Enzymer - Kapittel 4
Properties of enzymes 116
The rate of enzyme reactions 118
Factors affecting the rate of enzyme reactions 118
Enzyme inhibition 123
Enzyme cofactors 126
Enzymer er stoffer som øker hastigheten på reaksjoner og ender opp uforandret.
Kjemikaliet enzymet reagerer med kaller vi substrat. En oppsummering av enzymreaksjoner: enzym + substrat <-> enzymsubstratkompleks <-> enzymproduktkompleks <-> enzym + produkt.
Enzymer har følgende egenskaper:
· Alle er globulærproteiner
· De er kodet av DNA
· De er katalysatorer
· Deres nærvær gir ikke et annet produkt
· De er utrolig effektive, uten enzymer ville reaksjonene vært millioner av ganger tregere.
· De er spesifikke, et enzym vil kun undergå en reaksjon
· De er reversible
· Aktiviteten er påvirket av pH, temperatur, substrat og enzymkonsentrasjon.
· Enzymer gir lavere aktiveringsenergi.
· Enzymer har et aktivt sete, her foregår reaksjonen.
Aktiveringsenergi er energien som kreves for å starte en reaksjon.
I det enzymproduktkomplekset er formet passer ikke produktet i enzymet og blir "kastet" ut.
Rate
Raten til enzymreaksjon er målt ved mengde av substrat forandret eller mengde produkt formet over tid.
Raten blir bestemt ved å måle tangenten til reaksjonens kurve i det den starter. Jo brattere kurve jo høyere rate. Hvis aktivitet er målt over en tidsperiode vil raten til reaksjonen falle, vanligvis som et resultat av synkende substratkonsentrasjon.
Faktorer som bestemmer raten;
Enzymkonsentrasjon; Hvis mengden substrat og andre faktorer er holdt konstant vil mengden av enzym spille inn på raten til reaksjonen.
Substratkonsentrasjon; Raten på reaksjonen stiger ved økt substratkonsentrasjon, men reaksjonen kan nå et maksimum (Vmaks) når alle enzymmolekylene blir brukt.
Temperatur: Varme øker molekylenes bevegelse, dermed vil de treffe hverandre oftere og reaksjonen vil gå fortere. Det finnes en maksimumstemperatur hvor reaksjonen vil gå saktere igjen fordi enzymet denaturiseres av varmen.
pH: Når temperaturen er konstant har et hvert enzym et bestemt pH-område hvor det fungerer best. Ofte kan det være et lite område.
Enzyminhibering
Mange små molekyler kan redusere raten til enzym-kontrollert reaksjon, disse kalles enzym-inhibitorer. Inhibitorer er en del av cellers naturlige regulering av enzymaktiviteter. Mange medisiner fungerer som enzym-inhibitorer, inhiberingen kan være kompetitiv eller non-kompetitiv. Non kompetitiv inhibering kan være reversibel eller ikke reversibel.
Kompetitiv inhibering;
Når produktet er så likt substratet at det passer i det aktive setet må substratet konkurrere med produktet om plass i enzymet, derav kompetitiv inhibering. En karakteristikk ved dette er at hvis substratkonsentrasjonen øker så øker raten til reaksjonen.
Ikke-kompetitiv reversibel inhibering:
Denne inhibitoren har ingen strukturelle likheter med substratet og binder seg til et annet sted enn enzymets aktive sete. Det påvirker ikke substratets mulighet til å binde seg til det aktive setet, men gjør det umulig for katalysen å ta sted. Raten til reaksjonen går ned ved økende inhibitorkonsentrasjon. Når inhibitorkonsentrasjonen er mettet vil raten til konsentrasjonen være nær null. Det er karaktereristisk for denne typen reaksjoner at økning i substratkonsentrasjonen påvirker ikke raten.
Ikke-kompetitiv irreversibel inhibering:
Enkelte kjemikalier kan binde seg til enzymet og sørge for at enzymets struktur forandrer seg og at det mister sin funksjon som enzym.
Allosteriske enzymer
En av de mest vanlige måtene å styre metabolske veiene i celler på er med allosteriske enzymer. Disse enzymene er skifter form. De er regulert av stoffer som virker som non-kompetitive inhibitorer. Disse stoffene binder seg til enzymet på spesfikke steder borte fra det aktive setet. De modifiserer enzymets aktivitet ved å reversibelt forandre på strukturen til enzymet i det aktive setet. Dette påvirker substratets evne til å binde seg til enzymet. For eksempel ATP fungerer som en inhibitor, når vi har stort overskudd produseres ikke mer ATP siden det hindrer glykolysen allosteriometisk, men når ATP-konsentrasjonen synker igjen vil mer ATP lages. Dette gjør reaksjonen selvkontrollerende og kalles negativ feedback.
Enzymkofaktorer:
Mange enzymer krever ikke-proteinkomponenter for å få en effektiv aktivitet. De er substanser som må være til stede for enzymaktivitet, men ulikt enzymer var de stabile ved høye temperaturer. Kofaktorer varierer fra enkle uorganiske ioner til komplekse organiske molekyler og kan være uforandret av reaksjonen eller bli regenerert av en senere prosess. Det er tre forskjellige typer kofaktorer; uorganiske ioner, prostgetic grupper og coenzymer.
Uorganiske ioner: Disse former enten enzymet eller substratet til en form som gjør at enzym-substratkompleks kan bli formet, dermed øker sjansen for at en reaksjon skjer mellom dem og øker raten til reaksjonen katalysert av det enzymet.
Prosthetic groups:
Hvis kofaktorer er bundet til enzymet permanent kalles det en prosthetic group. Dette er organiske molekyler, de hjelper til med katalysefunksjonen til enzymer. For eksempel FAD som inneholder riboflavin som kan ta i mot hydrogen. FAD hjelper til med celleoksidasjon og er en del av respirasjonskjeden.
Haem: Haem er en jern-innholdene prosthetic gruppe. Den har formen til en flat ring med et jernatom i sentrum. Denne gruppen har mange viktige funksjoner:
Elektronbærer: (respirasjonskjeden) aksepterer elektroner og jern blir redusert Fe(II) når det sender elektronene videre blir det oksidert til Fe(II). Det tar del i oksidasjons\reduksjons reaksjoner med reversible forandringer i valenselektroner til jern.
Oksygenbærer: Haemoglobin og myoglobin er oksygenbærende proteiner som inneholder haem-gruppen. Her er det jernatomet som blir redusert.
Andre enzymer: Haem er funnet i katalaser og peroxidaser, som katalyserer dekomponeringen av hydrogen peroxide til vann og oksygen + i mange andre ezymer.
Coenzymer:
I likhet med prosthetic groups er coenzymer også organiske molekyler, men de holder seg ikke bundet til enzymet mellom reaksjoner. Alle koenzymer kommer fra vitaminer.
Cells kapittel 4
The cell concept 128
Prokaryotes and eukaryotes 130
Ultrastructure of plant and animal cells 134
Cell membranes 140
Structures found in cells 147
The cell concept
Et av de viktigste konseptene innenfor biologi er at basisenheten til strukturen og funksjonen til en levende organisme er cellen. Dette er kjent som celleteorien, en annen sentral del er at celler kommer kun fra pre-eksisterende celler.
Prokaryoter og eykaryoter
I prokaryoter ligger DNA fritt i cytoplasma i en region kjent som nucleoid. Det er ingen kjerne. I eukaryoter finner vi DNA inne i en kjerne, en struktur som er omringet av to membraner, nuclear envelope. Dna er også assoisert med protein for å forme kromosomer.
Ultrastrukturen til dyre- og planteceller
Den fine strukturen til celler slik vi ser dem med elektronmikroskop er kjent som ultrastrukturen.
Celleoverflatemembranen: Trilaminar struktur, et lyst lag sandwhiched mellom 2 mørke lag. Fungerer som en delvis permeabel barriere som kontrollerer utveksling mellom cellen og det utenfor.
Nucleus: Største celleorganelle innelukket i en dobbelmembran som er perforert med kjerneporer. Inneholder chromatin og nucleolus. Kromosomer inneholder DNA, vårt arvemolekyl. DNA er organisert i gener som kontrollerer cellens aktivitet. Celledeling er basisen av cellereplikasjon og derfor reproduksjon. Nucleolusen produserer ribosomer.
Endoplasmatisk retikulum: Et system av flate membranbundne sekker kalt cisternae, former tuber og folder. Sitter sammen med yttermembranen til kjernen. Hvis ribosomer er funnet på overflaten kalles det ru ER og transportprotiner er lagd av ribsomene gjennom cisternaen. Glatt ER er et sted hvor fett- og steroidsyntesen foregår.
Ribosomer: Veldig små organeller som består av en stor og en liten del. De er lagd av 50/50 av proteiner og eRNA. Litt mindre ribsomer finner vi i mitokondriene. Proteinsyntesen foregår her. De er enten bundet til ER eller ligger i cytoplasma. De kan forme polysomer (polyribosomer) samling av ribosomer bundet til mRNA.
Mitokondrium: Dobbelmembran, innerste foldet for å forme cristae. Inneholder en matrix med noen ribosomer, sirkulært DNA og phosphatgranuler. I aerobisk respirasjon er cristaene stedet hvor oksidativ fosforylering og elektrontransport foregår, i matrixen finner vi enzymene til sitronsyresyklusen.
Golgiapperatet: En haug med flate membranbundne sekker kalt cisternae, sekker blir produsert i enden av en sekk og kuttet av til vesikler i den andre. Internt prosessering og transportsystem. Prosessering av cellemateriale skjer i cisternae, for eksempel proteiner fra ER. Golgivesikler transporterer materiale til andre deler av cellen eller celleoverflaten for sekresjon, lager lysosomer.
Lysosomer:
En enkel sfærisk sekk bundet til en enkelmembran og inneholder fordøyelsesenzymer. Ingen synlig intern struktur. Har mange funksjoner, alle rundt nedbrytning av strukturer eller molekyler. For eksempel kvitte seg med gamle organeller, fordøye bakterier inntatt med phagocytosis.
Microbodies: En sfærisk organelle bundet med en enkel membran. Inneholder et fint granulat utenom neon som inneholder crystalloide eller filamente depositer. Alle inneholder catalase, et enzyme som bryter ned hydrogen peroxide. Alle er assosiert med oksidasjonsreaksjoner.
Vakuoler: En sekk bundet av en enkeltmembran. Inneholder konsentrasjoner av forskjellige substanser som sukker, vitaminer, salter, pigmenter organiske syrer og enzymer. Lagringsplass for substander inkludert avfallsprodukter. Spiller en viktig rolle i de osmotiske egenskapene til en celle. Fungerer noen ganger som et lysosome.
Cellemembraner
Cellemembraner separerer cellens innhold fra det eksterne, kontrollerer utveksling av materiale, som næringsstoffer og avfallsstoffer, de muliggjør separate lommer til å bli formet på innsiden av celler som spesialiserer seg på metabolske prosesser som aerobisk respirasjon. Membraner fungerer også som reseptorer for hormoner, neurotransmittorer og andre kjemikalier.
Membranene er delvis permeable, de tillater kun passasje av vann og andre små molekyler som gasser. Stoffer som glukose, aminosyrer, fettsyrer, glyserol og ioner kan diffusere sakte gjennom den. De kan også aktivt kontrollere hvilke substanser de slipper igjennom.
Membraner inneholder proteiner og lipider, den mest vanlige lipidgruppen er phospholipider.
Phospholipider har et polart hodet som inneholder phosphat og to upolare hydrokarbonkjeder som kommer fra fettsyrer. Disse lipidene ligger i et dobbeltlag rundt celler kjent som bilayer. Hurtig frysning og kutting av celler har avslørt at det er flere proteiner i cellemembraner, jo mer metabolsk aktiv partikkelen er, jo mer protein i membranen.
Membraner inneholder også glycolipider og cholesterol, glycolipider er lipider kombinert med karbohydrater. Som phospholipidene har de polart hode og ikkepolare haler. Cholesterol er nært slektet med lipider og er litt polart i den ene enden.
Cellemembranens funksjoner:
Kanalproteiner og frakteproteiner: disse er innvolvert i den selektive transporten av polare molekyler og ioner over membranen.
Enzymer: proteiner som noen ganger oppfører seg som enzymer, for eksempel microvilli på eiptelcellene i noen deler av magen inneholder fordøyelsesenzymer i celleveggen.
Reseptormolekyler: proteiner med veldig spesfikk form. Hormoner og andre kjemiske budbringere som sirkulerer i blodet binder seg spesifikke målceller som har de rette reseptorene. Neurotransmittorer passer i enkelte spesifikke reseptorproteiner i nerveceller.
Antigener: disse er cellenes identitetsmerker. Det er glycoproteiner som er spesifikke til celletypen. Dette gjør at celler kan gjenkjenne andre celler og oppføre seg på en organisert måte, for eksempel under utvikling av vev og organer i multicellulære organismer.
Glycolipider: De er involvert i celle-celle gjenkjenning. De kan oppføre seg som reseptorer for kjemiske signaler. Sammen med glycoproteiner er de med på å putte rett type celler sammen til vev.
Energioverføring: respirasjonsproteiner i mitokondriemembranen.
Kolesterol: fungerer som plugger, reduserer tap og innslipp av polare molekyler gjennom membranen.
Histology
Epitelvev
Epitelvev finnes i enkle eller flere lag som dekker de interne og eksterne overflatene i kroppen til en organisme. De blir holdt i sammen med en liten mengde karbohydratbasert sement og spesielle ledd mellom celler. Det underste laget ligger på en membran. Mange nerveceller ender i epitelcellene. Epitelvevs funksjoner er å beskytte de underliggende strukturene fra skade gjennom kutt eller trykke og beskytte mot infeksjoner. Blir cellelaget slitt så bekjempes det ved at vevet blir hardere og keratinisert, der vevet blir hele tid slitt av finner vi at celledelingen går veldig fort for å erstatte cellene som har gått tapt.overflaten til epitellag har ofte en spesialisert funksjon og kan være absorberende, sekrerende eller ekskrerende eller være sansende celler og nerverendinger spesialisert for å reagere på et stimuli.
Simple epithelia
Ett cellelag.
Squamous epithelium
Tynne og flate celler, er så tynne at nucleus gir en bulk. Cellenes kanter er irregulære og ka lette sees på overflaten. Finnes i nyrekapselen, alveoli i lungene og veggene i blodkapilærene hvor det hindrer diffusjon av materiale. I blodkar er det ofte referert til som endothelium.
Cuboidal epithelium
De minst spesialiserte epithelcellene. De er kubeformet pentagonale eller heksagonale og har en sfærisk kjerne. De fungerer som foret i mange kanaler, som spyttkanalen og pankreaskanalen og proximal + distal tubulus i nyrene. Finnes i mange kjertler.
Columnar epithelium
Disse cellene er lange og tynne. Hovedfunksjon sekresjon og absorpsjon. I magen for å beskytte mot magesyre. I tarmer for å beskytte om selvfordøying. Dyreganger og i thyroid kjertelen.
Ciliated epithelium
De har ofte en columnar form men har flere cilia på deres frie overflate. Finnes i oviducts og ventricles i hjernen, spinal canal og rispiratoriske passasjer.
Pseudostratified epithelium
Finnes i urintrakten og rispiratoriske passasjer. Er "hårete" og kun 1 lag, ikke alle behøver å stikke opp til overflaten.
Compound epithelia
Flere cellelag
Stratified epithelium
Mange lag med celler, gir en tøff og ugjennomtrengelig barriere. Cellene er formet av mitotisk deling av et germinal layer som hviler på kjellermembranen.
Squames: tykke celler blir flate når de presses mot toppen.
Cornified: dødt lag med keratin som flasser av.
Transitional epithelium.
Modifisert utgave av stratified. 3-4 lag med celler. Former seg lett. Viktig i strukturen som strekkes, for eksempel urinblære, urinørret og peliviske område av nyrene.
Glandular epithelia
Blant epitelcellene hvor det kan være induviduelle glandulærceller, som goblet celler eller glandulærceller som lager en multicellulær gland.
Animal connective tissue
Bindevev er er hovedvevet som støtter kroppen. Bindevevet er følgende; skjellettvev, ben og cartilage(brusk?). Bindevev former lag som bagger rundt organer i kroppen som separerer dem så de ikke blander seg opp i hverandres aktiviteter, og er rundt blodårer og nerver hvor de går inn i eller ut av organer. Det er et komposittmateriale som består av mange forskjellige typer fiber. Cellene er ofte separert fra hverandre. Dette typen vev har mange funksjoner som; beskytte mot sår eller bakterieinfeksjoner (areolar vev), isolering av kroppen mot varmetap (adipose vev), være et støttende rammeverk for kroppen (cartilage og ben) og produksjon av blodceller.
Skjellettvev
Cartilage - brusk
Et type bindevev som består av celler som sitter i et matrix av chondrin. Matrixen består av chondroblasts celler og har mange fine fibriller lagd av collagen. Brusk er et hardt men fleksibelt vev. Det kan adapterte seg til å motstå vekt plassert oppå det. Matriksen kan bli trykt i sammenog er er elstaisk og kan absorbere mekaniske sjokk, slik som ofte skjer mellom overlater og ben der de møtes. Kollagenfibrillene motstår strekk vevet får. Det er tre typer brusk:
Hyalinebrusk: Semi-transparent materiale smed kollagenfibriller. Er elastisk og kompressèrbart, vi finner det i enden av ben og i nesen. C-formede ringer holder luftpassasjer åpne.
Gul elastisk brusk: Matriksen er tåkete og inneholder et nettverk av gule elastiske fibere. De er mer elastiske enn hyalinebrusk og tillater vevet å ta sin orginalform fort etter deformasjon. Vi finner det i øret og i epiglottis (luka bak tunga).
Hvit fiberbrusk: Inneholder mye tettpakket hvite kollagenfibere som sitter fast i matriksen. Dette gir dem mer fleksibel styrke enn hyalinebrusk. Finnes i intervertebrale skiver hvor de har en "pute-effekt. Finnes også mellom pubicbones og i ligamentkapsler rundt ledd.
Ben
Ben er skjellettmateriellet vi har mest av, det gir støtte, beskyttelse og har noen metabolske funksjoner. Cellene er inkapslet i en har, kalsifisert matriks. Rundt 30% av matriksen er organisk materiale, bestående hovedsakelig av kollagenfibere og glykoproteiner, de andre 70% er uorganisk ben-salt. Hovedkonstituenten av de uorganiske materialene er hydroxyapatite, en form for kalsiumfosfat. Natrium, magnesium, kalium, klorid, fluorid, hydrogenkarbonat og citrationer finnes også i forskjellige mengder. Benceller kalles osteoblasts og er inne i bene. Fine kanaler som inneholder cytoplasma kobler sammen dette rommet med blodårer og lignende. Strukturen til ben er designet til å motstå kompresjon og strekking.
Kompakt/tette ben: Lange ben (ben til kroppsdeler), former lange skaft mellom to klumper på endene. Et tverrsnitt av kompakt ben vinser at den består av flere sylindere hvor alle er plassert rundt en sentral kanal. En arterie og en vene går igjennom hver Haversian kanal (sentrale kanalen).
Spongy bone - svampben
Svampete ben består av et meshwork av tynne sammenkoblede benstrutser kalt trabeculae. Matriksen består av mindre uorganisk materiale (60-65%). Vi finner det i embryo, voksende organismer og på endene av kompakte ben.
Muskelvev:
Muskelvev utgjør 40% av vekten til et pattedyr. Det består av spesielle sammetrekkbare celler eller fibere holdt i sammen av bindevev. Det finnes tre typer muskelvev, glatt, ru og cardiac.
Nervous tissue.
Inneholder tettpakkede nerveceller som kalles neuroner. Spesialisert for å sende nerveimpulser. Inneholder også reseptorceller og Shcwannceller. Nervevev er ofte innpakket av bindevev som inneholder blodkar.
Neuroner
Dette er de funksjonelle enhetene i nervesystemet, elektriske impulser og reseptorbasert kommunikasjon. Sender til celler og organer som mottatr stimuli og effektorer. Neuroner som sender impulser mot CNS kalles sensory neuroner, de som sender vekk fra CNS kalles motor neuroner. Interneuroner kobler sensory neuroner med motorneuroner. Delen av cellen som mottar signaler kalles dendroner (nettverket kalles dendritter), de som sender impulser videre kalles aksoner som kan være flere meter langt. På enden sitter det synaptiske gapet, for at signalet skal gå videre må det sendes en nevrotransmittor ut ved aksonet, gapet kalles synapsen. Nervefibere med myelinlag er mylinert, for eksempel spinalnervene.
Nerver
Disse består av et tau med nervefibere isolert av bindevev, epineurium på utstiden og perineurium på innsiden.