treści

Biochemia

Autor: Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, Gregory J. Gatto

Część I Molekularny wzór życia.

Rozdział 1 Biochemia: ewoluująca nauka.

1.1. U podstaw różnorodności biologicznej leży jedność biochemiczna.

1.2. DNA jest przykładem wzajemnych zależności między formą i funkcją.

1.3. Koncepcje wywodzące się z chemii wyjaśniają właściwości cząsteczek biologicznych.

1.4. Rewolucja genomowa przekształca biochemię, medycynę i inne obszary wiedzy.

Rozdział 2 Skład i struktura białek.

2.1. Białka są zbudowane z gamy 20 aminokwasów.

2.2. Struktura pierwszorzędowa: łańcuchy polipeptydowe powstają w wyniku połączenia aminokwasów wiązaniami peptydowymi.

2.3. Struktura drugorzędowa: łańcuchy polipeptydowe mogą zwijać się w takie struktury regularne, jak helisa alfa, harmonijka beta oraz zwroty i pętle.

2.4. Struktura trzeciorzędowa: białka rozpuszczalne w wodzie zwijają się w zwarte struktury o niepolarnym rdzeniu.

2.5. Struktura czwartorzędowa: łańcuchy polipeptydowe mogą składać się w struktury złożone z wielu podjednostek.

2.6. Sekwencja aminokwasowa białka określa jego strukturę przestrzenną.

Rozdział 3 Odkrywanie białek i proteomów.

3.1. Oczyszczenie białek jest pierwszym krokiem niezbędnym do zrozumienia ich funkcji.

3.2. Immunologia jest podstawą wielu technik badania białek.

3.3. Spektrometria mas jest skuteczną techniką identyfikacji peptydów i białek.

3.4. Peptydy można tworzyć zautomatyzowanymi metodami syntezy w fazie stałej.

3.5. Strukturę przestrzenną białka można określić przy użyciu krystalografii rentgenowskiej i spektroskopii NMR.

Rozdział 4 DNA, RNA i przepływ informacji genetycznej.

4.1. Kwas nukleinowy składa się z czterech rozdziałów zasad przyłączonych do rdzenia cukrowo-fosforanowego.

4.2. Para łańcuchów kwasów nukleinowych o komplementarnych sekwencjach może tworzyć dwuniciową helisę.

4.3. Podwójna helisa ułatwia wierne dziedziczenie informacji genetycznej.

4.4. Replikację DNA katalizują polimerazy według instrukcji zapisanej w matrycy.

4.5. Ekspresja genów jest przekształceniem informacji zawartej w DNA w cząsteczki funkcjonalne.

4.6. Aminokwasy są kodowane przez grupy trzech zasad. Ich odczytywanie zaczyna się w określonym punkcie.

4.7. Większość genów eukariotów jest mozaiką intronów i egzonów.

Rozdział 5 Poznawanie genów i genomów.

5.1. Podstawowe narzędzia wykorzystywane w poznawaniu genów.

5.2. Technologia rekombinacji DNA zrewolucjonizowała wszystkie dziedziny biologii.

5.3. Poznano i zanalizowano sekwencje całych genomów.

5.4. Można precyzyjnie mierzyć i zmieniać ekspresję genów eukariotycznych.

Rozdział 6 Poznawanie ewolucji i bioinformatyka.

6.1. Cechy homologiczne pochodzą od wspólnego przodka.

6.2. Analiza statystyczna przyrównań sekwencji umożliwia wykrycie homologii.

6.3. Badanie struktury przestrzennej wzbogaca naszą wiedzę o ewolucyjnym pokrewieństwie.

6.4. Na podstawie informacji zawartej w sekwencjach konstruuje się drzewa ewolucyjne.

6.5. Nowoczesne techniki umożliwiają eksperymentalne badanie procesów ewolucyjnych.

Rozdział 7 Hemoglobina: portret białka w akcji.

7.1. Mioglobina i hemoglobina wiążą tlen poprzez jon żelaza w hemie.

7.2. Hemoglobina wiąże tlen kooperatywnie.

7.3. Efekt Bohra: protony i ditlenek węgla sprzyjają uwalnianiu tlenu.

7.4. Niektóre mutacje w genach kodujących podjednostki hemoglobiny są przyczyną choroby.

Rozdział 8 Enzymy: podstawowe pojęcia i kinetyka.

8.1. Enzymy są potężnymi i specyficznymi katalizatorami.

8.2. Energia swobodna Gibbsa jest funkcją termodynamiczną użyteczną w zrozumieniu działania enzymów.

8.3. Enzymy przyspieszają reakcję, ułatwiając tworzenie stanu przejściowego.

8.4. Model Michaelisa-Menten opisuje kinetyczne właściwości wielu enzymów.

8.5. Enzymy moga być hamowane przez specyficzne cząsteczki.

8.6. Enzymy można badać w czasie rzeczywistym na poziomie pojedyńczej cząsteczki.

Rozdział 9 Strategie katalityczne.

9.1. Protezy ułatwiaja przebieg bardzo trudnych reakcji.

9.2. Anhydrazy węglanowe przyspieszają szybką reakcję.

9.3. Enzymy restrykcyjne katalizują bardzo specyficzne reakcje rozcinania DNA.

9.4. Miozyny wykorzystują zmiany konfrmacji domeny katalitycznej, aby sprzęgnąć hydrolizę ATP z pracą mechaniczną.

Rozdział 10 Strategie regulacyjne.

10.1. Karbamoilotransferaza asparaginianowa jest hamowana allosterycznie przez produkt końcowy swojego szlaku. 

10.2. Izozymy odpowiadają za regulację metabolizmu, specyficzną dla różnych tkanek i stadiów rozwojowych.

10.3. Modyfikacja konwalencyjna to sposób regulacji aktywności enzymów.

10.4. Wiele enzymów jest aktywowanych przez specyficzną proteolizę.

Rozdział 11 Węglowodany.

11.1. Monosacharydy to najprostsze węglowodany.

11.2. Węglowodany złożone są zbudowane z monosacharydów.

11.3. Węglowodany przyłączają się do białek, tworząc glikoproteiny.

11.4. Lektyny są specyficznymi białkami wiążącymi węglowodany.

Rozdział 12 Lipidy i błony biologiczne.

12.1. Kwasy tłuszczowe stanowią główne składniki lipidów błonowych.

12.2. W błonach biologicznych występują trzy typy lipidów.

12.3. Fosfolipidy i glikolipidy łatwo tworzą warstwy biomolekularne (dwuwarstwy) w środowisku wodnym.

12.4. Większość procesów w błonach biologicznych zachodzi z udziałem białek.

12.5. Lipidy i liczne białka błonowe przemieszczają się szybko wzdłuż płaszczyzny błony.

12.6. Komórki eukariotyczne zawierają przedziały komórkowe ograniczone błonami wewnątrzkomórkowymi.

Rozdział 13. Kanały i pompy błonowe.

13.1. Transport cząsteczek przez błony może być aktywny lub bierny.

13.2. Dwie rodziny białek błonowych wykorzystują energię hydrolizy ATP do pompowania jonów przez błony.

13.3. Permeaza laktozowa jest archetypem transporterów drugiego rzędu, wykorzystujących jeden gradient stężeń do tworzenia innego gradentu stężeń.

13.4. Specyficzne kanały mogą szybko transportowac jony przez błony.

13.5. Połączenia szczelinowe umożliwiają przepływ jonów i małych cząsteczek między komunikującymi się komórkami.

13.6. Specyficzne kanały zwiększają przepuszczalność niektórych błon dla cząsteczek wody.

Rozdział 14 Szlaki przekazywania sygnałów.

14.1. Heterotrimeryczne białka G przekazują sygnały i same się regenerują.

14.2. Sygnalizacja insulinowa: kaskady fosforylacji są kluczowe dla wielu procesów przekazywania sygnałów.

14.3. Sygnalizacja EGF: szlaki przekazywania sygnałów są w gotowości do odpowiedzi.

14.4. Wiele elementów powtarza się w róznych szlakach przekazywania sygnałów.

14.5. Zaburzenia w działaniu szlaków przekazywania sygnałów mogą prowadzić do nowotworów i innych chorób.

Część II Przekazywanie i magazynowanie energii.

Rozdział 15 Metabolizm: podstawowe pojęcia i organizacja.

15.1. Metabolizm składa się z wielu sprzężonych, wzajemnie powiązanych reakcji.

15.2. ATP jest uniwersalnym środkiem wymiany energii swobodnej w układach biologicznych.

15.3. Utlenianie substratów oddechowych jest ważnym źródłem energii w komórce.

15.4. Te same metabolity, reakcje i strategie regulacyjne obserwujemy w różnych szlakach metabolicznych.

Rozdział 16 Glikoliza i glukoneogeneza.

16.1. W wielu organizmach glikoliza jest szlakiem przekształcania energii.

16.2. Szlak glikolityczny jest ściśle kontrolowany.

16.3. Glukoza może być syntetyzowana z przekursorów innych niż węglowodany.

16.4. Glukoneogeneza i glikoliza podlegają przeciwstawnej regulacji.

Rozdział 17 Cykl kwasu cytrynowego.

17.1. Dehydrogeneza pirogronianowa łączy glikolizę z cyklem kwasu cytrynowego.

17.2. Cykl kwasu cytrynowego utlenia jednostki dwuwęglowe.

17.3. Wejście do cyklu kwasu cytrynowego i jego przebieg są pod ścisłą kontrolą.

17.4. Cykl kwasu cytrynowego jest źródłem prekursorów potrzebnych do biosyntez.

17.5. Cykl glioksalowy umozliwia roślinom i bakteriom wzrost na octanie.

Rozdział 18 Fosforylacja oksydacyjna.

18.1. W komórkach eukariotycznych fosforylacja oksydacyjna zachodzi w mitochondriach.

18.2. Fosforylacja oksydacyjna zależy od transportu elektronów.

18.3. W skład łańcucha oddechowego wchodzą cztery kompleksy: trzy pompy protonowe i kompleks bezpośrdnio związany z cyklem kwasu cytrynowego.

18.4. Gradient protonowy napędza syntezę ATP.

18.5. Przemieszczanie się jonów i cząsteczek przez wewnętrzną błonę mitochondrialną umożliwiają specyficzne systemy transportowe.

18.6. Zapotrzebowanie na ATP jest głównym czynnikiem regulującym oddychanie komórkowe.

Rozdział 19 Reakcje świetlne fotosyntezy.

19.1. Fotosynteza odbywa się w chloroplastach.

19.2. Absorpcja światła przez chlorofil powoduje przepływ elektronów.

19.3. Podczas fazy świetlnej fotosyntezy dwa fotosystemy wytwarzają gradient protonów i NADPH.

19.4. Gradient protonów tworzący się w poprzek błony tylakoidu napędzas syntezę ATP.

19.5. Barwniki pomocnicze kierują energię do centrów reakcji.

19.6. Zdolność przekształcania światła w energię chemiczną jest zjawiskiem bardzo starym.

Rozdział 20 Cykl Calvina i szlak pentozofosforanowy.

20.1. W cyklu Calvina heksozy są syntetyzowane z ditlenku węgla i wody.

20.2. Aktywność cyklu Calvina zależy od warunków środowiska.

20.3. Szlak pentozofosforanowy prowadzi do powstania NADPH i odpowiada za syntezę cukrów pięciowęglowych.

20.4. Metabolizm glukozo-6-fosforanu jest powiązanym z glikolizą przez szlak pentozofosforanowy.

20.5. Dehydrogeneza glukozo-6-fosforanowa odgrywa istotną rolę w ochronie komórki przed szkodliwym działaniem reaktywnych form tlenu.

Rozdział 21 Metabolizm glikogenu.

21.1. Rozkład glikogenu wymaga współdziałania kilku enzymów.

21.2. Aktywność fosforylazy regulują oddziaływania allosteryczne i odwracalna fosforylacja.

21.3. Adrenalina i glukogon sygnalizują potrzebę rozkładu glikogenu.

21.4. Synteza i degradacja glikogenu przebiegają odrębnymi szlakami.

21.5. Rozkład isynteza glikogenu podlegają wspólnej regulacji.

Rozdział 22 Metabolizm kwasów tłuszczowych.

22.1. Triacyloglicerole są skondensowanym źródłem energii.

22.2. Wykorzystanie energii skumulowanej w kwasach tłuszczowych wymaga ich obróbki w trzech etapach.

22.3. Procesy rozkładu nienasyconych kwasów tłuszczowych i kwasów tłuszczowych zawierających nieparzystą liczbę atomów węgla wymaga dodatkowych etapów.

22.4. Kwasy tłuszczowe są syntetyzowane przez syntezę kwasów tłuszczowych.

22.5. Wprowadzenie wiązań nienasyconych i wydłużanie cząsteczek kwasów tłuszczowych to procesy kierowane przez dodatkowe układy enzymatyczne.

22.6. Karboksylaza acetylo-CoA odgrywa kluczową rolę w regulacji metabolizmu kwasów tłuszczowych.

Rozdział 23 Degradacja białek i katabolizm aminokwasów.

23.1. Białka są degradowane do aminokwasów.

23.2. Rozpad białek jest ściśle regulowany.

23.3. Pierwszym etapem degradacji aminokwasów jest usunięcie azotu.

23.4. W przypadku większości kręgowców lądowych jon amonowy jest przekształcany w mocznik.

23.5. Atomy węgla pochodzące z degradowanych aminokwasów pojawiają się w głównych metabolicznych produktach pośrednich.

23.6. Wrodzone wady metaboliczne mogą zakłócać proces degradacji aminokwasów.

Część III Synteza cząsteczek życia.

Rozdział 24 Biosynteza aminokwasów.

24.1. Wiązanie azotu: mikroorganizmy wykorzystują ATP oraz silne reduktory w celu redukcji azotu atmosferycznego do amoniaku.

24.2. Aminokwasy powstają z produktów pośrednich cyklu kwasu cytrynowego i innych szlaków metabolicznych.

24.3. Biosynteza aminokwasów jest regulowana na drodze hamowania przez sprzężenie zwrotne.

24.4. Aminokwasy są prekursorami wielu cząsteczek biologicznych.

Rozdział 25 Biosynteza nukleotydów.

25.1. Pierścień pirymidynowy może być syntetyzowany de novo lub być produktem szlaku rezerwowego.

25.2. Zasady purynowe mogą być syntetyzowane de novo lub być produktem szlaku rezerwowego.

25.3. Synteza deoksyrybonukleotydów odbywa się na drodze redukcji rybonukleotydów zgodnie z mechanizmem rodnikowym.

25.4. Regulacja nieodwracalnych etapów biosyntezy nukleotydów odbywa się na zasadzie hamowania przez sprzężenie zwrotne.

25.5. Zaburzenia metabolizmu nukleotydów są przyczyną różnych chorób.

Rozdział 26 Biosynteza lipidów błonowych i steroidów.

26.1. Kwas fosfatydowy jest produktem pośrednim syntezy fosfolipidów i triacylogliceroli.

26.2. Synteza cholesterolu z acetylokoenzymu A przebiega w trzech etapach.

26.3. Regulacja biosyntezy cholesterolu zachodzi na wielu poziomach.

26.4. Ważnymi pochodnymi cholesterolu są sole kwasów żółciowych oraz hormony steroidowe.

Rozdział 27 Integracja metabolizmu.

27.1. Homeostaza kaloryczna jest sposobem regulacji masy ciała.

27.2. Mózg odgrywa kluczową rolę w homeostazie kalorycznej.

27.3. Cukrzyca jest powszechnie występującą chorobą metaboliczną czesto stowarzyszoną z otyłością.

27.4. Ćwiczenia fizyczne korzystnie wpływają na biochemię komórek.

27.5. Odżywianie się i głód wywołują zmiany metaboliczne.

27.6. Etanol zmienia przekształcenia energetyczne w wątrobie.

Rozdział 28 Replikacja, naprawa i rekombinacja DNA.

28.1. Replikacja DNA polega na polimeryzacji trifosforanów deoksyrybonukleozydów zgodnie z informacją zapisaną w matrycy.

28.2. Rozplatanie podwójnej helisty DNA oraz tworzenie form superhelikalnych są kontrolowane przez topoizomerazy.

28.3. Replikacja DNA jest procesem ściśle skoordynowanym.

28.4. Wiele rodzajów uszkodzeń DNA można naprawić.

28.5. Rekombinacja DNA odgrywa ważne role w replikacji DNA, naprawie oraz innych procesach.

Rozdział 29 Synteza i dojrzewanie RNA.

29.1. Transkrypcję katalizują polimerazy RNA.

29.2. Transkrypcja u eukariotów podlega precyzyjnej regulacji.

29.3. Produkty transkrypcji prowadzonej przez eukariotyczne polimerazy RNA podlegają reakcjom dojrzewania.

29.4. Odkrycie katalitycznych właściwości RNA było prawdziwym przełomem, który wzbogacił nasza wiedzę o mechanizmach reakcji i zmnienił sposób myślenia o ewolucji.

30. Synteza białka.

30.1. Synteza białka wymaga przetłumaczenia informacji genetycznej zapisanej w języku kwasów nukleinowych na język białek.

30.2. Syntezy aminoacylo-tRNA odczytują kod genetyczny.

30.3. Synteza białka odbywa się na rybosomie.

30.4. Synteza białka u eukariotów różni się od syntezy białka u prokariotów przede wszystkim sposobem inicjacji.

30.5. synteza białka może być zahamowana przez antybiotyki i toksyny.

30.6. Rybosomy związane z retikulum endoplazmatycznym produkują białka błonowe i sekrecyjne.

Rozdział 31 Kontrola ekspresji genów u Prokaryota.

31.1. Wiele białek wiążących DNA rozpoznaje specyficzne sekwencje DNA.

31.2. Prokariotyczne białka wiążące się z DNA oddziałują specyficznie z miejscami regulatorowymi operonów.

31.3. W sieciach regulatorowych dochodzi do przełączenia wzoru ekspresji genów.

31.4. Kontrola ekspresji genów zachodzi również na poziomie potranskrypcyjnym.

Rozdział 32 Kontrola ekspresji genów u Eukaryota.

32.1. Eukariotyczny DNA jest upakowany w formie chromatyny.

32.2. Czynniki transkrypcyjne wiążą DNA i regulują inicjację transkrypcji.

32.3. Kontrola ekspresji genów wymaga remodelowania chromatyny.

32.4. Kontrola ekspresji genów eukariotów zachodzi również na poziomie potranskrypcyjnym.

Część IV Odpowieź na zmiany środowiskowe.

Rozdział 33 Systemy czucia.

33.1. Wiele związków organicznych jest wykrywanych za pomoca węchu.

33.2. Wrażenia smakowe sa efektem działania wielu zmysłów funkcjonujących według różnych mechaizmów.

33.3. Fotoreceptory w oku wykrywają światło widzialne.

33.4. Wrażenia słuchowe zależą od szybkiej detekcji bodźców mechanicznych.

33.5. Na odbiór wrażeń dotykowych składaja się ucisk, temperatura i inne czynniki.

Rozdział 34 Układ odpornościowy.

34.1. W przeciwciałach można wyróżnić fragmenty wiążące antygen i fragmenty efektorowe.

34.2. Przeciwciała wiążą swoiste cząsteczki w regionach hiperzmiennych pętli.

34.3. Różnorodność przeciwciał jest wynikiem rearanżacji genów.

34.4. Peptydy związane z białkami głównego układu zgodności tkankowej są prezentowane na powierzchni komórek i rozpoznawane przez receptory limfocytów T.

34.5. Układ odpornościowy uczestniczy w zapobieganiu chorobom, ale także w ich rozwoju u ludzi.

Rozdział 35 Motory molekularne.

35.1. Większość białek motorycznych należy do nadrodzin NTPaz z pętlą P.

35.2. Miozyny przemieszczaja się wzdłuż filamentów aktynowych.

35.3. Kinezyna i dyneina przemieszczaja się wzdłuz mikrotubul.

35.4. Motor rotujący napędza ruch bakterii.

Rozdział 36 Nowe leki.

36.1. Tworzenie nowych leków stawia przed nami wielkie wyzwania.

36.2. Potencjalne leki moga być odkryte przez przypadek, badania przesiewowe lub projektowanie.

36.3. Analiza genomów otwiera obiecujące prespektywy w procesie opracowywania nowych leków.

36.4. Proces tworzenia nowych leków składa się z kilku faz.