Η βιοσύνθεση των αμινοξέων Κεφάλαιο 24

Transcript

1 Η βιοσύνθεση των αμινοξέων Κεφάλαιο 24

2 Αμινοξέα Οι Δομικές Μονάδες των Πρωτεϊνών Ένα α-αμινοξύ αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο άνθρακα (Cα), συνδεδεμένο με μια αμινική ομάδα (ΝΗ3 + ), μια καρβοξυλική ομάδα (CΟΟ-), ένα άτομο υδρογόνου (Η) και μια xαρακτηριστική ομάδα (R), γνωστή και ως πλευρική αλυσίδα. Οι τέσσερις διαφορετικές ομάδες στον α-άνθρακα δημιουργούν τετραεδρική γεωμετρία με την διάταξή τους γύρω από αυτόν και ένα ασύμετρο/χειρόμορφο κέντρο. Για τον λόγο αυτό τα α-αμινοξέα είναι χειρόμορφα και τα δύο οπτικά ισομερή ονομάζονται L- και D-ισομερή (κατοπτρικά είδωλα). Στις πρωτεΐνες απαντώνται μόνο L-αμινοξέα. Το βέλος δείχνει την πρόοδο από μεγαλύτερη σε μικρότερη προτεραιότητα, η οποία είναι αντίθετη προς την φορά των δεικτών του ρολογιού και επομένως το χειρόμορφο κέντρο έχει διαμόρφωση S (από την λατινική λέξη Sinister = αριστερός)

3 Αλιφατικά Αμινοξέα & Προλίνη

4 Αρωματικά Αμινοξέα & Αμινοξέα με υδροξυλικές ομάδες

5 Αμινοξέα O ρόλος των Δισουλφιδικών Δεσμών των Κυστεϊνών - Οι Δισουλφιδικοί Δεσμοί δημιουργούν διασυνδέσεις στην γραμμική πολυπεπτιδική αλυσίδα και συνεπώς είναι ιδιαίτερα σημαντικές στην αναδίπλωση της πολυπεπτιδικής ακολουθίας δηλαδή χαρακτηρίζουν τις τρισδιάστατες δομές πρωτεϊνών.

6 Βασικά Αμινοξέα Λυσίνη & Αργινίνη Διαθέτουν μακριές αλειφατικές αλυσίδες, οι οποίες καταλήγουν σε θετικά φορτισμένες αμινο-ομάδες (σε ουδέτερο ph) Ιστιδίνη Διαθέτει έναν Ιμιδαζολικό Δακτύλιο. Ο δακτύλιος αυτός, ανάλογα με το ph, μπορεί να μετατραπεί σε θετικά φορτισμένο (λόγω της δέσμευσης ενός Η+) ή να παραμένει ουδέτερος (Εξαρτάται από το ph & το περιβάλλον)

7 Όξινα Αμινοξέα και μη φορτισμένα παράγωγά τους

8 Γενικά χαρακτηριστικά των 20 αμινοξέων - Επτά από τα 20 αμινοξέα (Ασπαραγινικό, Γλουταμινικό, Ιστιδίνη, Κυστεΐνη, Τυροσίνη, Λυσίνη & Αργινίνη) διαθέτουν πλευρικές ομάδες με ομάδες οι οποίες μπορούν να ιονιστούν. Οι ομάδες αυτές δέχονται και δίνουν πρωτόνια (Η+) και η διαδικασία αυτή εξαρτάται ισχυρά από το ph. - Επτά από τα 20 αμινοξέα (Γλυκίνη, Αλανίνη, Βαλίνη, Λευκίνη, Ισολευκίνη, Μεθειονίνη & Προλίνη) διαθέτουν αλειφατικές ομάδες. Ένα από τα 7 αλειφατικά αμινοξέα είναι κυκλικό (Προλίνη). - Τέσσερα από τα 20 αμινοξέα (Φαινυλαλανίνη, Τυροσίνη, Θρυπτοφάνη & Ιστιδίνη) διαθέτουν αρωματικό δακτύλιο. - Τέσσερα από τα 20 αμινοξέα είναι φορτισμένα σε ουδέτερο ph. Τα δύο (Ασπαραγινικό & Γλουταμινικό) είναι αρνητικά φορτισμένα και άλλα δύο (Αργινίνη & Λυσίνη) είναι θετικά φορτισμένα. - Τρία από τα 20 αμινοξέα διαθέτουν ΟΗ (Σερίνη & Θρεονίνη) ή SH (Κυστεΐνη) ομάδες

9 Απαραίτητα & μη Αμινοξέα Βασικά συστατικά βιοσύνθεσης αμινοξέων 1) Απαραίτητο συστατικό: Το άζωτο (Ν2) 2) Πηγή: Το Ατμοσφαιρικό άζωτο 3) Εκμετάλλευση: Μέσω μικροοργανισμών 4) Αποθήκευση: Μέσω καθήλωσης αζώτου Τριφωσφορική Αδενοσίνη Διφωσφορική Αδενοσίνη Παραστατικό Διάγραμμα ροής Καθήλωσης Αζώτου: Ηλεκτρόνια μεταφέρονται από την φερρεδοξίνη προς την αναγωγάση (σιδηροπρωτεΐνη, ή πρωτεΐνηfe) και στην αζωτάση (πρωτεΐνη MoFe) για την αναγωγή του Ν2 σε ΝΗ3. Η υδρόλυσητηςατρμέσαστην αναγωγάση επάγει αλλαγές στην στερεοδιάταξη, απαραίτητες για την αποδοτική μεταφορά των e-

10 Αναγωγάση/Πρωτεΐνη Fe & Αζωτάση/Πρωτεΐνη MoFe Διμερές αποτελούμενο από 2 πολυπεπτιδικές αλυσίδες συνδεδεμένες με ένα σύμπλοκο 4Fe-4S. Κάθε υπομονάδα είναι μέλος της οικογένειας ΝΤΡασών (ΝΤΡ τριφωσφορικός νουκλεοζίτης) με θηλιά Ρ και διαθέτει θέση δέσμευσης της ΑΤΡ (ΑΤΡ - τριφωσφορική αδενοσύνη). Ετεροτετραμερές αποτελούμενο από 2 υπομονάδες α (κόκκινο) και 2 β (μπλε). Περιέχει σύμπλοκα Ρ και συμπαράγοντες FeMo. Σύμπλοκο Ρ: 8 άτομα Fe και 7 ιόντα σουλφιδίου συνδεδεμένα με την πρωτεΐνη με 6 κυστεΐνες. FeMo: 1 άτομο Μο, 7 άτομα Fe, 9 ιόντα σουλφιδίου & 1 ομοκιτρικό (συνδέεται στην πρωτεΐνη μέσω μιας κυστεΐνης & μιας ιστιδίνης).

11 Αναγωγάση/Πρωτεΐνη Fe & Αζωτάση/Πρωτεΐνη MoFe Πιθανή θέση δέσμευσης και αναγωγής του Αζώτου στον συμπαράγοντα FeMo

12 Ενσωμάτωση ιόντος ΝΗ4 + στα αμινοξέα Σχηματισμός & ρόλος των Glu, Gln Τα αμινοξέα γλουταμινικό & γλουταμίνη παίζουν κεντρικό ρόλο στην διαδικασία ενσωμάτωσης του ΝΗ4 + στα βιομορία... η α-αμινική ομάδα των περισσοτέρων αμινοξέων προέρχεται από την α- αμινική ομάδα του γλουταμινικού με τρανσαμίνωση. Σχηματισμός βάσης Schiff μέσω αντίδρασης Καρβονυλικής ένωσης & Δότη αμινικής ομάδας Σχηματισμός Γλουταμινικού & Γλουταμίνης NAD(P)H/NAD(P)+ Φωσφορικό Νικοτιναμιδο-αδενινοδινουκλεοτίδιο

13 Ενσωμάτωση ιόντος ΝΗ4 + στα αμινοξέα Σχηματισμός & ρόλος των Glu, Gln - Η αντίδραση σχηματισμού του γλουταμινικού είναι ιδιαίτερα σημαντική διότι καθορίζει τη στερεοχημεία του ατόμου του α-ατόμου C στο γλουταμινικό. Στοενεργόκέντροτουενζύμου, αφυδρογονάση του γλουταμινικού, ημεταφοράυδριδίουαπό το ΝΑD(P)H (=Φωσφορικό νικοτιναμιδο-αδενινο-δινουκλεοτίδιο, ανηγμένο) σε μια ειδική επιφάνεια της μη χειρόμορφης πρωτονιωμένης βάσης Schiff του α-κετογλουταρικού καθιέρωσε τη διαμόρφωση L του γλουταμινικού. Σχηματισμός Γλουταμινικού & Γλουταμίνης

14 Καθιέρωση της χειρομορφίας & Στερεοχημεία της προσθήκης του πρωτονίου * Καθιέρωση της στερεοχημείας. Στο ενεργό κέντρο της αφυδρογονάσης του γλουταμινικού, ημεταφορά υδριδίου από το NAD(P)H σε μια ειδική επιφάνεια της μη χειρόμορφης πρωτονιωμένης Βάσης Schiff του α-κετογλουταρικού καθιέρωσε την διαμόρφωση L του γλουταμινικού. Στερεοχημεία της προσθήκης πρωτονίου. Στο ενεργό κέντρο μιας τρανσαμινάσης, η προσθήκη ενός πρωτονίου από το κατάλοιπο λυσίνη στην κάτω όψη του κινινοειδούς ενδιαμέσου καθορίζει την διαμόρφωση L του προϊόντος αμινοξέος. Το συντηρημένο κατάλοιπο αργινίνης αντιδρά με την α-καρβοξυλική ομάδα και βοηθά στη δημιουργίατηςκατάλληληςγεωμετρίαςτου κινονοειδούς ενδιαμέσου.

15 Καθιέρωση της χειρομορφίας & Στερεοχημεία της προσθήκης του πρωτονίου Βιοσύνθεση αμινοξέως με τρανσαμίνωση και καθορισμός L διαμόρφωσης του αμινοξέως μέσω του κινονοειδούς ενδιαμέσου

16 Παραγωγή αμινοξέων από ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος κ.α. Οι πορείες για την βιοσύνθεση των αμινοξέων αν και ποικίλουν διαθέτουν ένα σημαντικό κοινό χαρακτηριστικό: ο ανθρακικός σκελετός τους προέρχεται από ενδιάμεσα της γλυκόλυσης, της πορείας των φωσφορικών πεντοζών ή του κύκλου του κιτρικού οξέος. Με βάση τις πρώτες ύλες, τα αμινοξέα μπορούν να ταξινομηθούν σε έξι βιοσυνθετικές οικογένειες.

17 Παραγωγή αμινοξέων: Ασπαραγινικό, Ασπαραγίνη & Αλανίνη + Γλουταμινικό + Οξαλοξικό Τρία α-κετοξέα (α-κετογλουταρικό, οξαλοξικό & πυροσταφυλικό) μπορούν να μετατραπούν σε ένα μόνο βήμα (προσθήκη μιας -ΝΗ3 ομάδας) τα παρακάτω αμινοξέα: (α) α-κετογλουταρικό Γλουταμινικό (β) οξαλοξικό Ασπαραγινικό (γ) πυροσταφυλικό Αλανίνη Πυροσταφυλικό Αλανίνη (+) (α-κετογλουταρικό) Ασπαραγινικό (+) (α-κετογλουταρικό) Ενδιάμεσο ακυλο-αδενυλικού Ασπαραγίνη

18 Παραγωγή αμινοξέων: Γλουταμίνη, Προλίνη & Αργινίνη Γλουταμινικό Πρόδρομο μόριο 3 αμινοξέων Γλουταμίνη Προλίνη Αργινίνη

19 Παραγωγή αμινοξέων: Σερίνη, Γλυκίνη & Κυστεΐνη Σερίνη Γλυκίνη Κυστεΐνη Η σερίνη συντίθεται από 3-φωσφογλυκερικό, ένα ενδιάμεσο της γλυκόλυσης. - Το πρώτο βήμα είναι η οξείδωση σε 3-φωσφοϋδροξυ-πυροσταφυλικό, - Το δεύτερο βήμα είναι η μετατροπή του α-κετοξέος μέσω τρανσαμίνωσης σε 3-φωσφοσερίνη, και - Το τρίτο βήμα είναι η υδρόλυση της τελευταίας σε σερίνη.

20 Παραγωγή αμινοξέων: Σερίνη & Γλυκίνη Καταλύτης: Τρανσυδροξυμεθυλάση της σερίνης + Γλυκίνη σερίνη Τετραϋδροφυλλικό ή Τετραϋδρο-πτεροϋλο-γλουταμινικό Καταλύτης: Τρανσυδροξυμεθυλάση της σερίνης Δομή της Τρανσυδροξυμεθυλάσης της σερίνης : Καταλύει την μεταφορά μιας μονοανθρακικής μονάδας από την πλευρική αλυσίδα της σερίνης στο τετραϋδροφυλλικό προς σχηματισμό της γλυκίνης. Στο σχήμα φαίνεται η μία υπομονάδα του διμερούς ενζύμου, ενώ σημειώνεται η φωσφορική πυριδοξάλη η οποία φέρει την σερίνη και το παράγωγο του τετραϋδροφυλλικού.

21 Παραγωγή αμινοξέων: Σημαντικά μόρια που συμμετέχουν στην βιοσύνθεση αμινοξέων Τετραϋδροφυλλικό: πολυσχιδής φορέας ενεργοποιημένων μονοανθρακικών μονάδων, αποτελείται από τρείς ομάδες: μια υποκατεστημένη πτεριδίνη, π-αμινοβενζοϊκό και μια αλυσίδα ενός ή περισσοτέρων καταλοίπων γλουταμινικού. Τετραϋδροφυλλικό ή Τετραϋδρο-πτεροϋλο-γλουταμινικό S-Αδενοσυλο-μεθειονίνη (SAM): δότης ενεργοποιημένων μεθυλικών ομάδων, συντίθεται κατά την μεταφορά μιας αδενοσυλικής ομάδας από την ΑΤΡ (τριφωσφορική αδενοσύνη) στο άτομο θείου της μεθειονίνης.

22 Παραγωγή αμινοξέων: Κυστεΐνη & Μεθειονίνη (μέσω SAM & ομοκυστεΐνης) Κύκλος ενεργοποιημένου μεθυλίου Η μεθυλική ομάδα της μεθειονίνης ενεργοποιείται με τον σχηματισμό της S-αδενοσυλο-μεθειονίνης

23 Παραγωγή αρωματικών αμινοξέων: Φαινυλαλανίνη & Τυροσίνη Βιοσύνθεση Φαινυλαλανίνης & τυροσίνης μέσω Χορισμικού & κλάδου του Προφαινικού Τα αμινοξέα Φαινυλαλανίνη, Τυροσίνη & Θρυπτοφάνη συντίθενται σε μια κοινή πορεία στο E. coli. Μέσω μια πορείας η οποία περιλαμβάνει την αντίδραση ενδιάμεσων της γλυκόλυσης και της πορείας των φωσφορικών πεντοζών, του φωσφοενολοπυροσταφυλικού και της 4-φωσφορικής ερυθρόζης συντίθεται το χορισμικό. Το χορισμικό αποτελεί την πρόδρομή ένωση για τον σχηματισμό τόσο της Φαινυλαλανίνης και της Τυροσίνης μέσω του προφαινικού (κλάδος του προφαινικού) όσο και της Θρυπτοφάνης μέσω του ανθρανυλικού (κλάδος του ανθρανυλικού)

24 Παραγωγή αρωματικών αμινοξέων: Θρυπτοφάνη Βιοσύνθεση Θρυπτοφάνης μέσω Χορισμικού & κλάδου του ανθρανυλικού

25 Ρύθμιση Βιοσύνθεσης Αμινοξέων Επανατροφοδοτική Αναστολή Οι πορείες για την βιοσύνθεση των αμινοξέων εξαρτώνται από την ποσότητα και δραστικότητα των βιοσυνθετικών ενζύμων που συμμετέχουν σε αυτές. Η πρώτη μη αντιστρεπτή διαδικασία σε μία βιοσυνθετική πορεία είναι το καθοριστικό βήμα και αποτελεί ρυθμιστικό παράγοντα της διαδικασίας. Το τελικό προϊόν της πορείας το Χ συχνά αναστέλλει το ένζυμο το οποίο καταλύει το καθοριστικό βήμα το Α Β. Έτσι επιτυγχάνεται η διατήρηση των δομικών μονάδων και άλλων καθοριστικών παραγόντων της βιοσυνθετικής διαδικασίας (π.χ. μεταβολική ενέργεια). ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: Η δομή της αφυδρογονάσης του 3- φωσφογλυκερικού στην βιοσύνθεση της σερίνης. Το ένζυμο αυτό καταλύει το καθοριστικό βήμα στην βιοσύνθεση της σερίνης. Περιλαμβάνει μια ρυθμιστική περιοχή δέσμευσης του προϊόντος του, της σερίνης. Ηδέσμευσητηςσερίνης μειώνει την δράση του...

26 Αμινοξέα : Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Βάσεις DNA/RNA, ορμόνες, κ.α. + Πουρίνες & πυριμιδίνες (Δομικές μονάδες του DNA και RNA) Ενδιάμεσο στην σύνθεση των σφιγγολιπιδίων, προέρχεται από την σερίνη Ισχυρό αγγειοδιασταλτικό, παράγεται από ιστιδίνη με αποκαρβοξυλίωση ορμόνη ορμόνη Επιλεγμένα βιομόρια τα οποία παράγονται από αμινοξέα. Ταάτοματαοποία συνεισφέρονται από αμινοξέα σημειώνονται με μπλέ χρώμα. Νευροδιαβιβαστής, παράγεται από θρυπτοφάνη

27 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Το γλουταθείο Γλουταθείο Το γλουταθείο είναι ένα γ-γλουταμυλοπεπτίδιο, με τρεις δομικές ομάδες/αμινοξέα. Αποτελείται από ένα κατάλοιπο κυστεΐνης το οποίο συνδέεται στο ένα άκρο με ένα κατάλοιπο γλυκίνης και στο άλλο άκρο με ένα κατάλοιπο γλουταμινικού (το οποίο ενώνεται στην κυστεΐνη με έναν ισοπεπτιδικό δεσμό μεταξύ της πλευρικής καρβοξυλικής ομάδας του γλουταμινικού και της αμινικής ομάδας της κυστεΐνης Εναλλάσσεται μεταξύ μιας ανηγμένης θειολο-μορφής (GSH) και μιας οξειδωμένης μορφής (GSSG). Ποικιλία ρόλων: (α) Στα ζωϊκά κύτταρα προστατεύει τα ερυθροκύτταρα από οξειδωτική βλάβη χρησιμεύοντας ως ρυθμιστικό σουλφυδρυλικών ομάδων, (β) στην αποτοξίκωση, μέσω της αντίδρασής του με το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) και τα οργανικά υπεροξείδια (βλαβερά παραπροϊόντα της αερόβιας ζωής).

28 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Το μονοξείδιο του αζώτου Το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) είναι ένας σημαντικός αγγελιαφόρος σε πολλές πορείες μεταγωγής σήματος στα σπονδυλωτά. Πρόκειται για μια ελεύθερη ρίζα σε αέρια μορφή και παράγεται ενδογενώς από την αργινίνη, σε μια πολύπλοκη αντίδραση η οποία καταλύεται από τη συνθάση του μονοξειδίου του αζώτου. Για την σύνθεσή του απαιτούνται NADPH και O2. Δρα δεσμευόμενο και ενεργοποιώντας μια διαλυτή γουανυλική κυκλάση, ένα σημαντικό ένζυμο στην μεταγωγή σήματος το οποίο είναι ομόλογο με την αδενυλική κυκλάση αλλά περιλαμβάνει μια δομική περιοχή η οποία περιέχει μία προσθετική ομάδα, την αίμη. Η αίμη δεσμεύει το ΝΟ.

29 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Το μονοξείδιο του αζώτου Το Νοbel Ιατρικής 1998 & το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) Louis J. Ignarro, a professor in the department of molecular and medical pharmacology at the UCLA School of Medicine, was one of three recipients of the 1998 Nobel Prize in Physiology "The work of Professor L. Ignarro and his colleagues has opened fields of inquiry that have important implications for improving health and saving lives around the world," said Richard C. Atkinson, UC President. "A distinguished teacher, Professor Ignarro has now won the highest honor a researcher can receive. I am pleased to congratulate him on behalf of the university and to say how proud we are to share in the reflected glow of his accomplishment." The 57-year-old L. Ignarro was one of three American pharmacologists whose research led to the discovery that nitric oxide is used as a signal molecule by the cardiovascular system. The discovery has led to the development of new medical treatments. The Karolinska Institute, which awards the Nobel prize, cited L. Ignarro for his work in determining the chemical nature of the signal molecule EDRF (the endothelium-derived relaxing factor).

30 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Το μονοξείδιο του αζώτου Το Νοbel Ιατρικής 1998 & τα εργοστάσια του Alfred Nobel After 130 years, the molecular mechanism of action of nitroglycerin is revealed Louis J. Ignarro, PNAS, 99, , (2002) Nitroglycerin, which was originally synthesized by Ascanio Sobrero, was used by Alfred Nobel to manufacture dynamite. It was in Nobel's dynamite factories in the late 1860s that the antianginal effect of nitroglycerin was discovered. Two interesting observations were made. First, factory workers on Monday mornings often complained of headaches that disappeared over the weekends. Second, factory workers suffering from angina pectoris or heart failure often experienced relief from chest pain during the work week, but which recurred on weekends. Both effects were attributed to the vasodilator action of nitroglycerin, which quickly became apparent to the physicians and physiologists in local communities. But what was the mechanism of this vasodilator action of the most powerful explosive chemical discovered in the nineteenth century? The answer to this question was not to come for another century. In the late 1970s and early 1980s, the vasodilator effect of nitroglycerin was discovered to be caused by nitric oxide (NO), which was apparently generated from nitroglycerin in vascular smooth muscle. These early observations on NO culminated less than 10 years later, in 1986, with the discovery that mammalian cells synthesize NO. In 1998, about 130 years after Alfred Nobel's invention of dynamite and the first observed clinical benefit of nitroglycerin, the Nobel Prize in Physiology or Medicine was awarded for "Nitric Oxide as a Signaling Molecule in the Cardiovascular System". Despite these achievements, the precise molecular mechanism by which NO is generated from nitroglycerin remained elusive until the work of Chen et al., reported in this issue of PNAS.

31 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Το μονοξείδιο του αζώτου Το Νοbel Ιατρικής 1998 & το..viagra.!!!!!!!!!! «...The discovery that EDRF was ΝΟ led to an avalanche of studies that created an exciting new field in biological research. New physiological and pathophysiological roles for ΝΟ were being discovered on a weekly basis. In record time, several prominent laboratories elucidated the biochemical mechanisms involved in the synthesis of ΝΟ by various cell types. While studying the relaxant effects of ΝΟ on vascular and nonvascular smooth muscle from corpus cavernosum erectile tissue, we realized that the naturally occurring physiological neurotransmitter involved in the erectile response in mammals was unknown. John Garthwaite had just reported that ΝΟ was a neuro transmitter in the brain, and we wondered whether or not ΝΟ could be the neurotransmitter in the so called nonadrenergic noncholinergic neurons that were known to innervate the corpus cavernosum smooth muscle. After all, ΝΟ released from such nerves would be expected to diffuse into the nearby vascular and nonvascular smooth muscle and cause relaxation. Such an effect could account for the marked relaxation of both vascular and nonvascular smooth muscle that accompanies the erectile response and allows for the engorgement of blood in the sinusoidal or trabecular network of blood vessels in the corpus cavernosum. The first carefully designed experiment was successful. Electrical stimulation of strips of rabbit corpus cavernosum caused a transient but marked smooth muscle relaxation that was prevented by addition of a ΝΟ synthase inhibitor and enhanced by addition of a cyclic GMP phosphodiesterase inhibitor. Addition of authentic ΝΟ to organ chambers mimicked the effects of electrical stimulation. A subsequent experiment revealed that electrical stimulation results in the production of ΝΟ in the corpus cavernosum. Further studies using human tissue showed that patients with impotence suffer from an impaired ΝΟ cyclic GMP pathway in the erectile tissue, and this work laid the foundation for the development by others of a drug that proved to be effective for the treatment of impotency in humans. Sildenafil (Viagra R ) promotes the erectile response by inhibiting a specific isoform of cyclic GMP phosphodiesterase and allowing cyclic GMP to accumulate when guanylate cyclase is activated by ΝΟ released from the nerves innervating the erectile tissue...» Από την ιστοσελίδα:

32 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες Η συμμετοχή ενός αμινοξέος στη βιοσύνθεση των προφυρινικών δακτυλίων της αίμης και της χλωροφύλλης αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά όταν ο David Shemin αποφάσισε να χρησιμοποιήσει τον εαυτό του ως... «Ινδικό χοιρίδιο»... Ξεκινώντας στις 12 Φεβρουαρίου 1945 την λήψη επισημασμένης σε 15 Νγλυκίνη. Η λήψη [ 15 Ν]γλουταμινικού είχε ως αποτέλεσμα πολύ μικρή σήμανση στα άτομα αζώτου της αίμης.

33 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες

34 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες Το πρώτο βήμα στη βιοσύνθεση των πορφυρινών στα θηλαστικά είναι η συμπύκνωση της γλυκίνης με το ηλεκτρυλο-coa για τον σχηματισμό δ-αμινολεβουλινικού Η αντίδραση αυτή καταλύεται από την συνθάση του δ-αμινολεβουλινικού (μιτοχονδριακό ένζυμο τηφωσφορικής πυριδοξάλης). Στην συνέχεια δύο μόρια δ-αμινο-λεβουλινικού συμπυκνώνονται για να σχηματίσουν ένα το επόμενο ενδιάμεσο, το πορφοχολινογόνο

35 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες Στο επόμενο βήμα, τέσσερα μόρια πορφοχολινογόνου συμπυκνώνονται «κεφαλή-με-ουρά» για να σχηματίσουν ένα γραμμικό τετραπυρρόλιο σε μια αντίδραση η οποία καταλύεται από την απαμινάση του πορφοχολινογόνου. Η απαμινάση του πορφοχολινογόνου δεσμεύει το γραμμικό τετραπυρρόλιο και στην συνέχεια κυκλοποιείται για τον σχηματισμό του ουροπορφυρινογόνου ΙΙΙ. Το ουροπορφυρινογόνο ΙΙΙ είναι καθοριστικό ενδιάμεσο στην σύνθεση της βιταμίνης Β12 από βακτήρια και της χλωροφύλλης άπό βακτήρια και φυτά

36 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες στις Αιμοσφαιρίνες Μεταφορά Οξυγόνου Οι τριτοταγείς δομές της ανθρώπινης αιμοσφαιρίνης (αλυσίδας α), της ανθρώπινης μυοσφαιρίνης και της ψυχανθο-αιμοσφαιρίνης (λούπινο) είναι συντηρημένες. Κάθε πρωτεΐνη διαθέτει μία ομάδα αίμης περιέχει ένα ιόν σιδήρου στο οποίο δεσμεύεται οξυγόνο.

37 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες στα Κυτοχρώματα Ενζυμα & Κατάλυση Κυτόχρωμα Ρ450 Τρισδιάστατη δομή του συμπλόκου του κυτοχρώματος Ρ450 με το υπόστρωμά του (καμφορά).

38 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες στα Κυτοχρώματα Μεταφορά Πρωτονίων Αναπνευστική Αλυσίδα Δομή της οξειδοαναγωγάσης του ζεύγους Q-κυτοχρώματος c. Δράση: Το σύμπλοκο οξειδοαναγωγάση του ζέυγους Q-κυτοχρώματος c λειτουργεί ως αντλία πρωτονίων της αναπνευστική αλυσίδα. Το κυτόχρωμα c μέσω της προσθετικής του ομάδος,της αίμης, μεταφέρει ηλεκτρόνια. Το κυτόχρωμα c έχει διατηρήσει τα δομικά & λειτουργικά του χαρακτηριστικά σε μια περίοδο εξέλιξης

39 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες στα Κυτοχρώματα Μεταφορά Ενέργειας - Φωτοσύνθεση Βακτηριακό Κέντρο φωτοσύνθεσης ένα ειδικό ζεύγος χλωροφυλλών ξεκινά τον διαχωρισμό φορτίων (Nobel Χημείας 1988).

40 Αμινοξέα: Πρόδρομοι πολλών βιομορίων Οι Πορφυρίνες στα Κυτοχρώματα Φωτοσύστημα ΙΙ Φωτοσύστημα Ι

41 Οι Πορφυρίνες και oi Πορφυρίες (Porphyrias) Οι πορφυρίες (porphyrias) είναι κληρονομικές ή επίκτητες διαταραχές οι οποίες προκαλούνται από ανεπάρκεια των ενζύμων στην βιοσυνθετική πορεία της αίμης. Η πορφυρίνη συντίθεται στους ερυθροβλάστες και στο ήπαρ, που μπορεί να αποτελούν τη θέση της διαταραχής. Η συγγενής ερυθροποιητική πορφυρία (congenital erythropoietic porphyria), καταστρέφει πρόωρα τα ερυθροκύτταρα και οφείλεται στην έλλειψη της συνσυνθάσης. Συμπτώματα: (α) τα ούρα όσων πάσχουν από πορφυρία είναι κόκκινα (λόγωτηςαπέκκρισηςμεγάλων ποσοτήτων ουροπορφυρίνης Ι) (β) Τα δόντια τους παρουσιάζουν έναν έντονο κόκκινο φθορισμό κάτω από υπεριώδες φως λόγω της εναπόθεσης των πορφυρινών (γ) Το δέρμα τους είναι συνήθως πολύ ευαίσθητο στο φως, διότι οι οι φωτοδιεγειρόμενες πορφυρίνες είναι πλήρως ενεργές (οι πορφυρίνες είναι εκτεταμένα π-συζυγιακά συστήματα) Η οξεία διαλείπουσα πορφυρία (acute intermittent porphyria) είναι η πλέον διαδεδομένη από τις πορφυρίες και προσβάλλει το ήπαρ. Η «τρέλα» του Γεωργίου ΙΙΙ, βασιλιά της Αγγλίας κατά την διάρκεια της Αμερικανικής Επανάστασης πιστεύεται ότι οφειλόταν στην πορφυρία αυτή...

42 Ανασκόπηση Κεφαλαίου 24 Καθήλωση αζώτου: Μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν ΑΤΡ και ένα ισχυρό αναγωγικό για να ανάγουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνία. Οι μικοοργανισμοί χρησιμοποιούν ΑΤΡ και ανηγμένη φερρεδοξίνη (Αναγωγάση/Πρωτεΐνη Fe), ένα ισχυρό αναγωγικό, για να αναγάγουν το Ν2 σε ΝΗ4 + και μια πρωτεΐνη Fe-Mo (αζωτάση). Οι ανώτεροι οργανισμοί καταναλώνουν το καθηλωμένο άζωτο για να συνθέσουν αμινοξέα, νουκλεοτίδια και άλλα βιομόρια τα οποία περιέχουν άζωτο. Τα αμινοξέα παράγονται από ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος και άλλων κύριων πορειών. Ο ανθρωπινος οργανισμός μπορεί να συνθέτει τα 11 από την κύρια ομάδα των 20 αμινοξέων (απαραίτητα) ενώ πρέπει να λαμβάνει τα υπόλοιπα (μη-απαραίτητα) από τις τροφές. Κάποια α-κετοξέα, όπως το α-κετογλουταρικό, το οξαλοξικό και το πυροσταφυλικό, άποτελούν τις «πρώτες ύλες» για σημαντικό αριθμό αμινοξέων. Η βιοσύνθεση των αμινοξέων ρυθμίζεται με επανατροφοδοτική αναστολή. Οι περισσότερες από τις πορείες βιοσύνθεσης των αμινοξέων ρυθμίζονται με επανατροφοδοτική αναστολή, κατά την οποία το καθοριστικό βήμα αναστέλλεται αλλοστερικά από το τελικό προϊόν. Τα αμινοξέα είναι πρόδρομοι πολλών βιομορίων: το γλουταθείο (ρυθμιστικό μέσο σουλφυδρυλικών ομάδων και αποτοξίκωσης), το μονοξείδιο του αζώτου (αγγελιαφόρο μόριο, παράγεται από αργινίνη), πορφυρίνες (προσθετικέςομάδεςσεένζυμα, κυτοχρώματα κ.λ.π.).