jasminka nikolic biohemija
TRANSCRIPT
Jasminka Nikolić
BIOHEMIJA
ZA STUDENTE
POLJOPRIVREDNOG FAKULTETA
Banja Luka, 2007.
SADRŽAJ
Enzimi.............................................................................................................2
Vitamini i koenzimi.......................................................................................21
Transport elektrona i oksidativna fosforilacija..............................................35
Ugljeni hidrati ..............................................................................................47
Masne kiseline...............................................................................................87
Fosfolipidi.....................................................................................................98
Aminokiseline i peptidi..............................................................................102
Nukleinske kiseline.....................................................................................117
Sinteza proteina.......................................................................................... 125
ENZIMI
STRUKTURA ENZIMA
Enzimi su po svojoj strukturi proteini. Neki enzimi su jednostavni proteini (protein-
enzimi) izgrađeni samo od aminokiselinskih ostataka. Primjer su digestivni enzimi: tripsin,
himotripsin i elastaza. Drugi enzimi predstavljaju složene proteine (proteid-enzime) koji
pored aminokiselinskih ostataka sadrže i neaminokiselinske kofaktore. Tada se kompletan
aktivan enzim naziva holoenzim, a sastavljen je od proteinskog dijela (apoenzim) i kofaktora:
HOLOENZIM = APOENZIM + KOFAKTOR
Sam apoenzim je neaktivna, termolabilna komponenta proteid-enzima. Holoenzim
ispoljava svoju aktivnost samo u prisustvu obje komponente, pri čemu je apoenzim nosilac
specifičnosti enzima prema supstratu, a kofaktor, označen kao koenzim, određuje tip hemijske
reakcije koju enzim katalizuje.
Metalni jon može da služi kao kofaktor za neke enzime. Cink je npr. kofaktor za
karboanhidrazu. Kofaktore, koji su tijesno vezani za enzim, neki autori nazivaju prostetičnim
grupama. Mnogi koenzimski oblici hidrosolubilnih vitamina služe kao kofaktori u enzimski
katalizovanim reakcijama. Razlika između koenzima i prostetičnih grupa nije apsolutna, jer
komponenta koja je koenzim za jedan enzim može da bude prostetična grupa za drugi enzim.
Koenzim se vezuje za apoenzim kovalentnim vezama, ali tu mogu da budu prisutne Van der
Waalsove sile.
Enzimi koji sadrže jedan, ili više atoma nekog metala, kao strukturnu komponentu,
nazivaju se metaloenzimi. Odstranjivanje metala iz molekule metaloenzima uslovljava gubitak
katalitičke aktivnosti tog enzima. Nasuprot tome, neki metali samo aktiviraju enzime, ali nisu
neophodni. Ovakvi metaloenzimski kompleksi imaju labavo vezan atom metala, koji lako
može da se izdvoji dijalizom. Metali mogu da učestvuju u izgradnji aktivnog centra, da
povezuju enzim sa supstratom u toku enzimske reakcije, ili da povezuju enzim sa koenzimom,
što povećava stabilnost proteid enzima.
Molekule svih enzima posjeduju tri nivoa strukturne organizacije proteina, a samo oni
molekuli enzima koji se sastoje od dva ili više peptidnih lanaca (subjedinica) posjeduju i
kvaternernu strukturu.
Primarna struktura je specifična za svaki molekul enzima i predstavlja linearnu
sekvencu aminokiselina povezanih peptidnim vezama između karboksilnih i α-amino grupa.
Svi sintetisani polipeptidni lanci se uvijaju gradeći trodimenzionalnu strukturu sekundarne i
tercijarne organizacije proteina. Sekundarna struktura se odnosi na konformacione promjene
ograničenih dijelova polipeptidnog lanca u vidu α-heliksa, β-nabrane strukture, nepravilnih
namotaja, ili β-usmjerene strukture. Ova struktura nastaje obrazovanjem dopunskih,
uglavnom vodoničnih veza između susjednih aminokiselina.
Kompleksna trodimenzionalna struktura, koju poprima cijeli polipeptidni lanac se
naziva tercijarna struktura. Ova se struktura obrazuje uspostavljanjem hemijskih veza između
udaljenih aminokiselina, a molekul dobija izgled loptaste, globularne formacije. U tome
pomažu određene veze privlačenja: elektrostatičke, Van der Waalsove sile, vodonične veze i
hidrofobne interakcije. Sekvenca aminokiselina u primarnoj strukturi određuje konformaciju
viših nivoa molekulske strukture, koju polipeptidni lanac spontano poprima u toku sinteze.
Zbog toga su sekundarna i tercijarna struktura isto toliko specifične, kao i primarna struktura.
Kvaternerni nivo strukture nastaje udruživanjem manjeg broja subjedinica, nazvanih
protomeri (monomeri) koji se sastoje od jednog polipeptidnog lanca sa karakterističnom
konformacionom strukturom. Na ovakav način nastaje oligomerni (polimerni) molekul
proteina, npr. tetramerna molekula laktat dehidrogenaze. Ukoliko su protomeri identični,
enzim se naziva homopolimer, a ukoliko sadrži različite protomere zove se heteropolimer (ili
hibridni oblik). Enzimi jedino u oligomernom obliku ispoljavaju katalitičku aktivnost,
odnosno, aktivnost enzima se gubi u slučaju razdvajanja subjedinica.
Svako narušavanje strukture enzima dovodi do gubitka aktivnosti, a proces se naziva
denaturacija proteina. Ukoliko proces denaturacije nije otišao suviše daleko, moguće je da
bude reverzibilan, jer molekuli enzima imaju tendenciju da povrate svoju uobičajenu
konformaciju. Za renaturaciju je neophodno da se postignu optimalni uslovi, koji su vezani za
temperaturu, pH, pufer, jonsku jačinu, rastvarač i koncentraciju proteina. Dugotrajna, ali
snažna denaturacija dovodi do trajnog gubitka enzimske aktivnosti, jer enzim prelazi iz
nativnog stanja u koloidni gel, koji ima drukčije fizičke osobine. Pri tom procesu raskidaju se
intramolekulske hemijske veze, pri čemu dolazi do promjene sekundarne i tercijarne strukture.
Denaturacija može da se dogodi usljed povišene temperature, a nastaje trenutno ako je
temeratura viša od 60°C. Mehanička i hemijska energija, oksidaciona i redukciona sredstva,
organski rastvarači i ekstremne vrijednosti pH sredine takođe mogu da dovedu do
denaturacije. Posebnu grupu sredstava za denaturaciju sačinjavaju niskomolekularna
jedinjenja visoke rastvorljivosti, urea i gvanidin, koji kidaju vodonične veze i hidrofobne
interakcije.
AKTIVNI CENTAR ENZIMA
Prilikom ispitivanja strukture enzima konstatovano je da za katalitičku aktivnost
enzima nije neophodan cjelokupni peptidni lanac. Regija u molekulu enzima koja neposredno
učestvuje u vezivanju supstrata naziva se aktivni centar. Sastavljen je iz malog broja
funkcionalnih grupa, a ukoliko se radi o proteid-enzimu, u sastav aktivnog centra ulazi i
kofaktor (koenzim, metalni jon…). Osnovna je karakteristika aktivnog centra da hemijske
grupe koje ga izgrađuju pripadaju veoma udaljenim aminokiselinskim ostacima, ali su one
približene zahvaljujući sekundarnoj i tercijarnoj strukturi enzima.
U sastav aktivnog centra najčešće ulaze: imidazolov prsten histidina, epsilon amino
grupa lizina, karboksilne grupe glutaminske i asparaginske kiseline, gvanidino grupa i
hidroksilna grupa serina i treonina. Iako aktivni centri više enzima mogu da imaju istu građu,
to ne znači da katalizuju iste reakcije. Ovu pojavu objašnjava činjenica da u procesu vezivanja
supstrata za enzim ne učestvuje samo aktivni centar, već i susjedne, prostorno bliske,
hemijske grupe. Neke od hemijskih grupa aktivnog centra direktno učestvuju u spajanju
supstrata sa enzimom i u transformaciji supstrata u produkt. Ovakve hemijske grupe se
nazivaju katalitičke grupe. Njima znatno pomaže tzv. kontaktne grupe, koje utiču na
približavanje molekule supstrata.
Svaka molekula enzima ima najmanje jedan, ali je moguće i više aktivnih centara.
Neki enzimi imaju blokiran aktivni centar određenim fragmentom peptidnog lanca, a u
takvom obliku nazivaju se proenzimi. Obično se otcjepljenjem jednog dijela peptidnog lanca
"deblokira" molekula enzima i prelazi u aktivan oblik.
Fisherov model
Koshlandov model
Odgovor na pitanje, kako se vezuju enzim i supstrat, prvi je pokušao da dâ Emil Fisher
1890. On je postavio model po kome enzim i supstrat pokazuju strogu podudarnost, kao ključ
prema bravi. Ovakav model bilo je moguće primijeniti samo na mali broj enzima, a jedna u
početku samo atraktivna hipoteza, o induktivnoj adaptaciji aktivnog centra, postala je danas
opšte prihvaćena. Na slici je prikazan model Daniela E. Koshlanda, koji je postuliran 1958.
Fleksibilnost enzima je njegova bitna karakteristika i zahvaljujući njoj dolazi do prostornog
prilagođavanja (adaptacije) enzima prema supstratu. Ove promjene indukuje prisustvo
supstrata, koji se vezuje prvo za kontaktne grupe enzima, što vodi ka njegovoj
konformacionoj promjeni, tj. nastanku specifičnog prostornog rasporeda reaktivnih hemijskih
grupa.
SPECIFIČNOST ENZIMA
Svaki enzim katalizuje samo jednu reakciju, ili ograničen broj različitih hemijskih
reakcija. Ovo, svakako, nije slučaj i sa neproteinskim katalizatorima. Stepen specifičnosti se
razlikuje od jednog do drugog enzima. Veliki broj enzima ispoljava apsulutnu specifičnost.
Ovakvi enzimi katalizuju samo jednu reakciju, tj. selektivno djeluju na samo jedan određeni
supstrat. Tako, arginaza katalizuje samo razlaganje arginina na ureu i ornitin, a ne može da
razlaže druge aminokiseline. Piruvat kinaza omogućava prenos fosfatne grupe između
fosfoenolpiruvata i ADP-a i katališe samo ovu reakciju.
Nešto niži stepen supstratne specifičnosti je nađen kod heksokinaze. Ovaj enzim
prenosi fosfatnu grupu sa ATP-a na D-glukozu, ali može da fosforiliše i D-fruktozu, D-
manozu i 2-deoksi-D-glukozu. Fosfataze su primjer enzima sa grupnom specifičnošću. Ovi
enzimi otcjepljuju fosfatne grupe od različitih organskih fosfatnih estara i pri tome imaju
različit stepen specifičnosti. Dakle, grupna specifičnost se ogleda u tome što enzim katalizuje
isti tip hemijskih reakcija u jedinjenjima bliske hemijske strukture.
Karakteristika mnogih enzima je stereoizomerna specifičnost. Enzimi uključeni u
proces glikolize djeluju samo na D-stereoizomere glukoze i njene derivate, ali nikada na L-
oblike. Aminotransferaze prevode ketokiseline samo u L-izomerne aminokiseline. Laktat
dehidrogenaza djeluje samo na L-mliječnu kiselinu.
Prostetična grupa, odnosno koenzim, određuje specifičnost enzima prema tipu
hemijske reakcije, dok je specifičnost prema supstratu uslovljena strukturom proteinske
komponente.
ENZIMI KAO KATALIZATORI
Mali broj molekula enzima je u stanju
da veoma brzo transformiše znatno veći
broj molekula supstrata. Pri tome enzimi
povećavaju brzinu hemijske reakcije do
uspostavljanja ravnoteže između
reaktanata i proizvoda reakcije, ne
mijenjajući konstantu ravnoteže.
Enzimi katalizuju biohemijske
reakcije tako što značajno smanjuju
energiju potrebnu za aktivaciju, a sami
se pri tome ne mijenjaju. Da bi tekla
reakcija transformacije supstrata (S) do
proizvoda (P) potrebno je da određeni
broj molekula supstrata posjeduje višu
energiju od drugih, tako da se dostigne
nivo "aktivnog stanja". Energija
aktivacije predstavlja iznos energije koji
je potreban da se ove molekule supstrata
dovedu u aktivno stanje.
U prisustvu enzima smanjuje se
potrebna slobodna energija za
prevođenje supstrata u proizvod
reakcije, zbog čega reakcija teče znatno
brže.
Formiranje kompleksa enzim-
supstrat (ES) je prvi korak u enzimski-
katalizovanim reakcijama. Vezujući se
za enzim molekul supstrata prelazi u
aktivni oblik, a energija potrebna za ovu
aktivaciju se dobija od oslobođene
energije u toku spajanja S sa E. Energija aktivacije
A-rekcija teče bez enzima; B-reakcija katalizovana
enzimom
Zbog toga se energetska barijera reakcije snižava, povećavajući brzinu stvaranja
proizvoda reakcije. Kompleks ES se razlaže dajući proizvod reakcije (P) i slobodni enzim (E):
Konstanta brzine za reakciju koja se odvija u smijeru ES označena je sa k1, dok k2
označava konstantu brzine iste reakcije suprotnog smjera. Konstanta brzine reakcije nastajanja
P iz kompleksa ES označena je sa k3.
Kada je stvaranje i razlaganje ES kompleksa uravnoteženo (k1-k2= k3) uspostavlja se
stacionarna koncentracija intermedijarnog ES kompleksa, tj. nastaje stabilno, stacionarno
stanje. Ovakvo uravnoteženo stanje predstavlja dinamičku ravnotežu, pri kojoj je
koncentracija ES kompleksa konstantna, a slobodni enzim je u ravnoteži sa ES kompleksom.
U stacionarnom stanju koncentracije supstrata i proizvoda su promjenljive.
Dakle, pri stacionarnoj ravnoteži koncentracija ES kompleksa je konstantna, a brzina
kojom kompleks nastaje jednaka je brzini njegove razgradnje:
Km je Michaelis-Menten-ova konstanta i jednaka je cS pri polovini maksimalne brzine.
Km ima veliki značaj pri određivanju afiniteta nekog enzima prema supstratu. Ukoliko je Km
veća, znak je da je afinitet enzima prema supstratu manji. Da bi se aktivnost nekog enzima
odvijala u takvim uslovima neophodno je prisustvo supstrata u većoj koncentraciji. Nasuprot
tome, pri niskim Km enzim ima veliki afinitet prema supstratu.
Inicijalna brzina (v) enzimski katalizovane reakcije proporcionalna je koncentraciji ES
kompleksa:
V= k cE............................................................(5)
Pri jako velikim koncentracijama supstrata sav enzim se nalazi u kompleksu ES, pa je
ukupna koncentracija enzima cEt jednaka cES, a brzina reakcije je maksimalna (V=Vmax):
V= k cEt..............................................................(6)
Koncentracija slobodnog enzima, koji nije uključen u kompleks sa supstratom može da
se izračuna iz slijedećeg izraza:
cE= cEt – cES.................................(7)
E + S ES + P.............................................(1)E kk
k
1
2
3
k1 cE x cS = k2 cES + k3 cES....................................(2)
k1 cE x cS = (k2 + k3) cES........................................(3)
cE x cS k2 + k3
cES =
k1
= Km........................................(4)
Kada se podaci iz jednačine 5 i 6 uključe u jednačinu 7 dobija se:
Izraz za cE može da se supstituiše u jednačinu 4, dakle:
a zamjenom v = k cES, iz č ega slijedi cES = v/k , dobije se :
Posljednja jednač ina mož e da se napiše i na slijedeć i nač in:
Ovakav izraz je poznat pod nazivom Michaelis- Menten-ova jednačina, a dobila je
naziv po autorima L. Michaelis-u, enzimologu i M.L. Menten-ovoj, pedijatru. Ovaj izraz
omogućava razumijevanje enzimskih reakcija.
Iz jednačine proizilazi da kada je inicijalna brzina jednaka polovini maksimalne brzine
( v = Vmax/2), tada je koncentracija supstrata jednaka Km. Kada je cS = Km, tada je oko ½
molekula enzima u kompleksu sa supstratom. Vmax je indikator katalitičke efikasnosti i
afiniteta enzima prema supstratu.
Pri visokim koncentracijama supstrata, pod uslovom da je postignuta maksimalna
brzina, svi molekuli enzima su zasićeni supstratom, tj. nalaze se u ES kompleksu. U takvim
okolnostima brzina je konstantna i ne zavisi od koncentracije supstrata, ali je direktno
proporcionalna koncentraciji enzima.
Pri eksperimentima in vitro potrebno je da su koncentracije supstrata oko 10 puta
veće od Km, da bi se postigle maksimalne brzine. Zato Km ima praktični značaj u
standardizaciji enzimskih metoda. Teži se ka optimalnim metodama, pri kojima je
koncentracija supstrata i do 20 puta veća od Km.
Km i Vmax su konstantne i specifične karakteristike za određeni enzim i njegov
supstrat. Koncentracija supstrata u ćelijama in vivo treba da bude bliska vrijednostima Km,
kako bi biohemijski procesi bili racionalni.
Vrijednosti Km i Vmax determinišu tip inhibicije enzimske aktivnosti i doprinose
razjašnjavanju regulacije metaboličkih procesa u kojima na isti supstrat djeluje dva, ili više
enzima.
Fosforilisanje glukoze katalizuju glukokinaza i heksokinaza. Ova dva enzima, iako
katalizuju isti biohemijski proces pretvaranja glukoze u glukozo-6- fosfat, razlikuju se ne
samo po lokalizaciji, već i po kinetičkim karakteristikama.
.................(8)V- v =
v -V
cE = k k k
............................(9)
k x cES
(V-v) x cSKm =
Km=(V-v) x cS
v
...........................(10)
v = V x cS
Km + cS...............................(11)
Glukokinaza je prisutna u jetri, a heksokinaza u svim tkivima. Dok je vrijednost Km
glukokinaze za glukozu oko 10 mmol/L, Km heksokinaze za glukozu je manji od 0,1 mmol/L.
Dakle, afinitet heksokinaze prema glukozi, kao supstratu, je značajno veći. Fosforilisanje
glukoze u hepatocitima jetre intenzivira se nakon unošenja obroka bogatog ugljenim
hidratima, kada glukoza u krvi v. portae dosegne nivo iznad 10 mmol/L. Glukokinaza je
inducibilan enzim, na koji djeluje visok nivo glukoze u hepatocitima, uzrokujući sintezu
novih molekula glukokinaze. Nastali proizvod reakcije glukozo-6-fosfat ne inhibiše
glukokinazu, za razliku od heksokinaze.
Međutim, u fiziološkim uslovima, kada je koncentracija glukoze u hepatocitima bliska
koncentraciji glukoze u krvi, glukokinaza je u stanju da fosforiliše glukozu u jetri u glukozo-
6-fosfat, koji se zatim uključuje u metaboličke procese.
Heksokinaza se zasiti glukozom već pri glikemiji od 1 mmol/L, tako da hiperglikemija
ne utiče na heksokinazu.
FAKTORI KOJI UTIČU NA BRZINU ENZIMSKI-KATALIZOVANIH REAKCIJA
TEMPERATURA
U okviru ograničenog temperaturnog intervala, brzina enzimski-katalizovanih reakcija
raste sa porastom temperature. Toplotna energija se prevodi u kinetičku energiju čestica koje
reaguju, što utiče na porast brzine reakcije ispod optimalne temperature. Međutim, ako
temperatura i dalje raste, kinetička energija molekula enzima i sama postaje tako velika da
prevazilazi energetsku barijeru za raskidanje sekundarnih veza koje drže enzim (kao
proteinsku molekulu) u nativnom, ili katalitički aktivnom stanju. Zbog toga dolazi do
narušavanja sekundarne i tercijarne strukture i paralelnog gubitka katalitičke aktivnosti,
enzima. Inaktivacija enzima visokom temperaturom je ireverzibilan proces.
Postoji optimalna temperatura, za svaki enzim, na kojoj je enzimski-katalizovana
reakcija najbrža i ona se za većinu enzima nalazi između 30oC i 40
oC. Porast temperature
iznad optimalne dovodi do naglog pada brzine reakcije. Većina enzima se denaturiše na
temperaturi iznad 50oC, ali taj proces zavisi od dužine vremenskog intervala u kome je enzim
izložen povišenoj temperaturi.
Postoje i izuzeci , kao što su enzimi iz nekih mikroorganizama adaptiranih na rast u
prirodnim toplim izvorima, koji mogu da imaju optimalne temperature blizu tačke ključanja
vode. Ribonukleaza je postojana na 100oC tokom nekoliko minuta.
Tačna razmjera promjene brzine reakcje za svakih 10oC porasta temperature se
označava kao temperaturni koeficijent (Q10). Brzina mnogih bioloških reakcija se približno
udvostruči pri porastu temperature za 10oC (Q10=2), a prepolovi pri opadanju temperature za
10oC. Pri mnogim fiziološkim procesima, na pr. pri brzini kontrakcije ekscitovanog srca, Q10
takođe iznosi 2.
Na 0oC aktivnost enzima se ne manifestuje, ali ovaj proces je reverzibilan, jer sa
porastom temperature, do optimalne, aktivnost se u potpunost obnovi. Iz ovog razloga niske
temperature (ispod –20oC) se koriste za čuvanje enzima.
pH
pH vrijednost na više načina značajno utiče na brzinu enzimski-katalizovanih reakcija.
Najbitniji je uticaj pH na molekulu enzima, pri čemu se mijenja jonsko stanje enzima, ali se
istovremeno mijenja i jonizacija supstrata. Uticaj pH na molekule enzima rezultat je njihove
proteinske prirode. Pri optimalnom pH molekule enzima imaju jonski oblik koji je
najadekvatniji za kontakt njegovog aktivnog centra sa supstratom. Samo pri odgovarajućoj
tercijarnoj strukturi enzima, na koju utiče pH vrijednost, moguća je enzimska kataliza.
Oblik krive zavisnosti brzine enzimske reakcije od pH određuju slijedeći faktori:
Denaturacija enzima na suviše visokim i niskim pH vrijednostima.
Uticaj na naelektrisano stanje supstrata, ili enzima.
Kod enzima, promjene naelektrisanja mogu da utiču na aktivnost bilo mijenjajući
strukturu, bilo mijenjajući naelektrisanje nekog ostatka molekule bitnog za vezivanje
supstrata, ili katalizu.
Drugi važan faktor je promjena konformacije enzima pri variranju pH. Naelektrisana
grupa distalno od oblasti gdje je supstrat vezan može da bude neophodna za održavanje
tercijarne, ili kvaternarne strukture. Ako se naelektrisanje ove grupe promijeni molekul
proteina može da se raspadne, postane kompaktniji, ili da disosuje dajući protomere, što sve
dovodi do gubitka aktivnosti.
Optimalne pH vrijednosti za većinu enzima se nalaze u pH-intervalu od 5 do 9.
Međutim, mali broj enzima je aktivan pri pH vrijednostima koje su sasvim izvan ovog
intervala. Pepsin ima optimalno dejstvo pri pH 1,5, a arginaza pri pH 7.
KONCENTRACIJA ENZIMA
U mnogim situacijama korisno je da se zna ne samo da li je dati enzim prisutan, nego
koliko ga ima. Pod optimalnim uslovima (optimalnoj temperaturi i pH, višku supstrata i
eventualnom prisustvu aktivatora i koenzima) brzina jedne enzimski- katalizovane reakcije
direktno je proporcionalna količini prisutnog enzima.
Enzim je reaktant koji se vezuje sa supstratom dajući enzim-supstrat kompleks, ES,
koji se razlaže dajući produkt P i slobodni enzim.
U najjednostavnijem obliku ovo može da se prikaže:
Izostavljanjem međuproizvoda ES dobijamo:
brzina1 = k1(cE x cS)
brzina2 = k-2(cE x cP)
U stanju ravnoteže:
k1 (cE x cS) = k-2 (cE x cP)
Zapaža se da iako izrazi za brzine reakcija u oba smjera, kao i za cjelokupnu reakciju
sadrže enzim, on izostaje za konstantu ravnoteže ( Keq ) cjelokupne reakcije.
k
k
k
kE + P ES E + S 1 2
1 2- -
2-
1E + S E + P
k
k
k1
k-2
= cE x cP
=cP
cS cE x cS
Keq = k1
k-2
; Keq = cP
cS
Prema tome, enzim ne utiče na konstantu ravnoteže. Drugačije rečeno, pošto enzimi
utiču na brzine, a ne na konstante brzina, oni ne mogu da utiču na Keq, koja je odnos konstanti
brzina.
Keq neke reakcije je ista, bez obzira da li se ravnoteža postiže sa, ili bez enzimske
katalize. Enzimi ne utiču na početne i završne koncentracije reaktanata i produkata u
ravnoteži–faktore koji određuju Keq i ΔG° (promjenu standardne slobodne energije).
KONCENTRACIJA SUPSTRATA
Jedna od karakteristika enzimski-katalizovanih reakcija jeste zasićenje enzima
supstratom.
U slijedećoj diskusiji enzimske reakcije se tretiraju kao da imaju samo jedan supstrat i
jedan proizvod. Iako postoje i takve enzimski-katalizovane reakcije, većina ih ima dva ili više
supstrata i proizvoda. Ipak, ono što važi za jedan, važi i za dva supstrata.
Ako se koncentracija supstrata poveća, a svi ostali uslovi održavaju konstantnim,
mjerena početna brzina vi (brzina mjerena kada je sasvim malo supstrata izreagovalo) raste do
maksimalne vrijednosti, ali ne dalje.
Brzina raste sa porastom koncentracije supstrata do tačke gdje je enzim "zasićen"
supstratom. Mjerena početna brzina dostiže maksimalnu vrijednost i ostaje nepromijenjena pri
daljem povećanju koncentracije supstrata, zato što je broj molova supstrata mnogo veći od
broja molova enzima.
Na dijagramu je predstavljen uticaj koncentracije supstrata cS na brzinu (v) enzimski-
katalizovane reakcije. Grafički prikaz ima izgled hiperbole, kada enzim nije alosterijski. Za
alosterijske enzime karakteristična je sigmoidna kriva.
Grafički prikaz zavisnosti brzine enzimski-katalizovane reakcije od promjene
koncentracije supstrata
Dio krive predstavlja linearnu zavisnost (označen brojevima 1 i 2) brzine enzimske
reakcije od koncentracije supstrata i koncentracije enzima (jednačina prvoga reda). Konstanta
ravnoteže reakcije, (nastajanje kompleksa ES) nije beskonačno velika.
a
v
V
V
2
K cS
1
2
3
m
ESE + S
Tako u dijelovima krive (1 i 2), povećanje, ili smanjenje koncentracije supstrata
dovodi do povećanja, odnosno smanjenja količine enzima vezanog za supstrat u kompleksu
(ES), pa će i v da zavisi od koncentracije supstrata.
U dijelu krive (3) praktično je sav enzim vezan sa supstratom, tako da dalje povećanje
koncentracije supstrata, iako povećava broj sudara između molekula enzima i supstrata, ne
dovodi do povećanja brzine reakcije, pošto nema slobodnog enzima sposobnog da reaguje.
Brzina reakcije u dijelu krive (3) zavisi samo od koncentracije enzima i zato je to reakcija
nultoga reda, sa maksimalnom ili graničnom brzinom (Vmax).
U takvim se okolnostima povećanje brzine reakcije ne može da postigne povećanjem
koncentracije supstrata, ali može dodatkom nove količine enzima.
Slučaj u tački a predstavlja teoretski veoma značajnu situaciju u kojoj je tačno
polovina molekula enzima "zasićena supstratom". Brzina reakcije je tada ravna polovini
maksimalne brzine (Vmax/2).
Koncentracija supstrata pri kojoj brzina dostiže polovinu svoje maksimalne
vrijednosti, kao što smo ranije naglasili, označava se kao Km, ili Michaelis-Menten-ova
konstanta. Ovaj parametar je konstantna vrijednost, za određeni enzim i određeni supstrat.
Kada jedan enzim djeluje na više supstrata, onda ima i više različitih Km vrijednosti.
Km se izražava u mol/L, a kod najvećeg broja enzima vrijednosti Km su od 10-5
do 10-2
mol/L.
Pri fiziološkim uslovima, u ćelijama, koncentracija supstrata je najčešće bliska Km
vrijednosti za određeni enzim, tako da enzim nije zasićen supstratom. Zato je u ovakvim
okolnostima brzina enzimski-katalizovanih reakcija pod uticajem koncentracije supstrata.
GRAFIČKO ODREĐIVANJE MICHAELIS-MENTEN-ove KONSTANTE
Vrijednost Km može da se odredi eksperimentalno pomoću grafičkog prikazivanja
brzine reakcije (v) u funkciji koncentracije supstrata (cS).
Kada je cS približno jednaka Km , v jako zavsi od promjena cS, a enzim radi sa
polovinom maksimalne brzine. U stvari, mnogi enzimi imaju Km čija je vrijednost približna
fiziološkoj koncentraciji njihovih supstrata.
Michaelis-Menten-ov izraz:
opisuje ponašanje mnogih enzima prilikom mijenjanja koncentracije supstrata. Zavisnost
brzine jedne enzimski-katalizovane reakcije od cS i Km može da se pokaže rješavanjem gore
navedene reakcije.
1. cS je mnogo manja od Km, cS<< Km: ( tačka 1 na dijagramu 1. )
Ako se cS doda na Km u nazivniku, vrijednost Km se vrlo malo mijenja, pa se cS može da
zanemari. Pošto su Vmax i Km konstante, njihov se odnos može da zamijeni novom konstantom
K.
Drugim riječima, kada je koncentracija supstrata ispod one koja je potrebna da se dostigne
polovina maksimalne brzine (tj. ispod Km vrijednosti) početna brzina v zavisi od
koncentracije supstrata cS.
2. cS mnogo veća od Km, cS >>Km ( tačka 3 na dijagramu 1.)
v = V x cS
Km + cS
Ako sada u nazivniku vrijednosti cS dodamo Km, njegova vrijednost se veoma malo mijenja,
tako da Km može da se zanemari.
Iz gore navedenog slijedi, da kada koncentracija supstrata cS daleko premašuje vrijednost Km,
tada je brzina v maksimalna, dostiže Vmax.
3. Kada je cS = Km ( tačka a na dijagramu 1.)
Ovim se tvrdi da kada je koncentracija supstrata jednaka Km vrijednosti, brzina v je
ravna polovini maksimalne brzine.
Pošto se, prilikom grafičkog prikazivanja v u zavisnosti od Km, za mnoge enzime
dobija kriva zasićenja iz koje se ne može lako da odredi V (a samim tim ni Km ) pogodnije je
da se Michaelis-Menten-ov izraz transformiše tako da se određivanje Km i V uprosti.
Michaelis-Menten-ova jednačina može da se preuredi i razloži na slijedeći način:
Gornji izraz je jednačina prave: y = ax + b ; y = 1/v ; x = 1/cS.
Ako se y, ili 1/v, grafički prikaže kao funkcija od x, ili 1/cS, odsječak b na y-osi je 1/V, a
nagib α , je Km/V.
v = V x cS
Km + cS v V x cS
cSV~ ~~~
v = V x cS
Km + cS v V x cS
cS + cS==
V x cS
2cS=
V
2
v = V x cS
Km + cS inverzija 1
v =Km + cS
V x cS
1=
v
Km
V x
1
cS+
cS
V x cS
1=
v
Km
V x
1
cS+
1
V
Dvostruko recipročni Lineweaver-Burk-ov dijagram
Negativni odsječak na x-osi može da se odredi ako je y = 0, a tada je
Ovakav dijagram se zove dvostruko recipročni Lineweaver-Burk-ov dijagram.
Km vrijednost se može da odredi iz navedenog dijagrama, upotrebom bilo nagiba i y-
odsječka, ili negativnog x-odsječka. Brzina v može da bude izražena u bilo kojim jedinicama,
pošto je Km nezavisna od cE.
Km vrijednost je značajna u praksi, kod ispitivanja enzima. Pri koncentraciji supstrata
koja je 100 puta veća od Km, enzim će da djeluje praktično maksimalnom brzinom. Km pokazuje koliko supstrata treba da se upotrijebi da bi se izmjerila Vmax .
Iako je istorijski gledano Lineweaver-Burkov dijagram prvi dijagram ovakve vrste, a
ujedno i danas najkorišteniji, on posjeduje ozbiljna ograničenja. Pri niskim vrijednostima
koncentracije supstrata, tj. visokim vrijednostima 1/cS podaci teže da se razlikuju od
očekivanih, budući da se cS, a kao posljedica toga i v, drastično mijenjaju tokom reakcije.
Dešava se da pri malim vrijednosti cS devijacija rezultata utiče na nagib, a stoga i preciznost
prave.
NOMENKLATURA I KLASIFIKACIJA ENZIMA
Enzim obično dobija ime na taj način što se na ime supstrata, koji treba da se
transformiše, doda sufiks –aza: ureaza za enzim koji hidrolizuje ureu, ili fosfataza u slučaju
enzima koji hidrolizuje fosfatne grupe fosforilisanih organskih jedinjenja. Drugi enzimi
dobijaju imena koja se odnose na njihovu aktivnost, kao npr. katalaza enzim koji razgrađuje
peroksid, ili proteaza proteolitički enzim digestivnog trakta (tripsin i pepsin). Da bi se
izbjegla konfuzija stvorena ovakvom aproksimativnom nomenklaturom, 1961. god. je
osnovana Inernacionalna enzimska komisija (International Enzyme Commission; E.C.). Ona
je definisala sistematsku osnovu za nomenklaturu enzima. Iako trivijalna imena mnogih
enzima i dalje ostaju u upotrebi, svi se enzimi sada klasifikuju i dobijaju imena u saglasnosti
sa reakcijom koju katalizuju.
1
V
1
b
cS
1
v
K
1-
VK=Nagib
m
x - - =ba =
1Km
Enzimska komisija je uzela u obzir šest klasa reakcija (Tabela 3). U svakoj klasi
postoje podklase, a svaka od ovih je podijeljena u podpodklase u okviru kojih su nabrojani
pojedinačni enzimi. Klase, podklase, podpodklase i pojedinačni (individualni) brojevi su
označeni ciframa. Na taj način čine seriju od četiri cifre koje označavaju jedan enzim.
Svakom enzimu, takođe, se daje i sistemsko ime, koje opisuje reakciju katalizovanu enzimom.
Kao primjer možemo da uzmemo enzim koji katalizuje slijedeću reakciju:
Fosfatna grupa sa ATP-a se esterifikuje sa -OH grupom na C6 glukoze, te je zato
enzim transferaza (klasa 2, vidi Tabelu 3.). Podklasa 7 transferaza sadrži enzime koji
transportuju grupe koje sadrže fosfor, a podpodklasa 1 sadrži fosfotransferaze koje kao
akceptor koriste alkoholnu grupu. Individualni broj 2 u ovoj podpodklasi je ATP:D-glukoza
6-fosfotransferaza i njen klasifikacioni broj je 2.7.1.2 .
Uobičajeno je da se ispred ovih cifri napišu i slova E.C, inicijali "Enzyme
Commission". Iza individualnog broja enzima se ne stavlja tačka.
Šest klasa enzima:
1. Oksidoreduktaze: katalizuju oksidoredukcione procese u ćelijama
2. Transferaze: omogućavaju prenošenje hemijskih grupa sa donatora na akceptor.
3. Hidrolaze: katalizuju razlaganje organskih materija uz učešće molekula vode.
4. Liaze: katalizuju odvajanje (nehidrolitičkim putem) neke hemijske grupe od supstrata
uz stvaranje dvostruke veze, ili obrnuto, omogućavaju pripajanje neke hemijske grupe
na dvostruku vezu supstrata.
5. Izomeraze: omogućavaju stvaranje izomera.
6. Ligaze (sintetaze): omogućavaju stvaranje hemijskih veza između kiseonika i
ugljenika, između ugljenika i azota, između ugljenika i sumpora, između ugljenikovih
atoma, uz utrošak hemijske energije (ATP, GTP, UTP ili CTP).
JEDINICE ZA IZRAŽAVANJE AKTIVNOSTI ENZIMA
Nekada je u izražavanju aktivnosti enzima vladalo veliko šarenilo, pošto je svaki
autor uz svoju metodu davao i svoju jedinicu. U takvim uslovima nije bilo moguće da se
porede nalazi dobijeni raznim metodama, a nije mogao da se ima ni uvid u međusobni odnos
aktivnosti različitih enzima. Zato je uvedena internacionalna jedinica (IU ili U).
Jedna internacionalna jedinica (U) je aktivnost određenog enzima koja u jednoj
minuti katalizuje promjenu jednog mikromola supstrata, pod optimalnim standardnim
uslovima.
U = μmolΔ[S] / min = μmol · min-1
Uvođenjem novog sistema mjera i jedinica, SI, uvedena je nova jedinica za aktivnost
enzima. Ova se jedinica naziva katal.
Jedan katal (kat) odgovara aktivnosti enzima koja u jednoj sekundi katalizuje
promjenu jednog mola supstrata, pod optimalnim standardnim uslovima.
ATP
D-glukoza
ADP
D-glukozo-6-fosfat
kat = molΔ[S] / sek = mol · sek-1
Za preračunavanje U/L u nkat/L vrijedi slijedeći izraz:
1U = 1μmol / min = 1μmol / 60sek = 1/60 μmol / sek = 1 / 60μkat = 16,67 nkat
Aktivnosti enzima izražene u katalima predstavljaju vrlo male brojeve (koji numerički ne
odgovaraju zahtjevima SI), pa ih zato treba izražavati u nanokatalima.
Katalitička koncentracija enzima (koncentracija enzimske aktivnosti) predstavlja
aktivnost enzima u jedinici zapremine seruma, plazme, ili rastvora, a izražava se brojem
internacionalnih jedinica, ili katala na jedan litar.
Katalitička koncentracija enzima može da se izražava i na jedinicu težine tkiva, na
cijeli organ, ukupni azot, ili sadržaj proteina. Ukoliko se aktivnost enzima određuje u
biološkim tkivima najčešće se koristi izražavanje katalitičke koncentracije enzima na proteine
(u tkivima najmanje promjenljive veličine).
VITAMINI I KOENZIMI
Vitamini su organska jedinjenja razliĉitog hemijskog sastava, neproteinske prirode, koja
su neophodna u ishrani ţivotinja i ĉovjeka. Biljna ćelija i mikroorganizmiimaju sposobnost da
sintetišu vitamine u vrlo malim koliĉinama. Unošenjem preko hrane animalni svijet i ĉovjek
obezbjeĊuju prisustvo ovih znaĉajnih jedinjenja za normalno funkcionisanje tkiva i organa.
Nedovoljno prisustvo u ishrani dovodi do avitaminoze, koju karakterišu razliĉiti poremećaji.
Potrebe za odreĊenim vitaminima zavise od vrste organizma, jer svi organizmi nemaju
potrebu za istim vitaminima. Ove vaţne supstance se tradicionalno dijele na: hidrosolubilne i
liposolubilne vitamine. Osim vitamina C (askorbinska kiselina), svi hidrosolubilni vitamini,
ĉine dijelove, ili prekursore koenzima.
Koenzimi su molekule sa malom molekulskom masom, koje obezbjeĊuju specifiĉnu
hemijsku funkciju odreĊenim enzimski-katalizovanim reakcijama. Koenzimi mogu da
obavljaju ulogu prenosioca specifiĉnih funkcionalnih grupa, kao što su metil grupa i acil
grupe. Djelujući zajedno sa enzimima koenzimi daju mnogo širi spektar katalitiĉkih osobina
metaboliĉkim reakcijama. U ovim reakcijama koenzimi se prvo modifikuju, a zatim vraćaju
na poĉetni oblik djelovanjem drugih enzima. Na taj naĉin male koliĉine ovih supstanci mogu
da budu obnovljene i ponovo iskorištene.
Liposolubilni vitamini nisu u direktnoj vezi sa koenzimima, ali obavljaju esencijalne
uloge u mnogim vaţnim biološkim procesima, kao što su vid, odrţavanje strukture kostiju i
koagulacija krvi. Mehanizmi djelovanja liposolubilnih vitamina nisu još uvijek dovoljno
objašnjeni, u poreĊenju sa mehanizmima djelovanja hidrosolubilnih vitamina, ali moderna
istraţivanja postepeno popunjavaju praznine.
VITAMINI I KOENZIMI
Vitamini
Koenzimi u čiji sastav ulaze
Hidrosolubilni
Tiamin (vitamin B1 ) Tiamin pirofosfat
Niacin (nikotinska kiselina) Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+)
Nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADP+)
Riboflavin (vitamin B2) Flavin adenin dinukleotid (FAD)
Flavin mononukleotid (FMN)
Pantotenska kiselina Koenzim A (Co A)
Piridoksal, piridoksin, piridoksamin (vitamin B6) Piridoksal fosfat
Kobalamini (vitamin B12) 5'-deoksiadenozil-kobalamin
Metilkobalamin
Biotin Kompleks biotin-lizin (biocitin)
Liponska kiselina Kompleks lipoil-lizin (lipoamid)
Folna kiselina Tetrahidrofolat
Askorbinska kiselina ( vitamin C)
Liposolubilni
Retinol (vitamin A)
Ergokalciferol (vitamin D2)
Holekalciferol (vitamin D3)
α-tokoferol (vitamin E)
Vitamin K
Vitamin F
VITAMIN B1 (TIAMIN, ANEURIN)
Tiamintrifosfat (TTP)
OPOPOP
Tiamindifosfat (TDP)
Tiaminmonofosfat (TMP)Tiamin
N
N NH OH
ADP ATP
ADP
ATP
ADPATP
S
N+
2 2
+
S
N
OPNH
N
N
2
+
S
N
OPOPNH
N
N2
+
S
N
NH
N
N
SASTOJAK JE KOENZIMA TIAMINPIROFOSFATA
SINTETIŠE SE U BILJKAMA I NEKIM MIKROORGANIZMIMA, ŢIVOTINJE
GA UNOSE HRANOM
DNEVNE POTREBE SU ZA KRUPNU STOKU 3-5 mg
BOGATI IZVORI SU NEPRERAĐENE ŢITARICE, JETRA, SRCE, BUBREZI I
KVASAC
PRI NEDOSTATKU NARUŠAVA SE METABOLIZAM UGLJENIH HIDRATA I
AMINOKISELINA, REMETE SE FUNKCIJE NERVNOG SISTEMA
MIKROORGANIZMI U PROBAVNOM TRAKTU KRUPNE STOKE SINTETIŠU
TIAMIN I STVARAJU POTREBNE REZERVE
VITAMIN B2 (RIBOFLAVIN, LAKTOFLAVIN)
IMA ULOGU KOENZIMA U VIŠE OD 60 ENZIMA
NALAZI SE SLOBODAN SAMO U MLIJEKU
U ĆELIJAMA ŢIVOTINJA KAO PROSTETIĈNA GRUPA KOENZIMA FMN I
FAD
NAJOSJETLJIVIJI NA NEDOSTATAK B2 SU SVINJE, PSI I PTICE
KONJI, KRAVE I OVCE POMOĆU MIKROORGANIZAMA PROBAVNOG
TRAKTA SINTETIŠU VITAMIN B2
U VETERINI RIBOFLAVIN SE KORISTI ZA LIJEĈENJE HEPATITISA,
DERMATITISA I POREMEĆAJA METABOLIZMA
PANTOTENSKA KISELINA
SASTOJAK JE CoA
UĈESTVUJE U SINTEZI LIMUNSKE KISELINE, MASNIH KISELINA,
STEROLA
ŢIVOTINJE GA UNOSE HRANOM, A MIKROFLORA PREŢIVARA SINTETIŠE
U PROBAVNOM TRAKTU
NEDOSTATAK IZAZIVA PELAGRU PILIĆA I DRUGIH DOMAĆIH ŢIVOTINJA
VITAMIN PP (NIACIN)
amid
U ORGANIZMU ŢIVOTINJA SE NALAZI KAO NIKOTINSKA KISELINA
SINTETIŠE SE IZ TRIPTOFANA
UKOLIKO SE ŢIVOTINJE HRANE PRETEŢNO KUKURUZOM POTREBNO JE
HRANI DODAVATI NIACIN
VITAMIN PP JE SASTAVNI DIO KOENZIMA NAD+ I NADP
+ KOJI SU
SASTOJCI OKO 150 ENZIMA
NEDOSTATAK SE MANIFESTUJE DERMATITISOM SA MRKO OBOJENOM
KOŢOM
OH
O
C2 2CH CH
OH
H
3
3
CH
CH
NH
O
CCC2
HOCH
2
N
C
O
OH NH
Nikotinska kiselina
O
C
N
Amid nikotinske kiseline-niacin
VITAMIN B6
KOENZIM U METABOLIZMU AMINOKISELINA
POTREBE ŢIVOTINJA SU RAZLIĈITE (NAJMANJE SVINJE, NAJVIŠE PILIĆI)
NEDOSTATAK IZAZIVA USPOREN RAST, GUBITAK PIGMENTA DLAKE,
ANEMIJU I NERVNE POREMEĆAJE
(Piridoksin)
PiridoksaminPiridoksal
Piridoksol
N
HOH C
CH NH
OH
CH
H
O
N
HOH C
C
OH
CH CH
OH
CH OH
HOH C
N
2
3
2
2 22
2
33
,-5-fosfat
PP
Piridoksal
N
-OH C
CH NH
OH
CH
H
O
N
-OH C
C
OH
CH
2
3 3
2
2 2
Piridoksamin-5 -fosfat,
VITAMIN B12 (CIJANKOBALAMIN)
STRUKTURA SLIĈNA HLOROFILU
U SREDIŠTU KORINSKOG PRSTENA NALAZI SE KOBALT, A NA PRSTEN JE
VEZAN PSEUDONUKLEOTID
ZNAĈAJAN JE U OBLIKU KOENZIMA
UĈESTVUJE U METABOLIZMU LIPIDA
POVEĆAVA KOLIĈINU GLIKOGENA U MIŠIĆIMA ŢIVOTINJA
RESORBUJE SE POMOĆU CASTLEOVOG UNUTRAŠNJEG FAKTORA JEDINO
KROZ CRIJEVNU MUKOZU
DALJE SE TRANSPORTUJE TRANSKOBALAMINOM
ZA NORMALAN METABOLIZAM ŢIVOTINJA POTREBNO JE DNEVNO OD
10-20 mg/kg HRANIVA
NEDOSTATAK IZAZIVA ANEMIJU
PRODUKUJE GA BAKTERIJSKA FLORA
VITAMIN C (L-askorbinska kiselina)
UĈESTVUJE U OKSIDOREDUKCIONIM PROCESIMA
SASTOJAK JE OKSIDOREDUKTAZA I AKTIVATOR NEKIH ENZIMA
NEOPHODAN JE ZA BIOSINTEZU HRSKAVICE I KOSTIJU,VEZIVNOG
TKIVA, ZUBA (kofaktor enzima protokolagen hidroksilaze)
DNEVNE POTREBE ZA ŢIVOTINJE SU OD 50-250 mg/kg HRANIVA
NEDOSTATAK IZAZIVA OŠTEĆENJE KAPILARA, KRVARENJE, UPALU
DESNI, LABAVLJENJE ZUBA
REGENERACIJA POVREDA I PROPUSTLJIVOST KAPILARA ZAVISI OD
VITAMINA C
VITAMIN A
NEOPHODAN JE ZA RAST, RAZVOJ, REPRODUKCIJU
HO-C-HHO-C-H
22
O
O
OH
OH
CH OH
-2H
+2H
CH OH
O
O
O
O
NADP+
NADPH + H+
Retinol-vitamin A1
Retinalreduktaza
O2-karotindioksigenaza
-karotin
2
H
o
2
,,,,,,7
8,,
,,
,
,
,,,,
15
1514
1413
1312
1211
1110
10
9
9
8
7
CH OH
Retinal
C
2
RETINOL JE NEOPHODNA KOMPONENTA VIDNOG PIGMENTA
RODOPSINA, DJELUJE NA GENSKU EKSPRESIJU
RETINSKA KISELINA POVEĆAVA BROJ RECEPTORA ZA EPIDERMALNI
FAKTOR RASTA, UĈESTVUJE U BIOSINTEZI GLIKOPROTEINA
VITAMIN A IMA ANTIOKSIDANTNU I ANTIKANCERSKU AKTIVNOST
NEDOSTATAK: MLADE ŢIVOTINJE ZAOSTAJU U RASTU, USPOREN JE
RAST KOSTIJU I NERVNOG SISTEMA, JAVLJAJU SE KOŢNE PROMJENE
I STERILITET
VITAMIN D (Kalciferol)
APSORPCIJA U PROKSIMALNOM DIJELU TANKOG CRIJEVA
U KRVI VEZANI ZA SPECIFIĈNE PROTEINE
U JETRI HIDROKSILACIJA U POLOŢAJU 25
25-HIDROKSI VITAMIN D (KALCIDIOL) GLAVNI OBLIK DEPONOVANJA U
JETRI, MIŠIĆIMA I MASNOM TKIVU
D3 INDUKUJE KOD DOMAĆIH ŢIVOTINJA POJAVU SPECIFIĈNIH Ca-
VEZUJUĆIH PROTEINA
REGULIŠE METABOLIZAM KALCIJUMA I FOSFORA
NEDOSTATAK KOD DOMAĆIH ŢIVOTINJA IZAZIVA RAHITIS, KAO
POSLJEDICU NARUŠENE RAZMJENE MINERALNIH MATERIJA
3
2
2
2
HO
h
HO
CH
Vitamin DErgosterol
kod biljaka
h
HO HO
kod animalaca
CH
7-dehidroholesterol Vitamin D
VITAMIN E (tokoferol)
NAJVEĆI SADRŢAJ U ULJIMA BILJNIH KLICA
U ZELENIM BILJKAMA SINTETIŠU SE U HLOROPLASIMA
NEOPHODAN ZA REPRODUKCIJU I PREVENCIJU MUSKULARNE
DISTROFIJE KOD JAGNJADI
KAO ANTIOKSIDANS ŠTITI VITAMIN A OD DEGRADACIJE
ODSTRANJUJE SLOBODNE RADIKALE
ŠTITI MITOHONDRIJE OD LIPIDNE PEROKSIDACIJE
TOKOFEROLI KAO ANTIOKSIDATIVNE SUPSTANCE KORISTE SE KAO
STABILIZATORI PREHRAMBENIH PROIZVODA
VITAMIN K
K1-K6 IMAJU 3-4 IZOPRENSKE JEDINICE U BOĈNOM LANCU
K1 (FILOHINON) IMA 3 IZOPRENSKE JEDINICE I PRISUTAN JE SAMO U
BILJKAMA (lucerka,kopriva, spanać)
22
OHO
HO
+H O -H O
OH OH
-tokoferol
tokoferol-hidrohinon
O
O
H
n
VITAMIN K JE NEOPHODAN ZA SINTEZU NEKIH FAKTORA KOAGULACIJE
U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI SE KORISTI KAO FUNGICID
DIKUMAROL JE PRIRODNI ANTAGONIST K VITAMINA, IZOLOVAN JE IZ
TRULOG SIJENA SLATKE DJETELINE, KOD ŢIVOTINJA IZAZIVA BOLEST
„slatke djeteline“ (unutrašnja krvarenja)
MLADIM ŢIVOTINJAMA JE POTREBNO 1-5mg/kg HRANIVA
VITAMIN F
VITAMIN F SE SASTOJI IZ 3 NEZASIĆENE KISELINE
PRVE DVIJE SU RASPROSTRANJENE U BILJKAMA, A TREĆA U
ŢIVOTINJSKIM ORGANIZMIMA
KOD ŢIVOTINJA UĈESTVUJE U METABOLIZMU MASTI
NAJVIŠE GA IMA U MOZGU, JETRI I RIBLJEM ULJU
OTKRIVEN JE KADA JE KOD ŢIVITINJA IZAZVANA AVITAMINOZA,
USLJED NEHRANJENJA ULJARICAMA (suvoća koţe; ekcemi; ispadanje dlake)
Arahidonska kiselina
20
14 11 8 6 512 91
COOH15
Linolenska kiselina
1816 15
COOH
19101213
Linolna kiselina
13 12 10 9
18
1
COOH
TRANSPORT ELEKTRONA I OKSIDATIVNA FOSFORILACIJA
U respiratornom lancu prisutne su razliĉite molekule, meĊu kojima su:
a) Flavoproteini, koji sadrže FMN, ili FAD kao prostetiĉne grupe, a uĉestvuju u transferu
jednog, ili dva elektrona;
b) Koenzim Q, ili ubihinon (CoQ ili UQ) koji transportuje jedan, ili dva elektrona;
c) Razliĉiti citohromi, koji kao prostetiĉnu grupu sadrže hem i koji transportuju jedan
elektron;
d) Fe-S proteini, koji prenose jedan elektron, pri promjeni redoks broja željeza Fe2+
i Fe3+
;
e) Joni bakra povezani sa proteinima, koji takoĊe prenose jedan elektron, oscilirajući
izmeĊu Cu+ i Cu
2+.
Sve su navedene molekule, izuzev citohroma-c, povezane sa unutrašnjom membranom
mitohondrija eukariota, ili plazmatskom membranom prokariota.
Respiratorni niz funcioniše kroz ĉetiri asimetriĉno orijentisana, meĊusobno nezavisna,
transmembranska kompleksa, koji ĉine slijedeće funkcionalno-strukturne cjeline:
Kompleks I: NADH-koenzim Q-reduktaza
Kompleks II:Sukcinat-koenzim Q-reduktaza
Kompleks III: Koenzim Q-citohrom -c-reduktaza
Kompleks IV: Citohrom-c-oksidaza
Kompleks I, prihvatajući elektrone od NADH, povezuje glikolizu, Krebsov ciklus,
oksidaciju masti i lanac transporta elektrona. Kompleks II sadrži enzim sukcinat dehidrogenazu, te
stoga direktno povezuje ciklus limunske kiseline i transport elektrona. Kompleksi I i II vode ka
redukciji koenzima Q, koji je supstrat kompleksa III. Postoje i dva druga puta za prenos elektrona
na CoQ: preko flavoproteina od acil-CoA dehidrogenaza masti i glicerofosfatnih dehidrogenaza.
Kompleks III oksidiše CoQH2, a istovremeno redukuje citohrom-c, koji je supstrat kompleksa IV,
citohrom-c-oksidaze. Na kraju, kompleks IV transportuje elektrone na molekulski kiseonik,
redukuje ga i stvara vodu.
Kompleks I: NADH-CoQ reduktaza
Ovaj kompleks, kao što samo ime kaže, transportuje jedan elektronski par sa NADH na
CoQ. Drugo ime za ovaj kompleks je NADH dehidrogenaza. Kompleks ukljuĉuje više od 30
polipeptidnih lanaca, jedan molekul FMN i više molekula Fe-S. Na osnovu ove zavisnosti od FMN,
NADH-CoQ reduktaza je flavoprotein. Iako precizni mehanizam djelovanja kompleksa I nije
poznat, ipak je sigurno da je prvi korak vezivanje NADH za enzim sa unutrašnje strane unutrašnje
mitohondrijalne membrane, pri ĉemu redukuje FMN, koji ĉini dio samog enzima, dajući FMNH2.
Slijedeći korak je transfer elektrona sa FMNH2 na niz Fe-S proteina, a zatim u krajnjoj fazi
elektroni bivaju upućeni ka CoQ, koji je mobilni transporter elektrona.
Struktura kompleksa I
CoQ može da se slobodno kreće kroz hidrofobni centar mitohondrijalne unutrašnje
membrane zahvaljujući svojim jakim hidrofobnim osobinama. Zatim, CoQ putuje ka kompleksu III.
Istovremeno sa transportom elektrona odvija se i transport protona iz matriksa prema
meĊumembranskom prostoru. Ovaj proces crpi potrebnu energiju iz uporednog procesa transporta
elektrona preko kompleksa I.
Kompleks II: sukcinat-koenzim Q reduktaza
Kompleks II je bolje poznat pod imenom kompleks sukcinat dehidrogenaze, koji je jedini
enzim ciklusa limunske kiseline povezan sa unutrašnjom mitohondrijalnom membranom. Pri
transformaciji sukcinata u fumarat dešava se i redukcija FAD-a, koji ĉini sastavni dio kompleksa II,
u FADH2. Odmah nakon ove redukcije, FADH2 prebacuje elektrone na CoQ, a uvijek preko Fe-S
proteina. Mala varijacija slobodne energije reakcija, pri ovom kompleksu, nije dovoljna za transport
protona preko membrane. Ovo je fundamentalna taĉka, budući da je transport protona blisko
povezan sa sistemom ATP-a. Oksidacija FADH2 u nizu transporta elektrona prevodi se zato u
sintezu manjeg broja ATP-a, u odnosu na broj ATP molekula koje potiĉu iz oksidacije NADH.
Struktura kompleksa II
Kompleks III: KoenzimQ-citohrom-c-reduktaza
U kompleksu III lanca transporta elektrona CoQH2 predaje elektrone citohromu-c putem
posebnog sistema, koji se zove ciklus Q. Ciklus poĉinje kada jedna molekula CoQH2 preĊe na
mjesto kompleksa III, koje se zove Qp, a nalazi se u dijelu kompleksa III okrenutom ka
intramembranskom prostoru.
Oksidacija CoQH2 dešava se u dvije faze. Prvo se jedan elektron sa CoQH2 prebacuje na
jedan Fe-S protein, a zatim na citohrom-c1. Ovaj proces oslobaĊa dva H+ jona u intermembranski
prostor i proizvodi CoQ, anjonski oblik semihinona CoQ. Drugi elektron se prebacuje na hem grupu
citohroma-bL, koji se inaĉe nalazi u citosolnoj strani membrane, a zatim odlazi na hem grupu
citohroma-bH, koji se nalazi unutar kompleksa bliže matriksu. Elektron zatim prelazi na CoQ
lokalizovan u drugoj poziciji, koja se zove Qn, prevodeći tako CoQ u CoQ-. Ova posljednja
hemijska struktura ostaje ĉvrsto vezana za poziciju Qn, ĉime se završava prva polovina cilkusa Q.
Druga polovina ciklusa Q je sliĉna prvoj, sa jednom drugom molekulom CoQH2, koja se
oksidiše na mjestu Qp, a ĉiji se elektroni transportuju na slijedeći naĉin: jedan na citohrom-c1, a
drugi prvo na citohrom-bL, a zatim na citohrom-bH. Ipak, u ovom posljednjem dijelu ciklusa Q,
elektron sa citohroma-bH prelazi na semihinonski anjon CoQ-, koji potiĉe iz prvog dijela ciklusa.
Preuzimajući dva H+ iz mitohondrijalnog matriksa, formira se molekula CoQH2, koja zatim može
da se vrati u pul CoQ, a na taj naĉin se završava ciklus Q.
Na slici može da uoĉi se da za svaka dva elektrona, transportovana na citohrom-c, iz matriksa se
uzimaju dva H+, a u intermembranski prostor se izbace ĉetiri H
+. Ono što povezuje kompleks III i
slijedeći, kompleks IV, je citohrom-c, jedini hidrosolubilni citohrom. On prenosi elektrone
"klizajući se" preko membrane do kompleksa IV.
Q ciklus
Kompleks IV: citohrom-c-oksidaza
Kompleks IV je tako nazvan zato što prima elektrone od citohroma-c i predaje ih kiseoniku,
sintetišući vodu. Ovaj kompleks takoĊe vrši i transport protona preko unutrašnje mitohondrijalne
membrane. Citohrom-c se oksidiše na citosolnoj strani membrane, a zatim elektroni, jednim
složenim sistemom od deset podjedinica, redukuju kiseonik, koji se nalazi sa druge strane
membrane.
Prenos elektrona u kompleksu IV
Transport elektrona u kompleksu IV ukljuĉuje dvije hem grupe (citohroma-a i citohrom a-
a3) i dva jona bakra. Ovaj proces služi za redukciju O2, kroz jedan složeni proces, koji prevazilazi
didaktiĉki cilj ovog udžbenika.
Redukcija kiseonika, u kompleksu IV, praćena je i transferom H+ preko unutrašnje
mitohondrijalne membrane. Mehanizam ovog transporta nije poznat. Za svaka dva protona,
prebaĉena na citosolsku stranu membrane, proces uzima ĉetiri H+ iz matriksa.
Ĉetiri kompleksa respiratornog lanca u potpunosti su nezavisna jedan od drugog i razliĉitim
brzinama se kreću kroz membranu.
Model respiratornog niza (lanca)
Protonski gradijent, stvoren pri transportu elektrona, predstavlja veliki izvor potencijalne
energije. 1961. godine Peter Mitchell, engleski biohemiĉar, dao je ideju da je upravo ovaj gradijent
izvor energije za sintezu ATP-a. Ovaj prijedlog je poznat kao hemiosmotska hipoteza.
Odnos broja H+
jona, transportovanih uz svaki elektronski par, poznat je pod imenom odnos
H+/2e
-. Kroz dugi niz godina ovaj odnos je bio predmet velikog interesovanja, ali ipak ga je veoma
teško odrediti. Danas, veliki broj nauĉnika prihvata hipotezu da je ovaj odnos pri transportu
elektrona sa sukcinata na O2 6 H+
/ 2e-. Odnos koji se odnosi na kompleks I ostaje i dalje
nepoznanica, iako se misli da bi on trebao da bude 6 H+ / 2e
-. Na osnovu ovih vrijednosti,
stehiometrija transporta sa NADH na O2 je 10 H+/ 2e. Iako su ovi podaci predstavljeni i na slici
treba ih ipak uzeti sa zadrškom, jer bi stvarne vrijednosti mogli da budu i brojevi koji nisu cijeli.
ATP-SINTETAZA
ATP-sintetaza je kompleks koji omogućava sintezu ATP-a koristeći gradijent protona
stvoren pri transportu elektrona. Enzim se sastoji iz dva osnovna dijela: jedinice Fo i jedinice F1.
Jedinica Fo je sastavljena iz tri podjedinice oznaĉene kao a, b i c (stehiometrija a1 b2 c10-12). F1 se
sastoji iz pet polipeptidnih lanaca: α, β, γ, δ i ε. Podjedinice α i β predstavljaju katalitiĉko mjesto za
sintezu ATP-a, podjedinice δ i ε regulišu interakciju F1 sa Fo, dok podjedinica γ ima ulogu da
reguliše protok protona prema F1. Fo saĉinjava transmembranski kanal, preko koga protoni struje ka
F1 i na taj naĉin obezbjeĊuju sintezu ATP-a.
ATP sintetaza
Gore navedeno, potvrĊeno je u eksperimentima in vitro. Jedinica F1 i odvojena od
membrane i jedinice Fo može da vrši sintezu ATP-a, a sama jedinica Fo služi kao protonska pumpa.
Michell-ova hemiosmotska hipoteza, o tome da je gradijent protona pokretaĉ sinteze ATP-a,
je potvrĊena i rezultatima eksperimenta u kome je vještaĉki stvoren gradijent pH u mitohondrijama,
koje nisu bile sposobne za transport elektrona i u tom sluĉaju ATP-sintetaza je funkcionisala, dakle
samo zahvaljujući prisustvu protonskog gradijenta.
Nakon mnogih istraživanja, Paul Boyer je razjasnio i predložio mehanizam djelovanja
ATP-sintetaze. Ustanovio je da sama sinteza ATP-a ne zahtijeva potrošnju energije, već da se
potencijalna energija protonskog gradijenta koristi za otpuštanje novosintetisanog ATP-a od
enzima. Mehanizam podrazumijeva katalitiĉku kooperativnost triju mijesta na molekuli enzima.
Pomenuta mjesta imaju razliĉite afinitete za vezivanje ATP-a. Ĉitav proces je jedan ciklus. Na
poĉetku, jedno od katalitiĉkih mjesta na enzimu je zauzeto ATP-om i samo to mjesto ima visoki
afinitet za ATP. Istovremeno, jedno drugo katalitiĉko mjesto enzima prihvata ADP i Pi.
Potencijalna energija protonskog gradijenta je iskorištena za konformacione promjene enzima, koje
dovode do promjene afiniteta mjesta za ATP, koje je u poĉetku vezalo ATP. Tako se ATP otpušta,
dok će enzimsko mjesto koje je prihvatilo ADP i Pi izvršiti sintezu ATP-a. Kao rezultat imaćemo
ponovno enzim povezan sa jednom molekulom ATP-a (kao i na poĉetku ciklusa) i jednu
novosintetisanu molekulu ATP-a.
IZLAZAK SINTETISANOG ATP IZ MITOHONDRIJA
Da bi energija sadržana u molekulu ATP-a bila iskorištena tamo gdje je to u ćelijama
potrebno, molekula ATP mora da izaĊe iz mitohondrija. ADP mora da bude ubaĉen u mitohondrije,
da bi bio iskorišten za sintezu ATP-a. Niti jedan od ovih procesa nije spontan, a razlog je veliko
naelektrisanje molekula ATP-a i ADP-a, koje spreĉava da ove molekule lako proĊu kroz biološku
membranu. Proces se odvija sistemom transporta ADP-ATP translokaze. Radi se o proteinu, koji
efikasno izbacuje jedan molekul ATP, pri istovremenom ulasku jednog molekula ADP-a. Na taj
naĉin nivo nukleotida u mitohondrijama se stalno održava manje-više konstantnim. U mehanizam je
ukljuĉeno samo jedno mjesto za vezanje nukleotida, a nalazi se alternativno izloženo prema citozolu
i prema matriksu.
Sistem transporta ADP-ATP translokaze
ATP se veže na strani matriksa, a zatim se mjesto vezanja pomjera prema citozolnoj strani
membrane, gdje otpušta ATP, veže ADP i zatim ga transportuje u matriks. Naelektrisanje, prisutno
na molekuli ATP-a, pri pH = 7,2 je oko –4, dok je naelektrisanje ADP-a, pri istoj vrijednosti pH,
oko –3. Na taj naĉin, razmjena jedne molekule ATP-a (koja izlazi) i jedne molekule ADP-a (koja
ulazi) izaziva transfer jednog negativnog naelektrisanja iz matriksa prema citozolu. Proces je
ekvivalentan prelasku jednog protona iz citozola u matriks.
Unutrašnja mitohondrijalna membrana je pozitivno naelektrisana sa spoljne strane. Zato je
evidentno, da je izlazak ATP-a favorizovan u odnosu na transport ADP-a u istom smjeru. Iz istog
razloga ulazak ADP-a je lakši u odnosu na ulazak ATP-a. Dakle, specifiĉnost ADP-ATP
translokaze je kontrolisana elektrohemijskim potencijalom, koji je ipak smanjen djelovanjem ove
pumpe, pa iz tog razloga mora da se troši i metaboliĉka energija. Ćelija mora da odgovori na ovaj
energetski izdatak povećanjem protoka elektrona preko lanca za transport elektrona.
Koliki je energetski izdatak razmjene ATP-ADP, u odnosu na ukupnu energiju potrebnu za
sintezu ATP-a? Već smo vidjeli da izbacivanje jednog molekula ATP-a, u odnosu na ulazak jednog
molekula ATP-a, znaĉi prelazak jednog protona iz citozola u matriks. Za sintezu ATP-a je potrebno
utrošiti tri protona, koji preko Fo jedinice prelaze iz citozola u matriks. To znaĉi da za svaki molekul
ATP-a, koji se sintetiše, moraju da preĊu ukupno ĉetiri protona iz citozola u matriks. Stoga, oko ¼
energije, koju nam daje respiratorni lanac (transprt elektrona i oksidativna fosforilacija) moramo da
upotrijebimo kao elektrohemijsku energiju za transport ATP-ADP.
IZLAZAK SINTETISANOG ATP IZ MITOHONDRIJA
Da bi energija sadržana u molekulu ATP-a bila iskorištena tamo gdje je to u ćelijama
potrebno, molekula ATP mora da izaĊe iz mitohondrija. ADP mora da bude ubaĉen u mitohondrije,
da bi bio iskorišten za sintezu ATP-a. Niti jedan od ovih procesa nije spontan, a razlog je veliko
naelektrisanje molekula ATP-a i ADP-a, koje spreĉava da ove molekule lako proĊu kroz biološku
membranu. Proces se odvija sistemom transporta ADP-ATP translokaze. Radi se o proteinu, koji
efikasno izbacuje jedan molekul ATP, pri istovremenom ulasku jednog molekula ADP-a. Na taj
naĉin nivo nukleotida u mitohondrijama se stalno održava manje-više konstantnim. U mehanizam je
ukljuĉeno samo jedno mjesto za vezanje nukleotida, a nalazi se alternativno izloženo prema citozolu
i prema matriksu.
Sistem transporta ADP-ATP translokaze
ATP se veže na strani matriksa, a zatim se mjesto vezanja pomjera prema citozolnoj strani
membrane, gdje otpušta ATP, veže ADP i zatim ga transportuje u matriks. Naelektrisanje, prisutno
na molekuli ATP-a, pri pH = 7,2 je oko –4, dok je naelektrisanje ADP-a, pri istoj vrijednosti pH,
oko –3. Na taj naĉin, razmjena jedne molekule ATP-a (koja izlazi) i jedne molekule ADP-a (koja
ulazi) izaziva transfer jednog negativnog naelektrisanja iz matriksa prema citozolu. Proces je
ekvivalentan prelasku jednog protona iz citozola u matriks.
Unutrašnja mitohondrijalna membrana je pozitivno naelektrisana sa spoljne strane. Zato je
evidentno, da je izlazak ATP-a favorizovan u odnosu na transport ADP-a u istom smjeru. Iz istog
razloga ulazak ADP-a je lakši u odnosu na ulazak ATP-a. Dakle, specifiĉnost ADP-ATP
translokaze je kontrolisana elektrohemijskim potencijalom, koji je ipak smanjen djelovanjem ove
pumpe, pa iz tog razloga mora da se troši i metaboliĉka energija. Ćelija mora da odgovori na ovaj
energetski izdatak povećanjem protoka elektrona preko lanca za transport elektrona.
Koliki je energetski izdatak razmjene ATP-ADP, u odnosu na ukupnu energiju potrebnu za
sintezu ATP-a? Već smo vidjeli da izbacivanje jednog molekula ATP-a, u odnosu na ulazak jednog
molekula ATP-a, znaĉi prelazak jednog protona iz citozola u matriks. Za sintezu ATP-a je potrebno
utrošiti tri protona, koji preko Fo jedinice prelaze iz citozola u matriks. To znaĉi da za svaki molekul
ATP-a, koji se sintetiše, moraju da preĊu ukupno ĉetiri protona iz citozola u matriks. Stoga, oko ¼
energije, koju nam daje respiratorni lanac (transprt elektrona i oksidativna fosforilacija) moramo da
upotrijebimo kao elektrohemijsku energiju za transport ATP-ADP.
ODNOS P/O U RESPIRATORNOM LANCU
Odnos P/O je broj mola ATP-a pri oksidativnoj fosforilaciji po svakom elektro-nskom paru
koji proĊe kroz transportni lanac elektrona. Iako su brojni nauĉnici proveli intenzivna istraživanja,
njegova vrijednost se i dalje razmatra. Ako se prihvati vrijednost od 10 H+, koji izaĊu iz matriksa,
za svaka dva elektrona koja preĊu put lanca za transport elektrona sa NADH na O2 i da je za sintezu
jednog molekula ATP-a neophodno da iz citozola u matriks preĊu 4 protona, onda je odnos P/O u
mitohondrijama 10/4 = 2,5 (radi se o sluĉaju kada elektroni ulaze u lanac transporta u obliku
NADH). Ova vrijednost je nešto niža u odnosu na ranije pretpostavke, koje su ovom odnosu
pripisivale vrijednost 3.
Što se tiĉe dijela lanca koji polazi od sukcinata, vrijednost H+/ 2e
- je 6, te je zato odnos 6/4 =
1,5 , dok je po ranijim pretpostavkama bio 2.
Iako i eksperimentalni podaci potvrĊuju ovakve vrijednosti, mnogi biohemiĉari, koji su
naviknuti na cijele brojeve vrijednosti P/O, pokazuju veliki skepticizam i negodovanje u odnosu na
gore navedene decimalne vrijednosti.
UGLJENI HIDRATI
Ugljeni hidrati, ili saharidi (grčki: sacharon, šećer) su heterogena grupa organskih
jedinjenja. Veoma su rasprostranjeni u prirodi, tako da čine najveći dio organske materije na
Zemlji. Za organizme su od višestrukog značaja, prvenstveno se koriste u energetske svrhe,
ali imaju i značajne specifične funkcije ( strukturna uloga celuloze kod biljaka, mukoproteini,
kojih ima u kostima životinja, ulaze u sastav nukleinskih kiselina, glikolipida, krvnih grupa i
dr. ). Ugljeni hidrati su najvećim dijelom biljnog porijekla, ali su glavni sastojci ishrane
animalnih organizama. Ime ugljenih hidrata u potpunosti ne odgovara, ali se kao takvo
odomaćilo, te je i dalje u uptrebi. Naziv potiče otuda što je odnos ugljenika i vode u nekim
ugljenim hidratima 1:1; tako, kada posmatramo glukozu čija je formula:
C6H12O6 = C6(H2O)6 odnos ugljenika i vode je upravo 1:1
Međutim, kasnije je nađeno da kod mnogih ugljenih hidrata nije takav odnos ugljenika
i vode, kao na primjer kod 2-deoksiriboze, ali je naziv, zbog opšte prihvaćenosti, zadržan.
Po hemijskom sastavu ugljeni hidrati su polihidroksialdehidi, ili polihidroksiketoni, ili su
jedinjenja koja hidrolizom daju polihidroksialdehide i polihidroksiketone.
Kvalitativno i kvantitativno najvažnijim biohemijskim procesom na Zemlji,
fotosintezom, autotrofni organizmi (biljke) vrše sintezu ugljenih hidrata iz ugljendioksida i
vode uz pomoć sunčeve energije i hlorofila.
Svi ugljeni hidrati koji se nalaze u živim sistemima pripadaju D-seriji. Naknadno je
razvijen jedinstven sistem nomenklature ugljenih hidrata, jer IUPAC-ov sistem, kao veoma
nepodesan, dovodi do dugih i nezgrapnih naziva.
PODJELA UGLJENIH HIDRATA
Ugljeni hidrati se prema proizvodima hidrolize dijele na :
1. Monosaharide
2. Oligosaharide i
3. Polisaharide
Monosaharidi (prosti šećeri ) ne podliježu hidrolizi, a dobijaju se hidrolizom oligo- i
polisaharida. U zavisnosti od funkcionalne grupe dijele se na:
1. Aldoze (ugljeni hidrati koji sadrže aldehidnu funkcionalnu grupu) i
2. Ketoze (ugljeni hidrati koji sadrže keto funkcionalnu grupu)
nCO 2+ nH O22
h
hlorofil C nH Onn
Monosaharidi se prema broju ugljenikovih atoma dijele na:
1. Trioze (3- C-atoma)
2. Tetroze ( 4-C-atoma)
3. Pentoze (5-C-atoma)
4. Heksoze (6-C-atoma)
5. Heptoze (7-C-atoma) i tako dalje.
Iz navedenih imena nekoliko monosaharida vidi se da je za imena monosaharida
karakterističan nastavak (sufiks) –oza.
Imena monosaharida mogu da se kombinuju, pa imamo:
aldotrioze ketotrioze
aldotetroze ketotetroze
aldopentoze ketopentoze
aldoheksoze ketoheksoze
Glicerinaldehid je aldotrioza iz koje se izvode sve ostale aldoze, dok je dioksiaceton ketotrioza iz koje se izvode sve ketoze.
Svi se monosaharidi dobro rastvaraju u vodi, kristalna su jedinjenja i imaju sladak ukus.
Oligosaharidi (složeni šećeri) hidrolizom daju nekoliko monosaharidnih jedinica. Mogu
da budu izgrađeni od istih, ili različitih monosaharidnih jedinica. Sjedinjavanjem dvije
monosaharidne jedinice nastaje disaharid, iz tri monosaharidne jedinice nastaje trisaharid itd.
Ako je molekul disaharida izgrađen samo od jedne vrste monosaharidnih jedinica, onda je to
homoglikan, a ako je disaharidna jedinica izgrađena od različitih monosaharidnih jedinica,
onda je to heteroglikan. U prirodi su rašireni disaharidi: saharoza (u šećernoj trsci i šećernoj
repi), laktoza (u mlijeku) i maltoza (nastaje hidrolizom skroba).
Zavisno od načina povezivanja monosaharidnih jedinica oligosaharidi mogu da budu
redukujući i neredukujući. Sve oligosaharidne jedinice su dobro rastvorljive u vodi i slatkog
su ukusa.
Polisaharidi (makromolekulski šećeri) su izgrđeni od velikog broja monosaharidnih
jedinica (nekoliko desetina hiljada), a potpunom hidrolizom polisaharida nastaje veliki broj
monosaharidnih jedinica. Nemaju određenu molekulsku masu. Kada je molekul polisaharida
izgrađen samo od jedne vrste monosaharidnih jedinica onda spada u homopolisaharide
(homoglikane), a ako je molekul polisaharida izgrađen od različitih monosaharidnih jedinica
onda je to heteropolisaharid (heteroglikan). U zavisnosti od toga da li su u izgradnji
polisaharida zastupljene heksoze, ili pentoze, polisaharidi mogu da budu heksozani, ili
pentozani, a najveći broj polisaharida su heksozani. Nerastvorni su u vodi, nemaju sladak
ukus i nemaju izrazitu kristalnu strukturu. Za polisaharide se uglavnom koriste trivijalna
imena, kao što su celuloza, skrob, glikogen…
Polisaharidi predstavljaju osnovnu masu organske materije na Zemlji. Tako je celuloza
osnovni gradivni materijal biljaka, a hitin gradivni matrijal insekata. Polisaharidi su glavni
izvor energije za žive sisteme.
Monosaharidi
Najjednostavniji monosaharidi su trioze, od aldotrioza najvažniji je glicerinaldehid, dok
je od ketotrioza najznačajni dioksiaceton. Navedene trioze su od posebnog značaja kao
međuproizvodi pri intermedijarnom metabolizmu ugljenih hidrata.
Od tetroza treba spomenuti:
Pentoze su od posebnog značaja za žive organizme jer neke od njih ulaze u sastav nukleinskih
kiselina. Najvažniji predstavnici aldopentoza su:
H OH
O
CH OH
C
C
O
H
H OH
CH OH
C
C
Glicerinaldehid Dioksiaceton
22
2
CH OH2
CH OH2
2
D-Treoza D-Eritroza D-Eritruloza
H
O
OHC
C
CH OH
O
H
H
H OH
OHC
C
C
CH OH
H OHC
O
H
C
C
HO H
2
HC
O
HO
H OH
CH OH
HO
H
H
OH
OH
CH OH
OHH
CH OH
H OH
C
C
C
O
H
H
H
OHC
C
C
C
C
HC
O
H
H OHC
C
D-Ksiloza D-Arabinoza D-Riboza
2 22
Ketopentoze su dvije:
Keto grupa je gotovo uvijek na drugom C-atomu.
Heksoze spadaju u najrasprostranjenije monosaharide i veoma su važne za živi svijet, a
metabolizam svih ugljenog hidrata, in vivo, odvija se preko aldoheksoze D-(+)-glukoze.
Od ketoheksoza najznačajnija je fruktoza
Monosaharidne jedinice se najčešće u rastvorima nalaze u obliku prstena, pri čemu se
grade najstabilniji sistemi, a to su peto- i šestočlani prstenovi, tj. alkoholna grupa sa petog, ili
četvrtog C-atoma kod aldoheksoza, reaguje sa aldehidnom grupom na prvom C atomu, pri
čemu nastaju poluacetali, dok kod ketoheksoza reaguje alkoholna grupa sa petog, ili šestog C-
atoma, sa keto grupom na drugom C-atomu, pri čemu nastaju poluketali.
Hawort-ova formula za β-D-(+)-glukozu
D-Ksiluloza D-Ribuloza
C
C
C H
C
CH OH
C
C
C
OHH
CH OH
OHH
CH OH
OHH
HO
O
H OH
O
2
2
2
2
2
2C
C
C H
C
C
OHH
HO
H OH
O
H OH
CH OH
D-Fruktoza
Kada se hidroksilna grupa na 1. C-atomu (anomerni C-atom) nalazi desno onda je to
α-D-(+)-glukoza, a kada se nalazi lijevo onda je to β-D-(+)-glukoza.
Hawort-ove formule samo djelimično zadovoljavaju u predstavljanju molekula ugljenih
hidrata, jer je šestočlani prsten prikazan kao planarni šestougaonik, a danas je poznato da
atomi koji izgrađuju molekul heksoza ne leže u istoj ravni, već su raspoređeni u prostoru, pa
iz tih razloga mogu da imaju konformaciju stolice, ili čamca.
Kod konformacionih formula nisu naznačene hidroksilne grupe i vodonikovi atomi.
SKROB
Skrob je najrašireniji polimer biljnog svijeta i predstavlja jedan od proizvoda procesa
fotosinteze. Nagomilava se u biljnim organima u obliku skrobnih zrnaca. Kao rezervni
polisaharid služi za ishranu biljaka, a indirektno ima neprocjenjivu vrijednost za ishranu
životinja i ljudi.
Kompleksni polimer skroba izgrađen je iz linearnog polisaharida amiloze i
razgranatog polisaharida amilopektina.
AMILOZA
aldoheksozaaldoheksoza
OO
Konformacija stolice Konformacija ~amca
CH2OH
CH2OH
AMILOPEKTIN
CELULOZA
Učestvuje u izgradnji ćelijskih struktura
Homopolisaharid, sastavljen je od 300-1500 molukula glukoze povezanih β(1-4) glikozidnom
vezom, linearan i sličan amilozi, samo se razlikuju u orijentaciji glikozidnih veza
Dobija se iz raznih sirovina biljnog porekla.
GLIKOLIZA
Glikoliza je osnovni katabolički put svih monosaharida. Pored glukoze, ovim putem se
razlažu i fruktoza, galaktoza i manoza, kao i pentoze, tetroze i trioze. Većina detalja
glikolitičkog puta bila je razjašnjena u prvoj polovini dvadesetog vijeka, radovima njemačkih
biohemičara O. Warburg-a, G. Embden-a i O. Meyerhof-a. Zato se, često, tok reakcija
glikolize označava kao Embden-Meyerhof-ov put.
Glikoliza se odvija u svakoj ćeliji organizma, a energija dobijena ovim procesom
koristi se za sintezu najraznovrsnijih proizvoda, kao i brojne fiziološke potrebe organizma.
Razlaganje glukoze, putem glikolize, nesmetano se odvija u anaerobnim uslovima, tj.
bez prisustva kiseonika. Zahvaljujući tome skeletni, mišići mogu da funkcionišu i u
anoksemičnoj epizodi, tj. u prvoj fazi aktivnosi, kada dopremanje kiseonika nije još prikladno
potrebama.
U anaerobnim uslovima krajnji proizvod razlaganja jedne molekule glukoze su dvije
molekule laktata. Laktat se nakuplja u tkivima, a zatim prenosi u jetru, u kojoj se veći dio
koristi za resintezu glukoze (glikogena) procesom glukoneogeneze.
Glikoliza je i aeroban proces, pri kome iz jedne molekule glukoze nastaju dvije
molekule piruvata, koje se uključuju u Krebsov ciklus trikarbonskih kiselina, tako da se
početna glukoza potpuno razlaže do CO2 i H2O. U prisustvu kiseonika efikasnost glikolize, u
energatskom smislu, značajno raste, što je posebno važno za obezbjeđenje normalne
fiziološke funkcije ćelije.
Svi enzimi neophodni za odvijanje procesa glikolize se nalaze u citosolu, solubilnoj
ekstramitohondrijalnoj frakciji ćelije.
Tok reakcija glikolize može da se podijeli u dvije faze:
1. Prva faza glikolize: fosforilacija glukoze i prevođenje u dvije molekule 3-
fosfoglicerinaldehida (uz utrošak 2 ATP-a);
2. Druga faza glikolize: konverzija 3-fosfoglicerinaldehida u piruvat (uz nastajanje 4 ATP).
Tok reakcija Embden-Meyerhof-ovog puta glikolize pokazan je na Slici 17.
Glikoliza
Početna reakcija toka glikolize je fosforilacija neutralnog molekula α-D-glukoze, pri
čemu se dobija negativno naelektrisan molekul glukozo-6-fosfata. Reakciju katalizuje
heksokinaza, enzim prisutan u svim ćelijama (sa izuzetkom jetre), kao i glukokinaza, prisutna
samo u hepatocitima. Navedeni enzimi razlikuju se ne samo prema lokaciji, već i prema
različitom afinitetu za supstrat, molekulu glukoze. Heksokinaza, koja katalizuje fosforilaciju,
ne samo glukoze, već i drugih heksoza, ima veliki afinitet prema glukozi (Km= 100 μmol). To
osigurava snabdijevanje tkiva glukozom, čak i u uslovima kada je koncentracija glukoze u
krvi niska (ispod 4 mmol/L). Heksokinaza je alosterijski enzim, inhibira se produktom svoje
reakcije, glukozo-6-fosfatom. Nasuprot tome, glukokinaza se ne ihibira proizvodom svoje
katalize, a ima Km za glukozu 10 mmol. Sa tako visokim Km za glukozu, glukokinaza postaje
značajna u metabolizmu samo kada je nivo glukoze u jetri visok (npr. kada osoba konzumira
velike količine šećera). Katjoni Mg2+
su neophodni za reakcije fosforilacije, pošto sa ATP
grade MgATP2-
kompleks.
Reakcija fosforilacije glukoze postiže se uz utrošak jednog molekula ATP:
α-D-glukoza + ATP4-
→ α-D-glukozo-6-fosfat2-
+ ADP3-
+H+
Glukozo-6-fosfat je višestruko značajan proizvod,
pošto može da se uključi u više metaboličkih tokova:
glikolizu, pentozofosfatni put, glikogenezu, a takođe se
dobija i tokom glukoneogeneze i glikogenolize. Zbog
toga, da bi glukozo-6-fosfat bio uključen u daljnji
glikolitički put potebno je katalitičko djelovanje
fosfoheksoizomeraze, pri čemu se fosforilisana glukoza
izomerizuje u fruktozo-6-fosfat (aldozno-ketozna
reakcija). Reakcija je reverzibilna.
Slijedeći korak je fosforilacija fruktozo-6-fosfata.
Reakciju katalizuje fosfofruktokinaza, uz učešće Mg2+
i
utrošak još jednog mola ATP. Proizvod je fruktozo-1,6-
difosfat. ΔGo'= -14,2 kJ/mol, dakle reakcija je
egzergonična, i ireverzibilna. Navedena reakcija je
ključna za cijeli tok glikolize, njenom regulacijom se
prekida, ili nastavlja reakcija. Visoka koncentracija ATP
u ćeliji, kao i visoke koncentracije citrata i viših masnih
kiselina, inhibiraju aktivnost enzima fosfofruktokinaze.
Nasuprot, porast koncentracije AMP, ADP i fruktozo-6-
fosfata djeluju aktivirajuće na isti enzim glikolize.
Dejstvom aldolaze (fruktozo-1,6-difosfat
aldolaza) difosfatni estar glukoze se cijepa, između C3 i
C4, na dvije trioze: dihidroksiacetonfosfat i 3-
fosfoglicerinaldehid. I pored toga što je u ovoj reakciji
ΔGo'= +23,9 kJ/mol ona je reverzibilna, što ne izgleda
logično. Međutim, u ovoj reakciji od jedne molekule
nastaju dvije i ravnoteža značajno zavisi od koncentracije.
Dodatno objašnjenje je da se u toku reakcija fosforilacije,
glukoze i fruktozo-6-fosfata, oslobađa dovoljno energije,
što omogućava reverzibilni tok reakcije nastajanja
fruktozo-1,6-difosfata.
Dvije trioze, 3-fosfoglicerinaldehid i
dihidroksiacetonfosfat, nastale u prethodno opisanoj
reakciji, dejstvom specifične fosfotriozo izomeraze, mogu
nesmetano da prelaze jedna u drugu. Međutim, pošto
samo 3-fosfoglicerinaldehid direktno prelazi u drugu fazu
glikolize, drugi triozo fosfat dihidroksiacetonfosfat mora
da se nepresano prevodi u 3-fosfoglicerinaldehid. Ovom
reakcijom, koju katalizuje fosfotriozo izomeraza,
kompletirana je prva faza glikolize. Iako je, sudeći po
ΔGo'= +2,2 kJ/mol, reakcija endergonična, potrebna
energija se lako nadoknađuje iz prethodnih egzergoničnih
reakcija.
glukoza
O
Prva faza glikolize
H
OH
CH OH2
H
HO
H
OH H
OH
H
1
5
ATP
ADP
Mg2+heksokinaza
glukokinaza
H
OH
HOH
H
HO
H
2CH O-PO
OH
HO
3
2-
fosfoheksoizomeraza
O
H
OH
3
2-
2CH OH
H
H HOOH
OCH2O P -
D-glukozo-6-fosfat
D-fruktozo-6-fosfat
fosfofruktokinazaATP
ADP
Mg2+
-O P 2OCH
OHHOH
CH O-PO2
2-
3
H
O 3
2-
OHH
D-fruktozo-1,6-difosfat
aldozno cijepanje
aldolaza
CH OH
2
C O
PO3
2-
2
CH O-
Dihidroksiacetonfosfat
C
CH O-3
PO2
H
O
HC OH
2-
D-3-fosfoglicerinaldehid
Druga faza toka reakcija glikolize
Ova faza glikolitičkog puta uključuje reakcije koje
prevode metaboličku energiju sadržanu u molekuli glukoze
u ATP. Nastaju četiri nove molekule ATP, ali kada se
uračuna i utrošak od dvije molekule ATP, u prvoj fazi
glikolize, preostaju dva ATP.
U reakciji oksidacije 3-fosfoglicerinaldehida nastaje
organofosfat bogat energijom 1,3-difosfoglocerat (1,3-
DPG). Reakciju katalizuje NAD zavisni enzim, 3-
fosfoglicerinaldehid dehidrogenaza, čiji se apoenzimski dio
sastoji iz 4 subjedinice (4 peptidna lanca), od kojih svaka
ima po jednu tio grupu. Jedna SH grupa je i u katalitičkom
centru.
Oksidacija 3-fosfoglicerinaldehida se odvija
postepeno. Prvo se vezuje NAD+ koenzim za apoenzim, u
blizini SH grupe. Tako kompletirani enzim reaguje sa
supstratom, gradeći prolazni kompleks enzima i supstrata,
tipa poluacetalnog tio estra. Dovođenje 3-
fosfoglicerinaldehida na kritično rastojanje od NAD+
omogućava oksido-redukciju u sastavu kompleksa enzim-
supstrat. Tada se aldehidna grupa oksidiše u karboksilnu, a
kovalentno vezani vodonik sa 3-fosfoglicerinaldehida se
prenosi na NAD+. U kompleksu enzim-supstrat nastaje
energijom bogati tioestar acil~enzim. Oksido-redukcija
unutar kompleksa enzim-supstrat je izrazito egzergonična
reakcija (ΔGo'= - 43,0 kJ/mol). NAD
+ zavisne
dehidrogenaze su holoezimi koji lako disosuju na koenzim
NAD i apoenzim, pa će nakon završene oksido-redukcije
redukovani koenzim NADH++H
+ preći na apoenzim drugog
enzima glikolize laktat dehidrogenazu, koja piruvat u
završnoj reakciji glikolize (pod anaerobnim uslovima)
prevodi u laktat. U ovoj reoksidaciji nastaje NAD+, koji se
vraća na apoenzim 3-fosfoglicerinaldehid dehidrogenaze
omogućavajući oksidaciju novog molekula supstrata.
U gore navedenom kompleksu acil~enzim slijedi
razlaganje, fosforiliza.
1,3-difosfoglicerat ima visokoenergetsku fosfatnu
vezu na C1 položaju, tako da u ovoj reakciji glikolize, uz
jedan molekul ADP i Mg2+
, nastaje uz 3-fosfoglicerat i
jedan molekul ATP. Ovu reakciju, izrazito egzergoničnu
(ΔGo'= - 18,9 kJ/mol) katalizuje enzim fosfoglicerat kinaza.
Jedan dio energije koristi se za poravnanje energetskog
deficita oksidacije 3-fosfoglicerinaldehida u 1,3-
difosfoglicerat. Reakcija nastajanja ATP može da bude
onemogućena u prisustvu arsenata.
U toku druge faze glikolitičkog puta, slijedi reakcija
konverzije 3-fosfoglicerata u 2-fosfoglicerat, što katalizuje
enzim fosfoglicerat mutaza. COOCH C
fosfoenolpiruvat
Druga faza glikolize
1,3-difosfoglicerat
2-
3O P O
32CH OPO
C
HC OH
2-
O
D-3-fosfoglicerinaldehiddehidrogenaza
+NADH+H
+NAD
D--3-fosfoglicerinaldehid
2
O
H
2-
3CH OPO
HC OH
C
ADP
ATP
Mg2+fosfoglicerat kinaza
O
2-
HC OH
C
CH OPO
O-
3-fosfoglicerat
Mg2+fosfoglicerat mutaza
-O
CH OH
C
HC-OPO2-
O
3
2
2
3
2-fosfoglicerat
K+
Mg2+
H O2
COO-
C-OPO3
2-
CH2
enolaza
ADP
ATP
Mg2+
3
O
-
Piruvat
P
Zatim, 2-fosfoglicerat, uz katalitičko djelovanje enolaze (uz Mg2+
ili Mn2+
) prelazi u
fosfoenolpiruvat, uz izdvajanje molekula vode. U toku ove reverzibilne reakcije drugi C atom
2-fosfoglicerata gubi H (oksidiše se), dok treći C atom gubi OH (redukuje se).
Fosfoenolpiruvat je visokoenergetski proizvod glikolize. Pod uticajem enzima piruvat
kinaze, fosfatna grupa sa dijelom energije prenosi se sa fosfoenolpiruvata na molekul ADP i
nastaje piruvat, uz izdvajanje molekula ATP. Reakcija je značajno egzergonična (ΔGo'= -
31,7 kJ/mol), što objašnjava njen ireverzibilni karakter. K+ je fiziološki aktivator piruvat
kinaze.
Za piruvat kinazu karakteristična su dva oblika: L, tipičan za jetru i M, mišićni oblik.
L oblik piruvat kinaze se aktivira sa fruktozo-1,6-difosfatom, a inhibiše cAMP-om i
alaninom. Aminokiselina alanin transaminacijom daje piruvat, a pošto je piruvat i krajnji
proizvod aerobne glikolize, da ne bi došlo do nepotrebnog nagomilavanja ovog proizvoda,
nastaje privremena alosterička inhibicija alaninom enzima piruvat kinaze.
Nastali piruvat prvo se oslobađa u nestabilnom enolnom obliku, a zatim spontano
prelazi u mnogo stabilniji keto oblik piruvata. U anaerobnim uslovima, iz piruvata,
djelovanjem laktat dehidrogenaze nastaje laktat. Iako je za ovu reakciju ΔGo'= +25,0 kJ/mol,
ona je reverzibilna, najvjerovatnije što se tokom glikolize oslobodilo toliko energije, da je
povratni tok reakcije sasvim izvodljiv.
Detalji energetskog bilansa gikolize izloženi su nakon Krebsovog ciklusa
trikarbonskih kiselina.
Regulacija glikolize
Regulacija toka reakcija glikolize počinje već u prvoj reakciji, koju katalizuju
heksokinaza ili glukokinaza. Glukozo-6-fostat u povišenoj koncentraciji inhibiše heksokinazu,
što prekida fosforilaciju novih molekula glukoze. Navedeno se dešava u ekstrahepatičnim
tkivima.
U jetri ne postoji heksokinaza, već isključivo glukokinaza, koja nije osjetljiva na
nakupljanje produkta svoje katalize, tako da izostaje prva regulatorna tačka, navedena za
ekstrahepatična tkiva.
Druga regulatorna tačka u ekstrahepatičnim tkivima, a prva u jetri je aktivnost enzima
fosfofruktokinaze, ključnog enzima glikolize. Od aktivnosti ovog enzima zavisi da li će
glikoliza da se nastavi, ili će da bude prekinuta. Alosterički inhibitori fosfofruktokinaze su
citrati i ATP, a aktivatori su AMP, fruktozo-6-fosfat i fruktozo-2,6-difosfat.
Citrati djeluju indirektno na glikolizu. Njihovo nakupljanje omogućava brzu i efikasnu
sintezu ATP-a, kroz ciklus trikarbonskih kiselina, dok je glikoliza manje efikasan metabolički
put. Tako da citrati "štede" glukozu.
Što se tiče dejstva ATP-a, logično je da kada su rezerve ATP-a popunjene nema
potrebe za razlaganjem glukoze glikolizom. Nasuprot tome, svako smanjenje broja molekula
ATP-a predstavlja alarm koji pokreće glikolizu u cjelini.
Porast lokalnog nivoa fruktozo-6-fosfata djeluje kao moćan alosterijski aktivator
fosfofruktokinaze. Pokretanjem ovog enzima nastaju nove molekule fruktozo-1,6-difosfata i
uspostavlja se ekvimolaran odnos sa fruktozo-6-fosfatom.
Porast ćelijskog nivoa fosfoenolpiruvata takođe djeluje regulatorno na glikolizu.
Hormoni su značajno uključeni u proces regulacije glikolize. Glukagon i adrenalin inhibišu
glikolizu, kako bi što više molekula glukoze bilo iskorišteno za održavanje glikemije. Insulin
povećava efikasnost enzima glukokinaze, a sa njom i efikasnost glikolize u cjelini.
CIKLUS TRIKARBONSKIH KISELINA
Ciklus limunske kiseline, ili ciklus trikarbonskih kiselina, predstavlja put razlaganja
acetilnih ostataka do krajnjeg kataboličkog proizvoda CO2. Odvija se u ćelijama svih aerobnih
organizama. U razjašnjenju reakcija ovog metaboličkog puta veliki doprinos je, svojim
radovima u periodu od 1932. do 1937. godine, dao Hans Krebs, u čiju čast se ciklus limunske
kiseline označava i kao Krebsov ciklus trikarbonskih kiselina.
Ciklus trikarbonskih kiselina predstavlja univrzalni put metabolisanja zajedničkog
međuproizvoda razlaganja (acetilnih ostataka) ugljenih hidrata, proteina i masti. Pored toga,
Krebsov ciklus je izvor brojnih molekula neophodnih za anaboličke procese, kojima nastaju
masne kiseline, ugljeni hidrati i aminokiseline. Energetski učinak ovog ciklusa je veoma
značajan, pošto se odvija u aerobnim uslovima i tako priključuje na respiratorni lanac.
Svi enzimi ciklusa limunske kiseline se nalaze u mitohondrijalnoj frakciji ćelije,
prvenstveno u matriksu. Ovakva lokalizacija ciklusa je veoma značajna, jer je u susjedstvu
respiratornog lanca, što omogućuje lako uključivanje brojnih molekula redukovanih
koenzima, koji nastaju u ciklusu limunske kiseline, u respiratorni lanac.
Da bi se krajnji proizvod glikolize, piruvat, uključio u Krebsov ciklus potrebno je da
se prevede u acetil-CoA, što se odvija nakon prelaska piruvata u matriks mitohondrija.
Oksidativna dekarboksilacija piruvata
Piruvat se zajedno sa jednim protonom (H+), posebnim mehanizmom transportuje
kroz unutrašnju mitohondrijalnu membranu, a zatim počinje njegova oksidativna
dekarboksilacija u acetil-CoA:
CH3-CO-COOH + NAD+ + CoA → CH3-CO~S-CoA + CO2 + NADH
+ + H
+
Proces je katalizovan piruvat dehidrogenaznim kompleksom, kojeg sačinjavaju tri
enzima: piruvat dehidrogenaza, dihidrolipoil transacetilaza i dihidrolipoil dehidrogenaza.
Piruvat prvo reaguje sa piruvat dehidrogenazom, koja kao koenzim sadrži
tiaminpirofosfat (TPP), pri čemu piruvat gubi CO2. Poslije ove dekarboksilacije dobija se
ostatak-hidroksietil, koji privremeno ostaje vezan za TPP. Dejstvom dihidrolipoil
transacetilaze, pomoću oksidisane liponske kiseline, nastaje S-acetil lipoat. Pri ovoj reakciji
hidroksietil ostatak se oksidiše, lipoat redukuje, a istovremeno oslobađa TPP. U prisustvu
enzima dihidrolipoil transacetilaze S-acetil lipoat reaguje sa CoA, te nastaje acetil-CoA i
redukovana liponska kiselina. Redukovani lipoat se oksidiše pomoću enzima dihidrolipoil
dehidrogenaze, koja kao koenzim sadrži FAD, uz stvaranje FADH2, a oksidisani lipoat se
ponovo uključuje u novi ciklus. Redukovani koenzim FADH se oksidiše pomoću NAD.
Nastali NADH++H
+ predaje elektrone i protone respiratornom lancu. Energetski efekat
oksidativne dekarbiksilacije piruvata je značajan.
Oksidativna dekarboksilacija piruvata
Osim reakcije oksidativne dekarboksilacije α-ketoglutarata (iz ciklusa limunske
kiseline), navedena reakcija oksidativne dekarboksilacije piruvata je jedina reakcija u
organizmu gdje se vrši predavanje vodonika sa flavin enzima na nikotiamid enzime, a u svim
ostalim reakcijama reoksidacija koenzima se vrši u obrnutom smjeru.
Sinteza oksalacetata
Pored molekula acetil-CoA, nastalih u oksidativnoj dekarboksilaciji piruvata,
aktivisani acetilni ostaci, u velikom broju, vode porijeklo od katabolizma masnih kiselina, ali i
od bezazotnih ostataka aminokiselina. Da bi Krebsov ciklus mogao da otpočne potrebno je da
se u mitohondrijama nađe odgovarajući broj molekula oksalacetata.
Oksalacetat se sintetiše u mitohondrijama iz piruvata, karboksilacijom, uz enzim
piruvat karboksilazu:
Za reakciju sinteze uz jedan molekul ATP potreban je katjon Mg2+
. Enzim piruvat
karboksilaza na svaku od svoje četiri podjedinice kovalentno vezuje po jednu molekulu
biotina, kao i jedan Mg2+
. Biotin ima ulogu aktivnog mjesta enzima piruvat karboksilaze, jer
služi za aktivaciju CO2 i prenos karboksilne grupe na piruvat.
Iako je po karakteru navedena reakcija izrazito reverzibilna, pravac reakcije je
pomjeren ka sintezi oksalacetata. To objašnjava činjenica da je rastući broj molekula piruvata,
koje nastaju u procesu glikolize u citosolu, veliki.
biotin
COOH
C O
CH3
CO 2H OATP
ADP + P2
piruvatkarboksilaza
COOH
CH2
C O
COOHPiruvat oksalacetat
Mg2+
Acetil-CoA, kao univerzalni međuproizvod katabolizma masti, ugljenih hidrata i
proteina, snažan je alosterijski regulator piruvat karboksilaze, djelujući na proteinski nosač
tog enzima. Kao alosterijski aktivator piruvat karboksilaze, acetil-CoA utiče na prevođenje
piruvata u oksalacetat, što obezbjeđuje ravnomjerno katabolisanje acetil ostataka. U
protivnom, došlo bi do narušavanja acidobazne ravnoteže.
Interesantno je da je acetil-CoA istovremeno i alosterijski inhibitor kompleksa piruvat
dehidrogenaze, tj. usporava dobijanje novih molekula acetil-CoA. Navedeni alosterijski efekti
su uravnoteženi.
Reakcije ciklusa trikarbonskih kiselina
Krebsov ciklus počinje reagovanjem oksalacetata i aktivnog acetil ostatka (acetil-
CoA), pri čemu nastaje citrat, prvi međuproizvod ciklusa. Reakciju katalizuje enzim citrat
sintaza, pri čemu se dešava aldolna kondenzacija između metil grupe acetil-CoA i karbonilne
grupe oksalacetata. Dobijeni citroil-CoA, kao labilni tioestar, lako se hidrolizuje na citrat i
slobodni CoA. U fiziološkim uslovima prva reakcija Krebsovog ciklusa je ireverzibilna
(ΔGo= -31,4)
Citrat, prvi od četiri međuproizvoda sa tri karboksilne grupe, spontano ulazi u reakciju
koju katalizuje akonitaza. Ovaj enzim u svom aktivnom mjestu sadrži Fe2+
i u dvostepenoj
reakciji ciklusa trikarbonskih kiselina prevodi prvo citrat u cis-akonitat, a zatim ovo prolazno
jedinjenje u izocitrat. Na Slici 19. pokazano je aktivno mjesto akonitaze.
Aktivni centar akonitaze
Zbirna reakcija konverzije citrata u izocitrat je reverzibilna po svom karakteru (ΔGo=
+6,7), ali pravac reakcije diktira brza oksidacija izocitrata, tj. naredna reakcija ciklusa
trikarbonskih kiselina.
Inhibitor akonitaze je fluoroacetat, jer se fluoroacetat-CoA kondenzuje sa
oksalacetatom u fluorocitrat, koji inhibira dejstvo akonitaze.
Oksidaciju izocitrata katalizuje mitohondrijalni enzim NAD+izocitrat dehidro-genaza.
Pored ove izocitrat dehidrogenaze dokazane su još dvije, i to NADP+ zavisne, lokalizovane u
citoplazmi i mitohondrijama.
NAD+ izocitrat dehidrogenaza vrši oksidaciju izocitrata u oksalsukcinat, a potom
dekarboksilaciju u α-ketoglutarat (ΔGo= - 8,4). α-ketoglutarat je prvi dikarbonski
međuproizvod ciklusa trikarbonskih kiselina i sa njim otpočinje serija oksidoredukcionih
reakcija. NADH+H
+ nastao u reakciji prevođenja izocitrata odlazi u respiratorni lanac.
Ciklus trikarbonskih kiselina
α-keto glutarat se oksidiše dejstvom multienzimskog kompleksa α-keto glutarat
dehidrogenaze, koji sadrži tiaminpirofosfat, lipoat, CoA, FAD i NAD+. ΔG
o' ove reakcije
iznosi – 30,0 kJ/mol, pa je reakcija ireverzibilna. Nastali sukcinil–CoA je tioestar bogat
energijom, pa se sukcinil lako odvaja od CoA. Reakcija nije prosta hidroliza, već reakcija
konverzije energije. Ostvaruje se uz pomoć GDF i neorganskog fosfata, pri čemu se izdvaja
GTP. Nastajanje ATP iz GTP vrši se posredovanjem enzima fosfokinaze, pri čemu se jedan
labilno vezani ortofosfat, zajedno sa energijom, prenosi sa GTP na ADP.
Sukcinat se oksidiše uz pomoć enzima sukcinat dehidrogenaze i u reverzibilnoj
reakciji nastaje fumarat. Sukcinat dehidrogenaza se sastoji iz dvije subjedinice, jednog
kovalentno vezanog FAD, 4 atoma željeza i 4 acidolabilna sumpora. Mijenjanjem valence
joni željeza prenose elektrone. Pri ovoj reakciji nastaje FADH.
Na fumarat, nezasićeni međuproizvod, adira se molekul vode, katalitičkim djelovanje
fumaraze, pri čemu nastaje malat. Oksidacijom malata, uz malat dehidrogenazu i njen
koenzim NAD+, nastaje oksalacetat. Reakcija je endergonična (ΔG
o'=+29,7 kJ/mol), a
potrebna energija za izvođenje reakcije se obezbjeđuje na račun prethodnih egzergoničnih
reakcija. Oksalacetat ulazi u naredni krug ciklusa trikarbonskih kiselina.
Međuproizvodi Krebsovog ciklusa imaju značaj u anaboličkim procesima. Tako, α-
keto kiseline predstavljaju početne molekule u biosintezi bjelančevina.
Regulacija ciklusa trikarbonskih kiselina
Kontrola odvijanja ciklusa trikarbonskih kiselina otpočinje regulacijom piruvat
dehidrogenaznog kompleksa, kroz kovalentnu modifikaciju piruvat dehidrogenaze. Piruvat
dehidrogenazni kompleks se inaktivira fosforilisanjem, a aktivira defosforilisanjem. Brza
kontrola se postiže pomoću produkata navedene enzimske reakcije, acetil-CoA i NADH++ H
+.
U samom ciklusu, prva reakcija, koju katalizuje citrat sintaza, može da se uspori
alosterijskom inhibicijom enzima pomoću ATP-a i aktiviranih masnih kiselina (acil-CoA) sa
dugim lancima, kada se navedene molekule nađu u suvišku, na intraćelijskom nivou.
ATP i NADH su alosterički inhibitori izocitrat dehidrogenaze, dok je ADP moćan
alosterijski aktivator.
α-ketoglutarat dehidrogenazni kompleks reguliše se analogno piruvat
dehidrogenaznom kompleksu; u višku ATP-a, NADH i sukcinil-CoA enzimski kompleks se
inaktiviše.
Sukcinat dehidrogenaza se inhibira viškom oksalacetata, čija se količina kontroliše
aktivnošću malat dehidrogenaze, koja zavisi od odnosa NADH/NAD+. Pošto su sve enzimske
reakcije ciklusa međuzavisne, a njihovi proizvodi se nalaze u ekvimolarnom odnosu, to će
svaki porast intraćelijskog nivoa oksalacetata djelovati inhibitorno na sukcinat dehidrogenazu,
sve do uspostavljanja normalnih odnosa.
Oksalacetat nije samo polazni supstrat ciklusa trikarbonskih kiselina, već je takođe
polazni supstrat u sintezi glukoze glukoneogenezom. U uslovima kada nedostaje glukoza, tada
se donekle suprimira ciklus trikarbonskih kiselina, a prednost dobijaju anabolički procesi.
ENERGETSKI EFEKTI OKSIDACIJE GLUKOZE
Kompletna razgradnja molekule glukoze do CO2 i H2O praćenjena je kroz tok reakcija
glikolize i ciklusa limunske kiseline. Pretpostavljajući aproksimativni P/O odnos, broj ATP
molekula proizvedenih potpunom oksidacijom molekule glukoze moguće je izračunati. Kao
što je objašnjeno u okviru respiratornog lanca i oksidativne fosforilacije, smatramo da su
vrijednosti za P/O 2,5 za oksidaciju NADH preko malat-aspartatnog Shuttle-a, odnosno 1,5 za
oksidaciju preko glicerol- fosfatnog Shuttle-a.
Tako ukupno dobijamo po molekuli glukoze 30, ili 32 ATP-a, a većina ATP-a, 26 od
30 i 28 od 32 je proizvedena oksidativnom fosforilacijom, a samo su 4 ATP-a rezultat
direktne sinteze tokom glikolize i ciklusa limunske kiseline (obično se za ovakve ATP kaže
da su proizvedeni na nivou supstrata).
Uzimajući u obzir da oksidacija glukoze u ćeliji ima ΔG= -2937 kJ/mol, možemo da
izračunamo da efikasnost svih procesa (glikoliza, ciklus limunske kiseline, transport elektrona
i oksidativna fosforilacija) iznosi 54%, što je ranije i pokazano
NASTANAK ATP-a U OKSIDACIJI GLUKOZE
REAKCIJE
ATP osobođene iz glukoze
Shuttle glicerol-
fosfat
Shuttle malat-
aspartat
Glikoliza: glukoza do piruvata ( citosol)
fosforilacija glukoze -1 -1
fosforilacija fruktozo-6-fosfata -1 -1
defosforilacija 2 molekule 1,3-DPG +2 +2
defosforilacija 2 molekule fosfoenolpiruvata +2 +2
oksidacija 2 molekule 3-fosfogliceraldehida daje 2 NADH
Prevođenje piruvata u acetil-CoA (mitohondrije) 2 NADH
Ciklus trikarbonskih kiselina (mitohondrije)
2 molekule GTP iz 2 molekule sukcinil-CoA +2 +2
oksidacija 2 molekule svakog od izocitrata, α-ketoglutarata i malata daje
ukupno 6 NADH
oksidacija 2 molekule sukcinata daje 2 FADH2
Oksidativna fosforilacija (mitohondrije)
2 NADH iz glikolize daje 1,5 ATP za svaki, ako je NADH oksidisan
shuttle sistemom glicerol-fosfata, ili 2,5 ATP-a preko malat-aspartatnog
shuttle-a
+3 +5
oksidativna dekarboksilacija 2 piruvata do 2 acetil-CoA:
2 NADH daju svaki po 2,5 ATP-a
+5 +5
2 FADH2 iz svakog ciklusa trikarbonskih kiselina daje po 1,5 ATP +3 +3
6 NADH iz ciklusa trikarbonskih kiselina daje po 2,5 ATP +15 +15
UKUPNO +30 +32
* Dobijanje ATP može da bude izmijenjeno zavisno od metaboličkih uslova.
GLIKOGENOLIZA
Proces razlaganja glikogena, glikogenoliza, tj. pokretanje, ili mobilizacija
deponovanih molekula glukoze iz glikogena je složen, enzimski katalizovan proces.
Glikogen je u organizmu čovjeka prisutan u svim ćelijama, ali ga najviše ima u jetri i
mišićima (do 5% težine jetre i oko 0,5-1% mišićne mase). Glikogen jetre učestvuje u
održavanju glikemije, dok glikogen mišića služi kao izvor energije.
Glikogenoliza je katalizovana brojnim enzimima, a prvi u nizu je fosforilaza (glikogen
fosforilaza), koja raskida α-1,4-glikozidnu vezu. Fosforilaze jetre i mišića, iako imaju istu
funkciju, donekle se razlikuju.
Glikogenoliza
Glikogen fosforilaza jetre se javlja u dva oblika: glikogen fosforilaza a je aktivni
oblik, a glikogen fosforilaza b je neaktivni oblik. Glikogen fosforilaza sadrži ostatak serina, a
za OH grupu ove aminokiseline estarski je vezana ortofosforna kiselina. Djelovanjem
regulatornog enzima protein fosfataze-1 hidrolitički se uklanja ortofosfat, pri čemu fosforilaza
a postaje neaktivna, tj. fosforilaza b. Drugi regulatorni enzim, kinaza glikogen fosforilaze,
odgovorna je za reaktivaciju glikogen fosforilaze b, pri čemu se utroši jedna molekula ATP.
Glikogen fosforilaza mišića je funkcionalno slična sa istoimenim enzimom jetre, ali se
imunološki i genetski značajno razlikuju. Glikogen fosforilaza je dimer, a svaka podjedinica
sadrži piridoksal-fosfat. Aktivni su samo dimerni oblici enzima.
Hepatociti posjeduju α1 i β2 receptore za kateholamine, kao i receptore za glukagon.
Vezivanje glukagona za receptore aktivira membranski enzim adenil ciklazu, a posljedično
nastajanje cAMP-a vodi aktivaciji glikogen sintetaze. Za α1 receptore vezuje se noradrenalin,
što pokreće mobilizaciju Ca2+
iz mitohondrija, a porast koncentracije ovog katjona aktivira
kalmodulinsku komponentu kinaze. Kinaza fosforiliše glikogen fosforilazu b, u aktivni oblik,
što vodi razlaganju glikogena. Suprotno kateholaminima i glukagonu djeluje insulin.
Posredstvom svojih intraćelijskih medijatora, insulin djeluje inhibitorno na glikogenolizu,
prekida njen lanac aktivacije enzima, pomoću fosfodiesteraze, odnosno, posredstvom protein
fosfataze. Porast koncentracije insulina u krvi, uz pad koncentracije kateholamina i
glukagona, dovodi do usporavanja glikogenolize, a favorizovanja glikogeneze.
Hormonska aktivacija mišićne glikogen fosforilaze moguća je pomoću hormonskih
signala, ili odgovarajućih nervnih impulsa koji povećavaju membransku propustljivost i tako
uslovljavaju oslobađanje Ca2+
iz intraćelijskih mišićnih depoa. Adrenalin uslovljava
aktivisanje adenil ciklaze, a nastali cAMP je pokretač aktivnosti cAMP zavisne protein kinaze
koja, uz utrošak ATP, fosforiliše kinazu b u aktivnu formu. Nastala kinaza a djeluje na
supstrat glikogen i razlaže ga na određeni broj molekula glukozo-1-fosfata.
Enzim cAMP protein kinaza (ranije nazivana protein kinaza) građen je od dva para
subjedinica, a u svakom paru se nalazi po jedna regulatorna (R) i katalitička (C) subjedinica.
Prilikom pokretanja aktivnosti cAMP zavisne protein kinaze (R2C2) cAMP se vezuje za R
subjedinicu, izdvaja je od katalitičke (C) subjedinice koja, kao aktivisani enzim, djeluje na
naredni enzim (kinazu b).
Pošto je glikogenoliza u mišićima energetski veoma značajna, ona se i nekoliko
stotina puta ubrza u trenutku započinjanja mišićne kontrakcije. U svemu veliki značaj ima
uključivanje kalmodulinske komponente kinaze u glikogenolizu. Tako se u mišićima, ovim
mehanizmom, glikogenoliza pokreće po skraćenom postupku. Nervni impulsi, preko nervno-
mišićne sinapse, uzrokuju porast permeabilnosti membrane i oslobađanje Ca2+
iz
intraćelijskog depoa.
Razgradnja glikogena otpočinje dejstvom aktivirane glikogen fosforilaze ( u
mišićima, ili jetri). Pri tome se dešava fosforilitička razgradnja, tj. uvođenje molekule
neorganskog fosfata. Dakle, to je proces koji se razlikuje od hidrolitičke razgradnje, koja
uključuje molekul vode. Kidanjem α-1,4-glikozidnih veza iz glikogena se, sa neredukcionog
kraja, odvaja odgovarajući broj molekula glukozo-1-fosfata:
(glukoza)n + HPO42-
glikogen fosforilaza
(glukoza)n-1 + glukozo-1-fosfat
Skraćenje lanca makromolekule glikogena teče sve do onog trenutka dok se ne približi
mjestu grananja glavnog lanca α-1,6-glikozidnim vezama, na rastojanje od četiri glikozil
ostatka. Tada djeluje enzim trisaharid transferaza, koja trisaharidni segment prenosi na glavni
lanac, koji se tako produžava. Poslije premještanja tri glukozil ostatka mjesto grananja je
dostupno dejstvu enzima degrananja (amilo-1,6-glukozidaza), koji raskida α-1,6-glikozidnu
vezu. To se odvija hidrolitičkim putem, pa se logično dobija molekula D-glukoze, a ne
glukozo-1-fosfat.
Molekul glukozo-1-fosfata niti može da napusti ćelijsku sredinu i pređe u krv, niti
direktno može da se koristi kao energetski materijal, jer se ne razlaže glikolizom. Zato je
neophodno, da se dejstvom fosfoglukomutaze, prevede u glukozo-6-fosfat, koji može da se
uključi u glikolizu.
U jetri, i u manjoj mjeri u bubrezima, nalazi se specifičan enzim glukozo-6-fosfataza,
koja razlaže glukozo–6-fosfat, dajući slobodnu glukozu, koja odlazi u cirkulaciju.
PENTOZOFOSFATNI PUT
Stalna potreba ćelija za molekulama NADPH, potrebnim za brojne anaboličke reakcije,
obezbjeđuje se velikim dijelom razgradnjom glukoze pentozofosfatnim putem, koji se takođe
naziva i heksozo-monofosfatni šant, ili fosfoglukonski put.
Redukovani koenzim NADPH neophodan je u sintezi viših masnih kiselina i steroida,
pa je razumljivo da se pentozofosfatni put odvija u jetri, mliječnoj žlijezdi za vrijeme
laktacije, masnom tkivu, testisima i kori nadbubrega. U skeletnim mišićima ovaj metabolički
put se odvija veoma slabim intenzitetom. Energatski efekti heksozo-monofosfatnog šanta su
zanemarljivi, ali njegovi međuproizvodi mu daju poseban značaj, pa ne može da se smatra
sporednim procesom razgradnje glukoze.
Generalno gledano, biohemijski značaj pentozofosfatnog puta je slijedeći:
nastajanje NADPH;
konverzija heksoza u pentoze (ribozo-5-fosfat je neophodan za sintezu nukleotida i
nukleinskih kiselina);
konverzija pentoza u heksoze, koje zatim mogu da se razlažu uobičajenim tokom
glikolize;
mogućnost oksidativnog razlaganja glukoze do CO2;
očuvanje funkcionalne sposobnosti eritrocita (značaj enzima G6PDH).
Razlaganje glukoze do CO2 može sumarno da se predstavi slijedećom jednačinom:
3glukozo-6-fosfat + 6NADP+ → 3CO2 + 2glukozo-6-fosfat +
3-fosfoglicerinaldehid + 6NADPH + 6H+
Lanac enzimskih reakcija pentozofosfatnog puta odvija se u citosolu ćelije. Sve
reakcije ovog puta mogu da se podijele u dvije faze: oksidativnu i neoksidativnu.
Tokom oksidativne faze fosforilisani oblik glukoze, glukozo-6-fosfat, prvo dva se puta
oksidiše, a potom dekarboksiliše. Nastaje prvi pentozni međuproizvod, ribulozo-5-fosfat
U drugoj, neoksidativnoj fazi, ribulozo-5-fosfat se izomerizuje u ribozo-5-fosfat,
odnosno ksilulozo-5-fosfat, da bi zatim transketolaznom i transaldolaznom reakcijom nastali
fruktozo-6-fosfat i eritrozo-4-fosfat, odnosno 3-fosfatglicerinaldehid.
Pentozofosfatni put
3-fosfoglicerinaldehid je međuproizvod glikolize, a kako se glikoliza i pentozofosfatni
put odvijaju u citosolu, 3-fosfoglicerinaldehid se lako uključuje u glikolitički put razgradnje
glukoze. To je jedna od više metaboličkih veza pentozofosfatnog puta i glikolize (fruktozo-6-
fosfat je takođe međuproizvod glikolize).
Iz Šeme 5. pentozofosfatnog puta se vidi raznovrsnost ovog puta, jer se dobijaju
trioze, tetroze, pentoze, heksoze i jedna heptoza. To je značajno, jer u nekim tkivima, npr.
mišićima, uprkos slabom intenzitetu odvijanja pentozofosfatnog puta, obezbjeđuje se
dovoljna količina ribozo-5-fosfata za sintezu purinskih nukleotida.
Što se tiče regulacije pentozofosfatnog puta, ne postoji neki posebni regulatorni
mehanizam. Smatra se da sinteza glavnih enzima, ovog metaboličkog puta, zavisi od
NADP/NADPH količnika i da njegova promjena nastala sniženjem lokalnog nivoa NADPH
pokreće sintezu ključnih enzima heksozo-monofosfatnog šanta.
O
HC OH
fruktozo-6-fosfat
HC OH
-
32
2CH OPO
HC OH
HO CH
OC
2CH OH
eritrozo-4-fosfat
-2
2 3CH OPO
HC OH
HC OH
H
O
C
transaldolaza
7
gliceraldehid-3-fosfat
-22 3
CH OPO
HC OH
H
OC
sedoheptulozo-7-fosfat
-2
2 3CH OPO
HC OH
HC OH
HO CH
HC OH
2
OC
H C OH
transketolaza
6
ksilulozo-5-fosfat
2
-2
3CH OPO
HC OH
HO CH
2
OC
CH OH
ribulozo-5-fosfatepimeraza
ribozo-5-fosfat
fosfopentozoizomeraza
-
32
2CH OPO
HC OH
HC OH
HC OH
sinteza nukleinskihkiselina
OHC
5
4
3
+2Mg
ribulozo-5-fosfat2
-2
3CH OPO
HC OH
HC OH
2
C
CH OH
+
+NADPH H+
NADP 2CO
6-fosfoglukonolaktondehidrogenaza6-fosfoglukonat
2
-2
3CH OPO
HC OH
HO CH
HC OH
-
21
COO
laktonaza
2+Mg
2H O
6-fosfoglukono-
-lakton
O
glukozo-6-fosfatdehidrogenaza
+2Mg
++
HNADPH+
NADP
H
O
Glukozo-6-fosfat
2
2
OH
OH
H
HH
-3CH OPO
HO
H
O
H
HO
CH OPO3
-
HH
H
OH
OH
OH
2
2
GLUKONEOGENEZA
Glukoneogeneza je proces sinteze glukoze iz neugljikohidratnih komponenti. To su
prije svega laktat i piruvat, nastali razgradnjom glukoze glikolizom, zatim glicerol i
glukogene aminokiseline.
Glukoneogeneza nije obrnuti tok glikolize. Glikoliza nije reverzibilan proces, zbog
odgovarajućih barijera, koje onemogućavaju prostu reverziju, od piruvata, ili laktata, do
glukoze. Na Slici 22. to je predstavljeno:
Tri reakcije glikolize su ireverzibilne: završna reakcija, u kojoj se od fosfoenolpiruvata
dobija piruvat, zatim reakcija u kojoj od fruktozo-6-fosfata nastaje fruktozo-1,6-difosfat i
konačno ona reakcija, u kojoj se glukoza fosforiliše u glikozo-6-fosfat. U termodinamskom
smislu to su tri izrazito egzergonične reakcije, što smo konstatovali kod proučavanja glikolize.
Sve tri barijere su premostive, uz prisustvo odgovarajućih enzima.
Konverzija piruvata u fosfoenolpiruvat
Pošto je fosfoenolpiruvat visokoenergetski organofosfat, ne postoji mogućnost
direktne konverzije u fosfoenolpiruvat. Za to je potreban složen metabolički tok. Prvo, piruvat
prelazi u mitohondrije hepatocita, ili tubulocita, a zatim slijedi karboksilacija (uvođenje
COOH grupe u molekul piruvata). Reakciju katalizuje enzim piruvat karboksilaza, koja sadrži
biotin kao koenzim. Uz prisustvo Mg2+
i acetil-CoA, uz utrošak ATP i samog CO2, iz piruvata
nastaje oksalacetat. Pošto oksalacetat ne prolazi kroz unutrašnju membranu mitohondrija,
mora da se redukuje u malat, djelovanjem malat dehidrogenaze.
Malat se izbacuje iz mitohondrija na principu njegove jonske zamjene sa citratom. U
citosolu, dejstvom malat dehidrogenaze, malat se oksidiše u oksalacetat. Da bi iz oksalacetata
nastao fosfoenolpiruvat potreban je molekul guanozintrifosfata (GTP). Reakciju katalizuje
fosfoenolpiruvat karboksilaza.
Iz je uočljivo da je "cijena" konverzije piruvata u fosfoenolpiruvat jedna molekula
ATP i jedna molekula GTP.
Putevi glukoneogeneze i glikolize
Nastanak i defosforilacija fruktozo-1,6-difosfata
Nastankom fosfoenolpiruvata iz piruvata, stvoreni su uslovi za pokretanje reverzibilnog toka lanca enzimskih reakcija glikolize. Za sintezu fruktozo-1,6-difosfata potrebna su polazna dva molekula fosfoenolpiruvata, što znač i da se sve reakcije do ovog koraka moraju da dupliraju, uključ ujuć i i piruvat.
Enzim 1,6-difosfataza hidrolitički uklanja ortofosfat sa C1 atoma fruktozo-1,6-
difosfata, pa se na taj način dobija fruktozo-6-fosfat. Reakcija je egzergonična (ΔGo'= - 16,7
kJ/mol) i lako se odvija.
Fruktozo-6-fosfat se izomerizuje u glukozo-6-fosfat, pod uticajem fosfohekso
izomeraze, enzima glikolize i nastaje glukozo-6-fosfat.
Defosforilacija glukozo-6-fosfata u glukozu
Ovo je posljednja, od ukupno tri, energetske prepreke u procesu sinteze glikoze
glukoneogenezom. To se postiže dejstvom enzima glukozo-6-fosfataze, koga ima u velikoj
količini u jetri i bubrezima. Hidrolitičkom reakcijom defosforiliše se supstrat glukozo-6-
fosfat, a nastala glukoza napušta ćelijsku sredinu hepatocita, ili tubulocita i odlazi u
cirkulaciju. Pomenuti enzim se ne nalazi u masnom tkivu i skeletnim mišićima, tako da
navedena tkiva ne utiču na regulisanje glikemije.
Većina međuproizvoda ciklusa trikarbonskih kiselina može da posluži kao polazni
materijal glukoneogeneze. Svi ti međuproizvodi razlažu se ciklusom trikarbonskih kiselina do
oksalacetata, a ovaj uključuje u glukoneogenezu.
Pojedine aminokiseline transaminacijom daju bezazotni ostatak tipa piruvata, dok
druge daju međuproizvode ciklusa trikarbonskih kiselina tipa α-ketoglutarata. Sve su to
supstrati za glukoneogenezu.
Energetski efekti glukoneogeneze
Zbirna reakcija konverzije piruvata u glukozu prikazana je jednačinom:
2 piruvata + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H+ + 6 H2O
↓
Glukoza + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+
U energetskom smislu, čini se da je glukoneogeneza rasipnički proces, pošto se troše
četiri molekule visokoenergetskih fosfata. Međutim, u organizmu postoje određene situacije,
kao što je prijeteća hipoglikemija, ili kada nastaje prekomjerno oslobađanje laktata, kada
glukoza mora da se sintetiše, čak i po cijenu energetskog deficita.
GLIKOGENEZA
Proces sinteze glikogena označava se kao glikogeneza. Glikogen je rasprostranjen u
svim ćelijama, ali se deponuje samo u jetri i mišićima.
Glikogen mišića ima isključivo energatsku ulogu, dok glikogen jetre održava
glikemiju u okviru fizioloških vrijednosti.
Glikogeneza započinje fosforilacijom glukoze u glukozo-6-fosfat, u jetri djelovanjem
glukokinaze, a u mišićima djelovanjem heksokinaze. U oba slučaja neophodan je ATP i Mg2+
.
U narednoj reakciji glukozo-6-fosfat se prevodi u glukozo-1-fosfat, dejstvom enzima
fosfoglukomutaze.
Glukozo-1-fosfat i uridin-trifosfat (UTP) pod uticajem UDPG-pirofosforilaze reaguju i
nastaje aktivni nukleotid uridin-difosfat-glukoza (UDPG).
Sinteza UDP-glukoze
Hidroliza nastalog neorganskog pirofosfata pomjera reakciju na desnu stranu. UDP-
glukoza je direktni izvor glikozil ostataka sa aktivisanom OH grupom na C1 atomu. Enzim
glikogen sintaza (glukozil transferaza) prenosi aktivisani glukozil ostatak na neredukujući kraj
glikogena i katalizuje nastanak α-1,4-glikozidne veze, između C1 aktivnog glukozil ostatka i
C4 terminalne glukoze lanca glikogena.
Tako se molekul glikogena produžio za jedan molekul glukoze. Ponavljajućim
djelovanjem enzima glikogen sintaze uvećava se osnovni lanac glikogena do dužine od
najmanje 11 glukozil ostataka Tada su stvoreni uslovi za dejstvo enzima grananja glikogena,
koji prenosi najmanje 6 glukozil ostataka i formira račvu lanca glikogena sa α-1,6-
glikozidnom vezom. Zahvaljujući dejstvu ovog enzima molekul glikogena je izrazito račvast.
Smatra se da je za početnu biosintezu glikogena potreban početni segment glikogena,
koji je glikoproteinske prirode, a prvi glukozil ostatak vezuje se za polipeptidni lanac, sa čijim
hidroksi aminokiselinama uspostavlja O-glikozidnu vezu. Naredni ostatak glukoze
nadovezuje se na prethodni stvaranjem α-1,4-glikozidne veze. Početni segment glikogena
ostaje sačuvan i u uslovima gladovanja, kada preovladava glikogenoliza.
uridindifosfat-glukoza
H
O
O
N
N
H
H H
H
OH OH
O2CH-
-OI
I
-
-
- -P
O
O
O
OI
IO-P-O
H
-
O
CH O
HOH
HO
2
H
H
H
OH
H
UDP-glukozo pirofosforilaza
+2Mg
iPP
UTP
2+Mg
fosfoglukomutaza
-D-glukozo-1-fosfat
H
OH
H
H
H
2
HO
OHH
CH O
o
32-
H
OPOOH
H
-23
O
CH OPO
HOH
HO
2
H
H
H
OH-D-glukozo-6-fosfat
heksokinaza
+2Mg
ADPATP
-D-glukoza
OH
OH
H
H
H
H
2
HO
OHH
CH OH
O
Regulacija glikogeneze
U mišićima postoje dva oblika glikogen sintaze: fosforilisani, ili neaktivni b oblik i
defosforilisani, tj. aktivni oblik a. Ova dva oblika mogu da prelaze jedan u drugi. U
fiziološkim uslovima sinteza glikogena zavisi od glikogen sintaze a, koja nastaje iz glikogen
sintaze b djelovanjem dva enzima: protein fosfataze i protein fosfataze-1. Obrnutu reakciju
katalizuje drugi enzim, a to je jedan od niza kinaznog dejstva.
Protein fosfataza je pod direktnim dejstvom insulina, dok protein fosfataza-1 zavisi od
lokalnog nivoa cAMP, a ne zavisi od insulina. Adrenalin pojačava aktivnost enzima adenil
ciklaze i time povećava nivo cAMP, što u kaskadi reakcija inhibiše aktivnu protein
fosforilazu-1.
Regulacija glikogeneze u jetri je složenija. I u jetri postoji aktivna (a) i neaktivna (b)
glikogen sintaza. Glikogen sintaza a fosforilisanjem postaje, dejstvom cAMP zavisne protein
kinaze, neaktivni enzim (b). Inaktivacija glikogen sintaze jetre odvija se i dejstvom
kalmodulin zavisne protein kinaze.
Najmoćniji i najvažniji aktivator glikogeneze u jetri je insulin, koji pokreće aktivnost
regulatornih enzima, tipa protein fosfataza i fosfodiesteraza. Protein fosfataza defosforiliše i
time aktiviše glikogen sintazu, a sa njom počinje glikogeneza. Insulin, aktivacijom
fosfodiesteraze, razlaže cAMP u AMP i time onemogućava pokretanje glikogenolize.
Suprotno dejstvo insulinu imaju: kateholamini, vazopresin, oksitocin, angiotenzin II,
glukagon i tiroksin.
FOTOSINTEZA
Fotosinteza je proces u kome se apsorbovana svjetlosna energija transformiše u
korisnu hemijsku energiju. To je jedinstven proces u živom svijetu, a odvija se u zelenim
biljkama.
6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 +6 H2O
Pored klasičnog fotosintetskog procesa koji se odigrava u hloroplasima zelenih
biljaka, postoje i drugi tipovi fotosinteze.
Molekul O2 vodi porijeklo iz vode, a ne iz ugljendioksida.
Fotosinteza se odvija u dva dijela:
Reakcije koje se odvijaju u svjetlosti (tzv. svijetle reakcije)
Reakcije koje se odvijaju u tami (tzv. tamne reakcije)
Fotosintetski proces počinje transformacijom svjetlosne energije u korisnu hemijsku
energiju. U ovoj fazi nastaje ATP i NADPH+H+
. Ova jedinjenja se koriste za proces
redukcije ugljendioksida i njegovo prevodjenje u ugljene hidrate.
U hloroplastima zelenih biljaka nalaze se različiti pigmenti i enzimski sistemi, koji
omogućavaju proces fotosinteze. Svi ovi pigmenti grupisani su u fotosistem I i fotosistem II u
zavisnosti od vrijednosti talasne dužine vidljivog dijela spektra koga apsorbuju. Pored
hlorofila a, hlorofila b i karotenoida, u fotosistem I i II ulaze i citohromi i plastohinoni. Svi
hlorofili i ostali pigmenti posjeduju sposobnost apsorpcije svjetlosne energije, zahvaljujući
velikom broju konjugovanih veza u strukturi molekula. Hlorofili u centru tetrapirolnog
prstena sadrže Mg2+
jon.
Usvajanjem kvanta svjetlosne energije molekul hlorofila prelazi u ekscitirano stanje. Sa
hlorofila elektroni prelaze na odgovarajući elektron-transportni sistem (ETS), a nakon
prelaska kružnog puta elektroni se ponovo vraćaju na hlorofil. Svaki par ekvivalenta
elektrona, kada napusti molekul hlorofila, oslobađa veliku količinu korisne hemijske energije
(ATP i NADPH+H+). Ovaj način obrazovanja ATP-a naziva se fotosintetska fosforilacija.
Polazeći od činjenice da svaki par elektrona ne završi svoj ciklični put, tj. vrati se na
hlorofil, već preko feredoksina učestvuje u redukciji NADP+-a. U ovom slučaju regeneracija
hlorofila vrši se na račun elektrona koji dolaze od nekog spoljašnjeg donora.
Proces se odvija u subćelijskim organelama hloroplastima, koji su okruženi dvoslojnom
membranom. Unutrašnji dio hloroplasta ispunjen je sistemom membrana koje se označavaju
kao tilakoidi. Svi pigmenti koji učestvuju u fotosintetskom procesu nalaze se unutar ovog
membranskog sistema, gdje se i odigrava svjetlosna faza fotosinteze. Unutrašnjost hloroplasta
van tilakoida naziva se stroma.
Tamni dio fotosinteze, tj. redukcija ugljendioksida odvija se u stroma lamelama.
Većina tilakoida su vrlo blisko povezani, tako da ostavljaju utisak nagomilanih spiralnih
membrana, koje se nazivaju grane lamele. Membrane koje su slobodne u prostoru i nisu
blisko povezane nazivaju se stroma lamele.
Reakcije fotosinteze u tami obuhvataju reakcije u kojima se uz upotrebu proizvoda
primarnih (svjetlosnih) reakcija fotosinteze ATP-a i NADPH redukuje CO2 i stvaraju ugljeni
hidrati.
Calvin je 1961. godine za predloženi redoslijed reakcija u tamnoj fazi fotosinteze
dobio Nobelovu nagradu. Calvinov ciklus može da se podijeli u tri faze:
1. karboksilacija akceptora CO2, ribuloza-1,5-difosfata i stvaranje dvije molekule
3-fosfoglicerata, prvog stabilnog međuproizvoda
2. redukcija tokom koje nastaje gliceraldehid-3-fosfat
3. regeneracija akceptora CO2, ribuloza-1,5-difosfata.
tilakoidi
stroma
Ddoslojna
membrana
hloroplast
Zbirna jednačina sekundarnih reakcija fotosinteze:
6 CO2 +12 H2O +12 NADPH + 18 ATP
C6H12O6 + 12 NADP+
+ 6 H+
+ 18 ADP + 18 PI
U prvoj fazi Calvinovog ciklusa karboksilaciji ribulozo-1,5-difosfata nastaje 3-
fosfoglicerat:
Ribuloza-1,5-difosfat
OH
H2C
CH
C
C
OHH
H2C OPO32-
OPO32-
O
3-fosfoglicerat
OH
H2C
CH
COO
OPO32-
-
Zatim slijedi transformacija 3-fosfoglicerata:
Neprekidna fiksacija CO2 nužno zahtijeva da se akceptor CO2 stalno regeneriše. Da bi
se spriječilo iscrpljivanje međujedinjenja ciklusa, pregrupisanjem ugljenika iz 10 molekula
triozo-fosfata stvara se 6 molekula ribuloza-1,5-difosfata.
OH
H2C
CH
COO
OPO32
OH
H2C
CH
COPO3
2O
OPO32
OH
H2C
CH
CHO
OPO32
ATP ADP NADPH NADP+
Pi
1,3-difosfoglicerat 3-
fosfoglicerat gliceraldehid-
3-fosfat
Fosfoglicerat
kinaza
gliceraldehid-3-fosfat
dehidrogenaza
MASNE KISELINE
U prirodnim mastima nalaze se samo masne kiseline sa parnim brojem ugljenikovih
atoma, što je razumljivo pošto se sinteza masnih kiselina in vivo odvija ugradnjom po dvije C-
jedinice, koje potiču od acetil-CoA. Masne kiseline koje se najčešće susreću u prirodnim
mastima date su niže.
Formule masnih kiselina su napisane tako, da krajnja CH3 grupa nije naznačena, da
nisu napisane metilenske grupe (CH2), a iste se nalaze na svim prevojnim tačkama.
Obilježavanje ugljenikovih atoma, arapskim brojevima, vrši se od ugljenikovog atoma
karboksilne grupe. Ako se ugljenikovi atomi obilježavaju grčkim slovima ugljenikov atom
karboksilne grupe se ne obilježava, već obilježavanje počinje od susjednog ugljenikovog
atoma, u odnosu na ugljenikov atom karboksilne grupe. Sasvim desno data su trivijalna imena
sa brojevima, gdje prvi broj označava broj ugljenikovih atoma, dok drugi broj označava broj
dvostrukih veza. Za organizam čovjeka od velike su važnosti masne kiseline sa više
dvostrukih veza, kao i masne kiseline račvastog niza, jer ne može da ih sintetiše, pa moraju da
linolna kiselina 18:2
oleinska kiselina 18:1
cis-9-cis-12-oktadecenska kiselina (linolna kiaselina)
13 12
110 9
cis-9-oktadecenska kiselina (oleinska kiselina)
910 1
oktadekanska kiselina (stearinska kiselina)
18
1
heksadekanska kiselina (palmitinska kiselina)
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1COOH
COOH
COOH
COOH
arahidonska kiselina 20:4
linolenska kiselina 18:3
cis-5-cis-8-cis-11-cis-14-ajkozanska kiselina (arahidonska kiselina)
15 14 12 11 9 8 6 5 1
oktadecenska kiselina (linolenska kiselina)cis-9-cis-12-cis-15-
16 15 110 918
1213
COOH
COOH
se unose hranom. Neunošenje linolenske i arahidonske kiseline (esencijalnih masnih kiselina)
uzrokuje zastoj u rastu, promjene na koži, a u krajnjem slučaju i smrt.
KATABOLIZAM MASNIH KISELINA
Osnovni put za metabolizam masnih kiselina, koje nastaju kao proizvod varenja
masti, je β-oksidacija, koja se odvija u mitohondrijama. Krajnji proizvod katabolizma masnih
kiselina sa parnim brojem C atoma je odgovarajući broj acetil-CoA, koji se dalje razgrađuju u
ciklusu limunske kiseline. Dugolančane masne kiseline se oksidišu do ugljendioksida i vode
skoro u svim tkivima kičmenjaka, osim u mozgu.
β-OKSIDACIJA MASNIH KISELINA
Prije uključenja u proces oksidacije, masne kiseline moraju da se povežu sa
transportnim proteinom, Z-proteinom, što im daje hidrosolubilnost. Međutim, pošto su masne
kiseline, zbog dugačkog ugljovodoničnog niza, nereaktivne, inertne, neophodno je da se
aktivišu. To se postiže prevođenjem u tioestre, visokoenergetska i reaktivna jedinjenja.
Tioalkoholna grupa potiče od cisteamina, koji je sastavna komponenta koenzima-A (CoA).
Masna kiselina se prvo aktiviše ATP-om, a nastali intermedijat prenosi se na CoA i pri tome
formira tioestar. Aktivacija je pokazana na primjeru palmitinske kiseline.
Reakciju aktivacije katalizuje jedna od tri acil-CoA-sintetaze, koje pokazuju
specifičnost prema dužini lanca masne kiseline. Detektovane su acil~SCoA-sintetaze za
aktivaciju masnih kiselina sa kratkim nizom, sa nizom srednje dužine (4-12 C atoma) i one
koje aktivišu više masne kiseline (12-24 C atoma).
Acil-CoA-sintetaze su vezane za endoplazmatski retikulum, ili spoljašnju membranu
mitohondrija, a proces aktivacije se odvija u citoplazmi ćelija. Nastali acil-CoA je
visokoenergetsko jedinjenje, njegova hidroliza do slobodne masne kiseline i CoA ima ΔG'0
≈ -
31kJ/mol.
Aktivacija masnih kiselina unutar mitohondrija fiziološki je prisutna u neznatnoj
mjeri, a zahtijeva prisustvo guanin nukleotida.
Mitohondrijske membrane su nepropustljive za acil-CoA, pa se ovo jedinjenje prevodi
u acilkarnitin i kao takav dospijeva u mitohondrije. U mitohondrijama se acilkarnitin ponovo
prevodi u acil-CoA.
Aktivacija palmitinske kiseline
2
3
2
3
2
3
2
3
C
O
SCoA + HO-CH-CH - N (CH )+
H C-COO-
Palmitoil-CoA Karnitin
SCoAC
O
~
-H C-COO
+(CH )O-CH-CH - N + H
Palmitoilkarnitin
~
Kao što se iz formule vidi, karnitin je β-hidroksi-γ-trimetilamonijum butirat, sa
osobinama bipolarnog jona. Takve hemijske karakteristike omogućavaju karnitinu da lagano
klizi između lipidnih struktura membrane, omogućavajući transport acil ostataka.
U navedenom transportnom sistemu učestvuju dva enzima: karnitin-aciltransferaza I
(CAT I), enzim spoljašnje površine unutrašnje membrane mitohondrija i karnitin-
aciltransferaza II (CAT II), koja acetilni ostatak prenosi na matriksni CoA.
Transport palmitoil ~SCoA kroz unutrašnju membranu mitohondrija
Kratkolančane masne kiseline direktno prolaze kroz unutrašnju membranu mitohondrija, tj. ne
zavise od karnitina.
matriks mitohondrijacitosol
SCoA
O
~H C-(CH ) -C
HSCoA
Karnitin
karnitin-palmitoiltransferaza
karnitin-palmitoiltransferaza
H C-(CH ) C
O
- karnitinkarnitin-
O
H C-(CH ) -C
transporter
karnitinski
Karnitin
HSCoA
H C-(CH ) -C
O
~ SCoA
palmitoilkoenzim A
23 14 14
3 2 14 3 2 14
3 2
-
β-oksidacija masnih kiselina u matriksu mitohondrija
U prvoj reakciji β-oksidacije masnih kiselina vrši se dehidrogenizacija (odstranjenje
vodonikovih atoma sa 2 i 3 C-atoma), pri čemu nastaje α,β-nezasićeni acil-CoA. Nezasićena
masna kiselina je trans izomer (trans-Δ2-enoil-CoA). Reakciju katalizuje enzim acil-CoA
dehidrogenaza, koja za koenzim ima FAD.
Na nezasićeni derivat masne kiseline adira se molekul vode, pri čemu nastaje β-
hidroksi-acil-CoA. Adiciju vode katalizuje enzim enoil-CoA-hidrataza. Sekundarna alkoholna
grupa se veoma lako osidiše, pri čemu nastaje β-keto-acil-CoA. Reakciju katalizuje enzim β-
hidroksi-acil-CoA dehidrogenaza, čiji je koenzim NAD+.
Pod uticajem još jednog molekula HSCoA dolazi do ketonskog raspadanja, pri čemu
nastaju acetil-CoA i acil-CoA, skraćen za dva C-atoma u odnosu na početni. Ketonsko
raspadanje, u ovom slučaju, poznato je kao tiolitičko cijepanje, katalizuje enzim β-keto-acil-
CoA transferaza (ili samo tiolaza).
Proces se dalje ponavlja, što je u šemi naznačeno brojevima 5,6,7,8 i 9, sve dok se
molekul masne kiseline ne razgradi u potpunosti do n molekula acetil-CoA. Redukovani
koenzimi, nastali u toku β-oksidacije, reoksidišu se u respiratornom lancu mitohondrija.
ENERGETSKI BILANS β-OKSIDACIJE MASNIH KISELINA
Pri β-oksidaciji masnih kiselina nastaje n molekula acetil~ScoA, gde je n=polovina od
broja C-atoma u molekulu masne kiseline, ako je molekul masne kiseline izgrađen od parnog
broja ugljenikovih atoma; ako pak molekul masne kiseline ima neparan broj ugljenikovih
R C
H H
CH H
C
O
CoA~1
2
3
R=H(CH -CH )n FAD FADH
1
3
2
1~CoAC
C
H
CR
H
H O
2
CH
C
C CoA~1
2
R3HO
HH
O
3NAD
+
NADH+H+
HH
3
2
1~CoAC
C
C
OO
R4
HSCoACH -C~SCoA
O
12
R C3~ SCoA
SCoA~CR
O
5
6
7
8
9
O
22
2
2
O
3
atoma, onda nastaje i molekul propionil ~SCoA. Tako, pri β-oksidaciji palmitinske kiseline,
koja sadrži 16 C atoma, nastaje 8 molekula acetil~SCoA. Pri daljoj oksidaciji svakog
molekula acetil-CoA, u ciklusu limunske kiseline, nastaju 3 molekula NADH++H
+, 1 molekul
FADH2 i jedan molekul GTP.
Pri potpunoj β-oksidaciji molekula palmitinske kiseline proces se ponovi 7 puta, pri
čemu nastaje 7 molekula NADH++H
+ i 7 molekula FADH2.
Na tabeli 5 pokazan je ukupni broj nastalih NADH+H
+, FADH2 i ATP u potpunoj
oksidaciji palmitoil~SCoA. Ukupni zbir od 108 molekula ATP treba da se umanji za 2 ATP,
koliko se utroši za aktivaciju palmitinske kiseline, pa se ukupno dobija 106 ATP. Pod
standardnim uslovima, 106 X 30,5 kJ/mol = 3 230 kJ/mol, što je oko 33% od teoretskog
maksimuma, koji iznosi 9 800 kJ/mol. Međutim, ima saznanja da se u intracelularnim
uslovima navedeni procenat kreće i preko 60%.
Energetski efekat oksidacije molekule palmitoil-CoA do CO2 i H2O
Enzim koji katalizuje reakciju Broj NADH+H
+, ili
FADH2
Broj formiranih
ATP*
Acil-CoA dehidrogenaza 7 FADH2 10,5
β-hidroksiacetil-CoA dehidrogenaza 7 NADH+H
+ 17,5
Izocitrat dehidrogenaza 8 NADH+H
+ 20
α-ketoglutarat dehidrogenaza 8 NADH+H
+ 20
Sukcinil-Co A sintetaza 8#
Sukcinat dehidrogenaza 8 FADH2 12
Malat dehidrogenaza 8 NADH+H
+ 20
Ukupno 108
* Oksidativna fosforilacija u mitohondrijama daje 1,5 ATP po oksidisanom FADH2 i 2,5 ATP po
oksidisanom NADH+H
+ .
# Direktno iz GTP-a na nivou supstrata.
SPOREDNI PUTEVI OKSIDACIJE MASNIH KISELINA
Pored β-oksidacije masnih kiselina, kao kvantitativno najzastupljenijeg kataboličkog
puta masnih kiselina, u organizmu se u izvjesnoj mjeri odvija i proces α- i ω-oksidacije.
U toku α-oksidacije uklanja se po jedan C atom sa karboksi terminalnog kraja
molekula masne kiseline. To je značajan metabolički put cerebrozida u mozgu. α-oksidacija
se odvija u endoplazmatskom retikulumu i mitohondrijama, ne zahtijeva aktivaciju masne
kiseline, a u energetskom smislu proces je beznačajan. Ovim metaboličkim putem razlaže se
fitanska kiselina, metabolički proizvod fitola, koja se pored toga nalazi u mastima mlijeka i
životinjskoj masti.
Srednje i dugolančane masne kiseline mogu da se oksidišu i putem ω-oksidacije. Proces
se odvija u endoplazmatskom retikulumu, a omogućava oksidaciju metil terminalnog kraja
masne kiseline, odnosno oksidaciju suprotnog kraja u odnosu na karboksilnu grupu. Proizvod
reakcije je α,ω-dikarbonska kiselina, koja može da se podvrgne β-oksidaciji s bilo kojeg kraja
molekule.
BIOSINTEZA MASNIH KISELINA
Sinteza masnih kiselina odvija se u jetri, masnom tkivu, mliječnoj žlijezdi za vrijeme
laktacije, ali i u plućima, bubrezima i mozgu. Svi potrebni enzimi za sintezu masnih kiselina,
iz prekursora acetil-CoA do molekula palmitinske kiseline, nalaze se u citosolu ćelije.
Ukoliko postoji potreba za biosintezom masnih kiselina sa većim brojem C atoma od 16, onda
se produžavanje (elongacija) masnih kiselina odvija u mikrozomima i mitohondrijama.
Kada su energetske potrebe ćelije male, oksidacija acetil-CoA i oksidativna fosforilacija
su minimalne, pa se mitohondrijalni acetil-CoA deponuje u vidu masti.
Prekursor svih C atoma u masnoj kiselini je acetil-CoA. Postoje tri izvora acetil-CoA:
1. Razgradnjom aminokiselina nastaje citosolni acetil-CoA.
2. Oksidacija masnih kiselina produkuje acetil-CoA.
3. Piruvat nastao glikolizom u citosolu prelazi u mitohondrije, gdje se djelovanjem
piruvat dehidrogenaze prevodi u acetil-CoA.
Acetil-CoA nastao degradacijom aminokiselina je nedovoljan za biosintezu masnih
kiselina, a acetil-CoA nastao iz piruvata i oksidacije masnih kiselina ne može da prođe kroz
mitohondrijalnu membranu i da se direktno uključi u biosintezu masnih kiselina. Zato se
acetil-CoA, u mitohondrijama, vezuje sa oksalacetatom, formirajući citrat, koji se transportuje
iz mitohondrijalnog matriksa u citosol. Djelovanjem ATP-citratne liaze, iz citrata u citosolu,
ponovo nastaje acetil-CoA. Izdvojeni oksalacetat, pri ovoj reakciji, prevodi se do malata, ili
do piruvata, a ovi nesmetano odlaze u mitohondrijalni matriks.
Molekule NADPH, koje su neophodne za biosintezu masnih kiselina, potiču iz
pentozofosfatnog puta, ili iz reakcije prevođenja malata u piruvat, djelovanjem jabučnog
enzima (malic enzyme). Redukcioni ekvivalenti (elektroni) nastali u glikolizi u obliku NADH
mogu da se transformišu u NADPH kombinovanim djelovanjem malatne dehidrogenaze i
malic enzym-a:
Oksalacetat + NADH + H+ → malat + NAD
+
Malat + NADP+ → piruvat + CO2 + NADPH + H
+
Postavlja se pitanje: koliko od 14 NADPH potrebnih za biosintezu palmitata može da
nastane na prethodno navedeni način? Odgovor zavisi od statusa malata. Svaki molekul citrata
preveden u citosol produkuje jedan acetil-CoA i jedan molekul malata. Iz svakog oksidisanog
malata nastaje jedan NADPH, pri dekarboksilaciji u piruvat. Dakle, kada se malat oksidiše
nastaje po jedan NADPH za svaki acetil-CoA. Prevođenje 8 molekula acetil-CoA u jedan
palmitat tada je udružen sa produkcijom 8 NADPH. Pošto je potrebno još 6 NADPH oni će da
se koriste iz pentozofosfatnog puta.
Za biosintezu masnih kiselina potrebno je da se, pored acetil-CoA, obezbijedi i malonil-
CoA. Acetil-CoA se karboksiliše u malonil-CoA, djelovanjem enzima acetil-CoA
karboksilaze, uz utrošak molekule ATP-a i bikarbonata (izvor bikarbonata je CO2) i prisustvo
Mg2+
jona. Ovom reakcijom karboksilacije aktiviše se C atom iz metil grupe acetil ostatka, što
kasnije služi za vezivanje još jednog acil ostatka i dobijanje međuproizvoda sa 4 C atoma
(butiril ostatka), a kasnije i ostalih međuproizvoda tokom sinteze palmitinske kiseline.
Koenzim enzima acetil-CoA karboksilaze je biotin, koji se vezuje za proteinski dio
enzima i predstavlja proteinski nosač karboksilne grupe. Nastajanje karboksi-biotin enzima je
prolazno. Pošto se enzim acetil-CoA karboksilaza sastoji od 4 podjedinice, prva podjedinica
pokazuje aktivnost biotin karboksilaze i katalizuje prolaznu karboksilaciju druge podjedinice-
biotin proteinskog nosača u karboksi-biotin. Treća podjedinica ispoljava aktivnost
transkarboksilaze (prenos karboksilne grupe na supstrat), dok četvrta podjedinica služi za
vezivanje citrata, polimerizaciju i pokretanje aktivnosti ovog složenog enzima.
Citrati djeluju aktivirajuće na enzim acetil-CoA karboksilazu, dok acil-CoA masnih
kiselina sa većim brojem C atoma u molekulu djeluju inhibitorno.
Sinteza palmitinske kiseline se ostvaruje djelovanjem sintaznog sistema palmitinske
kiseline. To je multienzimski kompleks koga sačinjava 6 karakterističnih enzima i jedan
proteinski nosač acil ostatka (ACP-acyl carrier protein) u svakom od dva identična
polipeptidna lanca. Na svakom polipeptidnom lancu razlikuje se "glava" i "rep". Dva
peptidna lanca su postavljena antiparalelno, tako da "glava" jednog lanca sa "repom" drugog
lanca čini jednu funkcionalnu jedinicu za sintezu palmitinske kiseline. Proizlazi da jedan
ovakav makromolekul sintaznog sistema palmitinske kiseline raspolaže sa ukupno dva
funkcionalna centra, pa zahvaljujući tome može da istovremeno sintetiše dva molekula
palmitinske kiseline. Razdvajanje dva antiparalelna lanca dovodi do gubitka aktivnosti
multienzimskog sistema.
Multienzimski kompleks za sintezu palmitinske kiseline
Redoslijed enzima u svakom od dva antiparalelno postavljena lanca je: β-ketoacil-
ACP sintaza se nalazi na čelnoj poziciji sa slobodnom –SH (tio) grupom cisteina, potom
slijedi acetil-CoA-ACP transacetilaza i malonil-CoA-ACP transacetilaza, sa čime se završava
"glava" lanca. U "repnom" dijelu lanca se nalaze: enoil-ACP reduktaza, β-hidroksiacil-ACP
dehidrataza, pa β-ketoacil-ACP reduktaza, proteinski nosač acila (ACP) i palmitil tioesteraza.
ACP raspolaže slobodnom –SH grupom 4'-fosfopanteteina. Pošto je pantetein ključni
sastojak CoA, proizilazi da završni, "repni" dio lanca ima ulogu upravo navedenog koenzima
(CoA-SH).
Sinteza palmitinske kiseline počinje reagovanjem acetil-CoA sa cisteinskom -SH
grupom β-ketoacil-ACP sintaze. Reakciju katalizuje acetil-CoA-ACP transacilaza. Malonil-
CoA reaguje sa susjednom –SH grupom panteteina proteinskog nosača ACP. Ovu reakciju
katalizuje malonil-CoA-ACP transacilaza. U ovoj fazi sinteze palmitinske kiseline acetil i
malonil su vezani za –SH grupe cisteina β-ketoacil-ACP sintaze. Dejstvom enzima β-ketoacil-
ACP sintaze (ili enzima kondenzovanja) kondenzuju se acetil i malonil ostaci, uz neminovnu
dekarboksilaciju malonil ostatka i gubitka CO2 u aceto-acetil (3-ketoacil ili β-ketoacil)
ostatak. Dakle,
kondenzovala su se dva acil
ostatka (acetil i malonil) u
aceto-acetil. Dejstvom β-
ketoacil-ACP sintaze
oslobađa se njegova
cisteinska-SH grupa, dok
susjedna –SH grupa
panteteina ACP nosi acil
ostatak od 4 C atoma
(aceto-acetil ostatak).
Cisteinska –SH grupa
enzima ostaje slobodna sve
dok se ne završi lanac
reakcija i dobije butiril
ostatak, kada ista biva
prebačena sa –SH grupe
panteteina na –SH grupu
cisteina.
Nastali aceto-acetil
ostatak se u slijedećoj
reakciji redukuje u β-
hidroksi (3-hidroksi) butiril
ostatak, uz učešće β-
ketoacil-ACP reduktaze,
koja kao koenzim posjeduje
NADPH. Ranije je
objašnjeno odakle se
obezbjeđuju ovi molekuli
redukovanog koenzima.
Sema 17. Biosinteza palmitinske kiseline
~
palmitat1423
-CH -(CH ) -COO
HSACP
palmitoil-tioesteraza 72H O
~palmitoil SACP1423 ~
O
CH -(CH ) - C SACP
reakcije 2-6se ponavljaju jo{ 6 puta
butiril ~ SACP223
O
CH -CH -CH-C ~ SACP
enoil-ACP reduktaza 6
+NADP
+NADPH + H
-trans-butenoil ~ SACP
-hidroksiacil-ACPdehidrataza
3 ~
OH
H
CH -C=C-C SACP
5
2H O
2
D-b-hidroksibutirat ~ SACPH
SACP~
OH O
CH - C-CH -C
-ketoacil-ACP reduktaza
+
+4
NADP
NADPH + H
~-ketoacil ACPsintaza
acetoacetil ~ SACP
3
~malonil SACP
2SACP~
-O
CH -C
COO
malonil-CoA-ACPtransacilaza HSCoA
2b
malonil SCoA
-
HSACP+SCoA~
O
2CH -C
COO
+ ~2 OO
SACP~CH -C -CH -C
HS E
2
CO
3
3
O
C S-E~CH-
2a
~H-S ACP
H-S-E
~aetil SACP3
~acetil SCoA
~ SACP
O
CH -C
acetil-SCoA-ACPtransacilaza
1
HSCoA
HSACP+~
O
3CH -C SCoA
3
v
U daljem toku sinteze palmitinske kiseline nastali β-hidroksi (3-hidroksi) butiril
ostatak gubi molekul vode pod dejstvom enzima β-hidroksiacil-ACP dehidrataze i nastaje 2,3-
trans-butenoil-ACP (ili α,β-butenoil-ACP ili nezasićeni krotonil ostatak). U daljnjim
ponovljenim ciklusima sinteze nastajaće 2,3 nezasićeni acil ostaci (ili α,β-nezasićeni ostaci).
Dalje se krotonil ostatak redukuje dejstvom enoil-ACP reduktaze (koja kao i
prethodna reduktaza sadrži redukovani NADPH koenzim) u butiril-ACP. Konačno,
nastankom butiril ostatka, prvi krug reakcija sintaznog sistema palmitinske kiseline se
završava dejstvom enzima tioesteraze (deacilaze). Tioesteraza u hidrolitičkoj reakciji raskida
tioestarsku vezu butiril ostatka i –SH grupe panteteina ACP. Oslobođeni butiril ostatak prelazi
na funkcionalno blisku grupu cisteina β-ketoacil sintaze. Nastaje novi tio estar butirila i –SH
grupe cisteina β-ketoacil sintaze, reakciju katalizuje enzim transacilaza, dok susjedna –SH
grupa panteteina ACP ostaje privremeno slobodna. Za istu –SH grupu vezuje se novi malonil,
iz malonil-CoA uz učešće transacilaze. Tako je sinteza palmitinske kiseline ušla u drugi krug.
Reakcije se ponavljaju po tačno opisanom redoslijedu, još ukupno 6 puta, tako da se
bilans sinteze palmitinske kiseline može da predstavi na slijedeći način:
Pošto se za sintezu 7 molekula malonil-CoA utroši 7 ATP-a to je, naizgled, veliki
energetski utrošak, ali nastala palmitinska kiselina predstavlja visokoenergetsko jedinjenje
koje će svojim razlaganjem daleko da nadmaši energiju upotrijebljenu tokom sinteze.
ELONGACIJA MASNIH KISELINA
Sistem sintaze palmitinske kiseline nije u mogućnosti da sintetiše masne kiseline veće
dužine od 16 C atoma. Zahvaljujući mehanizmu elongacije omogućava se produženje lanca
do potrebne dužine 22 ili 24 C atoma, pa se dobijaju masne kiseline neophodne za sintezu
lipida nervnog sistema.
Elongacija može da se vrši u endoplazmatskom retikulumu, odnosno mikrozomima i u
mitohondrijama.
Glavni sistem elongacije je mikrozomalni sistem, a koristi se ne samo za elongaciju
palmitil ostataka, već i svih acil ostataka, počev od onih sa 10 C atoma. Mehanizam
elongacije u mikrozomima je sličan mehanizmu sinteze masnih kiselina, pri čemu se kao C2
jedinica koristi malonil-CoA, a kao davalac redukujućih ekvivalenata NADPH.
Elongacija masnih kiselina u mitohondrijama se razlikuje od one u mikrozomima. Za
elongaciju se koristi acetil-CoA, a kao redukujuće ekvivalente mogu da se koriste NADPH i
NADH. U ovoj vrsi elongacije malonil-CoA nema učešće, a polazni materijal za
mitohondrijski mehanizam elongacije je palmitinska kiselina. Ovaj sistem elongacije
funkcioniše suprotno procesu β-oksidacije, s tom razlikom što je enoil-CoA reduktaza, koja
učestvuje u posljednjoj reakciji elongacije NADPH-zavisni enzim, dok je acil-CoA
dehidrogenaza (prva reakcija β-oksidacije) FAD zavisna dehidrogenaza.
Elongacija masnih kiselina u mitohondrijama se odvija po principu kondenzovanja
palmitil i acetil-CoA, obzirom da je završna reakcija β-oksidacije povratna.
Mitohondrijski sistem elongacije može da se primijeni kako na zasićene, tako i na
nezasićene masne kiseline.
FOSFOLIPIDI
Složene masti su heterogena grupa jedinjenja sa raznolikom funkcijom u ljudskom
organizmu. Prvenstveno su strukturne komponente i nemaju energetski značaj. U zavisnosti
od toga koja molekula sa lipidnom komponentom gradi složene molekule dobijaju se :
fosfolipidi, glikolipidi i lipoproteini.
GLICEROFOSFOLIPIDI
Fosfolipidi su komponente ćelijskih membrana, pa su otuda u značajnoj količini
prisutni u humanom organizmu. Fosfolipidi sadrže alkohol, masne kiseline, azotnu bazu i
fosfornu kiselinu. Prema vrsti alkohola koji ulazi u sastav (glicerol ili sfingizin), fosfolipidi se
dijele na glicerofosfolipide (fosfogliceridi) i sfingofosfolipide.
Struktura glicerofosfolipida
Glicerofosfolipidi se nazivaju i monoamino-monofosfatidima, jer je u njima odnos
azota i fosfora 1:1. Molekule fosfolipida su amfifilnog karaktera sa nepolarnim alifatičnim
"repom" i polarnom "glavom" fosforil-estra.
Najjednostavniji glicerofosfolipid je fosfatidna kiselina, gdje je na slobodnoj OH grupi
diacilglicerola vezana fosforna kiselina:
Fosfatidna kiselina
Biosinteza fosfatidne kiseline moguća je na dva načina. Glicerol-3-fosfat može da
reaguje sa dvije molekule acil-CoA dajući fosfatidnu kiselinu. Međutim, u endoplazmatskom
retikulumu hepatocita i drugih ćelija sinteza fosfatidne kiseline počinje esterifikacijom –
CH2OH grupe dihidroksiacetonfosfata sa zasićenom masnom kiselinom. Zatim se keto grupa
redukuje u sekundarni alkohol, a nastala OH grupa se acilira uz pomoć drugog enzima, koji
kao donatore acilnih grupa prvenstveno uzima nezasićene masne kiseline, prethodno
aktivisane sa CoA. Na taj način nastaju fosfatidne kiseline koje na C1 imaju zasićen, a na C2
nezasićeni ostatak masne kiseline.
Najzastupljeniji glicerofosfatidi su: fosfatidil-holin (lecitin), fosfatidil-
etanolamin (kefalin) i fosfatidil-serin. U lecitinu je azotna baza holin, u kefalinu etanolamin, a
u fosfatidil-serinu aminokiselina serin. Masne kiseline koje se esterifikuju sa glicerolom u
položaju C1 najčešće su palmitinska ili stearinska, a u položaju C2 neka nezasićena kiselina. U
lecitinu najčešće je to oleinska, linolna ili linolenska, dok su u kefalinu prisutne
polinezasićene masne kiseline sa dužim lancima.
Značajan je i fosfatidil-inozitol, kiseli glicerofosfolipid koji u C1 pložaju ima
stearinsku kiselinu, a u C2 arahidonsku masnu kiselinu. Nalazi se u moždanom tkivu, jetri i
mišićima, a značajan je i za regulisanje koncentracije jonizovanog kalcijuma u ćelijama.
Fosfatidil-inozitol je davaoc arahidonske kiseline, prekursora za biosintezu prostaglandina,
tromboksana i leukotrijena.
Najveće količine lecitina se nalaze u membranama mitohondrija, a značajan je i kao
prekursor kardiolipina. Kardiolipin je izgrađen od dva molekula fosfatidne kiseline, vezanih
kovalentno preko molekule glicerola.
Plazmalogeni se razlikuju od ostalih glicerofosfolipida po tome što se umjesto masne
kiseline u položaju C1 nalazi aldehid masne kiseline. Od svih fosfolipida u srcu 59% otpada
na plazmalogene.
Pored najznačajnije uloge glicerofosfolipida, učešća u izgradnji ćelijskih membrana,
imaju i druge uloge. Oni su obavezna komponenta lipoproteina krvne plazme, kojima daju
hidrofilna svojstva. Neki od glocerofosfolipida aktiviraju enzime, naročito lokalizovane u
unutrašnjoj membrani mitohondrija. Kao i žučne kiseline, glicerofosfolipidi imaju ulogu u
solubilizaciji holesterola.
Nakon unošenja, putem hrane, fosfolipidi se vare u lumenu tankog crijeva pod
dejstvom fosfolipaza: A1, A2, B, C i D. Na šemi su pokazana mjesta djelovanja pojedinih
fosfolipaza. Fosfolipaza B hidrolizuje sukcesivno obje estarske veze na C1 i na C2.
Mjesta djelovanja fosfolipaza
2
CH O- P
O
CH O-
C
RC-
O
C-H- -
O
2
-R1
R-zasi}ena masnakiselina
R1 -nezasi}ena masnakiselina
fosfolipaza
D
C
fosfolipaza
3-2 2 3CH )CH -CH -N ( P O
2H C O
2fosfolipaza A
O
1fosfolipaza A
RCOH C
R - C O CH
2
O
Djelovanjem fosfolipaza nastaju glicerol, masne kiseline, fosforna kiselina i azotna
baza, koji se zatim transportuju u enterocite.
Fosfolipaza A1 hidrolizuje acil ostatak u α položaju glicerola i nastaje lizolecitin, koga
ima u zmijskim otrovima, a ispoljava jako hemolitičko dejstvo.
AMINOKISELINE
Aminokiseline su supstituisane organske kiseline, gdje je u radikalu organskih kiselina
vodonikov atom zamijenjen (supstituisan) amino grupom. Kada se, u biohemiji, govori o
aminokiselinama onda se misli na α-aminokiseline, a vrlo rijetke su β-aminokiseline, kao što
je β-alanin (koga ima u koenzimu A, dipeptidima karnozinu i anserinu). Sve prirodne
aminokiseline pripadaju L-seriji.
Aminokiseline su veoma značajne, predstavljaju osnovnu građu za više vrsta
biohemijski važnih jedinjenja, kao što su peptidi, proteini, enzimi i neki hormoni. Smatra se
da u struktururaynih tipovaprirodnih proteinaulayi oko 26 aminokiselina. Aminokiseline su,
radi lakšeg izučavanja, podijeljene u četiri grupe:
1. Aminokiseline sa nepolarnim radikalom
2. Aminokiseline sa polarnim grupama u radikalu
3. Kisele aminokiseline i
4. Bazne (heksuronske) aminokiseline
Aminokiseline sa nepolarnim radikalom
U ovu grupu aminokiselina spadaju:
22
Op{ta formula za D-aminokiselinuOp{ta
formula za L-aminokiselinu
COOH
C NH H
RR
HH N C
COOH
33 3
22
2H N C H
H
COOH
Glicin (Glycin-Gly) Alanin (Ala) Valin (Val)
COOH
H N C H
CH
CH
H N C H
COOH
CHCH
2
2
2 33
2
3
2
3
Prolin (Pro)Fenilalanin (Phe)Izoleucin (Ile)Leucin (Leu)
COOH
CHH N
CH
2
CH
H C CH
CH
H N CH
COOH
H C CH CH
CH
CHH N
COOH
N
H
COOH
Aminokiseline sa polarnim grupama u radikalu
Kisele aminokiseline
Bazne (heksuronske) aminokiseline
Naziv heksuronske aminokiseline potiče otuda što sve imaju po šest
ugljenikovih atoma.
33 2
2
2
2
2
2
2
2CH OH
H N C H
COOH
Serin (Ser) Treonin (Thr) Cistein (Cys) Metionin (Met)
COOH
H N C H
CHOH
CH
COOH
H N C H
CH SH
CH
H N C H
COOH
CH S CH
2
2
2 2
22
2
2
2
2
2N
CH
H N CH
COOH
H
Triptofan (Trp) Tirozin (Tyr) Asparagin (Asp) Glutamin (Glu)
COOH
H N CH
CH
OH
CH
H N CH
COOH
CONH CONH
COOH
H N CH
CH
CH
Asparaginska kiselina Glutaminska kiselina (Asp) (Glu)
CH
CH
H N CH
COOH
COOHCOOH
COOH
H N CH
CH
2
2
2
2
2
Kada su u pitanju prirodne aminokiseline onda se najčešće koriste trivijalna
imena.
Hemijska graĎa
Iz navedenih formula aminokiselina jasno se uočava da one sadrže najmanje dvije
funkcionalne grupe: karboksilnu, koja je nosilac kiselih odlika i dodatkom baza odupire se
promjeni pH sredine (disocijacijom) i amino grupu, koja je nosilac baznih odlika i dodatkom
kiselina odupire se promjeni pH sredine (protonizacijom azota). Prema tome, aminokiseline se
u kiseloj sredini ponašaju kao baze, dok se u baznoj sredini ponašaju kao kiseline, a za takva
jedinjenja kažemo da su amfoterna.
Formula (II) označava da je, pri nekoj pH vrijednosti, molekul aminokiseline
dvostruko naelektrisan, da je dipolaran, i poznat je kao zwitterion. Pri fiziološkim uslovima,
aminokiseline se ne nalaze u nedisosovanom obliku, već se nalaze u jednom od oblika I, II ili
III, što zavisi od pH sredine. Ona pH vrijednost pri kojoj se molekul aminokiseline nalazi u
obliku dipolarnog jona označava se kao izoelektrična tačka. Izoelektrične tačke imaju različite
vrijednosti, za različite aminokiseline. Vrijednost izoelektrične tačke može da se izračuna na
osnovu izraza:
gdje pK1 i pK2 predstavljaju negativne logaritme konstanti disocijacije karboksilne i
amino grupe. Iako u fiziološkim uslovima nema nedisosovanih molekula, aminokiseline pri
sintezi proteina, peptida i dr. učestvuju kao nedisosovane.
2
(CH ) 3
3
2
2
2 2
2
2
2 2H
COOH
H N CH
CH
N
N
NH
NH
C
NH(CH )
H N CH
COOH
CH NH
COOH
H N CH
Lizin (Lys) Arginin (Arg) Histidin (His)
IIIIII
233H N H
COO-
C
R
++H
+H N
+
COOH
C H
R
+-H
R
H N HC
-COO
+H+
-H+
IET=pK1+ pK2
2
Fizičke osobine
Aminokiseline su čvrste, bezbojne supstance, visoke tačke topljenja i pri topljenju se
raspadaju, pa ova fizička konstanta ne može da se koristi za njihovu identifikaciju. Dobro se
rastvaraju u vodi, a prolin i oksiprolin pored dobre rastvorljivosti u vodi dobro se rastvaraju i
u etanolu. Sve su, izuzev glicina, optički aktivne i njihovi vodeni rastvori obrću ravan
polarizovane svjetlosti slabo u desno, ili pak slabo u lijevo.
Hemijska reaktivnost
Aminokiseline pokazuju sve reakcije koje su karakteristične za karboksilnu i za amino
grupu.
Karboksilne grupe aminokiselina mogu da se esterifikuju, pri čemu nastaju
odgovarajući estri, gubitkom CO2 iz aminokiselina nastaju odgovarajući amini, u reakciji sa
nekim acetilirajućim agensom nastaju N-acetil-aminokiseline, gubitkom amonijaka iz
aminokiselina nastaju keto kiseline, dok karbamino jedinjenja nastaju u reakciji između CO2 i
amino grupe aminokiseline. Aminokiseline, kao amfoterna jedinjenja, mogu da reaguju sa
kiselinama, ili bazama, pri čemu grade soli. Reakcijom između aminokiselina i amonijaka
nastaju amidi.
Navedene reakcije predmet su izučavanja organske hemije.
PEPTIDI
Po hemijskoj građi peptidi su amidi kiselina. Nastaju sjedinjavanjem
aminokiselina peptidnom vezom. Peptidna veza se ostvaruje kada karboksilna
grupa jedne aminokiseline reaguje sa aminogrupom druge aminokiseline.
Formiranje peptidne veze
N
O
C
Peptidna veza
H
Dvije aminokiseline grade dipeptid, tri tripeptid, ako u peptidu ima manje od
deset aminokiselina radi se o oligopeptidu, a ako je međusobno povezano preko deset
aminokiselina onda je to polipeptid. U onim slučajevima gdje je povezano preko sto
aminokiselina dobijamo proteine. Imena peptida se grade tako, što se ime aminokiseline koja
je u stvaranju peptidne veze reagovala karboksilnom grupom završava nastavkom il, a ime
aminokiseline koja je reagovala amino grupom, a karboksilna grupa je ostala slobodna,
izgovara se nepromijenjeno, kao što se vidi u primjeru dipeptida glicil-valina. Dogovoreno je,
da se slobodna amino grupa piše na lijevom kraju niza, dok se slobodna karboksilna grupa
piše na desnom kraju peptidnog (proteinskog) niza. Veoma je važna sekvenca (redoslijed)
povezivanja aminokiselina, i između ostalog, sekvenca aminokiselina je odgovorna za
konformaciju, a samim tim i za fiziološke aktivnosti peptida, odnosno proteina. Sekvenca
aminokiselina u nekom molekulu, peptidnom, ili proteinskom nije slučajna, već je strogo
genetski kontrolisana. Zato, npr. dipeptidi glicil-alanin i alanil-glicin, iako imaju isti
kvalitativni sastav (izgrađeni su od istih aminokiselina) i isti kvantitativni sastav (imaju iste
količine glicina i alanina) nisu isti, već se mora naglasiti da se radi o dva sasvim različita
dipeptida, što je uslovljeno različitom sekvencom aminokiselina.
PRIRODNI PEPTIDI
Neki peptidi se sintetišu in vivo i ispoljavaju izvjesna fiziološka svojstva, pa su
takvi peptidi poznati kao prirodni peptidi. Spomenućemo neke od njih.
Glutation je tripeptid γ-glutamil-cisteinil-glicin. Lako se može povratno da oksidiše i
redukuje, pa je zbog toga uključen u mnoge redoks procese in vivo, kao što je redukcija Fe3+
u
methemoglobinu, do Fe2+
pri čemu nastaje hemoglobin. Interesantno je da je kod glutationa
reagovala γ-karboksilna grupa glutaminske kiseline, što je veoma rijedak slučaj.
Karnozin i anserin (N-metilkarnozin) po hemijskom sastavu su dipeptidi β-alanil-
histidin, odnosno β-alanil-N-metilhistidin. Značajno su zastupljeni u skeletnim mišićima
H N CH COO-+ H N CH COO
+ -
CH
+H N CH C
O
NH CH
CH
COO
Glicin Valin(Gly) (Val)Glicil-valin
+
3
3
3
3
3 22-
GlicinCisteinil-Glutamil
2
HOOC
NH
OCH
COOH
O
SH
Glutation - GSH
H
H
2
NN
kičmenjaka, a u humanim mišićima se nalazi uglavnom karnozin, dok je anserin manje
zastupljen.
Navedeni dipeptidi pomažu puferovanje skeletnih mišića u toku anaerobne
kontrakcije, a eksperimenti in vitro ukazuju na njihov značaj u aktivaciji ATP-aze miozina.
.
Antibiotici su jedinjenja koja sadrže aminokiseline, kojih nema u proteinima i
peptidima. Neuobičajeno povezane aminokiseline, mikroorganizmi ne mogu da metabolišu,
što ima za posljedicu otežan razvoj mikroorganizama, odnosno izostaje rast i razvoj
mikroorganizama u prisustvu antibiotika. Penicilin, koga luče gljivice Penicillium notatum,
sastavljen je iz aminokiselina Val i Cys. Cistein (Cys) je N-acilovan, acil radikali mogu biti
različiti, pa na osnovu toga do danas je sintetizovano više vrsta penicilinskih preparata.
Penicilin je otkrio Fleming 1928. godine.
KATABOLIZAM AMINOKISELINA
Katabolički put aminokiselina se odvija kroz tri različita procesa, a to su:
1. Transaminacija;
2. Oksidativna dezaminacija;
3. Ciklus sinteze uree.
Transaminacija
Pod transaminacijom se podrazumijeva proces prenosa α-amino grupe (-NH2)
sa aminokiseline donora, na α- ugljenikov atom odgovarajuće α-keto kiseline, koja ima ulogu
(-alanil-N-metilhistidin)
NH
N
N
H
COOH
O
H N+
CH CH
+H N
O
COOH
H
N
N
N
CH
Karnozin
(-alanil-histidin)Anserin
3
2
3
3
2
2
Penicilin
H CAko je R=
onda je to benzilpenicilin
R= je promjenljivo
CisteinValin
HOOC
H
OO
R
H C
H CS
3
3N
N
akceptora iste amino grupe. Dakle, od polazne aminokiseline nastaje keto kiselina, dok keto
kiselina postaje amino kiselina. Ovaj reverzibilni proces je katalizovan enzimima
aminotransferazama (ranije nazivanim transaminaze).
Najčešći akceptor amino grupe je α-ketoglutarat. Tako se sakupljaju amino
grupe mnogih aminokiselina u obliku L-glutamata, koji može da posluži kao donor amino
grupa za biosintezu aminokiselina, ili za puteve eliminacije azotnih jedinjenja.
Ćelije sadrže brojne aminotransferaze, koje su dobile ime prema supstratu na
koji djeluju (npr. aspartat aminotransferaza, alanin aminotransferaza, vidi poglavlje XII).
Transaminacija amino grupe sa asparaginske kiseline
na α-ketoglutarnu kiselinu
Transaminacija amino grupe sa alanina na α-ketoglutarnu kiselinu
Sve aminotransferaze imaju istu prostetičnu grupu, kao i mehanizam djelovanja.
Prostetična grupa je piridoksal-5-fosfat (PLP), koenzimski oblik vitamina B6. PLP se javlja u
tautomernim oblicima, što je prikazano formulama:
Tautomerni oblici piridoksal-5-fosfata
PLP, u aktivnom centru aminotransferaza, funkcioniše kao intermedijarni
nosač amino grupa. U početnoj fazi, amino grupa reagujuće aminokiseline se vezuje sa
aldehidnom grupom PLP, stvarajući intermedijarno jedinjenje aldimin ( naziv aldimin
označava da je kompleks dobijen reagovanjem aldehidne grupe jednog i amino grupe drugog
Glutaminska kiselina (Glu)
+H N
3
2CH
-COO
CH
-COO
CH2
+
Oksalsir}etna kiselina
O
COO-
C
COO-
CH2
O
AST
-ketoglutarna kiselina
2CH
COO-
C
COO-
CH2+
Asparaginska kiselina (Asp)
2CH
-COO
3H N CH
-COO
+
COO-
CHH N
CH
3
3
+
Alanin (Ala)
+
COO-
CH
CH
2
2
C O
COO-
ALT
+
3
3
CH
H N
C
-COO
O +
-COO
CH
2
2
CH
CH
-COO
-ketoglutarna kiselina
Pirogro`|ana kiselina
Glutaminska kiselina (Glu)
N
CH O-P-O
O
O-
HO
H C3
2
C
O
H
-
H
O
C
2
3H C
-O
O
CH O-P-O
N
O
H
-
+
-
jedinjenja). Tautomerizacijom nastaje ketimin (reagovanjem keto grupe jedne i amino grupe
druge supstance).
Aldimin i ketimin imaju strukturne odlike Schiff-ove baze ( ─C═N─). Ketimin
se u hidrolitičkoj reakciji lako razlaže na odgovarajuću keto kiselinu i piridoksamin-5-fosfat-
enzim, koji uz odgovarajuću keto kiselinu (akceptor amino grupe) prelazi ponovo u ketimin, a
zatim nastaje aldimin, iz koga se oslobađa nova aminokiselina, pri čemu se regeneriše PLP.
Oksidativna dezaminacija
Pored α-ketoglutarne kiseline, česti akceptori amino grupa, pri procesu transaminacije,
su pirogrožđana i oksalsirćetna kiselina, pri čemu one prelaze u alanin i asparaginsku kiselinu.
Iz alanina i asparaginske kiseline, novim premještanjem amino grupa, može da nastane
glutaminska kiselina, iz koje će procesom oksidativne dezaminacije biti oslobođen amonijak i
uključen u ciklus sinteze uree. Na ovaj način, u jetri i bubrezima, sprečava se nagomilavanje
molekula glutaminske kiseline. Pored toga, amonijum jon u bubrezima ima značajnu
fiziološku ulogu u održavanju acido-bazne ravnoteže.
Oksidativna dezaminacija se odigrava postepeno, prvo nastaje imino oblik
glutaminske kiseline, a dobijena α-iminoglutarna kiselina reaguje sa molekulom vode i u
hidrolitičkoj reakciji nastaje oslobađanje amonijaka i α-ketoglutarne kiseline.
SINTEZA UREE
Amonijak se eliminiše iz organizma u vidu različitih terminalnih proizvoda,
tako kod amoniotelnih organizama (pijavice, riječni rakovi) izlučuje se u vidu amonijaka, ili
amonijumovih soli, kod urikoteličnih organizama (ptice) u obliku mokraćne kiseline, dok
ureotelični organizmi (sisari) izlučuju ureu.
Urea je netoksično jedinjenje, dobro rastvorljivo, tako da se lako eliminiše
putem urina. Do 90% izlučenog neproteinskog azota u urinu čini urea.
Biosinteza uree odvija se u jetri, tokom 5 povezanih enzimski-katalizovanih
reakcija. Krebs i Henseleit su 1932. godine razjasnili ovaj proces, koji se njima u čast i
označava kao Krebs-Henseleit-ov ornitinski ciklus sinteze uree.
Tokom ovog ciklusa urea se sintetiše iz 2 molekula amonijaka i jednog molekula
ugljendioksida. Dvije molekule amonijaka nastaju tokom katabolizma dvije aminokiseline:
glutaminske i asparaginske. Prvi molekul amonijaka nastaje oksidativnom dezaminacijom
-
H N3
R
CH
COO-E.
...FMN E FMNH2E FAD E FADH2
O2H O2 2
katalaza
H O 2
+CH
R
HN
COO-
H O2
COO
NH
R
CHO +3
aminokiselina iminokiselina ketokiselina
glutaminske kiseline, katalitičkim dejstvom glutamat dehidrogenaze, pri čemu nastaje
amonijak i α-ketoglutarna kiselina. Proces se odvija u mitohondrijama hepatocita. Dobijeni
amonijak se koristi u prvoj reakciji ciklusa uree, sintezi karbamoil-fosfata. Za reakciju je
potrebno prisustvo 2 molekula ATP, uz dejstvo enzima karbamoil-fosfat sintetaze I (CPS-I).
Jedna molekula ATP-a se koristi za sintezu amidne veze između amonijaka i ugljendioksida, a
druga za vezu anhidrida fosforne kiseline i ugljendioksida. Tako istovremeno nastaju dvije
kovalentne veze u molekulu karbamoil-fosfata. Za reakciju je neophodno prisustvo Mg2+
i N-
acetil-glutaminske kiseline, koja djeluje kao alosterički aktivator enzima CPS-I. Reakcija je
ireverzibilna i ujedno limitirajuća za proces sinteze uree.
Nastali karbamoil-fosfat, u drugoj reakciji, reaguje sa ornitinom, uz katalitičko dejstvo
enzima ornitin transkarbamoilaze (OTC), gradeći citrulin. Ova reakcija je lokalizovana u
mitohondrijama, tako da ornitin mora da pređe iz citosola u mitohondrije, što je obezbijeđeno
specifičnim transportnim sistemom. Nastali citrulin prelazi u citosol, gdje se nastavlja
biosinteza uree.
Citrulin reaguje sa asparaginskom kiselinom, koja je izvor drugog atoma azota i
nastaje arginin-ćilibarna kiselina. Ovu povratnu reakciju katalizuje arginin-sukcinat sintetaza,
uz utrošak jedne molekule ATP-a. Uz AMP oslobađa se pirofosforna kiselina, koja se razlaže
pirofosforilazom, što obezbjeđuje odvijanje ove reakcije ka arginin-ćilibarnoj kiselini.
Ciklus Uree
arginino- -sukcinat liaza
sintetaza
arginino- -sukcinat
OTC
CSP-I2ATP + HO-C-O
O
NH3
+-
bikarbonat
H N2
-C- PO32-
O
O-
2ADP + Pi
NH
3(CH )
2
CH
COO -
+
3H N
ornitin
C
NH2
CH
3+
COO-
O
2(CH )
NH
H N3
karbamoil-fosfat
1
2
citrulin
ATP
AMP + 2Pi
COO
-
CH H N
CH2
COOaspartat
NH
(CH ) 2
-COO
CH
C
3
3H N
+
H NN-CH
COO-
CH2
COO-
arginino-sukcinat
3
2
4
COO
-
C
-
COOH
H
C
fumarat
H N
2
C
H N
H C
COO-
NH
C H
C H
2
2
2
C H3
+
NH
arginin
H O2
CO
NH
NH
2
2
urea5
+
3
-
2
U narednoj reakciji ciklusa razlaže se arginin-ćilibarna kiselina, katalitičkim
dejstvom arginin-sukcinat liaze, pri čemu se oslobađa arginin i fumarna kiselina. Dok
fumarna kiselina odlazi u citratni ciklus, arginin se razlaže na molekulu uree i aminokiselinu
ornitin. Ova posljednja reakcija u ciklusu uree je katalizovana enzimom arginazom. Ornitin
ponovo odlazi u ciklus uree.
Arginazu, visokospecifični enzim, aktivišu joni Mn2+
i Mg2+
. Sinteza uree je povezana
sa ciklusom trikarbonskih kiselina preko fumarne kiseline i preko oksalsirćetne kiseline. To je
prikazano na slici 27.
KATABOLIZAM UGLJOVODONIČNOG SKELETAAMINOKISELINA
Nakon završenog procesa transaminacije nastaju bezazotni ostaci, koji su
metabolički iskoristivi, tj. imaju odgovarajuću energetsku vrijednost. Većina bezazotnih
ostataka dalje se, na različit način, uključuje u ciklus trikarbonskih kiselina. To se dešava
preko jednog od slijedećih intermedijera: piruvata, α-ketoglutarata, sukcinil-CoA, fumarata,
oksalacetata, acetil-CoA i acetoacetata.
Aminokiseline koje se razgrađuju u piruvat su: alanin, cistein i serin. Treonin i glicin
preko serina daju piruvat.
TREONIN
ACETALDEHID
GLICIN SERIN
CISTEIN ALANIN
PIRUVAT
Metabolička razgradnja nekih aminokiselina
ARGININ
ORNITIN
GLUTAMIN
PROLIN HISTIDIN
GLUTAMINSKA KISELINA
α - KETOGLUTARAT
U sukcinil-CoA se razlažu metionin, valin i izoleucin.
METIONIN IZOLEUCIN VALIN
PROPINOL - CoA SUKCINIL - CoA PROPIONIL - CoA
Aminokiselina koja istovremeno daje i acetil-CoA i acetosirćetnu kiselinu je leucin.
NUKLEINSKE KISELINE
PURINSKE I PIRIMIDINSKE BAZE
Purinske i pirimidinske baze se u ćelijama nalaze u sastavu nukleozida i nukleotida.
Otuda imaju znaĉajne uloge u biohemijskim procesima svih ćelija. Kao sastavni dijelovi nukleinskih
kiselina (DNA i RNA) neophodni su za ćelijski rast, diobu, sintezu proteina, kao i transfer
informacija u procesu rasta i diobe ćelija. Sastavni su dio koenzima (NAD, FAD, CoA, FMN i dr.)
makroenergetskih jedinjenja (ATP, CTP, UTP, GTP). Medijatori su djelovanja mnogih hormona,
faktora rasta i citokina (cAMP i cGMP). Grade razliĉita intermedijarna jedinjenja u mnogim
biosintetskim reakcijama (UDP-glukoza).
Glavne purinske baze su adenin i guanin, a hipoksantin i ksantin se javljaju kao
metaboliĉki intermedijeri. Citozin, timin i uracil su glavne pirimidinske baze. Nukleozidi su
jedinjenja purinskih i pirimidinskih baza sa ribozom, ili 2-dezoksiribozom, koja se vezuje za azot u
položaju 3 pirimidinskih, a azot u položaju 9 purinskih baza, glikozidnom vezom.
,
,
,
,
,
5
4
32
1
N
N
N
N
NH2
H
1
2
3
4
56 7
8
9
H
Adenin (Ade) Guanin (Gua)
Purinske baze
O
N
N
N
N
H
H
Hipoksntin (Hyp)
2NH
N
N
N
N O
HH
H
H
OH OH
CH OH2
Purinski nukleozidi
O
N
N
N
NNH2
2NH
N
N
N
N
O
O
H
OH
CH OH2
HH
H
OH
HN
N
N
N
O
O
HHH H
CH OH2
Adenozin (A)
OH OH
Guanozin (G) Inozin (I)
H
H
2
DEZOKSIRIBONUKLEINSKA KISELINA
Molekula dezoksiribonukleinske kiseline (DNK, DNA) se sastoji iz dvostrukog lanca,
a u svakom lancu je veliki broj dezoksiribonukleotida, vezanih stabilnim kovalentnim vezama. Svaki
nukleotid sadrži nukleozid i molekulu fosforne kiseline, a svaki nukleozid jednu molekulu
dezoksiriboze i jednu purinsku, ili pirimidinsku bazu. Fosforna kiselina je estarski vezana za
hidroksilnu grupu na C5 molekule dezoksiriboze, a purinska, ili pirimidinska baza su vezane za
dezoksiribozu preko njene hidroksilne grupe na C1.
U sastav dezoksiribonukleotida ulaze purinske baze adenin i guanin, a od pirimidinskih baza
citozin i timin, tako da monomerne jedinice DNA molekule predstavljaju slijedeći
dezoksiribonukleotidi: dezoksiadenozin monofosfat (dAMP), dezoksiguanozin monofosfat (dGMP),
dezoksicitidin monofosfat (dCMF) i dezoksitimidin monofosfat (dTMP).
Iz formula na slici se vidi da ribozil ostatak ima jednu slobodnu hidroksilnu grupu na C3.
Fosforna kiselina je trobazna, tako da su dvije –OH grupe slobodne, pa će jedna od njih da bude
iskorištena za uspostavljanje estarske veze sa susjednom molekulom dezoksiribonukleotida preko
njegove –OH grupe na C3 riboze. Dakle, niz dezoksiribonukleotida su meĊusobno povezani
fosfodiestarskim 5', 3' vezama. Osnovni niz svakog DNA lanca ĉine rezidui dezoksiriboze i fosforne
kiseline, a purinske i pirimidinske baze su postavljene boĉno, tako da u dvostrukom lancu molekule
DNA baze dolaze u neposrednu blizinu i izmeĊu njih se uspostavljaju kovalentne vodoniĉne veze.
Jedan adenin je uvijek spojen sa timinom i to sa dvije vodoniĉne veze, a guanin sa tri vodoniĉne
veze sa citozinom. Uspostavljanje vodoniĉnih veza znaĉajno doprinosi stabilizaciji dvostrukog
heliksa DNK; meĊutim, postoje i hidrofobne veze izmeĊu purinskih i pirimidinskih baza.
N
N
N
N
N
N
6
5
4
32
1
pirimidinski nukleozidi
Timidin (T)Uridin (U)Citidin (C)
OH OH OH OH OHOH
HH H
HHH H
HH
H H
H
OOO
Timin (Thy)(5-metiluracil)
Uracil (Ura)Citozin (Cyt)
O
H
O N
H
O
H
O
O
H
O
O
H
ON
H
O
NH2
H
N
N
2NH
O
Pirimidinske baze
CH OH CH OHCH OH 222
N
N
3
Dezoksiribonukleinska kiselina
Raspored baza u polinukleotidnom lancu DNA nosi genetsku informaciju, koja ima
dvostruku ulogu. Ona je izvor informacija za sintezu svih proteina u ćeliji i istovremeno obezbjeĊuje
informaciju koju nasljeĊuju ćelije-kćerke, ili potomstvo.
Model strukture DNA dali su Watson i Crick. DNA se sastoji iz dva antiparalelna spiralna
polinukleotidna lanca izuvijana oko zajedniĉke ose. Konstatacija da su dva lanca postavljena
antiparalelno oznaĉava da u jednom lancu postoji 5',3' a u drugom 3',5'–fosfodiestarska veza izmeĊu
njihovih dezoksiribonukleotida. Zato se i govori o 5',3' odnosno 3',5'- DNA nizu.
Znaĉajan doprinos objašnjenju strukture molekule DNA dao je 1950. godine Chargaff
sa saradnicima. Oni su uspostavili pravila: nukleotidni sastav DNA razliĉitih jedinki je razliĉit; DNA
izolovana iz razliĉitih organa jednog organizma ima isti sastav nukleotida, koji se ne mijenja sa
starenjem, ishranom, ili promjenom uslova spoljašnje sredine; koliĉina purinskih baza jednaka je
koliĉini pirimidinskih baza (A+G=T+C); broj molekula timina jednak je broju molekula adenina,
4
dok je broj molekula guanina jednak broju molekula citozina; odnos izmeĊu komplementarnih baza
A-T/G-C nikad nije jednak jedinici, već je specifiĉan, kod sisara i ĉovjeka je veći od jedan.
Od ukupne koliĉine DNA manje od 0,3% je u mitohondrijama, a sav preostali dio se
nalazi u jedru, kao hromozomalna DNA. Postoje podaci po kojima, kada bi se razmotala molekula
hromozomalne DNA, imala bi dužinu oko 2 metra, što bi odgovaralo 5,5x109 parova purinskih i
pirimidinskih baza. Na veliĉinu RMM DNA znaĉajno utiĉu i mnogobrojni molekuli alkalnih
proteina histona, koji se nalaze duž DNA u mnogobrojnim prostorima izmeĊu dvostrukog heliksa.
Zahvaljujući velikom broju rezidua fosforne kiseline, molekul DNA ispoljava osobine
jake kiseline. Veliki broj disosovanih –OH grupa fosforne kiseline omogućava vezivanje katjona,
naroĉito Mg2+
i Ca2+
, kao i nekih polikatjonskih amina tipa spermina i spermidina.
Hromozomalna DNA predstavlja skup genetskih informacija, koje su u molekuli
zastupljene u obliku kodova. Genetski kod nastaje kombinacijom 4 dezoksiribonukleotida (dAMP,
dGMP, dCMP i dTMP). Tri dezoksi-ribonukleotida daju jedan kod za jednu aminokiselinu, dok
ĉetiri dezoksiribonukleotida mogu da daju 43=64 razliĉita tripleta dezoksiribonukleotida, pri ĉemu
svaki triplet predstavlja šifru za jednu aminokiselinu. Dakle, molekula DNA sadrži niz šifrovanih
zapisa za svaki protein, koji se u nekoj ćeliji sintetiše.
RIBONUKLEINSKE KISELINE
Ribonukleinske kiseline (RNK, RNA) su polinukleotidni molekuli. U sastav RNA
ulaze ribonukleotidi, koji se sastoje iz jednog molekula ribonukleozida i fosforne kiseline, a svaki
ribonukleozid ĉine riboza i jedna purinska, ili pirimidinska baza. Ribonukleozidi se razlikuju od
dezoksiribonukleozida po tome što umjesto timina sadrže uracil. Ribonukleotidi AMP, GMP, CMP i
UMP povezani 5',3'–fosfodiestarkom vezom predstavljaju jednostruki polinukleotidni lanac RNA.
Broj nukleotida u RNA je znaĉajno manji u odnosu na DNA i iznosi od 75 do nekoliko hiljada.
Lanac RNA može da se savije kao petlja, ukosnica, vezivanjem komplementarnih
baza, tako da u nekim dijelovima molekuli RNA dobijaju dvolanĉanu strukturu. U tim dijelovima
adenin se spaja sa uracilom, a guanin sa citozinom. Sadržaj citozina u RNA ne mora da bude jednak
sadržaju guanina, niti sadržaj adenina sadržaju uracila.
Ćelijska lokalizacija RNA je drugaĉija od DNA. Tako se najveći dio RNA, oko 50%,
nalazi u ribozomima, oko 24% u citosolu, 15% u mitohondrijama, a preostali dio oko 11% u jedru.
Postoje tri vrste RNA: informaciona, transportna i ribozomalna.
Informaciona (messenger) RNA (iRNA, mRNA)
Informaciona RNA nastaje u jedru prilikom transkripcije (prepisa) genske informacije
iz hromozomalne DNA u jednostruki niz poliribonukleotida, koji je komplementaran 3',5' lancu
DNA, tako da mRNA ima 5',3' redoslijed svojih nukleotida.
Ideja o postojanju mRNA potiĉe od Francois Jacob-a i Jacques Monod-a iz 1961.
godine. Oni su utvrdili da je logiĉno, pošto se proteini sintetišu u citoplazmi, a informacija za tu
sintezu potiĉe od DNA iz jedra, da postoji informacioni meĊuproizvod u sintezi proteina. Tako je
roĊena ideja o mRNA, koja predstavlja vezu izmeĊu gena i proteina. U odnosu na druge vrste
molekula RNA, iRNA su veoma heterogene.
5
Danas se smatra da su u nukleusu ćelija sisara neposredni proizvodi transkripcije gena
heterogene nuklearne RNA (hnRNA) koje su veće od 107 daltona. Molekuli hnRNA nastaju kao
prethodnoci mRNA molekula, ĉija je RMM oko 106 daltona.
Nastala mRNA prelazi iz jedra u citoplazmu i dolazi u ribozome, gdje služi kao
matrica u procesu sinteze (translacije) polipeptidnog lanca, u kome aminokiseline zauzimaju svoja
mjesta po taĉno utvrĊenom redoslijedu.
Dužina mRNA odgovara dužini polipeptidnog lanca, za ĉiju biosintezu nosi prepisanu
informaciju, iz odgovarajućeg strukturnog gena. Kako je svaka aminokiselina odreĊena tripletom
baza u lancu DNA, odnosno mRNA, za sintezu polipeptidnog lanca koji sadrži 100 aminokiselinskih
ostataka potrebna je mRNA koja sadrži najmanje 300 ribonukleotida.
mRNA ima i dodatni niz od 20-250 AMP nukleotida u obliku "repa" na 3'-
hidroksilnom kraju, dok je na 5'-terminalnom dijelu "kapica" u vidu 7-metil-guanozintrifosfata.
Izgleda da "rep" olakšava transport zrele mRNA iz nukleusa u citosol, povećava stabilnost molekule
i daje signal u ribosomima za broj translacionih ciklusa mRNA.
Transportne RNA (tRNA)
Transportne RNA se sastoje iz jednog polinukleotidnog lanca, koga ĉini oko 80
ribonukleotida, tako da je RMM oko 25000 daltona. Ukupni broj tRNA je oko 60, iako se mislilo da
ih je 20, tj. da je za transport jedne aminokiseline odgovorna jedna tRNA.
Objašnjenje postojanja više tRNA leži u saznanju da se pojedine aminokiseline
transportuju uz pomoć više tRNA. U molekuli tRNA nalaze se i neobiĉni (rijetki) nukleotidi:
pseudouridinmonofosfat i ribotimidinmonofosfat. Primarna struktura tRNA omogućava uvijanje i
sparivanje komplementarnih baza na pojedinim dijelovima jednolanĉanog tRNA, što rezultira
stvaranjem sekundarne strukture tRNA, koja liĉi na trolisnu djetelinu.
Grubi prikaz sekundarne strukture tRNA
DHU "list"
antikodon
antikodonski "list"
pomo}ni segment
C "list"T
akceptorsko stablo
3
pG,
5
C
C
A
,kraj
kraj
6
Na 3' terminalnom dijelu, predjelu "peteljke djeteline", nalazi se trinukleotid citidin-
citidin-adenozinmonofosfat (C-C-A), koji omogućava vezivanje aktivisane aminokiseline. Ovaj
proces se ostvaruje nastajanjem estarske veze izmeĊu aminokiseline koja se transportuje i –OH
grupe na C3 terminalnom adenozinmonofosfatu. Za nastajanje ovakvog specifiĉnog kompleksa
potrebno je prisustvo enzima sintetaze aminoacil-tRNA. Smatra se da navedeni enzim prvo aktiviše
aminokiselinu, a tek potom katalizuje stvaranje kompleksa.
Na srednjem "listu" se nalazi specifiĉan trinukleotid za aminokiselinu koja se
transportuje, a oznaĉava se kao triplet antikodon. Antikodon prepoznaje triplet kod u mRNA na
ribozomima, tokom sinteze polipeptidnog lanca. Drugi "list" se oznaĉava kao DHU (dihidrouracil) i
omogućava prepoznavanje tRNA od strane sintetaze aminoacil-tRNA, dok je treći "list" TΨC
(timidin-pseudouridin-citidin) zadužen za vezivanje aminoacil-tRNA kompleksa na površini
ribozoma. Na šemi je vidljiv i jedan detalj, ĉetvrti "list", izmeĊu antikodona i TΨC "lista", koji nije
prisutan u svim tRNA.
Ribozomalne RNA (rRNK, rRNA)
Ribozom predstavlja citoplazmatsku nukleoproteinsku strukturu, koja služi za
biosintezu proteina sa matrica iRNA. rRNA postoje u ĉetiri oblika, razliĉite veliĉine i
sedimentacione konstante, a oznaĉavaju se kao ribozomalne RNA. One nastaju obradom
(procesovanjem) primarnih prekursornih molekula (primarnih transkripta). Nastanak rRNA se odvija
uz uĉešće RNA polimeraze I i RNA polimeraze III, pri ĉemu nastaju dva primarna transkripta:
transkript 45S rRNA i 5S rRNA.
Pored ĉetiri razliĉita molekula rRNA, u subjedinicama ribozoma (ima ih dvije)
dokazano je prisustvo preko 100 specifiĉnih proteinskih molekula. U citoplazmi su ribozomi veoma
stabilni i sposobni za mnoge translacije.
REPLIKACIJA DNA
Replikacija je proces udvostruĉavanja DNA materijala u jedru ćelije, a dešava se u
ćelijama koje se pripremaju za diobu mitotiĉkim procesom. Na ovaj naĉin omogućeno je prenošenje
genetskih informacija sa ćelije-majke na ćelije-kćerke, sa visokim stepenom taĉnosti, u cilju
oĉuvanja genetskih sadržaja unutar organizma.
Replikacija DNA je veoma složen proces, koji zahtijeva prisustvo enzima DNA-zavisne
RNA polimeraze, DNA-polimeraze, DNA-ligaze, kao i tzv. proteina za rasplitanje dvostrukog DNA
lanca, dovoljno molekula dezoksiribonukleozid-trifosfata i ribonukleozid-trifosfata. Brzina
replikacije u ćelijama sisara je 50 nukleotida/sec.
Pošto je molekula DNA velikih dimenzija i uz to višestruko ispresavijana, suviše bi dugo
trajalo postepeno rasplitanje i razdvajanje, koje bi teklo postepeno od jednog, ili oba kraja. Duž
dvostrukog DNA lanca postoje brojna tzv. inicirajuća mjesta, gdje se proces pokreće, djelovanjem
proteina za rasplitanje. Na mjestima raskidanja veza izmeĊu purinskih i pirimidinskih baza dolazi do
razmicanja dva antiparalelna DNA lanca. Mjesto ovakvog dešavanja ima izgled zadebljanja, ili ĉvora
(mjehura). U replikacionom ĉvoru oba lanca DNA služe kao kalupi za proces replikacije
komplementarnih lanaca DNA ćelije kćerke.
7
Nakon vezivanja proteina za rasplitanje djeluje specifiĉni enzim DNA-zavisna RNA
polimeraza, koji iz ribonukleozid-trifosfata sintetiše jedan kraći RNA-fragment, sastavljen od 10-tak
nukleozida. Ĉim se sintetišu i privremeno vežu RNA-fragmenti otpoĉinje sinteza DNA-segmenta
(Okazaki-segmenta) dejstvom enzima DNA-polimeraze. Okazaki-segmenti se sastoje iz 150-250
dezoksiribonukleotida i vezuju se antiparalelno na osnovni DNA lanac. Kratki RNA-fragmenti služe
samo za iniciranje sinteze Okazaki-segmenata, nakon ĉega se uklanjaju. Okazaki-segmenti se
meĊusobno povezuju djelovanjem DNA-ligaze, a novosintetisani DNA lanac je komplementaran i
antiparalelan u odnosu na osnovni DNA lanac. Svi navedeni procesi se istovremeno odvijaju na više
mjesta u DNA molekuli i zato veoma brzo nastaju dva dvostruka lanca.
DNA lanac sa 3',5'-fosfodiestarskom vezom postaje model za dobijanje novosintetisanog
DNA niza sa 5',3'-fosfodiestarskom vezom i obrnuto drugi osnovni lanac sa 5',3'-fosfodiestarskom
vezom postaje model za sintezu novog antiparalelnog lanca sa 3',5'-fosfodiestarskom vezom. Pošto
nastaju ukupno 4 DNA lanca (2 stara i 2 nova), dvije ćelije-kćerke će imati isti hromozomski DNA
materijal, kao i ćelija-majka.
TRANSKRIPCIJA
Transkripcija je prepisivanje genetskih informacija sa hromozomalne DNA, što je
neophodno za sintezu više specijalizovanih oblika RNA. Za transkripciju je neophodno prisustvo
enzima DNA-zavisne RNA polimeraze, koji omogućava nastajanje parova izmeĊu purinskih i
pirimidinskih baza ĉetiri nukleotida (AMP, GMP, CMP i UMP) i komplementarnih baza osnovnog
DNA lanca sa 3',5'-fosfodiestarskom vezom. Nastala RNA je komplementarna sa onim segmentom
hromozomalne DNA prema kojoj se vrši sinteza.
U toku transkripcije prepisuje se samo dio informacija sadržanih duž jednog DNA
lanca, potrebnih za sintezu onog proteina koji se u tom trenutku sintetiše. Lanac DNA koji nosi
sekvencu koja se prepisuje u molekul RNA naziva se matiĉni (templatni) lanac DNA. Smjer sinteze
RNA je 5'→3', tj. lanac RNA raste u istom smjeru kao i lanac DNA pri replikaciji.
Transkripcija poĉinje na odreĊenim mjestima templatnog lanca DNA, koja su
oznaĉena kao promotori, koje prepoznaje RNA polimeraza.
U toku biosinteze RNA lanca nastaje tzv. privremeni hibrid DNA-RNA, koji je male
stabilnosti, pa se RNA lako odvaja od svog modela u trenutku okonĉanja sinteze. Nakon toga slijede
post-transkripciona dotjerivanja nastalih specijalizovanih RNA molekula (mRNA, iRNA i rRNA).
SINTEZA PROTEINA
Sinteza proteina je veoma složen proces, koji zahtijeva prisustvo velikog broja enzima
i specifiĉnih makromolekula. Uprkos tome, proces se odvija velikom brzinom, tako da ribozom
sisara može, za samo 2 minuta, da izvrši translaciju 200 kodona mRNA u odgovarajući polipeptidni
lanac. Sinteza proteina oznaĉava se terminom translacija (prevoĊenje). Prevodi se genetska
informacija sadržana u hromozomalnoj DNA u obliku odgovarajućih triplet nukleotidnih šifara,
koje se prepisuju i prenose uz pomoć ribozomalne mRNA u ribozome. Translacija se sastoji iz ĉetiri
faze: aktivacije aminokiselina, inicijacije peptidnog lanca, elongacije (produžavanja) peptidnog
lanca i završetka sinteze.
8
Aktivacija aminokiselina
Svaka aminokiselina koja se ugraĊuje u odreĊeni peptidni lanac mora da bude
prethodno aktivisana. Proces se odvija u citosolu ćelije i zahtijeva prisustvo: aminokiselina,
odgovarajućih tRNA, enzima sintetaza aminoacil-tRNA, odgovarajućeg broja ATP molekula i
katjona Mg2+
.
Aminoacil-tRNA sintetaze su visoko selektivne molekule. Sa jedne strane one
prepoznaju aminokiselinu koju aktivišu, a sa druge strane odabiru akceptor-odgovarajuću tRNA.
Ovakve osobine enzimske molekule moguće su zahvaljujući postojanju tri aktivna mjesta za
vezivanje: aminokiseline, tRNA i ATP. Dok tRNA može da bude više za istu aminokiselinu, enzim
sintetaza specifiĉna je samo za jednu aminokiselinu.
Aktivacija aminokiselina se odvija u dvije etape. Prvo se razgraĊuje ATP na adenilnu
kiselinu i pirofosfat, a zatim adenilna kiselina reaguje sa aminokiselinom i gradi intermedijarno
jedinjenje aminoacil-adenilnu kiselinu. Aminoacil-adenilna kiselina je anhidrid nastao gubitkom
molekula vode, nastale iz –OH grupe karboksilne grupe aminokiseline i –OH grupe fosforne kiseline
adenilne kiseline. Na taj naĉin je aktivisana karboksilna grupa aminokiselina. Aminoacil-AMP
(aktivisana aminokiselina) zatim se prenosi na odgovarajuću tRNA, uz katalitiĉko dejstvo
odgovarajuće sintetaze, pri ĉemu se izdvaja AMP. Kompleks aminoacil-tRNA nastaje obrazovanjem
estarske veze izmeĊu aktivisane karboksilne grupe aminokiseline i slobodne hidroksilne grupe na C3
ili C2 riboze adenilne kiseline (AMP), koja se nalazi u sastavu trinukleotida C-C-A na 3'-
terminalnom dijelu tRNA.
aminoacil-t-RNA sintetaza
ATP + aminokiselina aminoacil-AMP + PPi
aminoacil-t-RNA sintetaza
aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA + AMP
Neorganski pirofosfat se hidrolizuje dejstvom pirofosfataze do ortofosfata, što
pokreće sintezu aminoacil-tRNA. Reakcija je egzergoniĉna. Nastali kompleks aminoacil-tRNA
oslobaĊa se enzima sintetaze aminoacil-tRNA, odlazi u citoplazmu, gdje će se u ribozomima da
ukljuĉi u biosintezu peptidnog lanca.
Inicijacija peptidnog lanca
Inicijacija peptidnog lanca lokalizovana je u ribozomima, a za proces je neophodno
prisustvo: prvog aminoacil-tRNA kompleksa (to je po pravilu Met-tRNA), mRNA sa odgovarajućim
kodom za ovu aminokiselinu (AUG), GTP, Mg2+
, inicirajući faktori IF1, IF2 i IF3, kao i teške i lake
subjedinice ribozoma, 60S i 40S.
Na poĉetku ove faze ribozomi disociraju na dvije pomenute podjedinice, pri ĉemu
laka subjedinica (40S) obrazuje inicirajući kompleks sa mRNA i aminoacil-tRNA kompleksom. Svi
9
proteini sintetisani u ribozomima poĉinju sa ostatkom metionina, koji se na ribozome donosi pomoću
specifiĉne metionil-tRNA. Ostatak aminokiseline metionina može kasnije da se ukloni iz
polipeptidnog lanca, dejstvom specifiĉne aminopeptidaze.
Inicirajući kompleks postepeno ostvaruje vezu sa inicirajućim faktorima. Laka 40S
subjedinica ribozoma, Met-tRNA i mRNA formiraju 40S inicijalni kompleks. Pojedini inicirajući
faktori imaju razliĉite uloge. IF3 omogućava vezivanje mRNA, a IF2 služi za vezivanje Met-tRNA i
fosfatnog jedinjenja GTP. Tako nastaje kompleks GTP-IF2-Met-tRNA, koji sa lakom jedinicom
ribozoma ĉini inicirajući kompleks. Zatim slijedi asocijacija sa teškom jedinicom 60S i oslobaĊanje
sva tri inicirajuća faktora i razlaganje GTP na GDP i ortofosfornu kiselinu. Formiranjem 80S
ribozoma završena je ova faza i može da startuje elongacija peptidnog lanca.
Elongacija peptidnog lanca
U sklopu funkcionalno aktivnog ribozoma (80S) laka sujedinica (40S) ima dva mjesta
za vezivanje aminoacil-tRNA. Jedno je P (peptidil) i drugo A (aminoacil). Inicirajuća Met-tRNA
može da se veže samo za mjesto P, a sve aminoacil-tRNA se vezuju za mjesto A. Faza elongacije
peptidnog lanca obuhvata tri procesa: vezivanje aminokiselinskog ostatka u obliku aminoacil-tRNA
kompleksa, stvaranje peptidne veze i translokaciju (pomjeranje ribozoma duž mRNA).
Elongacija poĉinje vezivanjem prve aminoacil-tRNA na prazno mjesto na ribozomu.
Koja će se aminoacil-tRNA da veže odreĊuje kodon mRNA, koji se nalazi u mjestu A. Aminoacil-
tRNA koja ulazi u ribozom stvara trojni kompleks sa faktorom elongacije 1(EF1) i GTP, pri ĉemu se
faktor elongacije vezuje za aminokiselinu iz aminoacil-tRNA kompleksa i GTP samo kada
odgovarajući antikodon doĊe u vezu sa prvim kodonom. Hidrolizom GTP na GDP i fosfat, uz
istovremeno otpuštanje faktora elongacije, nastaje prva peptidna veza izmeĊu esterifikovane
karboksilne grupe Met-tRNA, koji se nalazi na mjestu P i α-amino grupe aminoacil-tRNA na mjestu
A. Reakciju katalizuje peptidil transferaza, koja je integralni dio 80S subjedinice ribozoma. Nastaje
dipeptidil-tRNA, koji je privremeno vezan za mjesto A, a na mjestu P se nalazi slobodna tRNA iz
ranijeg kompleksa Met-tRNA.
U fazi translokacije, sa kojom se završava elongacija, omogućeno je pomjeranje
funkcionalnog ribozoma duž lanca mRNA, što omogućava prebacivanje dipeptidil-tRNA sa mjesta
A na mjesto P i u isto vrijeme vrši istiskivanje slobodne tRNA. Za ovaj složeni proces energiju
obezbjeĊuje GTP uz uĉešće elongirajućeg faktora 2 (EF2). Upražnjeno mjesto A brzo može da se
popuni sa novim aminoacil-tRNA kompleksom. Tako su stvoreni uslovi za formiranje naredne
peptidne veze i nastajanje tripeptidil-tRNA. Sve navedene faze se ponavljaju do nastanka
odgovarajućeg peptidnog lanca.
Završetak sinteze peptidnog lanca
Kada se polipeptidni lanac elongacijom produžio do odreĊene dužine nastupa
završetak sinteze. To se ostvaruje putem ulaska jednog od tri besmislena kodona (UAA, UGA ili
UAG) u mjesto A. To bi odgovaralo šifri stop, ali pošto ne postoji tRNA koja bi svojim
antikodonom prepoznala stop signale, ovdje se ukljuĉuju proteini, tzv. faktori oslobaĊanja (RF). Oni
prepoznaju besmislene kodone, nakon ĉega slijedi hidrolitiĉko odvajanje polipeptida od zadnje
tRNA. tRNA se istiska iz mjesta P, a ribozom sa svojim podjedinicama je sposoban da ponovo uĊe u
ciklus sinteze novog polipeptidnog lanca.
10
Efikasnost sinteze peptidnih lanaca postiže se zahvaljujući postojanju poliribozoma tj.
više desetina, ili ĉak stotina ribozoma duž jednog lanca mRNA.
U energetskom smislu sinteza proteina ima veliku "cijenu". Za svaku ugraĊenu
aminokiselinu potrebno je da se utroši ĉetiri molekula fosfatnih jedinjenja bogatih energijom (ATP i
GTP).
ISPITNA PITANJA IZ BIOHEMIJE (za studente Poljoprivrednog fakulteta koji polažu biohemiju
počevši od juna 2007. godine)
1. Struktura enzima
2. Aktivni centar enzima
3. Specifičnost enzima
4. Enzimi kao katalizatori (kinetika enzimskih reakcija)
5. Uticaj temperature i pH na brzinu enzimski katalizovanih reakcija
6. Uticaj koncentracije enzima i koncentracije supstrata na brzinu enzimski katalizovanih
reakcija
7. Grafičko određivanje Km
8. Nomenklatura i klasifikacija enzima
9. Jedinice za izražavanje aktivnosti enzima
10. Koenzimi
11. Vitamin B1
12. Vitamin B2
13. Pantotenska kiselina
14. Vitamin B6
15. Vitami B12
16. Vitamin C
17. Vitamin A
18. Vitamin D
19. Vitamin E
20. Vitamin K
21. Vitamin F
22. Transport elektrona i oksidativna fosforilacija
23. Kompleksi respiratornog lanca (I-IV)
24. ATP-sintetaza
25. Izlazak sintetisanog ATP iz mitohondrija
26. Odnos P/O u respiratornom lancu
27. Ugljeni hidrati (struktura i podjela)
28. Skrob
29. Celuloza
30. Prva faza glikolize
31. Druga faza glikolize
32. Regulacija glikolize
33. Oksidativna dekarboksilacija piruvata
34. Sinteza oksalacetata
35. Reakcije ciklusa trikarbonskih kiselina
36. Regulacija ciklusa trikarbonskih kiselina
37. Energetski efekti oksidacije glukoze
38. Glikogenoliza
39. Pentozofosfatni put
40. Glukoneogeneza
41. Glikogeneza i regulacija glikogeneze
42. Fotosinteza
43. Masne kiseline
44. β-oksidacija masnih kiselina
45. Energetski bilans β-oksidacije masnih kiselina
46. Sporedni putevi oksidacije masnih kiselina
47. Biosinteza masnih kiselina
48. Elongacija masnih kiselina
49. Glicerofosfolipidi
50. Struktura, podjela i osobine aminokiselina
51. Nastajanje peptida i prirodni peptidi
52. Transaminacija aminokiselina
53. Oksidativna dezaminacija aminokiselina
54. Sinteza uree
55. Katabolizam ugljovodoničnog skeleta aminokiselina
56. Purinske i pirimidinske baze
57. Dezoksiribonukleinska kiselina
58. Ribonukleinske kiseline
59. Replikacija DNA, transkripcija
60. Sinteza proteina
Banja Luka, 22. maj 2007. godine Prof. dr Jasminka Nikolić
Literatura:
Jasminka Nikolić BIOHEMIJA ZA STUDENTE POLJOPRIVREDNOG
FAKULTETA, Banja Luka 2007.