Jeremy M. Berg. Johns Hopkins University School of Medicine. John L. Tymoczko. Carleton College. Lubert Stryer. Stanford University.

Transcript

1

2 Jeremy M. Berg Johns opkins University School of Medicine John L. Tymoczko Carleton College Lubert Stryer Stanford University μπ Ã ª π Απόδοση στα ελληνικά: Αλέξης Αλετράς Θεώνη Βαλκανά Διονύσιος Δραΐνας Κωνσταντίνος Δραΐνας Ηλίας Κούβελας Γεώργιος Κ. Παπαδόπουλος Μαρία Φράγκου-Λαζαρίδη Επιστημονική επιμέλεια: Αζαρίας Καραμανλίδης Γεώργιος Κ. Παπαδόπουλος ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ ΕΚΔΟΣΕΙΣ ΚΡΗΤΗΣ Ιδρυτική δωρεά Παγκρητικής Ενώσεως Αμερικής ΗΡΑΚΛΕΙΟ 2012

3 ΠANEΠIΣTMIAKEΣ EKΔΣEIΣ KPTΣ IΔPYMA TEXNΛΓIAΣ KAI EPEYNAΣ ράκλειο Kρήτης, T.Θ. 1527, Tηλ.: , , Fax: Aθήνα: Κλεισόβης 3, Tηλ.: , Fax: ΣEIPA: ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΗ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ / ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΕΥΘΥΝΤΣ ΣΕΙΡΑΣ: ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΤΡΑΧΑΝΑΣ Τίτλος πρωτοτύπου: Βiochemistry, 5th Edition 2001, 2002 by W.. Freeman and Company. 1975, 1981, 1988, 1995 by Lubert Stryer. All rights reserved 2001, για την ελληνική γλώσσα: ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΑΚΕΣ EΚΔΟΣΕΙΣ KΡΗΤΗΣ Πρώτη έκδοση σε δύο τόμους: 2004 Πρώτη έκδοση σε έναν τόμο: 2012 Απόδοση στα ελληνικά: Αλέξης Αλετράς (Κεφάλαια 21, 22, 23) Θεώνη Βαλκανά (Κεφάλαια 13, 15, 32 με τη συνεργασία της Αικατερίνης Κωνσταντίνου) Διονύσιος Δραΐνας (Κεφάλαια 8, 9, 10, 11, 14, 16, 17, 20, 24, 26) Κωνσταντίνος Δραΐνας (Κεφάλαια 2, 7, 25, 27, 28, 29, 31) Ηλίας Κούβελας (Κεφάλαιο 34) Γεώργιος Κ. Παπαδόπουλος (Κεφάλαια 1, 12, 18, 19, 30, 33 και 3, 4, 5, 6) Μαρία Φράγκου-Λαζαρίδη (Κεφάλαια 3, 4, 5, 6) Eπιστημονική επιμέλεια: Αζαρίας Καραμανλίδης Γεώργιος Κ. Παπαδόπουλος Στοιχειοθεσία σελιδοποίηση: Παρασκευή Βλάχου (Π.Ε.Κ.) Τεχνική επιμέλεια έκδοσης: Διονυσία Δασκάλου (Π.Ε.Κ.) Eκτύπωση: ΑΝΔΡΕΟΥ Α.Ε. Στο εξώφυλλο: Σύμπλοκο μορίου της αμινοακυλομεταφοράσης του RNA και του παράγοντα επιμήκυνσης EF-Tu, σχεδιασμένο από τον Tomo Narashima. Διαθέσιμο και σε ebook (.pdf) από την ιστοσελίδα ISBN

4 Στους δασκάλους και τους φοιτητές μας

5 Οι συγγραφείς Ο JEREMY M. BERG είναι καθηγητής και διευθυντής στον τομέα βιοφυσικής και βιοχημείας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Johns opkins από το 1990 έλαβε τα πτυχία B.S. και M.S. στη χημεία από το Πανεπιστήμιο του Stanford (όπου εκπαιδεύθηκε στην κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ με τους Keith odgson και Lubert Stryer) και το διδακτορικό του δίπλωμα (Ph.D.) στη χημεία από το Πανεπιστήμιο του arvard με τον Richard olm. Στη συνέχεια ολοκλήρωσε τις μεταδιδακτορικές σπουδές του με τον Carl Pabo. Ο καθηγητής Berg τιμήθηκε με το βραβείο Pure Chemistry της Αμερικανικής Εταιρείας Χημείας (1994), το βραβείο της Eli Lilly για βασική έρευνα στη βιολογική χημεία (1995), τη διάκριση της Πολιτείας Maryland για τον καλύτερο νέο επιστήμονα της χρονιάς (1995) και το βραβείο arrison owe (1997). Κατά τη διάρκεια της θητείας του στο Πανεπιστήμιο Johns opkins έλαβε το βραβείο διδασκαλίας W. Barry Wood (επιλεγείς από τους φοιτητές της Ιατρικής), το βραβείο διδασκαλίας από μεταπτυχιακό φοιτητή και το βραβείο εξαίρετης διδασκαλίας των προκλινικών επιστημών. Έχει συγγράψει, μαζί τον Stephen Lippard, το βιβλίο Principles of Bioinorganic Chemistry. Ο JN L. TYMCZK είναι καθηγητής βιολογίας στην έδρα Towsley του Κολεγίου Carleton, όπου διδάσκει από το Σήμερα διδάσκει βιοχημεία, εργαστηριακή βιοχημεία, ογκογονίδια και μοριακή βιολογία του καρκίνου, και συν-διδάσκει ένα εισαγωγικό μάθημα στη βιοενεργητική και γενετική. Ο καθηγητής Tymoczko έλαβε το πτυχίο B.A. από το Πανεπιστήμιο του Chicago το 1970 και το διδακτορικό του δίπλωμα (Ph.D.) στη βιοχημεία από το ίδιο πανεπιστήμιο με τον Shutsung Liao στο Ben May Institute for Cancer Research. Μετά τις σπουδές του κατέλαβε μεταδιδακτορική θέση στο εργαστήριο του ewson Swift στον τομέα Βιολογίας του Πανεπιστημίου του Chicago. Η έρευνα του καθηγητή Tymoczko εστιάζεται στους υποδοχείς στεροεοδών, τα ριβονουκλεοπρωτεϊνικά σωματίδια και τα πρωτεολυτικά ένζυμα. Ο LUBERT STRYER είναι σήμερα καθηγητής στην έδρα Winzer και καθηγητής νευροβιολογίας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Stanford, στην οποία υπηρετεί από το Έλαβε το πτυχίο του (M.D.) από την Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του arvard. Τιμήθηκε με πολλά βραβεία για την έρευνά του, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνεται το βραβείο της Eli Lilly για βασική έρευνα στη βιολογική χημεία (1970) και το βραβείο των διακεκριμένων εφευρετών από την Intellectual Property wners Association. Το 1984 εξελέγη μέλος της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. Ο καθηγητής Stryer διετέλεσε Πρόεδρος και Επιστημονικός Διευθυντής του Affymax Research Institute. Είναι ιδρυτής και μέλος του επιστημονικού συμβουλίου της Senomyx, μιας εταιρείας η οποία χρησιμοποιεί τη βιοχημική γνώση για να αναπτύξει νέα μόρια με βελτιωμένη γεύση, για χρήση σε καταναλωτικά προϊόντα. Η κυκλοφορία της πρώτης έκδοσης του βιβλίου του Biochemistry το 1975 μεταμόρφωσε τη διδασκαλία της βιοχημείας.

6 Πρόλογος EcoRV Για περισσότερα από 25 χρόνια, και μέσω τεσσάρων εκδόσεων, η Βιοχημεία του Stryer παρουσίαζε αυτό το θαυμάσιο γνωστικό αντικείμενο με έναν εξαιρετικά ελκυστικό και σαφή τρόπο. Ο ελκυστικός τρόπος γραφής και σχεδιασμού του το έκαναν ευχάριστο για διάβασμα και μελέτη από τους φοιτητές σε όλα τα χρόνια της διδασκαλίας μας. Έτσι, είμαστε ευτυχείς που μας δόθηκε η ευκαιρία να συμμετάσχουμε στην αναθεώρησή του. Η εργασία ήταν συναρπαστική και κάπως δύσκολη ακόμη περισσότερο λόγω των εντυπωσιακών αλλαγών οι οποίες μεταμορφώνουν το πεδίο της βιοχημείας στην αρχή του εικοστού πρώτου αιώνα. Η βιοχημεία γρήγορα εξελίσσεται από μια επιστήμη που εκτελείται σχεδόν αποκλειστικά στο εργαστήριο σε μια επιστήμη που μπορεί να εξερευνηθεί με τους υπολογιστές. Η πρόσφατη δυνατότητά τους να προσδιορίζουν ολόκληρες γονιδιωματικές αλληλουχίες παρέσχε τα δεδομένα που χρειάζονται για να πραγματοποιηθούν μαζικές συγκρίσεις των παραγόμενων πρωτεϊνικών αλληλουχιών, τα αποτελέσματα των οποίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διατυπωθούν και να ελεγχθούν υποθέσεις περί της βιοχημικής λειτουργίας. Η δύναμη αυτών των νέων μεθόδων εξηγείται από την επίδραση της εξελικτικής θεωρίας: πολλά μόρια και βιοχημικές πορείες δημιουργήθηκαν από τον διπλασιασμό και την τροποποίηση των υπαρχόντων. Η πρόκλησή μας για το γράψιμο της πέμπτης έκδοσης αυτού του βιβλίου ήταν να εισαγάγουμε μια αλλαγή στη φιλοσοφία της βιοχημείας, διατηρώντας ταυτόχρονα το καθαρό και ελκυστικό στυλ που διέκριναν τις προηγούμενες τέσσερις εκδόσεις. EcoRI Μια νέα προοπτική της μοριακής βάσης της εξελικτικής θεωρίας BamI Εικόνα 9.44 Ένας συντηρημένος δομικός πυρήνας στα περιοριστικά ένζυμα τύπου ΙΙ. Πώς θα έπρεπε να επηρεάσουν τη διδασκαλία της βιοχημείας οι νέες γνώσεις μας για την εξελικτική θεωρία; Συχνά, μακρομόρια με κοινή εξελικτική προέλευση παίζουν πολύ διαφορετικούς βιολογικούς ρόλους αν και έχουν πολλά κοινά δομικά και μηχανιστικά χαρακτηριστικά. Ένα παράδειγμα είναι μια οικογένεια πρωτεϊνών που περιλαμβάνει μακρομόρια τα οποία είναι κρίσιμα για την κίνηση των μυών, για τη μεταβίβαση της πληροφορίας ότι η αδρεναλίνη είναι παρούσα στην κυκλοφορία του αίματος, και για να ωθήσουν τον σχηματισμό αλυσίδων από αμινοξέα. Τα βασικά χαρακτηριστικά μιας τέτοιας οικογένειας πρωτεϊνών, που παρουσιάζονται στον φοιτητή την πρώτη φορά με λεπτομέρειες, γίνονται ένα μοντέλο το οποίο ο φοιτητής μπορεί να εφαρμόσει κάθε φορά που έρχεται αντιμέτωπος με ένα νέο μέλος της οικογένειας. Ο φοιτητής είναι τότε ικανός να επικεντρώσει το ενδιαφέρον του στο πώς τα χαρακτηριστικά αυτά, που παρατηρούνται σε ένα νέο πλαίσιο, έχουν προσαρμοστεί για να υποστηρίξουν άλλες βιοχημικές πορείες. Σε όλο το κείμενο, ένα εικονίδιο γραφήματος δένδρου είναι τοποθετημένο στην αρχή συζητήσεων που εστιάζονται πρωτίστως σε ομολογίες πρωτεϊνών και εξελικτικές προελεύσεις μορίων. ΔΥΟ ΝΕΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ Για να δώσουμε τη δυνατότητα στους φοιτητές να αντιληφθούν τη δύναμη αυτής της γνώσης έχουν προστεθεί δύο νέα κεφάλαια. Το πρώτο, «Βιοχημική Εξέλιξη» (Κεφάλαιο 2), είναι μια

7 vi σύντομη περιήγηση σε θέματα προέλευσης της ζωής και της ανάπτυξης των πολυκύτταρων οργανισμών. Το κεφάλαιο αυτό, σε ένα επίπεδο, παρέχει μια εισαγωγή στα βιοχημικά μόρια και τις βιοχημικές πορείες, καθώς και στο κυτταρικό περιβάλλον τους. Σε ένα άλλο επίπεδο, προσπαθεί να αυξήσει την κατανόηση του φοιτητή, εξετάζοντας πώς αυτά τα μόρια και οι πορείες αναδύθηκαν ως απόκριση σε βασικές βιοχημικές προκλήσεις. Επιπλέον, η εξελικτική προοπτική του Κεφαλαίου 2 καθιστά κάποιες φαινομενικά περίεργες απόψεις της βιοχημείας περισσότερο αντιληπτές από τον φοιτητή. Παραδείγματος χάριν, η παρουσία των ριβονουκλεοτιδικών θραυσμάτων στους βιοχημικούς συμπαράγοντες μπορεί να ερμηνευθεί από την πιθανή ύπαρξη ενός αρχέγονου κόσμου βασισμένου κατά κύριο λόγο στο RNA. Το δεύτερο νέο κεφάλαιο, «Εξερευνώντας την εξέλιξη» (Κεφάλαιο 7), αναπτύσσει την αντιληπτική βάση για τη σύγκριση των αλληλουχιών των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων. Το κεφάλαιο αυτό είναι ανάλογο με τα Κεφάλαια «Εξερευνώντας τις πρωτεΐνες» (Κεφάλαιο 4) και «Εξερευνώντας τα γονίδια» (Κεφάλαιο 6), στα οποία έχουν εξεταστεί διεξοδικά πειραματικές τεχνικές σε προηγούμενες εκδόσεις. Ο στόχος του κεφαλαίου είναι να καταστήσει ικανούς τους φοιτητές να χρησιμοποιούν με κριτικό και αποτελεσματικό τρόπο τον τεράστιο όγκο πληροφοριών σχετικά με αλληλουχίες και δομές που είναι διαθέσιμες στις τράπεζες δεδομένων. ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΟΥ ΚΕΙΜΕΝΟΥ Η εξελικτική προσέγγιση επηρεάζει την οργάνωση του κειμένου, η οποία διαιρείται σε τέσσερις κύριες ενότητες. Όπως έγινε και στην προηγούμενη έκδοση, η πρώτη ενότητα εισάγει τη γλώσσα της βιοχημείας και τις δομές των πιο σημαντικών τάξεων βιολογικών μορίων. ι υπόλοιπες τρεις ενότητες ανταποκρίνονται σε τρεις κύριες εξελικτικές προκλήσεις δηλαδή, την αλληλομετατροπή διαφορετικών μορφών ενέργειας, τη μοριακή αναπαραγωγή και την προσαρμογή των κυττάρων και των οργανισμών σε αλλαγές του περιβάλλοντος. Αυτή η διάταξη είναι ανάλογη με την εξελικτική πορεία που περιγράφεται στο Κεφάλαιο 2 και ρέει φυσικά από το απλό στο πιο περίπλοκο. EGF E͈ΠÙÙ ÚÈÎ appleâúèô EÓ ÔÎ ÙÙ ÚÈÎ appleâúèô P P P Η ENTTA Ι, Ο ΜΟΡΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΖΩΗΣ, εισάγει τις περισσότερο σημαντικές τάξεις των βιολογικών μακρομορίων, περιλαμβανομένων των πρωτεϊνών, των νουκλεϊκών οξέων, των υδατανθράκων και των λιπιδίων, και παρουσιάζει τις βασικές έννοιες της κατάλυσης και της ενζυμικής δράσης. Εδώ υπάρχουν δύο παραδείγματα για το πώς η εξελικτική προοπτική έχει καθορίσει τη διάταξη της ύλης στα κεφάλαια αυτά: Το Κεφάλαιο 9, για τις στρατηγικές κατάλυσης, εξετάζει τέσσερις τάξεις ενζύμων που έχουν εξελιχθεί για να ανταποκριθούν σε ειδικές προκλήσεις: να προαγάγουν μια βασικά αργή χημική αντίδραση, μεγιστοποιώντας την απόλυτη ταχύτητα μιας αντίδρασης, να καταλύσουν μιαν αντίδραση σε μία θέση αλλά όχι σε άλλες εναλλακτικές θέσεις και να εμποδίσουν μια καταστροφική παράπλευρη αντίδραση. Σε κάθε περίπτωση, το κείμενο εξετάζει τον ρόλο της εξέλιξης στον συντονισμό της καθοριστικής ιδιότητας. Το Κεφάλαιο 13, για τους μεμβρανικούς διαύλους και τις αντλίες, περιλαμβάνει τις πρώτες λεπτομερείς τριδιάστατες δομές ενός διαύλου και μιας αντλίας ιόντων. Επειδή οι περισσότεροι άλλοι σημαντικοί δίαυλοι και αντλίες σχετίζονται εξελικτικά με τις πρωτεΐνες αυτές, οι δύο αυτές δομές παρέχουν ισχυρά πλαίσια για να εξεταστεί η μοριακή βάση της δράσης αυτών των τάξεων των μακρομορίων, τόσο σημαντικών για τη λειτουργία του νευρικού και άλλων συστημάτων. Η ENTTA ΙΙ, ΜΕΤΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ, εξετάζει πορείες για την αλληλομετατροπή διαφορετικών μορφών ενέργειας. Το Κεφάλαιο 15, για τη μεταγωγή σήματος, εξετάζει το πώς θραύσματα P Grb-2 YappleÔ Ô EGF Sos GDP GTP Ras GTP GDP EÓÂÚÁfi Ras Εικόνα Πορεία σηματοδότησης από τον ΕGF.

8 vii DNA που κωδικεύουν σχετικά απλά πρωτεϊνικά μόρια, παρά ολόκληρες πρωτεΐνες, έχουν αναμειχθεί και ταυτιστεί κατά τη διάρκεια της εξέλιξης για να δημιουργήσουν τις συνιστώσες που προσδιορίζουν τις πορείες μεταγωγής σήματος. Tο μεγαλύτερο μέρος της ύλης της Eνότητας ΙΙ εξετάζει πορείες για την παραγωγή ΑΤΡ και άλλων μορίων που αποθηκεύουν ενέργεια. Οι πορείες αυτές έχουν οργανωθεί σε ομάδες που μοιράζονται κοινά ένζυμα. Οι επιμέρους αντιδράσεις μπορούν να εξεταστούν μία φορά και να καταδειχθεί η χρησιμότητά τους σε διαφορετικά βιολογικά περιβάλλοντα ενόσω οι συγκεκριμένες αντιδράσεις είναι πρόσφατες στη μνήμη των φοιτητών. Το Κεφάλαιο 16 αφορά τη γλυκόλυση και τη γλυκονεογένεση. Οι πορείες αυτές είναι, κατά κάποιον τρόπο, η μία αντίστροφη της άλλης, και μία ομάδα κοινών ενζύμων καταλύει πολλά βήματα στο κέντρο των πορειών. Καλύπτοντας μαζί τις δύο πορείες μάς διευκολύνει να δείξουμε εμφανώς πώς η ελεύθερη ενέργεια χρησιμοποιείται για να ωθήσει ολόκληρη τη διεργασία είτε προς την κατεύθυνση αποικοδόμησης της γλυκόζης είτε προς την κατεύθυνση της σύνθεσής της. Το Κεφάλαιο 17, για τον κύκλο του κιτρικού οξέος, συνδέει μέσω της γνώσης της εξέλιξης το σύμπλεγμα της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης, η οποία τροφοδοτεί με μόρια τον κύκλο του κιτρικού οξέος, και το σύμπλεγμα της α-κετογλουταρικής αφυδρογονάσης, το οποίο καταλύει ένα από τα βασικά βήματα του ίδιου κύκλου. Η οξειδωτική φωσφορυλίωση, στο Κεφάλαιο 18, ακολουθείται αμέσως από τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, στο Κεφάλαιο 19, προκειμένου να δοθεί έμφαση στα πολλά κοινά χημικά χαρακτηριστικά των πορειών αυτών. Η εξέταση των φωτεινών αντιδράσεων της φωτοσύνθεσης, στο Κεφάλαιο 19, είναι φυσικό να οδηγήσει σε μια συζήτηση για τις σκοτεινές αντιδράσεις δηλαδή, τις συνιστώσες του κύκλου του Calvin στο Κεφάλαιο 20. Αυτή η πορεία είναι φυσικά συνδεδεμένη με την πορεία των φωσφορικών πεντοζών, η οποία επίσης εξετάζεται στο Κεφάλαιο 20, διότι και στις δύο πορείες κοινά ένζυμα αλληλομετατρέπουν σάκχαρα με τρία, τέσσερα, πέντε, έξι και επτά άτομα άνθρακα. Η ENTTA ΙΙΙ, ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΟΡΙΩΝ, εστιάζεται στη σύνθεση των βιολογικών μακρομορίων και των συστατικών τους. Το Κεφάλαιο 24, για τη βιοσύνθεση των αμινοξέων, είναι συνδεδεμένο με το προηγούμενο κεφάλαιο για τον καταβολισμό των αμινοξέων από μια οικογένεια ενζύμων που μεταφέρουν αμινικές ομάδες προς και από τα ανθρακικά πλαίσια των αμινοξέων. Το Κεφάλαιο 25 εξετάζει τη βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων, περιλαμβάνοντας τον ρόλο των αμινοξέων ως βιοσυνθετικών πρόδρομων ενώσεων. Mια βασική εξελικτική γνώση στην οποία εδώ δίνεται έμφαση είναι ότι πολλά από τα ένζυμα στις πορείες αυτές είναι μέλη της ίδιας οικογένειας και καταλύουν ανάλογες χημικές αντιδράσεις. Η εστίαση σε ένζυμα και αντιδράσεις που είναι κοινά στις συγκεκριμένες βιοσυνθετικές πορείες επιτρέπει στον φοιτητή να καταλάβει τη λογική των πορειών, αντί να απομνημονεύσει μια ομάδα από φαινομενικά μη σχετιζόμενες αντιδράσεις. Τα Κεφάλαια 27, 28 και 29 καλύπτουν την αντιγραφή, τον ανασυνδυασμό και την επισκευή του DNA, τη σύνθεση και το μάτισμα του RNA, καθώς και τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Εξελικτικές συνδέσεις μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών συστημάτων αποκαλύπτουν πώς οι βασικές βιοχημικές πορείες έχουν προσαρμοστεί για τη λειτουργία πιο περίπλοκων βιολογικών συστημάτων. Η πρόσφατα διασαφηνισμένη δομή του ριβοσώματος δίνει στον φοιτητή μια ιδέα για τον πιθανό αρχέγονο κόσμο του RNA, στον οποίο μάλλον τα νουκλεϊκά οξέα παρά οι πρωτεΐνες έπαιξαν σχεδόν όλους τους κύριους ρόλους στην κατάλυση σημαντικών πορειών. ENTTA IV, ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΑΛΛΑ- ΓΕΣ, εξετάζει πώς τα κύτταρα αντιλαμβάνονται και προσαρμόζονται σε αλλαγές στο περιβάλλον τους. Eνότητα IV εξετάζει, διαδοχικά, αισθητήρια συστήματα, το ανοσοποιητικό σύστημα, τους μοριακούς κινητήρες και τον κυτταρικό σκελετό. Tα κεφάλαια αυτά δείχνουν εμφανώς πώς οι διεργασίες σηματοδότησης και απόκρισης, που παρουσιάστηκαν νωρίτερα στο κείμενο, ολοκληρώνονται σε πολυκύτταρους οργανισμούς για τη συγκρότηση ισχυρών βιοχημικών συστημάτων για την ανίχνευση περιβαλλοντικών αλλαγών και την απόκριση σε αυτές.

9 viii Στην περιγραφή αυτή είναι και πάλι βασική η προσαρμογή των πρωτεϊνών σε νέους ρόλους. Απόδοση των χημικών εννοιών Προσπαθήσαμε να ενσωματώσουμε τις έννοιες της χημείας σε όλο το κείμενο. Αυτές περιλαμβάνουν τη μηχανιστική βάση της δράσης επιλεγμένων ενζύμων, τη θερμοδυναμική βάση της αναδίπλωσης και της συγκρότησης των πρωτεϊνών και άλλων μακρομορίων, καθώς και τις δομές και τη χημική αντιδραστικότητα των κοινών συμπαραγόντων. Η κατανόηση των θεμελιωδών αυτών θεμάτων δείχνει το πόσο καλά κατανοούμε όλες τις βιολογικές διεργασίες. Ο στόχος μας δεν είναι να εξετάσουμε εγκυκλοπαιδικά τους μηχανισμούς των ενζυμικών αντιδράσεων. Aντ αυτού, έχουμε επιλέξει την εξέταση ειδικών θεμάτων με μεγαλύτερη χημική λεπτομέρεια. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στους φοιτητές να κατανοήσουν πώς οι χημικές πτυχές μιας διεργα- C 3 σίας βοηθούν στην κάλυψη των βιολογικών αναγκών ενός οργανισμού. Η εμβάθυνση στη χημεία εξαρτάται συχνά από τη σαφή κατανόηση των δομών των βιοχημικών μορίων. Όπου ήταν απαραίτητο, ήμασταν ιδιαίτερα προσεκτικοί ώστε οι στερεοχημικές απεικονίσεις αυτών των μορίων να σχεδιαστούν με ακρίβεια. ι δομές αυτές θα επιτρέψουν στους φοιτητές να αναπτύξουν τη διαίσθησή τους για τα σχήματα των μορίων και να αντιληφθούν αβίαστα πώς αυτά τα σχήματα επηρεάζουν την αντιδραστικότητα. AÛappleÈÚ ÓË ( ÎÂÙ ÏÔÛ ÏÈÎ ÏÈÎfi ÔÍ ) Πλήρως ενημερωμένο με τις πρόσφατες ανακαλύψεις Με δεδομένο τον ιλιγγιώδη ρυθμό της σύγχρονης βιοχημείας, δεν προκαλεί έκπληξη το ότι έχει επέλθει σημαντική πρόοδος μετά την κυκλοφορία της τέταρτης έκδοσης του βιβλίου. Aποκορύφωμα της προόδου αυτής ήταν ο προσδιορισμός της αλληλουχίας του ανθρώπινου γονιδιώματος και των γονιδιωμάτων πολλών απλούστερων οργανισμών. Το εξελικτικό πλαίσιο του κειμένου μας επιτρέπει φυσικά να ενσωματώσουμε πληροφορίες από αυτές τις ιστορικές προσπάθειες. Ο προσδιορισμός των τριτοταγών δομών των πρωτεϊνών και των μακρομοριακών συγκροτημάτων προχωρά επίσης με εκπληκτικό ρυθμό. Όπως σημειώθηκε νωρίτερα, η εξέταση των διεγέρσιμων μεμβρανών στο Κεφάλαιο 13 ενσωματώνει τις λεπτομερείς δομές ενός διαύλου ιόντων (του προκαρυωτικου διαύλου καλίου) και μιας αντλίας ιόντων (της ασβεστιο-ατράσης του σαρκοπλασματικού δικτύου). Στο πεδίο της μεταγωγής σήματος έγινε μια συναρπαστική ανακάλυψη: ο προσδιορισμός της δομής ενός υποδοχέα με επτά διαμεμβρανικές έλικες της ροδοψίνης που συμμετέχει στο σύστημα της όρασης, η οποία εξετάζεται στα Κεφάλαια 15 και 32. Στην περιγραφή των διεργασιών της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης στο Κεφάλαιο 18 βοηθηθήκαμε πάρα πολύ από τον προσδιορισμό των δομών δύο μεγάλων συμπλόκων μεμβρανικών πρωτεϊνών, της οξειδάσης του κυτοχρώματος c και της οξειδάσης του κυτοχρώματος bc 1. Πρόσφατες ανακαλύψεις που αφορούν την τριδιάστατη δομή της συνθάσης της ΑΤΡ παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 18, περιλαμβανομένου του αξιοσημείωτου γεγονότος ότι τμήματα του ενζύμου περιστρέφονται κατά την πορεία της κατάλυσης. Ο προσδιορισμός της δομής του ριβοσώματος αλλάζει τελείως την περιγραφή της σύνθεσης των πρωτεϊνών στο Κεφάλαιο 29. Η αποσαφήνιση της δομής του πυρήνα του νουκλεοσώματος ενός μεγάλος συμπλόκου πρωτεΐνης-dna διευκολύνει την περιγραφή βασικών διεργασιών στη ρύθμιση ευκαρυωτικών γονιδίων στο Κεφάλαιο 31. Εικόνα 9.21 Σύμπλοκο πρωτεάσης IV-crixivan.

10 ix Τέλος, το κάθε ένα από τα τρία κεφάλαια της Eνότητας IV είναι βασισμένο σε πρόσφατες δομικές κατακτήσεις. Η ικανότητα του φοιτητή να αντιληφθεί βασικές έννοιες των αισθητήριων συστημάτων (Κεφάλαιο 32) βοηθείται κατά πολύ από τις δομές της ροδοψίνης και του διαύλου καλίου που αναφέρθηκε προηγουμένως. Το Κεφάλαιο 33, για το ανοσοποιητικό σύστημα, περιλαμβάνει τώρα την πιο πρόσφατα προσδιορισμένη δομή του υποδοχέα των κυττάρων Τ και των συμπλόκων του. ÚˆÙÂ ÓË 5 Ο προσδιορισμός των δομών των πρωτεϊνικών μοριακών κινητήρων μυοσίνης και κινεσίνης αποκάλυψε τις εξελικτικές διασυνδέσεις στις οποίες βασίζεται το Κεφάλαιο 34 το οποίο αφορά τους μοριακούς κινητήρες. mrna 3 Το ριβόσωμα (Κεφάλαιο 29) Νέες και βελτιωμένες εικονογραφήσεις Η σχέση δομής και λειτουργίας ήταν ανέκαθεν ένα θέμα μεγάλης σημασίας στη Βιοχημεία. Η σχέση αυτή γίνεται περισσότερο σαφής στους φοιτητές στην παρούσα έκδοση μέσω της εκτεταμένης χρήσης των μοριακών μοντέλων. Τα μοντέλα αυτά είναι ανώτερα από εκείνα της τέταρτης έκδοσης σε αρκετά σημεία. Όλα έχουν σχεδιαστεί και μορφοποιηθεί από έναν από εμάς (JMB), με τη χρησιμοποίηση του λογισμικού MLSCRIPT, προκειμένου να δοθεί έμφαση στα πιο σημαντικά δομικά χαρακτηριστικά. Η φιλοσοφία των συγγραφέων είναι ότι ο αναγνώστης θα πρέπει να είναι σε θέση να γράψει την επικεφαλίδα κοιτάζοντας την εικόνα. Έχουμε επιλέξει τα διαγράμματα κορδέλας ως τα πλέον αποτελεσματικά, καθώς αποτελούν την καλύτερη μέθοδο για να αποδοθεί με σαφήνεια η μοριακή δομή. Όλα τα μοριακά διαγράμματα έχουν αποδοθεί με τον ίδιο τρόπο. Έτσι, οι φοιτητές μπορούν εύκολα να συγκρίνουν δομές και να εξοικειωθούν με την ερμηνεία των μοντέλων. Οι ενδείξεις τονίζουν τα βασικά χαρακτηριστικά των μοριακών μοντέλων Έχουν προστεθεί πολλά καινούργια μοριακά μοντέλα τα οποία χρησιμεύουν ως πηγές γνώσης δομικών λεπτομερειών επιπρόσθετων μορίων, παρέχοντας σε μερικές περιπτώσεις πολλαπλές όψεις του ίδιου μορίου. Εκτός από τα μοριακά μοντέλα, η πέμπτη έκδοση περιλαμβάνει περισσότερα διαγράμματα, παρέχοντας έτσι μια γενική εικόνα των βιοχημικών πορειών και διεργασιών και τοποθετώντας τις διεργασίες στο βιολογικό περιβάλλον τους.

11 x Νέα παιδαγωγικά χαρακτηριστικά Η πέμπτη έκδοση παρέχει στον φοιτητή επιπρόσθετα εργαλεία για να τον βοηθήσει στην εκμάθηση της ύλης του μαθήματος. 4 Ca 2+ KÈÓ ÛË CaM 1 2 ÂappleÙ ÈÔ ÎÈÓ ÛË CaM ΕΙΚΟΝΙΔΙΑ Τα εικονίδια χρησιμοποιούνται για να τονιστούν τρεις κατηγορίες υλικού, κάνοντας την εντόπιση των θεμάτων αυτών ευκολότερη για τον ενδιαφερόμενο φοιτητή ή τον διδάσκοντα. Το ιατρικό σήμα υποδηλώνει μια κλινική εφαρμογή. Εικόνα Η ασβεστιοτροποποιητίνη προσδένεται σε αμφιπαθείς α-έλικες. Οι ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ενθαρρύνουν και βοηθούν τους φοιτητές να εκμεταλλευθούν τα κινούμενα σχέδια και τις εκπαιδευτικές παρουσιάσεις που είναι διαθέσιμες στον δικτυότοπο. Το εικονίδιο γραφήματος δένδρου χαρακτηρίζει εδάφια ή παραγράφους που πρωτίστως ή αποκλειστικώς εξερευνούν πτυχές της βιοχημείας που αφορούν την εξέλιξη των ειδών. Το ποντίκι και ένα δάκτυλο δείχνουν αναφορές σε κινούμενα σχέδια στον δικυότοπο του βιβλίου ( για όσους φοιτητές θέλουν να καταλάβουν καλύτερα τις έννοιες χρησιμοποιώντας τα πολυμέσα. ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Ο αριθμός των ασκήσεων αυξήθηκε κατά 50%. Δημιουργήθηκαν τέσσερις νέες κατηγορίες ασκήσεων προκειμένου να αναπτυχθούν ειδικές δεξιότητες. Οι ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΥ ζητούν από τους φοιτητές να υποθέσουν ή να εκπονήσουν έναν χημικό μηχανισμό. Οι ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΡΜΗΝΕΙΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ είναι ερωτήσεις γύρω από μια ομάδα δεδομένων που παρέχονται σε μορφή πίνακα ή διαγράμματος. Οι ασκήσεις αυτές δίνουν στους φοιτητές μια αίσθηση για το πώς προκύπτουν τα επιστημονικά συμπεράσματα. Οι ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΥ ΥΛΗΣ ΑΠΟ ΔΙΑΦΟΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ζητούν από τους φοιτητές να χρησιμοποιήσουν πληροφορίες από πολλά κεφάλαια για να φθάσουν στη λύση. Οι συγκεκριμένες ασκήσεις δεν παρέχουν απλώς ενημέρωση, αλλά και βοηθούν τον φοιτητή να συνδέσει διαφορετικές πτυχές της βιοχημείας. ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΟΡΟΙ-ΚΛΕΙΔΙΑ Το περίγραμμα στην αρχή κάθε κεφαλαίου, που δίνει τους κύριους τίτλους, χρησιμεύει ως πλαίσιο εργασίας για τον φοιτητή προκειμένου να οργανώσει τις πληροφορίες του κεφαλαίου. Οι κύριοι τίτλοι εμφανίζονται και πάλι στην περίληψη του κεφαλαίου, βοηθώντας στην οργάνωση των πληροφοριών για ευκολότερη ανασκόπηση. Μια ομάδα από όρους-κλειδιά βοηθούν επίσης τον φοιτητή να εστιάζει την προσοχή του και να ανασκοπεί τις σημαντικές έννοιες. GTP ÚÔÛÙ Ê ÏÈÎfi AÎÂÙ ÏÔ-CoA K ÎÏÔ ÙÔ ÎÈÙÚÈÎÔ ÔÍ Ô 8 e - C 2 2 e - 2 C 2 Εικόνα 17.4 Η γλυκόλυση και ο κύκλος του κιτρικού οξέος συνδέονται.

12 Εργαλεία και τεχνικές Η παρούσα έκδοση της Βιοχημείας προσφέρει τρία κεφάλαια τα οποία παρουσιάζουν τα εργαλεία και τις τεχνικές της βιοχημείας: «Εξερευνώντας τις πρωτεΐνες» (Κεφάλαιο 4), «Εξερευνώντας τα γονίδια» (Κεφάλαιο 6) και «Εξερευνώντας την εξέλιξη» (Κεφάλαιο 7). Επιπρόσθετες πειραματικές τεχνικές παρουσιάζονται και αλλού, από την αρχή μέχρι το τέλος του βιβλίου, ανάλογα με τις ανάγκες. ΕΞΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ (Κεφάλαιο 4) Καθαρισμός πρωτεϊνών Υποκεφάλαιο 4.1 Διαφορική φυγοκέντρηση Eδάφιο Εξαλάτωση Eδάφιο Διαπίδυση Eδάφιο Χρωματογραφία διήθησης σε πηκτή Eδάφιο Χρωματογραφία ιοντοανταλλαγής Eδάφιο Χρωματογραφία συγγένειας Eδάφιο Υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης Eδάφιο Ηλεκτροφόρηση σε πηκτή Eδάφιο Ισοηλεκτρικός εστιασμός Eδάφιο Ηλεκτροφόρηση δύο διαστάσεων Eδάφιο Ποιοτική και ποσοτική εκτίμηση του καθαρισμού των πρωτεϊνών Eδάφιο Υπερφυγοκέντρηση Eδάφιο Φασματομετρία μάζας (MALDI-TF) Eδάφιο Αποτύπωση πεπτιδικής μάζας Eδάφιο Αποικοδόμηση Edman Υποκεφάλαιο 4.2 Προσδιορισμός πρωτεϊνικής αλληλουχίας Υποκεφάλαιο 4.2 Παραγωγή πολυκλωνικών αντισωμάτων Eδάφιο Παραγωγή μονοκλωνικών αντισωμάτων Eδάφιο Ενζυμοσύνδετη ανοσοπροσροφητική μέτρηση (ELISA) Eδάφιο Αποτύπωση Western Eδάφιο Μικροσκοπία φθορισμού Eδάφιο Πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη ως δείκτης Eδάφιο Ανοσοκυτταροχημεία με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Eδάφιο Αυτοματοποιημένη σύνθεση πεπτιδίων σε στερεά φάση Υποκεφάλαιο 4.4 Φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού Eδάφιο Ενιζυμένη φασματοσκοπία πυρήνων κατά verhauser Eδάφιο Κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ Eδάφιο ΕΞΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΤΙΣ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ (άλλα κεφάλαια) Η βάση του φθορισμού στην πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνη Eδάφιο Κρυσταλλογραφία διάκρισης χρόνου Eδάφιο Χρησιμοποίηση της φασματοσκοπίας φθορισμού για την ανάλυση αλληλεπιδράσεων ενζύμου-υποστρώματος Eδάφιο Χρησιμοποίηση μη αντιστρεπτών αναστολέων για τη χαρτογράφηση του ενεργού κέντρου Eδάφιο Χρησιμοποίηση αναλόγων μεταβατικών καταστάσεων για τη μελέτη των ενεργών κέντρων των ενζύμων Eδάφιο Καταλυτικά αντισώματα ως ένζυμα Eδάφιο ΕΞΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ (Κεφάλαιο 6) Ανάλυση περιοριστικών ενζύμων Εδάφια και Τεχνικές αποτύπωσης Southern και Northern Eδάφιο Προσδιορισμός της αλληλουχίας DNA με τη μέθοδο διδεοξυαναλόγων Sanger Eδάφιο Ανάλυση νουκλεϊκών οξέων σε στερεά φάση Eδάφιο Αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR) Eδάφιο Τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA Υποκεφάλαια Κλωνοποίηση DNA σε βακτήρια Εδάφια και Χρωμοσωμικό βάδισμα Eδάφιο Κλωνοποίηση ευκαρυωτικών γονιδίων σε βακτήρια Eδάφιο Εξετάζοντας τα επίπεδα έκφρασης (γονιδιακά τσιπ) Eδάφιο Εισάγοντας γονίδια στα ευκαρυωτικά Eδάφιο Διαγονιδιακά ζώα Eδάφιο Καταστροφή γονιδίων Eδάφιο Ογκοεπαγωγά πλασμίδια Eδάφιο Μεταλλαξιγένεση σε συγκεκριμένη θέση Υποκεφάλαιο 6.4 ΕΞΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ (άλλα κεφάλαια) Καταβύθιση ισορροπίας σε βαθμίδωση πυκνότητας Eδάφιο Τεχνική αποτύπωσης για την απομόνωση και τον χαρακτηρισμό περιοχών προαγωγέα Eδάφιο Ανοσοκαθίζηση χρωματίνης (ChIP) Eδάφιο ΕΞΕΡΕΥΝΩΝΤΑΣ ΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ (Κεφάλαιο 7) Μέθοδοι σύγκρισης αλληλουχιών Υποκεφάλαιο 7.2 Μέθοδοι αντιστοίχισης αλληλουχιών Υποκεφάλαιο 7.2 Εκτίμηση της στατιστικής σημαντικότητας των αντιστοιχίσεων (με ανακάτεμα) Eδάφιο Πίνακες υποκαταστάσεων Eδάφιο Εκμαγεία αλληλουχιών Eδάφιο Αυτο-διαγώνιες γραφικές παραστάσεις για την εύρεση επαναλαμβανόμενων μοτίβων Eδάφιο Χαρτογράφηση δευτεροταγών δομών μέσω συγκρίσεων αλληλουχιών RNA Eδάφιο Κατασκευή εξελικτικών δένδρων Υποκεφάλαιο 7.4 Συνδυαστική χημεία Eδάφιο ΑΛΛΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ Προσδιορισμός της αλληλουχίας των υδατανθράκων με τη χρησιμοποίηση φασματομετρίας μάζας MALDI-TF Eδάφιο Χρησιμοποίηση λιποσωμάτων για τη διερεύνηση της διαπερατότητας των μεμβρανών Eδάφιο Χρησιμοποίηση γραφικών παραστάσεων υδροπάθειας για τον εντοπισμό διαμεμβρανικών ελίκων Eδάφιο Ανάνηψη φθορισμού μετά από φωτολεύκανση (FRAP) για τη μέτρηση της πλευρικής διάχυσης στις μεμβράνες Υποκεφάλαιο 12.6 Τεχνική παγίδευσης τάσης μεμβρανικών τμημάτων για τη μέτρηση της δραστικότητας των διαύλων Eδάφιο Μέτρηση του δυναμικού οξειδοαναγωγής Eδάφιο Απεικόνιση με λειτουργικό μαγνητικό συντονισμό (fmri) Eδάφιο ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΚΙΝΟΥΜΕΝΩΝ ΣΧΕΔΙΩΝ: Επεξηγήσεις με κινούμενα σχέδια των πειραματικών τεχνικών που χρησιμοποιούνται για την εξερεύνηση των γονιδίων και των πρωτεϊνών είναι διαθέσιμες στη διεύθυνση

13 Κλινικές εφαρμογές Tο εικονίδιο αυτό σηματοδοτεί στο κείμενο την περιγραφή μιας κλινικής εφαρμογής. Πρόσθετοι, πιο περιληπτικοί κλινικοί συσχετισμοί εμφανίζονται και στο κείμενο, χωρίς να σημειώνονται με το εικονίδιο. Ασθένειες prion Eδάφιο Σκορβούτο και σταθεροποίηση του κολλαγόνου Eδάφιο Ανίχνευση αντιγόνου με ELISA Eδάφιο Ανεπάρκεια βαζοπρεσίνης Υποκεφάλαιο 4.4 Δράση πενικιλίνης Eδάφιο Υδατοδιαλυτές βιταμίνες Eδάφιο Λιποδιαλυτές βιταμίνες στην πήξη του αίματος και στην όραση Eδάφιο Αναστολείς πρωτεασών Eδάφιο Ανθρακική ανυδράση και οστεοπόρωση Υποκεφάλαιο 9.2 Η χρήση των ισοενζύμων για τη διάγνωση καταστροφής ιστών Eδάφιο 10.3 Εμφύσημα Eδάφιο Παρεμπόδιση θρόμβωσης Eδάφιο Αιμοφιλία Eδάφιο Ρύθμιση της πήξης του αίματος Eδάφιο Ομάδες αίματος Eδάφιο Αντιβιοτικά ως αναστολείς της γλυκοζυλίωσης Eδάφιο Βλεννολιπίδωση ΙΙ Eδάφιο Επιλεκτίνες και απόκριση της φλεγμονής Eδάφιο Ιός της γρίπης Eδάφιο Κλινική χρήση των λιποσωμάτων Eδάφιο Ασπιρίνη και ibuprofen Eδάφιο Δακτυλίτιδα και συμφορητική καρδιακή ανεπάρκεια Eδάφιο Πολυφαρμακευτική αντίσταση και κυστική ίνωση Υποκεφάλαιο 13.3 Αναστολείς πρωτεϊνικών κινασών ως αντικαρκινικά φάρμακα Eδάφιο Χολέρα και κοκκύτης Eδάφιο Δυσανεξία λακτόζης Eδάφιο Τοξικότητα γαλακτόζης Eδάφιο Καρκίνος και γλυκόλυση Eδάφιο Έλλειψη φωσφατάσης και γαλακτική οξέωση Eδάφιο Μπέρι μπέρι και δηλητηρίαση από υδράργυρο και αρσενικό Eδάφιο Μιτοχονδριακές νόσοι Eδάφιο Αιμολυτική αναιμία Eδάφιο Ανεπάρκεια της αφυδρογονάσης της 6-φωσφορικής γλυκόζης Eδάφιο Νόσοι αποθήκευσης γλυκογόνου Eδάφιο Στεατόρροια σε ηπατικά νοσήματα Eδάφιο Ανεπάρκεια καρνιτίνης Eδάφιο Σύνδρομο Zellweger Eδάφιο Χρησιμοποίηση των αναστολέων της συνθάσης των λιπαρών οξέων ως φαρμάκων Eδάφιο Επιδράσεις της ασπιρίνης στις σηματοδοτικές πορείες Eδάφιο Καρκίνος του τραχήλου της μήτρας και ουβικιτίνη Eδάφιο Αποικοδόμηση πρωτεϊνών και ανοσοαπόκριση Κληρονομικές βλάβες του κύκλου της ουρίας (υπεραμμωνιαιμία) Eδάφιο Εκ γενετής σφάλματα της αποικοδόμησης των αμινοξέων Υποκεφάλαιο 23.6 Υψηλά επίπεδα ομοκυστεΐνης και αγγειακή νόσος Eδάφιο Κληρονομικές διαταραχές του μεταβολισμού της πορφυρίνης Eδάφιο Αντικαρκινικά φάρμακα που παρεμποδίζουν τη σύνθεση του θυμιδυλικού Eδάφιο Πελάγρα Υποκεφάλαιο 25.5 Ουρική αρθρίτιδα Eδάφιο Σύνδρομο Lesch-Nyhan Eδάφιο Διακοπή του μεταβολισμού των λιπιδίων ως αιτία του συνδρόμου αναπνευστικής δυσφορίας και της ασθένειας Tay- Sachs Eδάφιο Διαγνωστική χρήση των επιπέδων χοληστερόλης του αίματος Eδάφιο Υπερχοληστερολαιμία και αθηροσκλήρωση Eδάφιο Κλινική ρύθμιση των επιπέδων χοληστερόλης Eδάφιο Ραχίτιδα και βιταμίνη D Eδάφιο Αντιβιοτικά που στοχεύουν τη DNA γυράση Eδάφιο Ελαττωματική επιδιόρθωση του DNA και καρκίνος Eδάφιο Χορεία untigton Eδάφιο Ανίχνευση καρκινογόνων (δοκιμασία Ames) Eδάφιο Αντιβιοτικά ως αναστολείς της μεταγραφής Eδάφιο Λέμφωμα Burkitt και λευχαιμία των κυττάρων Β Eδάφιο Θαλασσαιμία Eδάφιο Αντιβιοτικά που αναστέλλουν την πρωτεϊνοσύνθεση Eδάφιο Διφθερίτιδα Eδάφιο Παρατεταμένη ασιτία Eδάφιο Διαβήτης Eδάφιο Ρύθμιση του βάρους του σώματος Eδάφιο Μεταβολικές επιδράσεις της αιθανόλης Eδάφιο 30.5 Αναβολικά στεροειδή Eδάφιο SERMs και καρκίνος του μαστού Eδάφιο Αχρωματοψία Eδάφιο Χρησιμοποίηση της καψαϊκίνης στην αντιμετώπιση του πόνου Eδάφιο MC και απόρριψη μοσχεύματος Eδάφιο Καταστολείς του ανοσοποιητικού συστήματος Εδάφιο Εμβόλιο κατά του AIDS Eδάφιο Νοσήματα αυτοανοσίας Eδάφιο Ανοσοποιητικό σύστημα και καρκίνος Eδάφιο Μυοσίνες και κώφωση Eδάφιο Κινησίνες και διαταραχές του νευρικού συστήματος Υποκεφάλαιο 34.3 Ταξόλη Eδάφιο

14 Μοριακές πτυχές της εξελικτικής θεωρίας Tο εικονίδιο αυτό σηματοδοτεί την αρχή πολλών συζητήσεων που τονίζουν ομοιότητες πρωτεϊνών ή άλλες γνώσεις σχετικές με τις μοριακές πτυχές της εξελικτικής θεωρίας οι οποίες παρέχουν ένα πλαίσιο για να βοηθήσουν τους φοιτητές να οργανώσουν τη σχετική ύλη. Γιατί αυτό το σύνολο των 20 αμινοξέων; Υποκεφάλαιο 3.1 Πολλά εξόνια κωδικεύουν δομικές περιοχές πρωτεϊνών Eδάφιο Καταλυτικές τριάδες σε υδρολυτικά ένζυμα Eδάφιο Κύριες τάξεις ενζύμων που διασπούν πεπτίδια Eδάφιο Ενεργά κέντρα βασισμένα στον ψευδάργυρο στις ανθρακικές ανυδράσες Eδάφιο Ένας κοινός καταλυτικός πυρήνας στα περιοριστικά ένζυμα τύπου ΙΙ Eδάφιο Δομικές περιοχές ΝΤΡάσης με θηλιές Ρ Eδάφιο Εμβρυϊκή αιμοσφαιρίνη Eδάφιο Ένας κοινός καταλυτικός πυρήνας στις πρωτεϊνικές κινάσες Eδάφιο Γιατί θα μπορούσαν να διαφέρουν οι τύποι αίματος στον άνθρωπο; Eδάφιο Εξελικτικά συγγενείς αντλίες ιόντων Υποκεφάλαιο 13.2 ΑΤΡάσες τύπου Ρ Eδάφιο Κασέτες δέσμευσης της ΑΤΡ Υποκεφάλαιο 13.3 Οικογένειες δευτερογενών μεταφορέων Υποκεφάλαιο 13.4 Υπομονάδες υποδοχέα ακετυλοχολίνης Eδάφιο Συγκρίσεις αλληλουχιών cdna των διαύλων νατρίου Eδάφιο Ομολογίες διαύλων καλίου και νατρίου Eδάφιο Χρησιμοποίηση συγκρίσεων αλληλουχιών για να κατανοήσουμε τους διαύλους νατρίου και ασβεστίου Eδάφιο Εξέλιξη των μεταβολικών πορειών Eδάφιο Πώς ο ιός του σαρκώματος Rous απέκτησε το ογκογονίδιό του Υποκεφάλαιο 15.5 Επαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά των πορειών μεταγωγής σήματος Υποκεφάλαιο 15.6 Γιατί η γλυκόζη είναι σημαντικό καύσιμο; Eδάφιο Μια κοινή θέση σύνδεσης στις αφυδρογονάσες Eδάφιο Η υπεροικογένεια των διευκολυντών της μεταφοράς Eδάφιο Ισοενζυμικές μορφές της γαλακτικής αφυδρογονάσης Eδάφιο Εξελικτικέή σχέση της γλυκόλυσης και της γλυκονεογένεσης Eδάφιο Αποκαρβοξυλίωση του α-κετογλουταρικού και του πυροσταφυλικού Eδάφιο Εξέλιξη της συνθετάσης του ηλεκτρυλο-coa Eδάφιο Ιστορία της εξέλιξης του κύκλου του κιτρικού οξέος Eδάφιο Ενδοσυμβιωτικές προελεύσεις των μιτοχονδρίων Eδάφιο Διατήρηση της δομής του κυτοχρώματος c Eδάφιο Κοινά γνωρίσματα της συνθάσης της ΑΤΡ και των πρωτεϊνών G Eδάφιο Σχετιζόμενες αποσυζευκτικές πρωτεΐνες Eδάφιο Εξέλιξη των χλωροπλαστών Eδάφιο Εξελικτικές απαρχές της φωτοσύνθεσης Υποκεφάλαιο 19.6 Εξέλιξη της πορείας C 4 Eδάφιο Αυξανόμενη πολυπλοκότητα στη ρύθμιση της φωσφορυλάσης του γλυκογόνου Eδάφιο Η οικογένεια της α-αμυλάσης Eδάφιο Ένα επαναλαμβανόμενο μοτίβο στην ενεργοποίηση των καρβοξυλικών ομάδων Eδάφιο Οι συνθετάσες των πολυκετιδίων και των μη ριβοσωματικών πεπτιδίων μοιάζουν με τη συνθάση των λιπαρών οξέων Eδάφιο Προκαρυωτικά ισοδύναμα της πορείας της ουβικιτίνης και του πρωτεοσώματος Eδάφιο Μια οικογένεια ενζύμων που εξαρτώνται από την πυριδοξάλη Eδάφιο Εξέλιξη του κύκλου της ουρίας Eδάφιο Δομική περιοχή ΝΤΡάσης με θηλιά Ρ στην αζωτάση Eδάφιο Επαναλαμβανόμενα βήματα στη σύνθεση του πουρινικού δακτυλίου Eδάφιο Ριβονουκλεοτιδικές αναγωγάσες Eδάφιο 25.3 Αύξηση των επιπέδων του ουρικού στη διάρκεια της εξέλιξης των πρωτευόντων Eδάφιο Η υπεροικογένεια του κυτοχρώματος Ρ450 Eδάφιο DNA πολυμεράσες Eδάφιο Ελικάσες Eδάφιο Εξελικτικές συγγένειες των ανασυνδυασών και των τοποϊσομερασών Eδάφιο Ομοιότητες στη μεταγραφική μηχανή μεταξύ αρχαίων και ευκαρυωτικών Eδάφιο Εξέλιξη του ματίσματος που καταλύεται από τα επανασυνδεοσώματα Υποκεφάλαιο 28.4 Τάξεις των αμινοακυλο-trna συνθετασών Eδάφιο Σύσταση του αρχέγονου ριβοσώματος Eδάφιο Εξέλιξη των μοριακών μιμητικών ενώσεων Eδάφιο Μια οικογένεια πρωτεϊνών με κοινές δομικές περιοχές πρόσδεσης προσδέματος Eδάφιο Ανεξάρτητη εξέλιξη των θέσεων πρόσδεσης DNA των ρυθμιστικών πρωτεϊνών Eδάφιο Νησίδες GpG Eδάφιο Στοιχεία απόκρισης στον σίδηρο Eδάφιο Η οικογένεια υποδοχέων οσμογόνων μορίων Eδάφιο Εξέλιξη του mrna των υποδοχέων της γεύσης Eδάφιο Εξέλιξη των φωτοϋποδοχέων Eδάφιο Η πτυχή της ανοσοσφαιρίνης Υποκεφάλαιο 33.2 Συγγένεια της ακτίνης με την εξοκινάση και άλλες προκαρυωτικές πρωτεΐνες Eδάφιο Οι σωληνίνες στην οικογένεια ΝΤΡασών με θηλιές Ρ Eδάφιο

15 Ευχαριστίες Υπάρχει μια παλιά παροιμία που λέει ότι ποτέ δεν μαθαίνεις πραγματικά ένα θέμα έως ότου το διδάξεις. Τώρα ξέρουμε ότι μαθαίνεις ένα θέμα ακόμη καλύτερα όταν γράψεις για αυτό. Ετοιμάζοντας την πέμπτη έκδοση της Βιοχημείας, μας δόθηκε μια θαυμάσια ευκαιρία να ενώσουμε την αγάπη μας για τη βιοχημεία και τη διδασκαλία και να μοιραστούμε τον ενθουσιασμό μας με φοιτητές σε όλο τον κόσμο. Παρ όλα αυτά, το έργο ήταν δύσκολο διότι είχαν γίνει πολλές ενδιαφέρουσες ανακαλύψεις μετά τη δημοσίευση της τέταρτης έκδοσης. Το ερώτημα που συχνά αντιμετωπίσαμε ήταν: Ποια βιοχημική γνώση αξίζει να έχουμε; Για να απαντήσουμε στο ερώτημα αυτό χρειάστηκε μια προσπάθεια να κατανοήσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο από το νέο υλικό και στη συνέχεια να αποφασίσουμε τί να περιλάβουμε και, ακόμη δυσκολότερο, τί να αποκλείσουμε. Εντούτοις, δεν αρχίσαμε από το μηδέν. Γράφοντας την πέμπτη έκδοση της Βιοχημείας του Stryer, αισθανόμαστε και τυχεροί και τρομοκρατημένοι. Τυχεροί, διότι είχαμε ως σημείο εκκίνησης το καλύτερο βιβλίο βιοχημείας που γράφηκε ποτέ. Τρομοκρατημένοι, διότι είχαμε ως σημείο εκκίνησης το καλύτερο βιβλίο βιοχημείας που γράφηκε ποτέ με την πρόκληση να το βελτιώσουμε. Στον βαθμό που το επιτύχαμε, αυτό έγινε χάρη στη βοήθεια πολλών ανθρώπων. Οι ευχαριστίες απευθύνονται πρωτίστως και κυρίως στους φοιτητές μας στο Πανεπιστήμιο Johns opkins και στο Κολέγιο Carleton. Καμία λέξη δεν γράφηκε και καμία εικόνα δεν κατασκευάστηκε δίχως τη γνώση ότι έξυπνοι, αφοσιωμένοι φοιτητές θα εντόπιζαν αμέσως την όποια αοριστία και αμφισημία. Ο ένας από εμάς (JMB) ευχαριστεί ειδικά τα μέλη του εργαστηρίου Berg τα οποία με προθυμία ανέχθηκαν μια κατάσταση παραμέλησής τους για χρόνια, καθώς και τις απαιτήσεις για έλεγχο των προκαταρκτικών σχεδίων των εικονογραφήσεων όταν θα μπορούσαν να συζητούν μάλλον για την έρευνά τους. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλονται στην Dr. Barbara Amann και την Kathleen Kolish οι οποίες βοήθησαν στη διατήρηση κάποιας τάξης μέσα στο χάος. Ευχαριστούμε επίσης τους συναδέλφους μας στο Πανεπιστήμιο Johns opkins και στο Κολέγιο Carleton οι οποίοι μας υποστήριξαν, μας συμβούλευσαν, μας έδωσαν οδηγίες και απλώς μας ανέχθηκαν στη διάρκεια αυτής της κοπιαστικής δουλειάς. Ο ένας από εμάς (JLT) πήρε μια γενναιόδωρη επιχορήγηση από το Κολέγιο Carleton, χάρη στην οποία απαλλάχτηκε από μερικές από τις ακαδημαϊκές υποχρεώσεις του και έτσι μπόρεσε να αφοσιωθεί περισσότερο στο βιβλίο. Είμαστε ευγνώμονες στους συναδέλφους μας σε όλο τον κόσμο οι οποίοι λειτούργησαν ως κριτές της νέας έκδοσης. Τα εύστοχα σχόλιά τους και οι υποδείξεις που μας έκαναν και η ενθάρρυνση που μας έδωσαν ήταν ανεκτίμητη βοήθεια σε μας προκειμένου να διατηρηθεί η εξαίρετη ποιότητα των προηγούμενων εκδόσεων του βιβλίου. Οι κριτές αυτοί είναι: Mark Alper, University of California at Berkeley L. Mario Amzel, Johns opkins University Paul Azari, Colorado State University Ruma Banerjee, University of Nebraska Michael Barbush, Baker University Douglas Barrick, Johns opkins University Loran L. Bieber, Michigan State University Margaret Brosnan, University of Newfoundland Lukas K. Buehler, University of California at San Diego C. Allen Bush, University of Maryland, Baltimore County Tom Cech, oward ughes Medical Institute scar P. Chilson, Washington University Steven Clarke, University of California at Los Angeles Philip A. Cole, Johns opkins University School of Medicine Paul A. Craig, Rochester Institute of Technology David L. Daleke, Indiana University David Deamer, University of California at Santa Cruz Frank. Deis, Rutgers University Eric S. Eberhardt, Vassar College Duane C. Eichler, University of San Francisco School of Medicine Stephen. Ellis, Auburn University Nuran Ercal, University of Missouri at Rolla Gregg B. Fields, Florida Atlantic University Gregory J. Gatto, Jr., Johns opkins University Nancy Counts Gerber, San Francisco State University Claiborne Glover III, University of Georgia E. M. Gregory, Virginia Polytechnic Institute and State University Mark Griep, University of Nebraska at Lincoln ebe M. Guardiola-Diaz, Trinity College James R. eitz, Mississippi State University Neville R. Kallenbach, New York University arold Kasinsky, University of British Columbia Dan Kirschner, Boston College G. Barrie Kitto, University of Texas at Austin James F. Koerner, University of Minnesota John Koontz, University of Tennessee Gary R. Kunkel, Texas A&M University David. Lambeth, University of North Dakota Timothy Logan, Florida State University Douglas D. McAbee, California State University at Long Beach William R. Marcotte, Jr., Clemson University Alan Mellors, University of Guelph Dudley G. Moon, Albany College of Pharmacy Kelley W. Moremen, University of Georgia

16 Scott Napper, University of Saskatchewan Jeremy Nathans, Johns opkins University School of Medicine James W. Phillips, University of ealth Sciences Terry Platt, University of Rochester Medical Center Gary J. Quigley, unter College, City University of New York Carl Rhodes, oward ughes Medical Institute Gale Rhodes, University of Southern Maine Mark Richter, University of Kansas Anthony S. Serianni, University of Notre Dame Ann E. Shinnar, Barnard College Jessup M. Shively, Clemson University Roger D. Sloboda, Dartmouth College Carolyn M. Teschke, University of Connecticut Dean R. Tolan, Boston University Gordon Tollin, University of Arizona Jeffrey M. Voigt, Albany College of Pharmacy M. Gerard Waters, Princeton University Linette M. Watkins, Southwest Texas State University Gabriele Wienhausen, University of California at San Diego James D. Willett, George Mason University Gail R. Willsky, State University of New York at Buffalo Dennis Winge, University of Utah Charles F. Yocum, University of Michigan Η εργασία με τους συνεργάτες μας στον εκδοτικό οίκο W.. Freeman and Company ήταν μια θαυμάσια εμπειρία. Θα θέλαμε ειδικά να αναγνωρίσουμε τις προσπάθειες των παρακάτω ανθρώπων: Η επιμελήτρια Susan Moran συνέβαλε τα μέγιστα στην επιτυχία αυτού του έργου. Στη διάρκεια των εργασιών η Susan έγινε μια αφοσιωμένη φοιτήτρια βιοχημείας. Η κατανόησή της για το πώς η ύλη, το κείμενο και οι εικόνες θα γίνονταν αντιληπτά από τους φοιτητές και η προσήλωσή της στην τελειότητα ήταν αληθινή έμπνευση. Η επιμελήτρια του έργου Georgia Lee adler διαχειρίστηκε τη ροή ολόκληρου του έργου από το χειρόγραφο έως το τελικό προϊόν μερικές φορές με ένα «βελούδινο γάντι» και άλλες φορές πιο δυναμικά, αλλά πάντοτε αποτελεσματικά. Η προσεκτική διορθώτρια του χειρογράφου Patricia Zimmerman αύξησε τη συνοχή και τη σαφήνεια του κειμένου. Οι σχεδιάστριες Vicki Tomaselli και Patricia McDermond παρήγαγαν το σχέδιο της διάταξης του βιβλίου ώστε να είναι οργανωτικά σαφές και αισθητικά ευχάριστο. Η ακούραστη αναζήτηση των δικών μας ερευνητών φωτογραφίας, της Vikii Wong και της Dena Betz, για τις όσο το δυνατόν καλύτερες φωτογραφίες, συνεισέφερε αποτελεσματικά στη σαφήνεια και την ελκυστικότητα του κειμένου. Η Cecilia Varas, συντονίστρια εικονογράφησης, επιθεώρησε επιδέξια την απόδοση εκατοντάδων νέων εικονογραφήσεων και η Julia DeRosa, διευθύντρια παραγωγής, χειρίστηκε έξυπνα όλες τις δυσκολίες του προγραμματισμού, της σύνθεσης και της υλοποίησης του έργου. Ο Neil Clarke του Πανεπιστημίου Johns opkins, η Sonia DiVittorio και ο Mark Santee καθοδήγησαν τις εργασίες των πολυμέσων που σχετίζονται με το βιβλίο. Οι επιδεξιότητες του Neil ως δασκάλου και η γνώση της δύναμης και των παγίδων των υπολογιστών, οι επιδεξιότητες της Sonia στη διόρθωση και στον συντονισμό, καθώς και η καλλιτεχνική της αίσθηση αλλά και η διαχείριση από τον Mark ενός έργου που άλλαζε συνεχώς, έκαναν τον δικτυότοπο ένα ισχυρό συμπλήρωμα του κειμένου και πολύ διασκεδαστικό να τον εξερευνάς. Θέλουμε επίσης να ευχαριστήσουμε αυτούς που ανέπτυξαν τα πολυμέσα, οι οποίοι μετασχημάτισαν τα γραπτά σε κινούμενα σχέδια που υπάρχουν στην ιστοσελίδα μας. Για τις ομάδες των Conceptual Insights ευχαριστούμε τον Nick McLeod, την Koreen Wykes, τον Dr. Roy Tasker, τον Robert Bleeker και τον David egarty του CADRE DESIGN. Για τις τριδιάστατες μοριακές απεικονίσεις των Structural Insights ευχαριστούμε τον Timothy Driscoll (molvisions.com - 3D molecular visualization). Ο Daniel J. Davis του Πανεπιστημίου του Αρκάνσας στο Fayettville ετοίμασε τα διαγωνίσματα γνώσεων on line. Η εκδότρια Michelle Julet ήταν ο κύριος υποστηρικτής μας, ο αυστηρός εργοδότης μας και ο παρηγορητής μας. Αυτή μας έδινε το κουράγιο να συνεχίσουμε όταν ήμασταν κουρασμένοι, εξουθενωμένοι και αποθαρρυμένοι. Μαζί με τη Michelle, οι ειδικοί του μάρκετινγκ John Britch και Carol Coffey μας εισήγαγαν στην επιχείρηση των εκδόσεων. Επίσης ευχαριστούμε τους ανθρώπους των πωλήσεων στην W.. Freeman and Company για τις εξαιρετικές προτάσεις τους και την έρευνα αγοράςø ιδιαίτερα ευχαριστούμε την αντιπρόεδρο πωλήσεων Marie Schappert και τους David Kennedy, Chris Spavins, Julie irshman, Cindi Weiss- Goldner, Kimberly Manzi, Connaught Colbert, Michele Merlo, Sandy Manly, και τον Mike Krotine. Ευχαριστούμε την Elizabeth Widdicombe, Πρόεδρο της W.. Freeman and Company, γιατί δεν έχασε ποτέ την πίστη της σε μας. Τελικά, το έργο δεν θα είχε πραγματοποιηθεί δίχως την ανεξάντλητη υποστήριξη των οικογενειών μας ιδιαίτερα των συζύγων μας Wendie Berg και Alison Unger. Η υπομονή, η ενθάρρυνση και ο ενθουσιασμός τους έκαναν την προσπάθεια αυτή δυνατή. Επίσης ευχαριστούμε τα παιδιά μας, Alex, Corey και Monica Berg, και Janina και Nicholas Tymoczko, για την ανεκτικότητά τους και το καλό τους χιούμορ και για το ότι μας έδιναν διαρκώς τη σωστή οπτική γωνία για να κρίνουμε τί είναι σημαντικό στη ζωή.

17 Συνοπτικά περιεχόμενα ΕΝΟΤΗΤΑ I Ο ΜΟΡΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Κεφάλαιο 20 κύκλος του Calvin και η πορεία των φωσφορικών πεντοζών 619 Κεφάλαιο 1 Πρελούδιο: βιοχημεία και η επαναστατική καταγραφή γονιδιωμάτων ζώντων οργανισμών 3 Κεφάλαιο 21 Ο μεταβολισμός του γλυκογόνου 649 Κεφάλαιο 22 Ο μεταβολισμός των λιπαρών οξέων 677 Κεφάλαιο 2 Bιοχημική εξέλιξη 21 Κεφάλαιο 3 Δομή και λειτουργία των πρωτεϊνών 45 Κεφάλαιο 23 Ρυθμός αναπλήρωσης πρωτεϊνών και καταβολισμός αμινοξέων 713 Κεφάλαιο 4 Eξερευνώντας τις πρωτεΐνες 83 Κεφάλαιο 5 DNA, RNA, και η ροή των γενετικών πληροφοριών 127 Κεφάλαιο 6 Eξερευνώντας τα γονίδια 157 Κεφάλαιο 7 Eξερευνώντας την εξέλιξη 189 Κεφάλαιο 8 Ένζυμα: Bασικές αρχές και κινητική 209 Κεφάλαιο 9 Στρατηγικές κατάλυσης 251 Κεφάλαιο 10 Στρατηγικές ρύθμισης: ένζυμα και αιμοσφαιρίνη 289 Κεφάλαιο 11 Yδατάνθρακες 329 Κεφάλαιο 12 Λιπίδια και κυτταρικές μεμβράνες 355 Κεφάλαιο 13 Mεμβρανικοί δίαυλοι και αντλίες 385 ΕΝΟΤΗΤΑ IΙ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ EΝΕΡΓΕΙΑΣ Κεφάλαιο 14 Κεφάλαιο 15 Mεταβολισμός: βασικές έννοιες και σχεδιασμός 417 Πορείες μεταγωγής σήματος: Eισαγωγή στον μεταβολισμό της πληροφόρησης 443 Κεφάλαιο 16 Γλυκόλυση και Γλυκονεογένεση 477 Κεφάλαιο 17 κύκλος του κιτρικού οξέος 521 Κεφάλαιο 18 ξειδωτική φωσφορυλίωση 549 ΕΝΟΤΗΤΑ III Η ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΟΡΙΩΝ Κεφάλαιο 24 Η βιοσύνθεση των αμινοξέων 749 Κεφάλαιο 25 Η βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων 781 Κεφάλαιο 26 Κεφάλαιο 27 Η βιοσύνθεση των μεμβρανικών λιπιδίων και των στεροειδών 807 Aντιγραφή, ανασυνδυασμός και επιδιόρθωση του DNA 841 Κεφάλαιο 28 Σύνθεση και μάτισμα του RNA 881 Κεφάλαιο 29 Σύνθεση πρωτεϊνών 915 Κεφάλαιο 30 Η ολοκλήρωση του μεταβολισμού 951 Κεφάλαιο 31 έλεγχος της γονιδιακής έκφρασης 977 ΕΝΟΤΗΤΑ IV Η ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ Κεφάλαιο 32 Aισθητικά συστήματα 1011 Κεφάλαιο 33 Tο ανοσοποιητικό σύστημα 1039 Κεφάλαιο 34 Mοριακοί κινητήρες 1073 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ Π3 ΓΛΩΣΣΑΡΙΟ ΕΝΩΣΕΩΝ Π7 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΣΤΙΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ Π41 Π15 Κεφάλαιο 19 ι φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης 591

18 Αναλυτικά περιεχόμενα ΕΝΟΤΗΤΑ I ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΜΟΡΙΑΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΗΣ ΖΩΗΣ Πρελούδιο: βιοχημεία και η επαναστατική καταγραφή γονιδιωμάτων ζώντων οργανισμών Tο DNA καταδεικνύει τη σχέση μεταξύ μορφής και λειτουργίας Tο DNA κατασκευάζεται από τέσσερις δομικούς λίθους Δύο μονές αλυσίδες του DNA συνδυάζονται για να σχηματίσουν τη διπλή έλικα Tο RNA είναι το ενδιάμεσο μόριο στη ροή των γενετικών πληροφοριών ι πρωτεΐνες, που κωδικεύονται από τα νουκλεϊκά οξέα, επιτελούν τις περισσότερες λειτουργίες του κυττάρου Tο ενιαίο των βιοχημικών διεργασιών είναι το υπόβαθρο της βιολογικής ποικιλομορφίας ι χημικοί δεσμοί στη βιοχημεία Στις αντιστρεπτές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των βιομορίων μεσολαβούν τρία είδη μη ομοιοπολικών δεσμών ι ιδιότητες του νερού επηρεάζουν τις ικανότητες των βιομορίων για σχηματισμό δεσμών εντροπία και οι νόμοι της θερμοδυναμικής αναδίπλωση των πρωτεϊνών μπορεί να γίνει κατανοητή μέσω των μεταβολών ελεύθερης ενέργειας Bιοχημεία και ανθρώπινη βιολογία 16 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: Aπεικόνιση μοριακών δομών 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Bιοχημική εξέλιξη Bασικά οργανικά μόρια χρησιμοποιούνται από ζώντες οργανισμούς Πολλά συστατικά βιοχημικών μακρομορίων μπορούν να παραχθούν από απλές, προβιοτικές αντιδράσεις Aβεβαιότητες συσκοτίζουν την προέλευση ορισμένων βασικών βιομορίων εξέλιξη χρειάζεται αναπαραγωγή, ποικιλομορφία και επιλεκτική πίεση ι αρχές της εξέλιξης μπορούν να αποδειχθούν in vitro Tα μόρια RNA μπορούν να δρουν ως καταλύτες Tα αμινοξέα και τα πολυμερή τους μπορούν να παίζουν βιοσυνθετικούς και καταλυτικούς ρόλους πολυπεπτιδική σύνθεση που κατευθύνεται από ένα εκμαγείο RNA συνδέει τους κόσμους του RNA και των πρωτεϊνών γενετικός κώδικας διασαφηνίζει τους μηχανισμούς της εξέλιξης Tο μεταφορικό RNA απεικονίζει την εξέλιξη διά μέσου διπλασιασμών γονιδίων Tο DNA είναι μια σταθερή μορφή αποθήκευσης για τις γενετικές πληροφορίες Eνεργειακοί μετασχηματισμοί είναι απαραίτητοι για την διατήρηση των ζώντων οργανισμών ATP, ένα κοινό νόμισμα βιοχημικής ενέργειας, μπορεί να δημιουργηθεί με τη διάσπαση οργανικών μορίων Tα κύτταρα σχηματίστηκαν με την έγκλειση νουκλεϊκών οξέων σε μεμβράνες διαμερισματοποίηση χρειάστηκε την ανάπτυξη αντλιών ιόντων Bαθμιδώσεις συγκέντρωσης πρωτονίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ωθήσουν τη σύνθεση ΑΤΡ Το μοριακό οξυγόνο, ένα τοξικό παραπροϊόν μερικών φωτοσυνθετικών διεργασιών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεταβολικούς σκοπούς Tα κύτταρα μπορούν να αποκρίνονται σε αλλαγές του περιβάλλοντός τους Nηματοειδείς δομές και μοριακοί κινητήρες καθιστούν δυνατές ενδοκυτταρικές και κυτταρικές κινήσεις Mερικά κύτταρα μπορούν να αλληλεπιδρούν και να σχηματίζουν αποικίες με εξειδικευμένες λειτουργίες ανάπτυξη των πολυκύτταρων οργανισμών χρειάζεται την ενορχηστρωμένη διαφοροποίηση κυττάρων 40

19 xviii Αναλυτικά περιεχόμενα Tο ενιαίο της βιοχημείας επιτρέπει την αποτελεσματική διερεύνηση της βιολογίας του ανθρώπου διά μέσου μελετών άλλων οργανισμών 41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Δομή και λειτουργία των πρωτεϊνών ι πρωτεΐνες δομούνται από ένα σύνολο 20 αμινοξέων Πρωτοταγής δομή: Tα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς για να σχηματίσουν πολυπεπτιδικές αλυσίδες ι πρωτεΐνες έχουν μοναδικές αλληλουχίες αμινοξέων που καθορίζονται από γονίδια ι πολυπεπτιδικές αλυσίδες είναι εύκαμπτες αλλά έχουν και καθορισμένη στερεοδιάταξη Δευτεροταγής δομή: ι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αναδιπλώνονται σε κανονικές δομές όπως είναι η α-έλικα, η β-πτυχωτή επιφάνεια, οι στροφές και οι θηλιές α-έλικα είναι μια δομή σπειράματος που σταθεροποιείται με ενδομοριακούς δεσμούς υδρογόνου ι β-επιφάνειες σταθεροποιούνται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των πολυπεπτιδικών αλυσίδων ι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αλλάξουν κατεύθυνση δημιουργώντας αντίθετες στροφές και θηλιές Tριτοταγής δομή: ι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές με μη πολικά κέντρα Tεταρτοταγής δομή: ι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να συγκροτήσουν δομές πολλών υπομονάδων αλληλουχία αμινοξέων μιας πρωτεΐνης καθορίζει την τριδιάστατη δομή της Tα αμινοξέα έχουν διαφορετικές προτιμήσεις για τον σχηματισμό α-έλικας, β-επιφάνειας και β- στροφής αναδίπλωση των πρωτεϊνών είναι μια άκρως συνεργειακή διεργασία ι πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σταθεροποιώντας σταδιακά ενδιάμεσες δομές και όχι αναζητώντας τυχαία τη σωστή δομή πρόβλεψη της τριτοταγούς δομής από την αλληλουχία των αμινοξέων παραμένει μια μεγάλη πρόκληση τροποποίηση ή διάσπαση μιας πρωτεΐνης προσθέτει νέες δυνατότητες 75 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: ι έννοιες οξέος και βάσης 79 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Eξερευνώντας τις πρωτεΐνες Tο πρωτέωμα είναι η λειτουργική απεικόνιση του γονιδιώματος καθαρισμός των πρωτεϊνών είναι ένα ουσιαστικό πρώτο βήμα για την κατανόηση της λειτουργίας τους δοκιμασία: πώς αναγνωρίζουμε την πρωτεΐνη που ψάχνουμε; Για να καθορίσουμε μια πρωτεΐνη πρέπει να την απομονώσουμε από το κύτταρο ι πρωτεΐνες είναι δυνατόν να διαχωριστούν βάσει της διαλυτότητας, του μεγέθους, του φορτίου και της δεσμευτικής συγγένειας για άλλα μόρια ι πρωτεΐνες είναι δυνατόν να διαχωριστούν και να εμφανιστούν με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή Ένα πρωτόκολλο καθαρισμού μπορεί να εκτιμηθεί και ποσοτικά υπερφυγοκέντρηση είναι πολύτιμη μέθοδος διαχωρισμού βιομορίων και προσδιορισμού της μάζας τους μάζα μιας πρωτεΐνης μπορεί να καθοριστεί απόλυτα με φασματομετρία μάζας αλληλουχία αμινοξέων μπορεί να προσδιοριστεί με αυτοματοποιημένη αντίδραση αποικοδόμησης ΕDMAN ι πρωτεΐνες είναι δυνατόν να υποστούν εξειδικευμένη διάσπαση σε μικρά πεπτίδια για να διευκολυνθεί η ανάλυση ι αλληλουχίες αμινοξέων αποτελούν πηγές πολλών πληροφοριών τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έχει φέρει επανάσταση στον προσδιορισμό της αλληλουχίας αμινοξέων ανοσολογία προσφέρει σημαντικές τεχνικές για τη διερεύνηση των πρωτεϊνών Mπορούν να παραχθούν αντισώματα για ειδικές πρωτεΐνες Mπορούμε να παράγουμε μονοκλωνικά αντισώματα με όποια εξειδίκευση θέλουμε 107

20 Αναλυτικά περιεχόμενα xix ι πρωτεΐνες μπορούν να ανιχνεύονται και να ποσοτικοποιούνται με τη χρήση ενζυμοσύνδετης ανοσοπροσροφητικής μέτρησης ανοσοαποτύπωση επιτρέπει την ανίχνευση πρωτεϊνών που έχουν διαχωριστεί με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή Φθορίζοντες δείκτες επιτρέπουν την παρατήρηση συγκεκριμένων πρωτεϊνών μέσα στα κύτταρα Mπορούμε να συνθέτουμε πεπτίδια με αυτοματοποιημένες μεθόδους στερεάς φάσης τριδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης μπορεί να καθοριστεί με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) και κρυσταλλογραφία ακτίνων X φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού μπορεί να αποκαλύψει τις δομές των πρωτεϊνών σε διάλυμα κρυσταλλογραφία με ακτίνες X αποκαλύπτει την τριδιάστατη δομή σε ατομικό επίπεδο 118 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 DNA, RNA, και η ροή των γενετικών πληροφοριών Ένα νουκλεϊκό οξύ αποτελείται από τέσσερα είδη βάσεων που προσδένονται σε έναν κορμό σακχάρωνφωσφορικών Tο RNA και το DNA διαφέρουν ως προς το σάκχαρο και μία βάση Tα νουκλεοτίδια είναι οι μονομερείς μονάδες των νουκλεϊκών οξέων Ένα ζεύγος αλυσίδων νουκλεϊκού οξέος με συμπληρωματικές αλληλουχίες μπορεί να σχηματίσει δομή διπλής έλικας Mερικά μόρια DNA είναι κυκλικά και υπερελικωμένα Mονόκλωνα νουκλεϊκά οξέα μπορούν να πάρουν πολύπλοκες τριδιάστατες διαμορφώσεις Tο DNA αντιγράφεται από πολυμεράσες που καθοδηγούνται από εκμαγεία DNA πολυμεράση καταλύει τη δημιουργία φωσφοδιεστερικών δεσμών Tα γονίδια μερικών ιών αποτελούνται από RNA γονιδιακή έκφραση είναι ο μετασχηματισμός των πληροφοριών του DNA σε λειτουργικά μόρια Στη γονιδιακή έκφραση υπάρχουν αρκετά είδη RNA με σημαντικούς ρόλους Όλα τα κυτταρικά RNA συντίθεται από RNA πολυμεράσες RNA πολυμεράση καθοδηγείται από ένα εκμαγείο DNA μεταγραφή αρχίζει κοντά στις θέσεις των προαγωγέων και τελειώνει στις θέσεις τερματισμού Tο μεταφορικό RNA είναι ο προσαρμοστής στη διεργασία της πρωτεϊνοσύνθεσης Tα αμινοξέα κωδικεύονται από ομάδες τριών βάσεων, αρχίζοντας από ένα συγκεκριμένο σημείο Tα κύρια χαρακτηριστικά του γενετικού κώδικα Tο αγγελιαφόρο RNA περιέχει κωδίκια έναρξης και τερματισμού της πρωτεϊνοσύνθεσης γενετικός κώδικας είναι σχεδόν καθολικός Tα περισσότερα ευκαρυωτικά γονίδια είναι μωσαϊκά από ιντρόνια και εξόνια επεξεργασία του RNA δίνει ώριμο RNA Πολλά εξόνια κωδικεύουν δομικές περιοχές πρωτεϊνών 150 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Eξερευνώντας τα γονίδια διπλή έλικα σταθεροποιείται με δεσμούς υδρογόνου και υδροφοβικές αλληλεπιδράσεις διπλή έλικα διευκολύνει την ακριβή μεταφορά της κληρονομούμενης πληροφορίας διπλή έλικα μπορεί να τηχθεί αντιστρεπτά Tα βασικά εργαλεία για την εξερεύνηση των γονιδίων Tα περιοριστικά ένζυμα χωρίζουν το DNA σε συγκεκριμένα θραύσματα Tα περιοριστικά θραύσματα είναι δυνατόν να διαχωριστούν με ηλεκτροφόρηση σε πηκτή και να γίνουν ορατά αλληλουχία του DNA συνήθως προσδιορίζεται με ρυθμιζόμενη διακοπή της

21 xx Αναλυτικά περιεχόμενα αντιγραφής του (Mέθοδος διδεοξυ-αναλόγων του Sanger) σύνθεση ανιχνευτών DNA και γονιδίων είναι δυνατή με αυτοματοποιημένες μεθόδους στερεάς φάσης Eπιλεγμένες αλληλουχίες DNA είναι δυνατόν να πολλαπλασιαστούν εντυπωσιακά με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης PCR αποτελεί ισχυρό όπλο στην ιατρική διαγνωστική, την ιατροδικαστική και τη μοριακή εξέλιξη τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έχει φέρει επανάσταση σε όλες τις πτυχές της βιολογίας Tα περιοριστικά ένζυμα και η DNA λιγάση είναι βασικά εργαλεία στον σχηματισμό μορίων ανασυνδυασμένου DNA Tα πλασμίδια και ο φάγος λάμδα είναι οι φορείς επιλογής για κλωνοποίηση σε βακτήρια Συγκεκριμένα γονίδια μπορούν να κλωνοποιηθούν από μείγμα θραυσμάτων του γονιδιωματικού DNA Mεγάλες περιοχές DNA αναλύονται με χρωμοσωματικό βάδισμα Xειρισμοί ευκαρυωτικών γονιδίων Tο συμπληρωματικό DNA που παρασκευάζεται από mrna μπορεί να εκφραστεί σε κύτταρα-ξενιστές Tα επίπεδα έκφρασης των γονιδίων μπορούν να αναλυθούν και να γίνουν κατανοητά Tα νέα γονίδια που εισάγονται σε ευκαρυωτικά κύτταρα μπορούν να εκφραστούν αποδοτικά Διαγονιδιακά ζώα μπορούν να μεταφέρουν και να εκφράσουν γονίδια που έχουν εισαχθεί στα αρχέγονα κύτταρά τους Kαταστρέφοντας τα γονίδια μπορούμε να κατανοήσουμε τη λειτουργία τους Ογκοεπαγωγά πλασμίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εισαγάγουν νέα γονίδια σε κύτταρα φυτών Nέες πρωτεΐνες μπορούν να δημιουργηθούν μηχανικά με μεταλλαξιγένεση σε συγκεκριμένη θέση Mπορούμε να δημιουργήσουμε πρωτεΐνες με νέες λειτουργίες μέσα από κατευθυνόμενες αλλαγές στο DNA τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA έχει ανοίξει νέους ορίζοντες 182 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Eξερευνώντας την εξέλιξη Tα ομόλογα κατάγονται από έναν κοινό πρόγονο στατιστική ανάλυση αντιστοιχίσεων αλληλουχιών μπορεί να ανιχνεύει ομολογίες στατιστική σημαντικότητα των αντιστοιχίσεων μπορεί να εκτιμηθεί με ανακάτεμα Mακρινές εξελικτικές σχέσεις είναι δυνατόν να ανιχνευθούν με τη χρήση πινάκων υποκαταστάσεων Bάσεις δεδομένων μπορούν να ερευνηθούν για την αναγνώριση ομόλογων αλληλουχιών εξέταση τριδιάστατων δομών ενισχύει τις γνώσεις μας για τις εξελικτικές σχέσεις τριτοταγής δομή είναι πιο συντηρημένη από ό,τι η πρωτοταγής δομή γνώση των τριδιάστατων δομών μπορεί να βοηθήσει στην αξιολόγηση των αντιστοιχίσεων των αλληλουχιών Eπαναλαμβανόμενα μοτίβα μπορούν να ανιχνευθούν με την αντιστοίχιση αλληλουχιών με τον εαυτό τους Συγκλίνουσα εξέλιξη: κοινές λύσεις σε βιοχημικές προκλήσεις σύγκριση των αλληλουχιών του RNA μπορεί να είναι μια πηγή γνώσης για τις δευτεροταγείς δομές Eξελικτικά δένδρα είναι δυνατόν να κατασκευαστούν με βάση τις πληροφορίες αλληλουχιών Σύγχρονες τεχνικές καθιστούν εφικτή την πειραματική εξερεύνηση της εξέλιξης Aρχαίο DNA μπορεί μερικές φορές να ενισχυθεί και να αναλυθεί στο επίπεδο της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας μοριακή εξέλιξη μπορεί να διερευνηθεί πειραματικά 204

22 Αναλυτικά περιεχόμενα xxi ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 Ένζυμα: Bασικές αρχές και κινητική Tα ένζυμα είναι ισχυροί και σε μεγάλο βαθμό εξειδικευμένοι καταλύτες Πολλά ένζυμα χρειάζονται συμπαράγοντες για δραστικότητα Tα ένζυμα μπορεί να μετασχηματίζουν ενέργεια από μια μορφή σε άλλη Tα ένζυμα ταξινομούνται με βάση τον τύπο της αντίδρασης που καταλύουν Η ελεύθερη ενέργεια είναι μια χρήσιμη θερμοδυναμική συνάρτηση για την κατανόηση των ενζύμων μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας δίνει πληροφορίες για το αυθόρμητο αλλά όχι για την ταχύτητα μιας αντίδρασης μεταβολή της πρότυπης ελεύθερης ενέργειας μιας αντίδρασης σχετίζεται με τη σταθερά ισορροπίας Tα ένζυμα μεταβάλλουν μόνο την ταχύτητα και όχι την ισορροπία της αντίδρασης Tα ένζυμα επιταχύνουν τις αντιδράσεις διευκολύνοντας τον σχηματισμό της μεταβατικής κατάστασης Μη αντιστρεπτοί αναστολείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη χαρτογράφηση του ενεργού κέντρου Tα ανάλογα της μεταβατικής κατάστασης είναι ισχυροί αναστολείς των ενζύμων Tα καταλυτικά αντισώματα αποδεικνύουν τη σπουδαιότητα της επιλεκτικής πρόσδεσης της μεταβατικής κατάστασης στην ενζυμική δραστικότητα πενικιλίνη αναστέλλει μη αντιστρεπτά ένα καθοριστικό ένζυμο στη σύνθεση του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος ι βιταμίνες είναι συχνά πρόδρομες ενώσεις των συνενζύμων ι υδατοδιαλυτές βιταμίνες λειτουργούν ως συνένζυμα ι λιποδιαλυτές βιταμίνες συμμετέχουν σε διάφορες διεργασίες, όπως η πήξη του αίματος και η όραση 242 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: V max και K M μπορούν να προσδιοριστούν από διαγράμματα διπλού αντιστρόφου 245 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9 Στρατηγικές κατάλυσης Mερικές βασικές αρχές της κατάλυσης χρησιμοποιούνται από πολλά ένζυμα σχηματισμός του συμπλόκου ενζύμουυποστρώματος είναι το πρώτο βήμα στην ενζυμική κατάλυση Tα ενεργά κέντρα των ενζύμων έχουν μερικά κοινά χαρακτηριστικά Tο μοντέλο Michaelis-Menten εξηγεί τις κινητικές ιδιότητες πολλών ενζύμων σπουδαιότητα των τιμών K M και V max κινητική τελειότητα στην ενζυμική κατάλυση: Tο κριτήριο k cat /K M ι περισσότερες βιοχημικές αντιδράσεις περιλαμβάνουν πολλαπλά υποστρώματα Tα αλλοστερικά ένζυμα δεν υπακούουν στην κινητική Michaelis-Menten Tα ένζυμα είναι δυνατόν να ανασταλούν από ειδικά μόρια συναγωνιστική και η μη συναγωνιστική αναστολή είναι κινητικά διάκριτες Πρωτεάσες: διευκολύνοντας μια δύσκολη αντίδραση χυμοθρυψίνη έχει ένα υψηλά ενεργό κατάλοιπο σερίνης δράση της χυμοθρυψίνης προχωρά σε δύο βήματα που συνδέονται από ένα ομοιοπολικό προσδεμένο ενδιάμεσο σερίνη είναι μέρος μιας καταλυτικής τριάδας η οποία περιλαμβάνει επίσης ιστιδίνη και ασπαραγινικό οξύ Kαταλυτικές τριάδες απαντούν σε άλλα υδρολυτικά ένζυμα λειτουργία της καταλυτικής τριάδας έχει αναλυθεί με μεταλλαξιγένεση σε συγκεκριμένη θέση Άλλες κύριες τάξεις ενζύμων που διασπούν πεπτίδια είναι οι ασπαρτυλο-πρωτεάσες, οι κυστεϊνο-πρωτεάσες και οι μεταλλο-πρωτεάσες ι αναστολείς των πρωτεασών είναι σημαντικά φάρμακα Kάνοντας μια γρήγορη αντίδραση γρηγορότερη: ανθρακικές ανυδράσες ανθρακική ανυδράση περιέχει ένα προσδεμένο ιόν ψευδαργύρου απαραίτητο για την

23 xxii Αναλυτικά περιεχόμενα καταλυτική δραστικότητα κατάλυση συνεπάγεται την ενεργοποίηση του νερού από τον ψευδάργυρο Ένα σύστημα μεταφοράς πρωτονίων διευκολύνει την ταχεία αναπαραγωγή της ενεργού μορφής του ενζύμου συγκλίνουσα εξέλιξη δημιούργησε σε διαφορετικές ανθρακικές ανυδράσες ενεργά κέντρα βασισμένα στον ψευδάργυρο Περιοριστικά ένζυμα: εκτελώντας πολύ εξειδικευμένες αντιδράσεις διάσπασης του DNA διάσπαση προκαλείται από την ευθύγραμμη εκτόπιση του 3 -οξυγόνου από τον φωσφόρο μέσω νερού ενεργοποιημένου από μαγνήσιο Tα περιοριστικά ένζυμα χρειάζονται μαγνήσιο για την καταλυτική τους δραστικότητα πλήρης καταλυτική συσκευή είναι συγκροτημένη μόνο μέσα σε σύμπλοκα μορίων συγγενούς DNA, εξασφαλίζοντας εξειδίκευση Tα περιοριστικά ένζυμα τύπου II έχουν έναν κοινό καταλυτπικό πυρήνα και πιθανώς σχετίζονται μέσω της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων Kινάσες μονοφωσφορικών νουκλεοζιτών: καταλύουν την ανταλλαγή φωσφορικών ομάδων μεταξύ νουκλεοτιδίων χωρίς να προάγουν την υδρόλυση ι κινάσες NMP είναι μια οικογένεια ενζύμων που περιέχουν δομές θηλιάς P Σύμπλοκα μαγνησίου (ή μαγγανίου) των τριφωσφορικών νουκλεοζιτών είναι τα πραγματικά υποστρώματα για όλα ουσιαστικά τα ένζυμα που εξαρτώνται από NTP πρόσδεση της ATP επάγει μεγάλες αλλαγές στερεοδιάταξης Δομικές περιοχές NTPάσης με θηλιές Ρ υπάρχουν σε μια σειρά σημαντικών πρωτεϊνών 281 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10 Στρατηγικές ρύθμισης: ένζυμα και αιμοσφαιρίνη ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση αναστέλλεται αλλοστερικά από το τελικό προϊόν της πορείας της ATKάση απαρτίζεται από καταλυτικές και ρυθμιστικές υπομονάδες που είναι δυνατόν να διαχωριστούν ι αλλοστερικές αλληλεπιδράσεις στην ATKάση γίνονται με τη μεσολάβηση μεγάλων αλλαγών στην τεταρτοταγή δομή Ένζυμα που ελέγχονται αλλοστερικά δεν ακολουθούν την κινητική Michaelis-Menten ι αλλοστερικοί ρυθμιστές αλλάζουν την ισορροπία από την κατάσταση T στην R Tο εναρμονισμένο μοντέλο μπορεί να διατυπωθεί με ποσοτικούς όρους Tα μοντέλα ακολουθίας μπορούν επίσης να εξηγήσουν τις αλλοστερικές επιδράσεις αιμοσφαιρίνη μεταφέρει το οξυγόνο αποτελεσματικά προσδένοντάς το συνεργειακά πρόσδεση του οξυγόνου επάγει ουσιαστικές δομικές αλλαγές στις θέσεις σιδήρου και αιμοσφαιρίνης πρόσδεση του οξυγόνου αλλάζει αξιοσημείωτα την τεταρτοταγή δομή της αιμοσφαιρίνης Συντονίζοντας τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο: η επίδραση του 2,3- διφωσφογλυκερικού Tο φαινόμενο Bohr: Tα κατιόντα υδρογόνου και το διοξείδιο του άνθρακα προάγουν την απελευθέρωση του οξυγόνου Tα ισοένζυμα παρέχουν έναν ειδικό τρόπο ρύθμισης σε ξεχωριστούς ιστούς και αναπτυξιακά στάδια ομοιοπολική τροποποίηση είναι ένα μέσον ρύθμισης της ενζυμικής δραστικότητας φωσφορυλίωση είναι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό μέσο ρύθμισης της δραστικότητας των πρωτεϊνών-στόχων κυκλική AMP ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση A μεταβάλλοντας την τεταρτοταγή δομή της ATP και η πρωτεΐνη-στόχος προσδένονται σε μια βαθιά σχισμή στην καταλυτική υπομονάδα της πρωτεϊνικής κινάσης A Πολλά ένζυμα ενεργοποιούνται από ειδική πρωτεολυτική διάσπαση Tο χυμοθρυψινογόνο ενεργοποιείται από μια εξειδικευμένη διάσπαση ενός πεπτιδικού δεσμού 311

24 Αναλυτικά περιεχόμενα xxiii πρωτεολυτική ενεργοποίηση του χυμοθρυψινογόνου οδηγεί στον σχηματισμό μιας θέσης πρόσδεσης υποστρώματος παραγωγή της θρυψίνης από το θρυψινογόνο οδηγεί στην ενεργοποίηση άλλων ζυμογόνων Mερικά πρωτεολυτικά ένζυμα έχουν ειδικούς αναστολείς πήξη του αίματος πραγματοποιείται από έναν καταρράκτη ενεργοποιήσεων ζυμογόνων Tο ινωδογόνο μετατρέπεται από τη θρομβίνη σε έναν θρόμβο ινώδους προθρομβίνη προετοιμάζεται για δραστικότητα από μια τροποποίηση που εξαρτάται από τη βιταμίνη K αιμοφιλία αποκάλυψε ένα πρώιμο βήμα στην πήξη πορεία της πήξης πρέπει να ρυθμίζεται επακριβώς 319 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 Yδατάνθρακες ι μονοσακχαρίτες είναι αλδεΰδες ή κετόνες με πολλαπλές υδροξυλικές ομάδες ι πεντόζες και οι εξόζες κυκλοποιούνται για να σχηματίσουν δακτυλίους φουρανόζης και πυρανόζης Στερεοδιάταξη των δακτυλίων πυρανόζης και φουρανόζης ι μονοσακχαρίτες ενώνονται με τις αλκοόλες και τις αμίνες με γλυκοζιτικούς δεσμούς Πολύπλοκοι υδατάνθρακες σχηματίζονται με σύνδεση των μονοσακχαριτών σακχαρόζη, η λακτόζη και η μαλτόζη είναι οι κοινοί δισακχαρίτες Tο γλυκογόνο και το άμυλο είναι κινητοποιήσιμες αποθήκες γλυκόζης κυτταρίνη, το κύριο δομικό πολυμερές των φυτών, αποτελείται από γραμμικές αλυσίδες μονάδων γλυκόζης ι γλυκοζαμινογλυκάνες είναι ανιοντικές πολυσακχαριτικές αλυσίδες από επαναλαμβανόμενες δισακχαριτικές μονάδες Eιδικά ένζυμα είναι υπεύθυνα για τη συγκρότηση των ολιγοσακχαριτών ι υδατάνθρακες μπορούν να προσκολληθούν σε πρωτεΐνες για να σχηματίσουν γλυκοπρωτεΐνες ι υδατάνθρακες μπορεί να συνδεθούν με τις πρωτεΐνες μέσω των καταλοίπων ασπαραγίνης (σύνδεση μέσω N) ή μέσω των καταλοίπων σερίνης ή θρεονίνης (σύνδεση μέσω ) γλυκοζυλίωση των πρωτεϊνών λαμβάνει χώρα στον αυλό του ενδοπλασματικού δικτύου και στο σύμπλεγμα Golgi Γλυκοπρωτεΐνες συνδεδεμένες μέσω αζώτου αποκτούν τα αρχικά σάκχαρά τους από δότες δολιχόλης στο ενδοπλασματικό δίκτυο Kυστίδια μεταφοράς μεταφέρουν πρωτεΐνες από το ενδοπλασματικό δίκτυο στο σύμπλεγμα Golgi για περαιτέρω γλυκοζυλίωση και ταξινόμηση φωσφορική μαννόζη κατευθύνει τα λυσοσωματικά ένζυμα στον προορισμό τους Tα κατάλοιπα της γλυκόζης προστίθενται και αποκόπτονται για να βοηθήσουν στην αναδίπλωση των πρωτεϊνών ι αλληλουχίες των ολιγοσακχαριτών μπορούν να «προσδιοριστούν» ι λεκτίνες είναι ειδικές πρωτεΐνες που προσδένουν υδατάνθρακες ι λεκτίνες προάγουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κυττάρων ιός της γρίπης προσδένεται σε κατάλοιπα σιαλικού οξέος 349 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 12 Λιπίδια και κυτταρικές μεμβράνες ποικιλότητα των βιολογικών μεμβρανών προκύπτει από τα πολλά κοινά χαρακτηριστικά τους Tα λιπαρά οξέα είναι βασικά συστατικά των λιπιδίων ονοματολογία των λιπαρών οξέων Tα λιπαρά οξέα ποικίλλουν στο μήκος της αλυσίδας και τον βαθμό κορεσμού τους Yπάρχουν τρία κοινά είδη μεμβρανικών λιπιδίων Tα φωσφολιπίδια είναι η κύρια κατηγορία μεμβρανικών λιπιδίων ι μεμβράνες των αρχαίων σχηματίζονται από αιθερολιπίδια με διακλαδισμένες αλυσίδες Tα μεμβρανικά λιπίδια είναι δυνατόν να περιέχουν και υδατανθρακικές ομάδες 360

25 xxiv Αναλυτικά περιεχόμενα χοληστερόλη είναι ένα λιπίδιο με στεροειδή πυρήνα Tα μεμβρανικά λιπίδια είναι αμφιπαθή μόρια που περιέχουν μια υδρόφιλη και μια υδρόφοβη ομάδα Tα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια σχηματίζουν αυθόρμητα διμοριακά φύλλα σε υδάτινο περιβάλλον Λιπιδικά κυστίδια είναι δυνατόν να σχηματιστούν από φωσφολιπίδια ι διπλοστιβάδες λιπιδίων είναι σχεδόν αδιαπέραστες από ιόντα και από τα περισσότερα πολικά μόρια ι πρωτεΐνες επιτελούν τις περισσότερες μεμβρανικές διεργασίες ι πρωτεΐνες συνδυάζονται με τη λιπιδική διπλοστιβάδα με μια ποικιλία τρόπων ι πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με τις μεμβράνες με ποικίλους τρόπους ρισμένες πρωτεΐνες προσδένονται στις μεμβράνες μέσω ομοιοπολικά συνδεδεμένων υδρόφοβων ομάδων ι διαμεμβρανικές έλικες μπορούν να προβλεφθούν με ακρίβεια από τις αλληλουχίες αμινοξέων Tα λιπίδια και πολλές μεμβρανικές πρωτεΐνες διαχέονται ταχύτατα στο επίπεδο της μεμβράνης Tο μοντέλο του ρευστού μωσαϊκού επιτρέπει κινήσεις παράλληλα προς το επίπεδο της μεμβράνης αλλά όχι κάθετα προς αυτό ρευστότητα των μεμβρανών ρυθμίζεται από την επιμέρους σύσταση σε λιπαρά οξέα και την περιεκτικότητα σε χοληστερόλη Όλες οι βιολογικές μεμβράνες είναι ασύμμετρες Tα ευκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν διαμερίσματα τα οποία περιβάλλονται από εσωτερικές μεμβράνες ι πρωτεΐνες κατευθύνονται προς συγκεκριμένα κυτταρικά διαμερίσματα μέσω σηματοδοτικών αλληλουχιών μεμβρανική εκβλάστηση και η σύντηξη αποτελούν μέρος πολλών σημαντικών βιολογικών διεργασιών 378 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 13 Mεμβρανικοί δίαυλοι και αντλίες μεταφορά μορίων διά μέσου μιας μεμβράνης μπορεί να είναι ενεργός ή παθητική Πολλά μόρια χρειάζονται πρωτεϊνικούς μεταφορείς για να διαπεράσουν τις μεμβράνες ελεύθερη ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στις βαθμιδώσεις συγκεντρώσεων μπορεί να ποσοτικοποιηθεί Mια οικογένεια μεμβρανικών πρωτεϊνών χρησιμοποιεί την υδρόλυση της ATP για την άντληση ιόντων διά μέσου μεμβρανών ATPάση Ca +2 του σαρκοπλασματικού δικτύου είναι μια ενδογενής μεμβρανική πρωτεΐνη ι ATPάσες τύπου P είναι εξελικτικώς συντηρημένες και έχουν μια μεγάλη ποικιλία ρόλων Η δακτυλίτιδα αναστέλλει ειδικά την αντλία Na + -K + παρεμποδίζοντας την αποφωσφορυλίωσή της πολυφαρμακευτική αντίσταση και η κυστική ίνωση αναδεικνύουν μια οικογένεια μεμβρανικών πρωτεϊνών με δομικές περιοχές κασέτας δέσμευσης της ATP ι δευτερογενείς μεταφορείς χρησιμοποιούν μια βαθμίδωση συγκέντρωσης για να ενεργοποιήσουν τον σχηματισμό μιας άλλης Eξειδικευμένοι δίαυλοι μπορούν να μεταφέρουν ταχέως ιόντα διά μέσου μεμβρανών προσδιορισμός της αγωγιμότητας με την τεχνική της παγίδευσης τάσης μεμβρανικών τμημάτων αναδεικνύει τη δραστικότητα μεμονωμένων διαύλων ι ιοντικοί δίαυλοι δομούνται από όμοιες πρωτεϊνικές μονάδες Tα δυναμικά ενέργειας προκύπτουν από μεταβατικές αλλαγές στη διαπερατότητα των Na + και των K ι δίαυλοι νατρίου είναι ένα παράδειγμα τασεοελεγχόμενου διαύλου δίαυλος καλίου είναι ομόλογος με τον δίαυλο νατρίου δομή ενός διαύλου καλίου αποκαλύπτει τη βάση εξειδικευμένης τάχιστης ιοντικής ροής 402

26 Αναλυτικά περιεχόμενα xxv δομή του διαύλου καλίου εξηγεί τους ταχείς ρυθμούς μεταφοράς Ένας δίαυλος μπορεί να απενεργοποιηθεί με απόφραξη του πόρου του: Tο μοντέλο της σφαίρας και της αλυσίδας ι χασματοσυνδέσεις επιτρέπουν σε ιόντα και μικρά μόρια να κινούνται μεταξύ επικοινωνούντων κυττάρων 406 ΕΝΟΤΗΤΑ II ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 Mεταβολισμός: βασικές έννοιες και σχεδιασμός Tα κύτταρα μετασχηματίζουν διαφορετικούς τύπους ενέργειας μεταβολισμός αποτελείται από πολλές συζευγμένες, αλληλοσυνδεόμενες αντιδράσεις Mια θερμοδυναμικά ευνοούμενη αντίδραση μπορεί να ωθήσει μια μη ευνοούμενη αντίδραση ATP είναι το παγκόσμιο νόμισμα ελεύθερης ενέργειας στα βιολογικά συστήματα υδρόλυση της ATP ωθεί τον μεταβολισμό μετατοπίζοντας την ισορροπία των συζευγμένων αντιδράσεων δομική βάση του υψηλού δυναμικού μεταφοράς φωσφορικής ομάδας της ATP Tο δυναμικό μεταφοράς φωσφορικής ομάδας είναι μια σπουδαία μορφή μετασχηματισμού της κυτταρικής ενέργειας οξείδωση των καυσίμων οργανικών μορίων είναι μια σπουδαία πηγή κυτταρικής ενέργειας Eνώσεις με υψηλό δυναμικό μεταφοράς φωσφορικής ομάδας μπορούν να συνδέσουν την οξείδωση του άνθρακα με τη σύνθεση της ATP ι βαθμιδώσεις συγκέντρωσης ιόντων στις δύο πλευρές των μεμβρανών παρέχουν μια σπουδαία μορφή κυτταρικής ενέργειας, η οποία μπορεί να συζευχθεί με τη σύνθεση της ATP Στάδια εξαγωγής ενέργειας από τα τρόφιμα ι μεταβολικές πορείες περιέχουν πολλά επαναλαμβανόμενα μοτίβα ι ενεργοποιημένοι φορείς αποτελούν παράδειγμα του τμηματικού σχεδιασμού και της οικονομίας του μεταβολισμού Βασικές αντιδράσεις επαναλαμβάνονται σε όλο τον μεταβολισμό ι μεταβολικές πορείες ρυθμίζονται με τρεις κύριους τρόπους Eξέλιξη των μεταβολικών πορειών 437 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 15 Πορείες μεταγωγής σήματος: Eισαγωγή στον μεταβολισμό της πληροφόρησης μεταγωγή σήματος εξαρτάται από μοριακά κυκλώματα: Mια πανοραμική εικόνα ι υποδοχείς με επτά διαμεμβρανικές έλικες (7ΤΜ) αλλάζουν στερεοδιάταξη σε απόκριση προς τη δέσμευση του προσδέματος και ενεργοποιούν τις πρωτεΐνες G δέσμευση του προσδέματος στους υποδοχείς με επτά διαμεμβρανικές έλικες (7ΤΜ) οδηγεί σε ενεργοποίηση των πρωτεϊνών G ι πρωτεΐνες G ανακυκλώνονται μεταξύ της μορφής τους που δεσμεύει GDP και εκείνης που δεσμεύει GTP ι ενεργές πρωτεΐνες G μεταβιβάζουν σήματα μέσω δέσμευσης με άλλες πρωτεΐνες ι πρωτεΐνες G αναστοιχειοθετούνται αυθόρμητα μέσω της υδρόλυσης της GTP κυκλική AMP διεγείρει τη φωσφορυλίωση πολλών πρωτεϊνικών στόχων μέσω ενεργοποίησης της πρωτεϊνικής κινάσης A υδρόλυση της διφωσφορικής φωσφατιδυλοινοσιτόλης από τη φωσφολιπάση C δημιουργεί δύο αγγελιαφόρους ,4,5-τριφωσφορική ινοσιτόλη ανοίγει διαύλους για να απελευθερώσει ιόντα ασβεστίου από ενδοκυτταρικές αποθήκες διακυλογλυκερόλη ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση C, η οποία φωσφορυλιώνει πολλές πρωτεΐνες-στόχους Tο ιόν ασβεστίου είναι ένας πανταχού παρών κυτοσολικός αγγελιαφόρος Tα ιοντοφόρα επιτρέπουν τον σχηματισμό σαφούς εικόνας των αλλαγών στη συγκέντρωση ασβεστίου Tο ασβέστιο ενεργοποιεί τη ρυθμιστική πρωτεΐνη ασβεστιοτροποποιητίνη, η οποία διεγείρει πολλά ένζυμα και μεταφορείς Mερικοί υποδοχείς διμερίζονται σε απόκριση προς τη δέσμευση του προσδέματος και σηματοδοτούν μέσω σταυρωτής φωσφορυλίωσης Mερικοί υποδοχείς περιέχουν δομικές περιοχές με δράση τυροσυλο-κινάσης μέσα στην ομοιοπολική δομή τους Ras, μια άλλη τάξη σηματοδοτικών πρωτεϊνών G Βλάβες στις πορείες σηματοδότησης μπορούν να οδηγήσουν σε καρκίνο και άλλες ασθένειες 467

27 xxvi Αναλυτικά περιεχόμενα ι αναστολείς των πρωτεϊνικών κινασών μπορεί να είναι αποτελεσματικά αντικαρκινικά φάρμακα χολέρα και ο κοκκύτης οφείλονται σε τροποποίηση της δραστικότητας των πρωτεϊνών G Eπαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά των πορειών μεταγωγής σήματος αποκαλύπτουν εξελικτικές συγγένειες 470 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 16 Γλυκόλυση και Γλυκονεογένεση γλυκόζη είναι ένα σημαντικό καύσιμο για τους περισσότερους οργανισμούς ι ζυμώσεις παρέχουν χρησιμοποιήσιμη ενέργεια απουσία οξυγόνου γλυκόλυση είναι μια πορεία μετατροπής ενέργειας σε πολλούς οργανισμούς εξοκινάση δεσμεύει γλυκόζη μέσα στα κύτταρα αρχίζοντας τη γλυκόλυση Σχηματισμός της 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης από την 6-φωσφορική γλυκόζη Tο σάκχαρο με τους έξι άνθρακες διασπάται από την αλδολάση σε δύο μόρια των τριών ατόμων άνθρακα ισομεράση των φωσφορικών τριοζών περισώζει ένα μόριο τριών ατόμων άνθρακα Mετασχηματισμός ενέργειας: φωσφορυλίωση είναι συζευγμένη με την οξείδωση της 3-φωσφορικής γλυκεραλδεΰδης μέσω ενός θειοεστερικού ενδιαμέσου Σχηματισμός ATP από 1,3-διφωσφογλυκερικό παραγωγή επιπρόσθετης ATP και ο σχηματισμός του πυροσταφυλικού Aπόδοση ενέργειας κατά τη μετατροπή της γλυκόζης σε πυροσταφυλικό είσοδος της φρουκτόζης και της γαλακτόζης στη γλυκόλυση Πολλοί ενήλικοι έχουν δυσανεξία στο γάλα διότι έχουν ανεπάρκεια λακτάσης γαλακτόζη είναι εξαιρετικά τοξική εάν λείπει η μεταφοράση γλυκολυτική πορεία ελέγχεται αυστηρά φωσφοφρουκτοκινάση είναι το καθοριστικό ένζυμο στον έλεγχο της γλυκόλυσης Ένα ρυθμιζόμενο διλειτουργικό ένζυμο συνθέτει και αποικοδομεί τη 2,6-διφωσφορική φρουκτόζη ρυθμός της γλυκόλυσης καθορίζεται επίσης από την εξοκινάση και την κινάση του πυροσταφυλικού Mια οικογένεια μεταφορέων επιτρέπει στη γλυκόζη να εισέρχεται και να εξέρχεται από τα ζωικά κύτταρα Kαρκίνος και γλυκόλυση γλυκόζη μπορεί να συντεθεί από μη υδατανθρακικές πρόδρομες ενώσεις γλυκονεογένεση δεν είναι μια αντιστροφή της γλυκόλυσης μετατροπή του πυροσταφυλικού σε φωσφοενολοπυροσταφυλικό αρχίζει με τον σχηματισμό του οξαλοξικού Tο οξαλοξικό μεταφέρεται στο κυτοσόλιο και μετατρέπεται σε φωσφο-ενολοπυροσταφυλικό μετατροπή της 1,6-διφωσφορικής φρουκτόζης σε 6-φωσφορική φρουκτόζη και ορθοφωσφορικό είναι ένα μη αντιστρεπτό βήμα δημιουργία της ελεύθερης γλυκόζης είναι ένα σημαντικό σημείο ελέγχου Έξι φωσφορικές ομάδες υψηλού δυναμικού μεταφοράς δαπανώνται για τη σύνθεση της γλυκόζης από το πυροσταφυλικό γλυκόλυση και η γλυκονεογένεση ρυθμίζονται αντίρροπα ι κύκλοι του υποστρώματος ενισχύουν τα μεταβολικά σήματα και παράγουν θερμότητα Tο γαλακτικό και η αλανίνη που σχηματίζονται κατά τη σύσπαση των μυών χρησιμοποιούνται από άλλα όργανα γλυκόλυση και η γλυκονεογένεση είναι εξελικτικά διασυνδεδεμένες Διατηρώντας το ισοζύγιο οξειδοαναγωγής: ι διαφορετικές τύχες του πυροσταφυλικού θέση πρόσδεσης του NAD + είναι παρόμοια σε πολλές αφυδρογονάσες 493

28 Αναλυτικά περιεχόμενα xxvii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 17 κύκλος του κιτρικού οξέος Συνοπτική παρουσίαση του κύκλου του κιτρικού οξέος κύκλος του κιτρικού οξέος οξειδώνει μονάδες δύο ατόμων άνθρακα σχηματισμός του ακετυλο-coa από το πυροσταφυλικό Eύκαμπτες συνδέσεις επιτρέπουν στο λιποαμίδιο να μετακινείται μεταξύ διαφορετικών ενεργών κέντρων κιτρική συνθάση σχηματίζει κιτρικό από οξαλικό και ακετυλοσυνένζυμο A Tο κιτρικό ισομερειώνεται σε ισοκιτρικό Tο ισοκιτρικό οξειδώνεται και αποκαρβοξυλιώνεται σε α-κετογλουταρικό Tο ηλεκτρυλο-συνένζυμο A σχηματίζεται από την οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση του α- κετογλουταρικού Mια ένωση μεταφοράς φωσφορικού υψηλού δυναμικού παράγεται από το ηλεκτρυλο-συνένζυμο A Tο οξαλοξικό αναπαράγεται από την οξείδωση του ηλεκτρικού Στοιχειομετρία του κύκλου του κιτρικού οξέος είσοδος στον κύκλο του κιτρικού οξέος και ο μεταβολισμός μέσω αυτού ελέγχονται Tο σύμπλεγμα της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης ελέγχεται αλλοστερικά και από αντιστρεπτή φωσφορυλίωση κύκλος του κιτρικού οξέος ελέγχεται σε αρκετά σημεία κύκλος του κιτρικού οξέος είναι μια πηγή πρόδρομων βιοσυνθετικών μορίων κύκλος του κιτρικού οξέος πρέπει να είναι ικανός να αναπληρώνεται γρήγορα νόσος μπέρι μπέρι και η δηλητηρίαση από υδράργυρο και αρσενικό είναι η αιτία για τη διακοπή του μεταβολισμού του πυροσταφυλικού Yποθέσεις αναφορικά με την ιστορία της εξέλιξης του κύκλου του κιτρικού οξέος κύκλος του γλυοξυλικού επιτρέπει στα φυτά και στα βακτήρια να αναπτύσσονται παρουσία οξικού 542 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 18 ξειδωτική φωσφορυλίωση οξειδωτική φωσφορυλίωση στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια Tα μιτοχόνδρια περιβάλλονται από μια διπλή μεμβράνη Tα μιτοχόνδρια έχουν προέλθει από μια διεργασία ενδοσυμβίωσης οξειδωτική φωσφορυλίωση εξαρτάται από τη μεταφορά ηλεκτρονίων λεκτρόνια υψηλής ενέργειας: δυναμικά οξειδοαναγωγής και μεταβολές ελεύθερης ενέργειας Mια διαφορά δυναμικού 1,14 Volt μεταξύ NAD και 2 ωθεί τη μεταφορά ηλεκτρονίων μέσω της αλυσίδας και ευνοεί τη βαθμίδωση συγκέντρωσης πρωτονίων μεταφορά ηλεκτρονίων μπορεί να επιτευχθεί και μεταξύ ομάδων οι οποίες δεν βρίσκονται σε επαφή αναπνευστική αλυσίδα αποτελείται από τέσσερα σύμπλοκα: τρεις αντλίες πρωτονίων και μια φυσική σύνδεση με τον κύκλο του κιτρικού οξέος Tα ηλεκτρόνια υψηλού δυναμικού του NAD εισέρχονται στην αναπνευστική αλυσίδα μέσω της οξειδοαναγωγάσης του ζεύγους NAD-Q ουβικινόλη είναι το σημείο εισόδου ηλεκτρονίων από το FAD 2 των φλαβινοπρωτεϊνών Tα ηλεκτρόνια ρέουν από την ουβικινόλη προς το κυτόχρωμα c, μέσω της οξειδοαναγωγάσης του ζεύγους Q-κυτοχρώματος c Διαμεμβρανική μεταφορά πρωτονίων: ο κύκλος του συνενζύμου Q οξειδάση του κυτοχρώματος c καταλύει την αναγωγή του μοριακού οξυγόνου σε νερό Tοξικά παράγωγα του μοριακού οξυγόνου, όπως η ρίζα του σουπεροξειδίου, περισυλλέγονται από προστατευτικά ένζυμα στερεοδιάταξη του κυτοχρώματος c έχει παραμείνει ουσιαστικά αμετάβλητη για περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια σύνθεση της ATP ωθείται από μια βαθμίδωση πρωτονίων συνθάση της ATP αποτελείται από μια +

29 xxviii Αναλυτικά περιεχόμενα μονάδα αγωγής πρωτονίων και μια καταλυτική μονάδα ροή πρωτονίων μέσω της συνθάσης της ATP οδηγεί στην απελευθέρωση στέρεα προσδεμένης ATP: ο μηχανισμός αλλαγής της συγγένειας πρόσδεσης πιο μικροσκοπικός μοριακός κινητήρας που γνωρίζουμε: περιστροφική κατάλυση ροή των πρωτονίων γύρω από τον δακτύλιο c ωθεί τη σύνθεση της ATP συνθάση της ATP και οι πρωτεΐνες G έχουν αρκετά κοινά γνωρίσματα Πολλά συστήματα μεταφοράς επιτρέπουν τη μετακίνηση ουσιών διά μέσου των μιτοχονδριακών μεμβρανών Tα ηλεκτρόνια του κυτοσολικού NAD εισέρχονται στα μιτοχόνδρια με συστήματα μεταφοράς είσοδος της ADP στα μιτοχόνδρια είναι συζευγμένη με την έξοδο ATP μέσω της μετατοπάσης ATP-ADP ι μιτοχονδριακοί μεταφορείς μεταβολιτών έχουν ένα κοινό τριμερές μοτίβο ρύθμιση της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης καθορίζεται κυρίως από τις ανάγκες σε ATP πλήρης οξείδωση της γλυκόζης αποδίδει περίπου 30 μόρια ATP ρυθμός της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης καθορίζεται από τις ανάγκες σε ATP οξειδωτική φωσφορυλίωση μπορεί να ανασταλεί σε πολλά στάδιά της ρυθμιζόμενη αποσύζευξη οδηγεί στην παραγωγή θερμότητας ανακάλυψη μιτοχονδριακών νόσων Tα μιτοχόνδρια παίζουν σπουδαίο ρόλο στην απόπτωση παραγωγή ενέργειας από βαθμιδώσεις συγκέντρωσης πρωτονίων: ένα κεντρικό θέμα της βιοενεργητικής 583 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 19 ι φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης Φωτοσύνθεση: μια εποπτική εικόνα φωτοσύνθεση λαμβάνει χώρα στους χλωροπλάστες Tα πρωταρχικά γεγονότα της φωτοσύνθεσης λαμβάνουν χώρα στις μεμβράνες των θυλακοειδών εξέλιξη των χλωροπλαστών απορρόφηση φωτός από τη χλωροφύλλη επάγει τη μεταφορά ηλεκτρονίων Tα φωτοσυνθετικά βακτήρια και τα κέντρα φωτοσυνθετικής αντίδρασης των πράσινων φυτών έχουν έναν κοινό πυρήνα Ένα ειδικό ζεύγος χλωροφυλλών ξεκινά τον διαχωρισμό των φορτίων Στη φωτοσύνθεση που παράγει οξυγόνο, δύο φωτοσυστήματα παράγουν μια βαθμίδωση συγκέντρωσης πρωτονίων και NADP Tο φωτοσύστημα II μεταφέρει ηλεκτρόνια από το νερό στην πλαστοκινόνη και παράγει μια βαθμίδωση συγκέντρωσης πρωτονίων Tο σύμπλεγμα κυτοχρωμάτων bf συνδέει το φωτοσύστημα II με το φωτοσύστημα I Tο φωτοσύστημα II χρησιμοποιεί ενέργεια φωτός για να παραγάγει ανηγμένη φερρεδοξίνη, ένα ισχυρό αναγωγικό μέσον αναγωγάση του ζεύγους φερρεδοξίνης- NADP μετατρέπει το NADP σε NADP σύνθεση της ATP ωθείται από μια βαθμίδωση πρωτονίων μεταξύ των δύο πλευρών της μεμβράνης του θυλακοειδούς συνθάση της ATP των χλωροπλαστών μοιάζει πάρα πολύ με εκείνες των μιτοχονδρίων και των προκαρυωτικών οργανισμών κυκλική ροή ηλεκτρονίων διά μέσου του φωτοσυστήματος I οδηγεί στην παραγωγή ATP αντί NADP απορρόφηση οκτώ φωτονίων αποδίδει ένα μόριο 2, δύο μόρια NADP και τρία μόρια ATP Eπικουρικές χρωστικές διοχετεύουν ενέργεια στα κέντρα αντίδρασης μεταφορά ενέργειας υπό συντονισμό επιτρέπει στην ενέργεια να μεταφερθεί από τη θέση αρχικής απορρόφησης στο κέντρο αντίδρασης Tα φωτοσυλλεκτικά συμπλέγματα περιέχουν επιπλέον χλωροφύλλες και καροτενοειδή Tα φυκοχολοσώματα λειτουργούν ως μοριακοί φωταγωγοί στα κυανοβακτήρια και τα ερυθρά φύκη ι συνιστώσες της φωτοσύνθεσης είναι πολύ οργανωμένες Πολλά ζιζανιοκτόνα αναστέλλουν τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης ικανότητα μετατροπής του φωτός σε χημική ενέργεια υπάρχει από αρχαιοτάτων χρόνων 613

30 Αναλυτικά περιεχόμενα xxix ΚΕΦΑΛΑΙΟ 20 κύκλος του Calvin και η πορεία των φωσφορικών πεντοζών κύκλος του Calvin συνθέτει εξόζες από διοξείδιο του άνθρακα και νερό Tο διοξείδιο του άνθρακα αντιδρά με την 1,5- διφωσφορική ριβουλόζη για να σχηματιστούν δύο μόρια 3-φωσφογλυκερικού Kαταλυτική ατέλεια: rubisco καταλύει επίσης μια δαπανηρή αντίδραση οξυγονάσης Φωσφορικές εξόζες σχηματίζονται από φωσφογλυκερικό, και αναγεννάται η 1,5- διφωσφορική ριβουλόζη Tρία μόρια ATP και δύο μόρια NADP χρησιμοποιούνται για να φέρουν το C 2 στο επίπεδο μιας εξόζης Tο άμυλο και η σακχαρόζη είναι οι κύριες αποθήκες υδατανθράκων στα φυτά δραστικότητα του κύκλου του Calvin εξαρτάται από τις συνθήκες του περιβάλλοντος rubisco ενεργοποιείται από αλλαγές στις συγκεντρώσεις των πρωτονίων και του Mg 2+ που ωθούνται από το φως θειορεδοξίνη παίζει καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση του κύκλου του Calvin πορεία C 4 των τροπικών φυτών επιταχύνει τη φωτοσύνθεση συγκεντρώνοντας το διοξείδιο του άνθρακα μεταβολισμός του κρασσουλασικού οξέος επιτρέπει την ανάπτυξη σε άγονο περιβάλλον πορεία των φωσφορικών πεντοζών παράγει NADP και συνθέτει σάκχαρα με πέντε άτομα άνθρακα Kατά τη μετατροπή της 6-φωσφορικής γλυκόζης σε 5-φωσφορική ριβουλόζη παράγονται δύο μόρια NADP πορεία των φωσφορικών πεντοζών και η γλυκόλυση συνδέονται με την τρανσκετολάση και την τρανσαλδολάση τρανσκετολάση και η τρανσαλδολάση σταθεροποιούν καρβανιοντικά ενδιάμεσα με διαφορετικούς μηχανισμούς μεταβολισμός της 6-φωσφορικής γλυκόζης από την πορεία των φωσφορικών πεντοζών είναι συντονισμένος με τη γλυκόλυση ταχύτητα της πορείας των φωσφορικών πεντοζών ελέγχεται από το επίπεδο του NADP ροή της 6-φωσφορικής γλυκόζης εξαρτάται από τις ανάγκες για NADP, 5-φωσφορική ριβόζη και ATP Mέσα από τον καθρέπτη: κύκλος του Calvin και η πορεία των φωσφορικών πεντοζών αφυδρογονάση της 6-φωσφορικής γλυκόζης παίζει καθοριστικό ρόλο στην προστασία από τις αντιδραστικές ενώσεις οξυγόνου Aνεπάρκεια της αφυδρογονάσης της 6- φωσφορικής γλυκόζης προξενεί φαρμακοεπαγόμενη αιμολυτική αναιμία ανεπάρκεια της αφυδρογονάσης της 6- φωσφορικής γλυκόζης σε μερικές περιπτώσεις παρέχει ένα εξελικτικό πλεονέκτημα 642 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 21 μεταβολισμός του γλυκογόνου Mια επισκόπηση του μεταβολισμού του γλυκογόνου Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου χρειάζεται τη συνέργεια διαφόρων ενζύμων φωσφορυλάση καταλύει τη φωσφορολυτική διάσπαση του γλυκογόνου για απελευθέρωση 1- φωσφορικής γλυκόζης Για την αποικοδόμηση του γλυκογόνου απαιτείται και ένα ένζυμο αποδιακλάδωσης φωσφογλυκομουτάση μετατρέπει την 1- φωσφορική γλυκόζη σε 6-φωσφορική γλυκόζη Tο ήπαρ περιέχει φωσφατάση της 6- φωσφορικής γλυκόζης, ένα υδρολυτικό ένζυμο που απουσιάζει από τους μυς φωσφορική πυριδοξάλη συμμετέχει στη φωσφορολυτική διάσπαση του γλυκογόνου φωσφορυλάση ρυθμίζεται με αλλοστερικές αλληλεπιδράσεις και αντιστρεπτή φωσφορυλίωση656 ATP ADP μυϊκή φωσφορυλάση ρυθμίζεται από το ενδοκυτταρικό ενεργειακό φορτίο 656 P P

31 xxx Αναλυτικά περιεχόμενα ηπατική φωσφορυλάση παράγει γλυκόζη για χρήση από άλλους ιστούς κινάση της φωσφορυλάσης ενεργοποιείται με φωσφορυλίωση και ιόντα ασβεστίου επινεφρίνη και η γλυκαγόνη σηματοδοτούν την ανάγκη για αποικοδόμηση γλυκογόνου ι πρωτεΐνες G μεταβιβάζουν το σήμα για την έναρξη της αποικοδόμησης του γλυκογόνου Η αποικοδόμηση του γλυκογόνου πρέπει να είναι δυνατόν να τερματίζεται πολύ γρήγορα ρύθμιση της φωσφορυλάσης του γλυκογόνου έγινε πιο σύνθετη καθώς το ένζυμο εξελίχθηκε Tο γλυκογόνο συντίθεται και αποικοδομείται με διαφορετικές πορείες UDP-γλυκόζη είναι μια ενεργοποιημένη μορφή της γλυκόζης συνθάση του γλυκογόνου καταλύει τη μεταφορά της γλυκόζης από την UDP-γλυκόζη προς μια αυξανόμενη αλυσίδα Ένα ένζυμο σχηματισμού διακλαδώσεων σχηματίζει τους δεσμούς α-1, συνθάση του γλυκογόνου είναι το καθοριστικό ρυθμιστικό ένζυμο στη σύνθεση του γλυκογόνου Tο γλυκογόνο είναι μια πολύ αποδοτική μορφή αποθήκευσης της γλυκόζης Η αποικοδόμηση και η σύνθεση του γλυκογόνου ρυθμίζονται αντίρροπα πρωτεϊνική φωσφατάση 1 αντιστρέφει τη ρυθμιστική επίδραση των κινασών στον μεταβολισμό του γλυκογόνου ινσουλίνη διεγείρει τη σύνθεση γλυκογόνου ενεργοποιώντας την πρωτεϊνική φωσφατάση μεταβολισμός του γλυκογόνου στο ήπαρ ρυθμίζει το επίπεδο της γλυκόζης στο αίμα βιοχημική κατανόηση νόσων σχετικών με την αποθήκευση του γλυκογόνου είναι δυνατή 669 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 22 Ο μεταβολισμός των λιπαρών οξέων Επισκόπηση του μεταβολισμού των λιπαρών οξέων ι τριακυλογλυκερόλες είναι αποθήκες πολύ συμπυκνωμένης ενέργειας Tα λιπίδια της διατροφής πέπτονται με τις παγκρεατικές λιπάσες Tα λιπίδια της διατροφής μεταφέρονται στα χυλομικρά χρησιμοποίηση των λιπαρών οξέων ως καυσίμων χρειάζεται τρία στάδια επεξεργασίας ι τριακυλογλυκερόλες υδρολύονται από λιπάσες που ρυθμίζονται από την κυκλική AMP Tα λιπαρά οξέα συνδέονται με το συνένζυμο A πριν από την οξείδωσή τους καρνιτίνη μεταφέρει τα ενεργοποιημένα επιμήκη λιπαρά οξέα μέσα στη μιτοχονδριακή μήτρα Σε κάθε κύκλο οξείδωσης των λιπαρών οξέων παράγονται ακετυλο-coa, NAD και FAD πλήρης οξείδωση του παλμιτικού αποδίδει 106 μόρια ATP ρισμένα λιπαρά οξέα χρειάζονται πρόσθετα βήματα για αποικοδόμηση Για την οξείδωση των ακόρεστων λιπαρών οξέων χρειάζονται μια ισομεράση και μια αναγωγάση Στο τελικό βήμα της θειόλυσης τα λιπαρά οξέα με περιττό αριθμό αποδίδουν προπιονυλοσυνένζυμο A Tο προπιονυλο-coa μετατρέπεται σε ηλεκτρυλο-coa με μια αντίδραση που χρειάζεται βιταμίνη B Tα λιπαρά οξέα οξειδώνονται επίσης στα υπεροξειδοσώματα Όταν επικρατεί η αποικοδόμηση των λιπών, παράγονται κετονοσώματα από το ακετυλο-coa Tα κετονοσώματα είναι ένα κύριο καύσιμο σε μερικούς ιστούς Tα ζώα δεν μπορούν να μετατρέψουν λιπαρά οξέα σε γλυκόζη Tα λιπαρά οξέα συντίθενται και αποικοδομούνται με διαφορετικές πορείες σχηματισμός του μηλονυλο-συνενζύμου A είναι το καθοριστικό βήμα στη σύνθεση λιπαρών οξέων Tα ενδιάμεσα προϊόντα στη σύνθεση των λιπαρών οξέων προσδένονται σε μια ακυλοφόρος πρωτεΐνη (ACP) κύκλος επιμήκυνσης στη σύνθεση λιπαρών οξέων Tα λιπαρά οξέα στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς συντίθενται από ένα πολυλειτουργικό ενζυμικό σύμπλοκο ευέλικτη φωσφοπαντεθεϊνυλική μονάδα της ACP φέρει το υπόστρωμα από ένα ενεργό κέντρο σε ένα άλλο στοιχειομετρία της σύνθεσης των λιπαρών οξέων Tο κιτρικό οξύ είναι φορέας ακετυλομάδων από τα μιτοχόνδρια στο κυτοσόλιο για τη σύνθεση λιπαρών οξέων 700

32 Αναλυτικά περιεχόμενα xxxi Πηγές του NADP για τη σύνθεση λιπαρών οξέων Οι αναστολείς της συνθάσης των λιπαρών οξέων μπορεί να είναι χρήσιμα φάρμακα Παραλλαγές σε ένα θέμα: ι συνθετάσες των πολυκετιδίων και των μη ριβοσωματικών πεπτιδίων μοιάζουν με τη συνθάση των λιπαρών οξέων καρβοξυλάση του ακετυλοσυνενζύμου A παίζει καθοριστικό ρόλο στον έλεγχο του μεταβολισμού των λιπαρών οξέων επιμήκυνση και ο αποκορεσμός των λιπαρών οξέων πραγματοποιούνται από επικουρικά ενζυμικά συστήματα Mεμβρανοσύνδετα ένζυμα δημιουργούν ακόρεστα λιπαρά οξέα ι εικοσανοειδείς ορμόνες παράγονται από πολυακόρεστα λιπαρά οξέα 706 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 23 Pυθμός αναπλήρωσης πρωτεϊνών και καταβολισμός αμινοξέων ι πρωτεΐνες αποικοδομούνται σε αμινοξέα πέψη και απορρόφηση των πρωτεϊνών της διατροφής ι κυτταρικές πρωτεΐνες αποικοδομούνται με διαφορετικούς ρυθμούς ρυθμός αναπλήρωσης μιας πρωτεΐνης ρυθμίζεται σε αυστηρώς καθορισμένα πλαίσια ουβικιτίνη σημαδεύει τις πρωτεΐνες για καταστροφή Tο πρωτεόσωμα πέπτει πρωτεΐνες σημασμένες με ουβικιτίνη αποικοδόμηση πρωτεϊνών μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη ρύθμιση βιολογικών λειτουργιών πορεία της ουβικιτίνης και το πρωτεόσωμα έχουν τα προκαρυωτικά ισοδύναμά τους Tο πρώτο βήμα στην αποικοδόμηση των αμινοξέων είναι η απομάκρυνση του αζώτου ι α-αμινικές ομάδες μετατρέπονται σε ιόντα αμμωνίου με την οξειδωτική απαμίνωση του γλουταμινικού φωσφορική πυριδοξάλη σχηματίζει ενδιάμεσα βάσεων Schiff στις αμινομεταφοράσες αμινομεταφοράση του ασπαραγινικού είναι μέλος μιας μεγάλης και πολυσχιδούς οικογένειας ενζύμων εξαρτώμενων από πυριδοξάλη σερίνη και η θρεονίνη μπορούν να απαμινωθούν απευθείας ι περιφερειακοί ιστοί μεταφέρουν άζωτο στο ήπαρ Tο ιόν αμμωνίου μετατρέπεται σε ουρία στα περισσότερα χερσαία σπονδυλωτά κύκλος της ουρίας αρχίζει με τον σχηματισμό του φωσφορικού καρβαμοϋλίου κύκλος της ουρίας συνδέεται με τον κύκλο του κιτρικού οξέος εξέλιξη του κύκλου της ουρίας Kληρονομικές βλάβες του κύκλου της ουρίας προκαλούν υπεραμμωνιαιμία και μπορεί να οδηγήσουν σε βλάβη του εγκεφάλου ουρία δεν είναι το μοναδικό μέσο απομάκρυνσης της περίσσειας αζώτου Tα άτομα άνθρακα των αποικοδομούμενων αμινοξέων εμφανίζονται ως κύρια μεταβολικά ενδιάμεσα Tο πυροσταφυλικό ως σημείο εισόδου στον μεταβολισμό Tο οξαλοξικό ως σημείο εισόδου στον μεταβολισμό Tο α-κετογλουταρικό ως σημείο εισόδου στον μεταβολισμό Tο ηλεκτρυλο-συνένζυμο A είναι ένα σημείο εισόδου για αρκετά μη πολικά αμινοξέα αποικοδόμηση της μεθειονίνης χρειάζεται τον σχηματισμό της S-αδενοσυλομεθειονίνης, ενός βασικού δότη μεθυλικής ομάδας Tα αμινοξέα διακλαδισμένης αλυσίδας αποδίδουν ακετυλο-coa, ακετοξικό ή προπιονυλο- CoA Για την αποικοδόμηση των αρωματικών αμινοξέων απαιτούνται οξυγονάσες Eκ γενετής σφάλματα του μεταβολισμού μπορούν να δημιουργήσουν προβλήματα στην αποικοδόμηση των αμινοξέων 738

33 xxxii Αναλυτικά περιεχόμενα ΕΝΟΤΗΤΑ IΙΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Το σικιμικό και το χορισμικό είναι τα ενδιάμεσα στη βιοσύνθεση των αρωματικών αμινοξέων Η ΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΒΙΟΜΟΡΙΩΝ Η βιοσύνθεση των αμινοξέων Σύνοψη της σύνθεσης των αμινοξέων 24.1 Καθήλωση αζώτου: μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν ΑΤΡ και ένα ισχυρό αναγωγικό για να αναγάγουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνία Ο συμπαράγοντας σιδήρου-μολυβδαινίου της αζωτάσης δεσμεύει και ανάγει το ατμοσφαιρικό άζωτο Το ιόν αμμωνίου ενσωματώνεται στα αμινοξέα διά μέσου του γλουταμινικού και της γλουταμίνης 24.2 Τα αμινοξέα παράγονται από ενδιάμεσα του κύκλου του κιτρικού οξέος και άλλων κύριων πορειών Η συνθετάση της θρυπτοφάνης καταδεικνύει τον μηχανισμό διοχέτευσης υποστρώματος στην ενζυμική κατάλυση Η βιοσύνθεση των αμινοξέων ρυθμίζεται με επανατροφοδοτική αναστολή Οι διακλαδισμένες πορείες χρειάζονται σύνθετη ρύθμιση Η δραστικότητα της συνθετάσης της γλουταμίνης τροποποιείται από έναν ενζυμικό καταρράκτη Τα αμινοξέα είναι πρόδρομοι πολλών βιομορίων Ο άνθρωπος μπορεί να συνθέτει αμινοξέα αλλά πρέπει να λαμβάνει τα υπόλοιπα από τις τροφές Ένα κοινό βήμα καθορίζει τη χειρομορφία όλων των αμινοξέων Για τον σχηματισμό ασπαραγίνης από ασπαραγινικό χρειάζεται ένα αδενυλιωμένο ενδιάμεσο Το γλουταμινικό είναι το πρόδρομο μόριο της γλουταμίνης, της προλίνης και της αργινίνης Το γλουταθείο, ένα γ-γλουταμυλοπεπτίδιο, χρησιμεύει ως ρυθμιστικό μέσο σουλφυδρυλικών ομάδων και ως αντιοξειδωτικό Το μονοξείδιο του αζώτου, ένα βραχύβιο σηματοδοτικό μόριο, σχηματίζεται από αργινίνη Οι πορφυρίνες στα θηλαστικά συντίθενται από γλυκίνη και ηλεκτρυλοσυνένζυμο Α Σε μερικές κληρονομικές διαταραχές του μεταβολισμού των πορφυρινών οι πορφυρίνες συσσωρεύονται 774 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 25 Η βιοσύνθεση των νουκλεοτιδίων Σύνοψη της βιοσύνθεσης νουκλεοτιδίων και ονοματολογία Κατά τη de novo σύνθεση, ο πυριμιδινικός δακτύλιος συναρμολογείται από όξινο ανθρακικό, ασπαραγινικό και γλουταμίνη Το όξινο ανθρακικό και άλλες οξυγονωμένες ενώσεις του άνθρακα ενεργοποιούνται με φωσφορυλίωση Η πλευρική αλυσίδα της γλουταμίνης μπορεί να υδρολυθεί για να παραγάγει αμμωνία Η σερίνη, η κυστεΐνη και η γλυκίνη σχηματίζονται από 3-φωσφογλυκερικό Το τετραϋδροφυλλικό έχει ενεργοποιημένες μονοανθρακικές μονάδες διαφόρων οξειδωτικών καταστάσεων Η S-αδενοσυλομεθειονίνη είναι ο κύριος δότης των μεθυλικών ομάδων Η κυστεΐνη συντίθεται από σερίνη και ομοκυστεΐνη Υψηλά επίπεδα ομοκυστεΐνης συνδέονται με αγγειακές νόσους Τα ενδιάμεσα μόρια μπορούν να μετακινούνται μεταξύ των ενεργών κέντρων με διοχέτευση Το οροτικό αποκτά έναν δακτύλιο ριβόζης από PRPP σχηματίζοντας ένα πυριμιδινικό νουκλεοτίδιο και μετατρέπεται σε ουριδυλικό Τα μονο-, δι- και τριφωσφορικά νουκλεοτίδια είναι αλληλομετατρέψιμα Η CTP σχηματίζεται με αμίνωση της UTP Βάσεις πουρίνης μπορούν να συντεθούν de novo ή να ανακυκλωθούν από πορείες περίσωσης ι πορείες περίσωσης μειώνουν την ενδοκυτταρική δαπάνη ενέργειας 787

34 Αναλυτικά περιεχόμενα xxxiii ΚΕΦΑΛΑΙΟ 26 Η βιοσύνθεση των μεμβρανικών λιπιδίων και των στεροειδών 807 is Το σύστημα του πουρινικού δακτυλίου συναρμολογείται στη φωσφορική ριβόζη Ο πουρινικός δακτύλιος συναρμολογείται με διαδοχικά βήματα ενεργοποίησης με φωσφορυλίωση ακολουθούμενα από εκτοπίσεις Η ΑΜΡ και η GMP σχηματίζονται από την ΙΜΡ Τα δεοξυριβονουκλεοτίδια συντίθενται με την αναγωγή ριβονουκλεοτιδίων μέσω ενός μηχανισμού με ενδιάμεση ελεύθερη ρίζα Το θυμιδυλικό σχηματίζεται από τη μεθυλίωση του δεοξυουριδυλικού Η αναγωγάση του διυδροφυλλικού καταλύει την αναγέννηση του τετραϋδροφυλλικού, ενός φορέα μονοανθρακικών μονάδων Μερικά πολύτιμα αντικαρκινικά φάρμακα εμποδίζουν τη σύνθεση θυμιδυλικού Καθοριστικά βήματα στη βιοσύνθεση νουκλεοτιδίων ρυθμίζονται από επανατροφοδοτική αναστολή Το NAD +, το FAD και το συνένζυμο Α σχηματίζονται από ΑΤΡ Διαταραχές στον μεταβολισμό νουκλεοτιδίων μπορεί να προκαλέσουν παθολογικές καταστάσεις Στον άνθρωπο οι πουρίνες αποικοδομούνται προς ουρικό Το σύνδρομο Lesch-Nyhan είναι μια δραματική συνέπεια μεταλλάξεων ενός ενζύμου της πορείας περίσωσης Το φωσφατιδικό είναι ένα κοινό ενδιάμεσο στη σύνθεση των φωσφολιπιδίων και των τριακυλογλυκερολών Η σύνθεση των φωσφολιπιδίων χρειάζεται ένα ενεργοποιημένο ενδιάμεσο Τα πλασμαλογόνα και άλλα αιθερικά φωσφολιπίδια συντίθενται από φωσφορική διυδροξυακετόνη Τα σφιγγολιπίδια συντίθενται από κεραμίδιο ι γαγγλιοζίτες είναι σφιγγολιπίδια πλούσια σε υδατάνθρακες οι οποίοι περιέχουν όξινα σάκχαρα Τα σφιγγολιπίδια έχουν ποικιλία στη δομή και τη λειτουργία των λιπιδίων Το σύνδρομο αναπνευστικής δυσφορίας και η νόσος Tay-Sachs είναι αποτέλεσμα της διαταραχής του μεταβολισμού των λιπιδίων Η χοληστερόλη συντίθεται από ακετυλοσυνένζυμο Α σε τρία στάδια Η σύνθεση του μεβαλονικού, το οποίο είναι ενεργοποιημένο ως πυροφωσφορικό ισοπεντενύλιο, αρχίζει τη σύνθεση της χοληστερόλης Το σκουαλένιο (C 30 ) συντίθεται από έξι μόρια πυροφωσφορικού ισοπεντενυλίου (C 5 ) Το σκουαλένιο κυκλοποιείται για να σχηματιστεί χοληστερόλη Η περίπλοκη ρύθμιση της βιοσύνθεσης της χοληστερόλης λαμβάνει χώρα σε αρκετά επίπεδα Οι λιποπρωτεΐνες μεταφέρουν χοληστερόλη και τριακυλογλυκερόλες σε κάθε σημείο του οργανισμού Τα επίπεδα κάποιων λιποπρωτεϊνών στο αίμα μπορεί να εξυπηρετήσουν διαγνωστικούς σκοπούς Οι λιποπρωτεΐνες χαμηλής πυκνότητας παίζουν πρωτεύοντα ρόλο στον μεταβολισμό της χοληστερόλης Ο υποδοχέας LDL είναι μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη που έχει πέντε διαφορετικές λειτουργικές περιοχές Η απουσία του υποδοχέα LDL οδηγεί σε υπερχοληστερολαιμία και αθηροσκλήρωση Η κλινική ρύθμιση των επιπέδων της χοληστερόλης μπορεί να γίνει κατανοητή σε βιοχημικό επίπεδο Στα σημαντικά παράγωγα της χοληστερόλης περιλαμβάνονται τα χολικά άλατα και οι στεροειδείς ορμόνες 825

35 xxxiv Αναλυτικά περιεχόμενα Η ονοματολογία των στεροειδών ορμονών Τα στεροειδή υδροξυλιώνονται από τις μονοξυγονάσες του κυτοχρώματος Ρ450 που χρησιμοποιούν NADP και Ο Το σύστημα του κυτοχρώματος Ρ450 είναι διαδεδομένο και έχει προστατευτική λειτουργία Η πρεγνενολόνη, μια πρόδρομη ένωση για πολλά άλλα στεροειδή, σχηματίζεται από τη χοληστερόλη με διάσπαση της πλευρικής αλυσίδας της Η σύνθεση της προγεστερόνης και των κορτικοστεροειδών από την πρεγνενολόνη Η σύνθεση των ανδρογόνων και των οιστρογόνων από την πρεγνενολόνη Η βιταμίνη D προέρχεται από τη χοληστερόλη με τη φωτολυτική διάσπαση των δακτυλίων Το πυροφωσφορικό ισοπεντενύλιο είναι μια πρόδρομη ένωση για μια μεγάλη ποικιλία βιομορίων 832 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 27 Αντιγραφή, ανασυνδυασμός και επιδιόρθωση του DNA To DNA μπορεί να πάρει ποικίλες δομικές μορφές Το A-DNA είναι μια διπλή έλικα με διαφορετικά χαρακτηριστικά από εκείνα του πιο διαδεδομένου B-DNA Η μεγάλη και η μικρή αύλακα περιέχουν ομάδες ειδικής αλληλουχίας που σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου Μελέτες μεμονωμένων κρυστάλλων DNA αποκάλυψαν τοπικές παραλλαγές στη δομή του DNA Το Z-DNA είναι μια αριστερόστροφη διπλή έλικα στην οποία τα φωσφορικά στον σκελετό του μορίου σχηματίζουν γραμμή ζιγκ-ζαγκ Οι DNA πολυμεράσες χρειάζονται ένα εκμαγείο και έναν εκκινητή Όλες οι DNA πολυμεράσες έχουν κοινά δομικά χαρακτηριστικά Δύο δεσμευμένα μεταλλικά ιόντα συμμετέχουν στην αντίδραση πολυμεράσης εξειδίκευση της αντιγραφής υπαγορεύεται από δεσμούς υδρογόνου και από τη συμπληρωματικότητα του σχήματος μεταξύ των βάσεων Πολλές πολυμεράσες διαβάζουν τις νέες βάσεις που προστίθενται και αφαιρούν τα λάθη Ο διαχωρισμός των κλώνων του DNA χρειάζεται ειδικές ελικάσες και υδρόλυση ΑΤΡ Το δίκλωνο DNA μπορεί να περιτυλίσσεται γύρω από τον εαυτό του σχηματίζοντας υπερσπειρωμένες δομές Ο αριθμός συνδέσεων του DNA, μια τοπολογική ιδιότητα, προσδιορίζει τον βαθμό υπερσπείρωσης Η ελικοειδής στροφή και η υπερελικοειδής συστροφή συσχετίζονται μεταξύ τους με τον αριθμό συνδέσεων Οι τοποϊσομεράσες τύπου Ι χαλαρώνουν υπερσπειρωμένες δομές Οι τοποϊσομεράσες τύπου ΙΙ μπορούν να εισάγουν αρνητικά υπερσπειράματα διά μέσου της σύζευξής τους με υδρόλυση της ΑΤΡ Η αντιγραφή DNA και των δύο κλώνων προχωρά γρήγορα από συγκεκριμένες θέσεις έναρξης Ένα μόριο εκκίνησης RNA, που συντίθεται από την εκκινητάση, βοηθά την έναρξη της σύνθεσης του DNA Ο ένας κλώνος του DNA συντίθεται συνεχώς, ενώ ο άλλος συντίθεται κατά τμήματα Η DNA λιγάση συνδέει άκρα DNA σε δίκλωνες περιοχές Η αντιγραφή του DNA χρειάζεται πολυμεράσες υψηλής επεξεργασιμότητας Ο προηγούμενος και ο καθυστερών κλώνος συντίθενται με συντονισμένο τρόπο Η σύνθεση του DNA είναι πιο πολύπλοκη στα ευκαρυωτικά από ό,τι στα προκαρυωτικά Τα τελομερή είναι μοναδικές δομές στα άκρα των γραμμικών χρωμοσωμάτων Τα τελομερή αντιγράφονται από την τελομεράση, μια εξειδικευμένη πολυμεράση η οποία φέρει το δικό της εκμαγείο RNA Μερικές φορές ανασυνδυάζονται μόρια δίκλωνου DNA με όμοιες αλληλουχίες Οι αντιδράσεις ανασυνδυασμού προχωρούν διά μέσου ενδιάμεσων συνδέσμων olliday Οι ανασυνδυάσες είναι εξελικτικά συγγενείς με τις τοποϊσομεράσες 864

36 Αναλυτικά περιεχόμενα xxxv 27.6 Οι μεταλλάξεις αφορούν αλλαγές στην αλληλουχία βάσεων του DNA Μερικά χημικά μεταλλαξιγόνα είναι πολύ ειδικά Το υπεριώδες φως παράγει διμερή πυριμιδινών Χρησιμοποιούνται ποικίλες πορείες επιδιόρθωσης του DNA Η παρουσία της θυμίνης αντί της ουρακίλης στο DNA επιτρέπει την επιδιόρθωση της απαμινωμένης κυτοσίνης Πολλά είδη καρκίνου προκαλούνται από ελαττωματική επιδιόρθωση του DNA Μερικές γενετικές ασθένειες προκαλούνται από την επέκταση των επαναλήψεων τριών νουκλεοτιδίων Πολλά πιθανά καρκινογόνα μπορούν να ανιχνευθούν από τη μεταλλαξιγόνο δράση τους σε βακτήρια 870 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 28 Σύνθεση και μάτισμα του RNA Ανασκόπηση της σύνθεσης του RNA Η μεταγραφή καταλύεται από την RNA πολυμεράση Η μεταγραφή αρχίζει σε θέσεις προαγωγέων στο εκμαγείο του DNA Οι υπομονάδες σ της RNA πολυμεράσης αναγνωρίζουν θέσεις προαγωγέων Για να πραγματοποιηθεί η μεταγραφή, η RNA πολυμεράση πρέπει να ξετυλίξει το εκμαγείο της δίκλωνης έλικας Οι αλυσίδες του RNA σχηματίζονται de novo και αυξάνονται προς την κατεύθυνση 5 προς Η επιμήκυνση πραγματοποιείται στις φυσαλίδες μεταγραφής οι οποίες μετακινούνται κατά μήκος του εκμαγείου DNA Μια δομή φουρκέτας RNA που ακολουθείται από ορισμένα κατάλοιπα ουρακίλης τερματίζει τη μεταγραφή μερικών γονιδίων Η πρωτεΐνη ρ βοηθά στον τερματισμό της μεταγραφής ορισμένων γονιδίων Τα πρόδρομα μόρια του μεταφορικού και του ριβοσωματικού RNA διασπώνται και τροποποιούνται χημικά μετά τη μεταγραφή Αντιβιοτικά ως αναστολείς της μεταγραφής Η ευκαρυωτική μεταγραφή και η μετάφραση είναι διαχωρισμένες στον χώρο και στον χρόνο Το RNA στα ευκαρυωτικά κύτταρα συντίθεται από τρεις τύπους RNA πολυμεράσης Στοιχεία με δράση cis και trans: οι κλειδαριές και τα κλειδιά της μεταγραφής Οι περισσότεροι προαγωγείς για την RNA πολυμεράση ΙΙ περιέχουν ένα πλαίσιο ΤΑΤΑ κοντά στη θέση έναρξης της μεταγραφής Η πρωτεΐνη που δεσμεύεται στο πλαίσιο ΤΑΤΑ αρχίζει τη συναρμολόγηση του ενεργού συμπλόκου μεταγραφής Πολλοί παράγοντες μεταγραφής αλληλεπιδρούν με ευκαρυωτικούς προαγωγείς Ενισχυτικές αλληλουχίες μπορούν να διεγείρουν τη μεταγραφή σε θέσεις έναρξης που βρίσκονται χιλιάδες βάσεις μακριά Τα προϊόντα της μεταγραφής και των τριών ευκαρυωτικών πολυμερασών υφίστανται επεξεργασία Τα άκρα του μεταγραφήματος του προ-mrna αποκτούν ένα 5 -κάλυμμα και μια ουρά 3 -πολυ(α) Ο μηχανισμός διόρθωσης του RNA αλλάζει τις πρωτεΐνες που κωδικεύονται από το mrna Θέσεις ματίσματος σε πρόδρομα μόρια του mrna εξειδικεύονται από αλληλουχίες στα άκρα ιντρονίων Το μάτισμα αποτελείται από δύο αντιδράσεις τρανσεστεροποίησης Μικρά πυρηνικά μόρια RNA στα σωμάτια ματίσματος καταλύουν το μάτισμα πρόδρομων μορίων mrna Μερικά μόρια προ-mrna μπορούν να ματίζονται με εναλλακτικούς τρόπους δίνοντας διαφορετικά mrna Η ανακάλυψη του καταλυτικού RNA ήταν αποκαλυπτική τόσο σε σχέση με τον μηχανισμό όσο και με την εξέλιξη 904 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 29 Σύνθεση πρωτεϊνών Η σύνθεση πρωτεϊνών εξαρτάται από τη μετάφραση νουκλεοτιδικών αλληλουχιών σε αλληλουχίες αμινοξέων Για να γίνει σύνθεση μεγάλων πρωτεϊνικών μορίων πρέπει η συχνότητα λάθους να είναι μικρή Τα μόρια μεταφορικού RNA έχουν ένα κοινό σχήμα Το ενεργοποιημένο αμινοξύ και το αντικωδίκιο του trna βρίσκονται σε αντίθετα άκρα του μορίου που έχει σχήμα Γ Οι συνθετάσες των αμινοακυλο-trna διαβάζουν τον γενετικό κώδικα 918

37 xxxvi Αναλυτικά περιεχόμενα Τα αμινοξέα ενεργοποιούνται πρώτα με αδενυλίωση Οι συνθετάσες των αμινοακυλο-trna περιέχουν εξαιρετικά ειδικές θέσεις ενεργοποίησης αμινοξέων Η διορθωτική ικανότητα των συνθετασών των αμινοακυλο-trna αυξάνει την πιστότητα της σύνθεσης πρωτεϊνών Οι συνθετάσες αναγνωρίζουν τις θηλιές του αντικωδικίου και τους βραχίονες υποδοχής των μορίων μεταφορικού RNA Οι συνθετάσες των αμινοακυλο-trna μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες Το ριβόσωμα είναι ένα σωμάτιο ριβονουκλεοπρωτεΐνης (70 S) αποτελούμενο από μια μικρή (30 S) και μια μεγάλη (50 S) υπομονάδα Μερικά μόρια μεταφορικού RNA αναγνωρίζουν περισσότερα από ένα κωδίκια λόγω ταλάντευσης στο ζευγάρωμα βάσεων Πρωτεϊνικοί παράγοντες παίζουν καθοριστικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών Το φορμυλομεθειονυλο-trna τοποθετείται στη θέση P του ριβοσώματος κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του συμπλόκου έναρξης 70 S Οι παράγοντες επιμήκυνσης παραδίδουν αμινοακυλο-trna στο ριβόσωμα Ο σχηματισμός ενός πεπτιδικού δεσμού ακολουθείται από μετατόπιση του trna και του mrna που ωθείται από GTP Η σύνθεση πρωτεϊνών τερματίζεται από παράγοντες τερματισμού οι οποίοι διαβάζουν κωδίκια τερματισμού Η ευκαρυωτική σύνθεση πρωτεϊνών διαφέρει από την προκαρυωτική κυρίως στην έναρξη της μετάφρασης Πολλά αντιβιοτικά δρουν αναστέλλοντας τη σύνθεση πρωτεϊνών Η τοξίνη της διφθερίτιδας παρεμποδίζει τη σύνθεση πρωτεϊνών στα ευκαρυωτικά αναστέλλοντας τη μετατόπιση 941 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 30 Η ολοκλήρωση του μεταβολισμού Τα ριβοσωματικά RNA (rrna 5 S, 16 S, και 23 S) παίζουν κεντρικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνες συντίθενται με την κατεύθυνση αμινο-τελικό προς καρβοξυ-τελικό άκρο Το αγγελιαφόρο RNA μεταφράζεται κατά την κατεύθυνση 5 προς Το σήμα έναρξης είναι AUG (ή GUG) του οποίου προηγούνται μερικές βάσεις που ζευγαρώνουν με rrna 16 S Η βακτηριακή σύνθεση πρωτεϊνών αρχίζει με φορμυλομεθειονυλο-μεταφορικό RNA Τα ριβοσώματα έχουν τρεις θέσεις δέσμευσης trna που γεφυρώνουν τις υπομονάδες 30 S και 50 S Η αυξανόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα μεταφέρεται μεταξύ μορίων trna κατά τον σχηματισμό του πεπτιδικού δεσμού Μόνο οι αλληλεπιδράσεις κωδικίουαντικωδικίου προσδιορίζουν το αμινοξύ το οποίο ενσωματώνεται Ο μεταβολισμός αποτελείται από εξαιρετικά διασυνδεόμενες πορείες Επαναλαμβανόμενα μοτίβα στη μεταβολική ρύθμιση Οι κύριες μεταβολικές πορείες και οι θέσεις ελέγχου Σημαντικοί κόμβοι: 6-φωσφορική γλυκόζη, πυροσταφυλικό και ακετυλο-coa Κάθε όργανο έχει ένα μοναδικό μεταβολικό προφίλ Η πρόσληψη τροφής και η ασιτία επάγουν μεταβολικές αλλαγές Οι μεταβολικές προσαρμογές στην παρατεταμένη ασιτία ελαχιστοποιούν την αποικοδόμηση πρωτεϊνών Οι μεταβολικές διαταραχές στον διαβήτη προκύπτουν από τη σχετική ανεπάρκεια ινσουλίνης και την περίσσεια γλυκαγόνης Θερμιδική ομοιόσταση: ένα μέσον ρύθμισης της μάζας του σώματος Η επιλογή των καυσίμων κατά την άσκηση καθορίζεται από την ένταση και τη διάρκεια της δραστηριότητας 966

38 Αναλυτικά περιεχόμενα xxxvii 30.5 Η αιθανόλη αλλάζει το μεταβολικό σχήμα στο ήπαρ 969 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 31 Ο έλεγχος της γονιδιακής έκφρασης Προκαρυωτικές πρωτεΐνες που προσδένονται στο DNA δεσμεύονται ειδικά σε ρυθμιστικές θέσεις στα οπερόνια Ένα οπερόνιο αποτελείται από ρυθμιστικά στοιχεία και γονίδια που κωδικεύουν πρωτεΐνες Ο χειριστής lac έχει μια συμμετρική αλληλουχία βάσεων Η πρωτεΐνη-καταστολέας lac απουσία λακτόζης δεσμεύεται στον χειριστή και εμποδίζει τη μεταγραφή Η δέσμευση προσδέματος μπορεί να επάγει δομικές αλλαγές στις ρυθμιστικές πρωτεΐνες Το οπερόνιο είναι μια κοινή ρυθμιστική μονάδα στα προκαρυωτικά Η μεταγραφή μπορεί να διεγείρεται από πρωτεΐνες που έρχονται σε επαφή με την RNA πολυμεράση Το μοτίβο έλικας-στροφής-έλικας είναι κοινό σε πολλές προκαρυωτικές πρωτεΐνες που προσδένονται σε DNA Η μεγαλύτερη πολυπλοκότητα των ευκαρυωτικών γονιδιωμάτων χρειάζεται σύνθετους μηχανισμούς για τη γονιδιακή ρύθμιση Τα νουκλεοσώματα είναι σύμπλοκα DNA και ιστονών Το ευκαρυωτικό DNA είναι τυλιγμένο γύρω από τις ιστόνες σχηματίζοντας νουκλεοσώματα Ο έλεγχος της γονιδιακής έκφρασης χρειάζεται ανάπλαση της χρωματίνης Οι ενισχυτές μπορούν να διεγείρουν τη μεταγραφή με την αλλοίωση της δομής της χρωματίνης Η τροποποίηση του DNA μπορεί να αλλάξει τα πρότυπα της γονιδιακής έκφρασης Η μεταγραφική ενεργοποίηση και καταστολή διεκπεραιώνονται από αλληλεπιδράσεις πρωτεϊνών Στεροειδή και άλλα σχετιζόμενα υδρόφοβα μόρια διαπερνούν τις μεμβράνες και δεσμεύονται σε υποδοχείς που προσδένονται σε DNA Οι υποδοχείς πυρηνικών ορμονών ρυθμίζουν τη μεταγραφή με τη στρατολόγηση συνενεργοποιητών και συγκαταστολέων στο σύμπλοκο μεταγραφής Οι υποδοχείς των στεροειδών ορμονών είναι στόχοι φαρμάκων Η δομή της χρωματίνης διαμορφώνεται με ομοιοπολικές τροποποιήσεις των ουρών των ιστονών Οι αποακετυλάσες των ιστονών συμβάλλουν στην καταστολή της μεταγραφής Η δέσμευση προσδεμάτων σε υποδοχείς μεμβρανών μπορεί να ρυθμίζει τη μεταγραφή μέσω καταρρακτών φωσφορυλιώσεων Η δομή της χρωματίνης μειώνει αποτελεσματικά το μέγεθος του γονιδιώματος Η γονιδιακή έκφραση μπορεί να ελέγχεται σε μετα-μεταγραφικά επίπεδα Η εξασθένιση είναι ένας προκαρυωτικός μηχανισμός για τη ρύθμιση της μεταγραφής μέσω χειρισμού μιας δευτεροταγούς δομής νεοσυντιθέμενου RNA Γονίδια τα οποία σχετίζονται με τον μεταβολισμό του σιδήρου στα ζώα ρυθμίζονται σε επίπεδο μετάφρασης 999 ΕΝΟΤΗΤΑ IV ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΕ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 32 Αισθητικά συστήματα Μια μεγάλη ποικιλία οργανικών ενώσεων ανιχνεύονται με την όσφρηση Η όσφρηση διεκπεραιώνεται από μια τεράστια οικογένεια υποδοχέων με επτά διαμεμβρανικές έλικες Τα οσμογόνα αποκωδικεύονται από έναν συνδυαστικό μηχανισμό Η μέθοδος της λειτουργικής απεικόνισης με μαγνητικό συντονισμό αποκαλύπτει περιοχές του εγκεφάλου που επεξεργάζονται αισθητικές πληροφορίες Η γεύση είναι ένας συνδυασμός αισθήσεων που λειτουργούν με διαφορετικούς μηχανισμούς Ανάλυση της αλληλουχίας του γονιδιώματος του ανθρώπου οδήγησε στην ανακάλυψη μιας

39 xxxviii Αναλυτικά περιεχόμενα μεγάλης οικογένειας υποδοχέων της γεύσης του πικρού με επτά διαμεμβρανικές έλικες Μια οικογένεια υποδοχέων με επτά διαμεμβρανικές έλικες αποκρίνεται σε γλυκές ενώσεις Αλμυρές γεύσεις ανιχνεύονται κυρίως από τη διέλευση των ιόντων νατρίου διά μέσου διαύλων Οι ξινές γεύσεις προέρχονται από τις επιδράσεις των ιόντων υδρογόνου (οξέα) σε διαύλους Το umami, η γεύση του γλουταμινικού, ανιχνεύεται από μια εξειδικευμένη μορφή υποδοχέα του γλουταμινικού Φωτοϋποδεκτικά μόρια στον οφθαλμό ανιχνεύουν το ορατό φως 1021 έναν υποδοχέα για την αίσθηση υψηλών θερμοκρασιών και άλλων επώδυνων ερεθισμάτων Ευαίσθητα αισθητικά συστήματα ανιχνεύουν άλλους περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως είναι το μαγνητικό πεδίο της Γης 1031 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 33 Το ανοσοποιητικό σύστημα Το ανοσοποιητικό σύστημα προσαρμόζεται χρησιμοποιώντας τις αρχές της εξέλιξης Τα αντισώματα έχουν διάκριτες μονάδες δέσμευσης αντιγόνου και επακόλουθων δράσεων Η πτυχή των ανοσοσφαιρινών αποτελείται από ένα πλαίσιο β-σάντουιτς με υπερμεταβλητές θηλιές Τα αντισώματα δεσμεύουν συγκεκριμένα μόρια μέσω των υπερμεταβλητών θηλιών τους Η κρυσταλλογραφία με ακτίνες Χ έχει αποκαλύψει τον τρόπο με τον οποίο τα αντισώματα δεσμεύουν αντιγόνα Τα μεγάλα αντιγόνα προσδένονται σε αντισώματα με πολλαπλές αλληλεπιδράσεις Η ροδοψίνη, ένας εξειδικευμένος υποδοχέας με επτά διαμεμβρανικές έλικες, απορροφά στο ορατό φως Η απορρόφηση φωτός επάγει μια ειδική ισομερείωση της δεσμευμένης 11-cis-ρετινάλης Η επαγόμενη από το φως μείωση του επιπέδου ασβεστίου συντονίζει την αποκατάσταση Η έγχρωμη όραση διεκπεραιώνεται από τρεις υποδοχείς των κωνιοφόρων κυττάρων που είναι ομόλογοι της ροδοψίνης Επαναδιατάξεις στα γονίδια για την πράσινη και την ερυθρή χρωστική οδηγούν σε αχρωματοψία Η ακοή εξαρτάται από την ταχεία ανίχνευση μηχανικών ερεθισμάτων Τα τριχωτά κύτταρα χρησιμοποιούν μια δέσμη στερεοκροσσών για να ανιχνεύσουν μικροσκοπικές κινήσεις Μηχανοαισθητικοί δίαυλοι έχουν ταυτοποιηθεί στη Drosophila και σε βακτήρια Η αφή περιλαμβάνει την αίσθηση της πίεσης, της θερμοκρασίας και άλλων παραγόντων Μελέτες της καψαϊκίνης, του ενεργού συστατικού της καυτερής πιπεριάς, αποκάλυψαν 33.4 Η ποικιλότητα δημιουργείται από ανακατατάξεις γονιδίων Τα γονίδια J και D αυξάνουν την ποικιλομορφία των αντισωμάτων Ο οργανισμός μπορεί να παράγει περισσότερα από 10 8 αντισώματα με συνδυαστικό προσεταιρισμό και σωματικές μεταλλάξεις Ο ολιγομερισμός των αντισωμάτων που εκφράζονται στην επιφάνεια των ανώριμων κυττάρων Β πυροδοτεί την έκκριση αντισωμάτων Διαφορετικές τάξεις αντισωμάτων προκύπτουν από τη μετατόπιση γονιδίων V Πρωτεΐνες του μείζονος συμπλέγματος ιστοσυμβατότητας παρουσιάζουν πεπτίδια στην κυτταρική μεμβράνη για αναγνώριση από αντιγονικούς υποδοχείς κυττάρων Τ Τα πεπτίδια που παρουσιάζονται από τις πρωτεΐνες του MC καταλαμβάνουν μια βαθειά αύλακα η οποία πλαισιώνεται από δύο α-έλικες Οι αντιγονικοί υποδοχείς κυττάρων Τ είναι πρωτεΐνες που μοιάζουν με αντισώματα και περιέχουν μεταβλητές και σταθερές περιοχές Το μόριο CD8 στα κυτταροτοξικά κύτταρα Τ δρα σε συνδυασμό με τον αντιγονικό υποδοχέα των κυττάρων αυτών Τα βοηθητικά λεμφοκύτταρα Τ διεγείρουν κύτταρα που παρουσιάζουν ξένα πεπτίδια