ביוכימיה א - חמוטל - שיעורים 14-18 - Gre

Front 1

מה היתרון בתהליך העברת הסיגנלים לתא?

Back 1

יש הגברה של הסיגנל וכך אנו מקבלים ממולקולת סיגנל אחת פעילות מוגברת בתא.

Front 2

תאר את תהליך העברת הסיגנל לתא

Back 2

המסלול מתחיל בסיגנל הנקרא שליח ראשוני הנקלט על ידי התא ברצפטור המתאים. לאחר מכן, האות עובר מהממברנה אל תוך התא בתהליך הנקרא Transduction דרך החלק הפנימי של הרצפטור (הנמצא בתוך התא וללא הכנסת מולקולת הסיגנל אל התא) ולרוב הוא יעבור גם הגברה. לאחר מכן, תהיה תגובה שתשודר חזרה אל הקבלה או לTransduction אך לא לרמת הסיגנל. התגובה יכולה לתת פידבק חיובי שתגביר את ההשפעה או פידבק שלילי שיסתור את ההשפעה.

Front 3

מהם ארבעת המאפיינים של תהליך העברת הסיגנל?

Back 3

1. ספציפיות - גם הסיגנל וגם הרצפטור צריכים להיות ספציפיים אחד לשני, כלומר, שהרצפטור יכיר את הסיגנל שלו תודות לתאימות מורפולוגית או כימית ולא מולקולת סיגנל אחרת. כך כל מולקולה יכולה להשרות פעילות ביולוגית אחרת.

2. אמפליפיקציה (הגברה) - מולקולת סיגנל אחת יכולה להפעיל אנזים אחד הוא יכול להפעיל 3 אנזימים אחרים וכל אחד מהם עוד 3 בצורה כזו, כל מולקולת סיגנל תפעיל 9 אנזימי מטרה.

3. דה סנסיטיזציה/אדפטציה - ישנם שתי דרכים להפסיק את תהליך העברת האותו בתא; הראשונה היא סילוק מולקולת הסיגנל אך זוהי דרך איטית מאוד ברוב המקרים. הדרך השנייה המתבצעת ברקמות רבות (ובעיקר במוח) היא שנקצר את התגובה למרות נוכחות הסיגנל. במקרים אלו הקיצור ייעשה על ידי כיבוי הרצפטור לאחר זמן מסוים למרות שמולקולת הסיגנל עדיין נמצאת עליו. זהו פידבק שלילי של הרצפטור על עצמו.

4. אינטגרציה - כאשר מתקבלים 2 סיגנלים או יותר הקשורים לאותה הריאקציה/תהליך/חומר התגובה של התא תנבע מההפרש של האותות. ולכן יכולים לקרות שני מצבים:

א. שני הסיגנלים מנוגדים בכיוון ומבטלים זה את זה - לא תהיה תגובה.

ב. כאשר הם לא מבטלים אחד את השני יהיה אפקט חיובי וישנם שני מצבים; Additive סכום של הסיגנלים. Synergic התגובה המתקבלת תהיה גדולה מסכום הסיגנלים.

Front 4

מהם 6 משפחות הקולטנים?

Back 4

1. רצפטור לאצטילכולין - רצפטור מסוג של תעלה, כאשר הנוירוטרנסמיטר אצטילכולין נקשר אליו הרצפטור הופך לתעלת יונים שכאשר התעלה פתוחה הם יכולים להיכנס ולהשפיע על כיווץ השריר. כאשר השריר נרפה יסולק האצטילכולין.

2. רצפטור לאינסולין - רצפטור ממברנלי עם פעילות אנזימטית תוך תאית. כאשר האינסולין נקשר הפעילות האנזימטית מופעלת. כעת הוא יכול להעביר את האינפורמציה אל תוך התא למשל על ידי תהליך של פוספורלציה.

3. רצפטור לגלוקגון ואפינפרין - רצפטור ממברנלי החוצה את הממברנה מספר פעמים, הוא חסר פעילות אנזימטית אך כאשר נקשר אליו גלוקגון או אפינפרין הוא מפעיל G-protein המפעיל שליח שניוני שיורד לציטופלזמה ומעביר הלאה את הסיגנל.

4. סטרואידים - הורמונים סטרואידים הינם מולקולות לא מסיסות במים והם לעומת שאר הליגנדים שראינו עד כה יכולים לעבור את הממברנה. בציטופלזמה הם פוגשים רצפטור מסיס במים ויחד איתו נכנסים לגרעין כקומפלקס. בגרעין הוא מחפש רצף של 8 בסיסים שנקרא Response Elemet - RE. הRE קושר את הקומפלקס אליו ובכך הגן מופעל.

5. Toll like receptors (TLR) - רצפטורים הפועלים במערכת החיסונית. רצפטור זה הוא חסר פעילות אנזימטית אך כאשר ליגנד נקשר אליו הוא מפעיל אנזים הסמוך אליו. אנזים בד"כ יזרחן פקטורי שיעתוק שייכנסו לגרעין וישנו רמות שיעתוק.

6. איטנגרינים הנמצאים בין תאים. מולקולות Adhesion נקשרות לAdhesion receptor המפעילים קסקאדה של סיגנלים שמערבת גורמי שיעתוק וקינאזות.

Front 5

מהו המבנה של הG-Protein coupled receptors?

Back 5

לרצפטור יש N-terminus הבולט אל מחוץ לתא ו-7 מקטעי אלפא הליקס החוצים את הממברנה (Transmembrane regions או TM). מצידו השני ה-C-terminus הוא ה"זנב" שגורם לדה-סנסיטיזציה. ישנן 3 לולאות חיצוניות (Extracellular loops או ECL) ושלוש לולאות פנימיות (Intracellular loops או ICL). הספירה של הICL, ECL וTM מתחילה מקצה הN.

Front 6

מהם חמשת השליחים השניוניים המוכרים לנו?

Back 6

Front 7

מה החלבון הקשור לספציפיות של פעילות הסיגל?

Back 7

G-Protein

Front 8

מה המבנה של G-Protein?

Back 8

הוא מורכב מ-3 תת יחידות כאשר תת יחידה אלפא קושרת GDP/GTP.

Front 9

מהי דרך פעולתו של G-Protein?

Back 9

כאשר נקשר ליגנד לרצפטור, GDP בתת יחידה אלפא מוחלף בGTP, מה שגורם לתת יחידה אלפא לעזוב את תת היחידות בטא וגמא ולהפעלת Adenyl cyclase - AC שהופך ATP ל-cAMP. תת היחידה אלפא מבצעת הידרוליזה לGTP וכאשר היא קשורה לGDP היא אינה מזהה את AC יותר אבל מזהה את תת יחידה בטא וגמא, שלוש תת היחידות נקשרות מחדש ליצירת G-Protein שלם.

במקביל ישנו מנגנון של דיכוי הסיגנל על ידי פתיחת הקשר של cAMP והפיכתו לAMP. פעולה זו נעשית על ידי האנזים Phosphodisterase. אנזים חשוב מאוד מכיוון שנוכחותו מחייבת בכל מערכת עם cAMP כיוון שהוא אחראי לכיבוי השליח השניוני הנ"ל.

Front 10

כיצד מתבצעת דה-סנסיטיזציה של G-Protein?

Back 10

יחידות הבטא והגמא מגייסות חלבון בשם BetaARK המזרחן רצפטור ממברנלי בC-Terminus. לאחר הזרחון יחידות הבטר והגמא וגם BetaARK חוזרים למקומם. הזנב המזורחן של הרצפטור נקשר לחלבון בטא ארסטין( Beta-arr) הקומפלקס הזה מכופף את הממברנה כך שתיווצר בועית (וסיקולה) המניצה מהממברנה. הצד קושר ההורמון פונה אל תוך הוזיקולה. בשלב הבא הpH בתוך הוזיקולה יורד, ההורמון ניתק מהרצפטור ועובר דרגדציה ואילו הבועית חוזרת ועוברת אינטגרציה לממברנה. כך הרצפטור חוזר לממברנה ללא ההורמון.

הרצפטור ממוחזר בעוד שההורמון עובר דרגרדציה. תהליך זה איטי ונמשך כ24 שעות, פרק זמן בו חסרים רצפטורים בממברנה ולכן יש פחות רצפטורים להורמון על הממברנה ולכן התגובתיות להורמון יורדת.

Front 11

מהן 5 המשפחות של G-Protein?

Back 11

Gs - חלבוני G סטימולטורים.

Gi - חלבוני G המעכבים (Inhibitors).

Gt - חלבוני G הקשורים לראייה (Transducin).

Gq - חלבוני G הקשורים לפעילות של אצטילכולין וליגנדים אחרים.

G13 - חלבוני G הקשורים לתעלות נתרן.

Front 12

תאר את דרך הפעולה של משפחת Gq.

Back 12

משפחת חלבוני הG האלו יוצרת קאסקאדה ארוכה בתא. כאשר הפעילות מתחילה כאשר הורמון נקשר לרצפטור. אלפא מתנתקת מקומפלקס גמא-בטא ומחליפה את הGDP בGTP, לאחר מכן היא מפעילה את האנזים Phosphorlipase C-beta - PLCbeta. האנזים הפעיל תוקף פוספוליפיד ממברנלי המכונה PIP2 על ידי חיתוכו. הפוספוליפיד מתבקע לשני חלקים;

IP3 - סוכר טעון ומסיס היורד לציטוזול ונקשר לקולטן IP3 Receptor שיושב על הER, הרצפטור הופך לתעלת יונים המעבירה יוני סידן מהER אל הציטוזול ומעלה את ריכוז יוני הסידן בציטוזול בערך פי 100. כעת התא יכול להתחיל מגוון תהליכים הדורשים עלייה ביוני סידן (כיווץ שריר למשל).

DAG - Diacyl Glycerol - מקטע ליפידי התקוע בממברנה. האנזים PKC מועבר אל הממברנה בזכות העליה של ריכוז יוני הסידן למקום בו יש DAG הנקשר ספציפית אל PKC ומחזיק אותו שם. במצב זה PKC נקשר, מופעל ומתחיל לזרחן. החלבונים המזורחנים יכולים להיות אנזימים, פקטורי שיעתוק וכו'.

Hint 12

תקיפת פוספוליפיד

Front 13

מהו המבנה של PIP2 ולמה הוא נחתך?

Back 13

Front 14

מהו המבנה של PKC - Protein Kinase C?

Back 14

PKC בנוי מאיזורים קבועים המכונים C-regions (כאשר C=Conserved) ויש לו איזורים משתנים המכונים V-regions (כאשר V=variable). הצורך באיזורים משתנים נובע מכך שיש עשרה PKC שונים כאשר לכולם יש אותם איזורי C והם נבדלים באיזורי הV שלהם.

Front 15

למה PKC לא פעיל כאשר הוא נמצא בציטוזול?

Back 15

ישנם שלוש סיבות לכך שהוא לא פעיל:

1. הוא אינו נמצא במקום הנכון - PKC פעיל רק כאשר הוא מוצמד לממברנה.

2. הוא אינו מזורחן - האנזים דורש זרחון על מנת שיוכל לפעול כקינאז. הוא דורש זרחון ב3 אתרים שונים.

3. באיזור 19-31 מסתתר פסאודו-סובסטרט - באיזור 19-31 ישנו רצף חומצות אמינו שמאוד דומה למוטיב של הסובסטרטים שהוא נוטה לזרחן ולכן הוא מנסה לזרחן את הזנב שלו שוב ושוב אך ללא הצלחה מכיוון שלזנב אין אתר סרין (Ser), תראונין (The) או טירוזין (Tyr) אליו ניתן לקשור את הפוספט ולכן הPKC תקוע. אם הוא היה מצליח לזרחן הזנב היה מתפנה.

Front 16

כיצד משפעלים את PKC?

Back 16

לצורך השפעול של PKC אנו צריכים את מולקולת הIP3 כדי שתשחרר את הסידן מהER. כאשר PKC קולט עלייה בריכוז הסידן משתנות התכונות הפיזיקליות שלו; מחלבון מסיס הידרופילי הוא הופך לחלבון הידרופובי ממברנלי. לאחר מכן המולקולה מזורחנת 3 פעמים;

PDK1 - מזרחן את האתר הראשון של PKC

PKC - מזרחן את שני האתרים הנוספים שלו בעצמו.

לאחר מכן הוא נקשר לDAG בממברנה דרך איזור C1 (איזור שמור) ולאחר מכן פוספוליפיד ממברנאלי בשם Phosphotidyl serin - PS מקבע גם את PKC לממברנה.

לאחר כל התהליך הנ"ל PKC נתקע בממברנה וכך הוא יכול לקלוט ליגנד ולזרחן.

Front 17

אם יש פגיעה בקבוצת הOutline לאיזו מחלה זה יכול לגרום?

Back 17

סרטן.

קבוצה זו היא משפחת פקטורי הגדילה והרצפטורים שלהם -

Growth factor receptors/RTK (recptor tyrosin kinase)

Front 18

מהי דרך הפעולה של Outline?

Back 18

כאשר הרצפטור קושר פקטור גדילה מסוים הוא עובר דימריזציה - כל שני רצפטורים הקשורים לליגנד נקשרים יחד לדימר. כתוצאה מהדימריזציה התכונה האנזימתית של הרצפטור משופעלת והוא הופך לRTK. מכיוון שנוצר דימר, כל רצפטור מזרחן את הרצפטור הצמוד אליו על גבי חלק מהטירוזינים (Tyr) שלו ועכשיו הרצפטור מזורחן באיזור הפעיל שלו.

אם לאחר הזרחון יגיע חלבון בעל איזור SH2 הוא יוכל להתחבר לטירוזינים המזורחנים של החלק האנזימתי ברצפטור.

Front 19

מהם איזורים SH2 ו-SH3?

Back 19

SH - Sark homology region

SH3 - איזור שנוטה להיקשר לאיזורים עשירים בפרולין.

SH2 - איזור שנוטה להיקשר לאיזורים עשירים בטירוזין מזורחנים.

Front 20

כיצד EGF מעביר את הסיגנל שלו בתוך התא?

Back 20

פקטור EGF נקשר לרצפטור - EGFR שעובר דימריזציה שמפעילה את טירוזין קינאז ברצפטור. כעת האתרים המזורחנים יכולים לשמש אתרי נחיתה לחבונים עם SH2. לאחר מכן נקשר חלבון בשם Grb-2 על ידי קישור לטירוזינים המזורחנים. צידו השני של Grb-2 הוא SH3. לאחר מכן מתחבר אל Grb-2 חלבון בשם SOS על ידי איזור עשיר בפרולינים ואז הוא מתחיל בפעולתו.

חלבון Ras מגיע למערכת עם GDP (מצב לא פעיל), כאשר חלבון הSOS קשור לGrb-2 הוא יכול להחליף את הGDP בGTP וכך להפעיל את Ras.

Front 21

תאר את התפקיד/מבנה של החלבונים הבאים:

1.Grb-2

2.SOS

3.Ras

Back 21

1. Grb-2 - הוא אדפטור - חלבון המשתתף בתהליך העברת הסיגנל ללא פעילות אנזימטית אבל עם אפשרות לקישור חלבונים אחרים. סוג של מתווך (בין הרצפטור המזורחן לחלבון SOS). לחבלבון זה יש בצד אחד איזור SH2 שאיתו הוא נקשר לרצפטור ואיזור בצד שני SH3 שאיתו הוא קושר את SOS.

2. SOS - חלבון בעל איזור עשיר בפרולינים. לחלבון זה פעילות אנזימטית של GEF - Guanine Exchange Factor (מחליף GDP בGTP).

3. Ras - חלבון מסוג Small G-Proteins. אין להם תת יחידות בטא וגמא ואין להם רצפטורים בניגוד לחלבוני G הרגילים. במצב לא פעיל הם יהיו עם GDP וכדי להפעיל אותם צריך להפוך את זה לGTP על ידי חלבון GRF ספציפי של חלבון G קטן.

Front 22

מה קורה אם יש עודף בEGFR?

Back 22

סרטן.

Front 23

מה קורה אם Ras מתקלקל?

Back 23

סרטן.

מתקבל כתוצאה "מלכידת" החלבון במצב GTP וחוסר בחלבון עם פעילות GEF שיודע להחליף אותו.

Front 24

כיצד חלבון האינסולין מבצע את פעילותו כגורם גדילה (עד השלב שבו Ras משופעל)?

Back 24

אינסולין נקשר לקולטן שלו וכתוצאה מכך הוא עובר דימריזציה וזרחון הטירוזינים שלו. לאחר מכן, חלבון IRS-1 נקשר אליו עם איזור SH2. הרצפטור מזרחן אותו בטירוזינים ולאחר מכן נקשר אליו Grb-2 בעזרת איזורי SH2. חלבון SOS מתחבר לGrb-2 על ידי איזור SH3 ומופעל בתור GEF של Ras. חלבון Ras מגיע אליו ומופעל.

Front 25

מהי דרך פעולתו של חלבון Ras?

Back 25

חלבון Ras קורא לחלבון Raf-1 שכשאר הוא מחובר לRas הוא מופעל. Raf-1 מזרחן את האנזין MEK בשני אתרים בהם יש סרינים ותראונינים. MEK מזרחן חלבון בשם ERK באיזור TEY שבו יש תראונין וטירוזין סמוכים. ERK נכנס אל הגרעין ומזרחן פקטורי שיעתוק והם נקשרים לDNA ומפעילים שיעתוק של גנים ספציפיים.

Front 26

אילו קומפלקסים בשרשרת הנשימה יוצרים את גרדיאנט הפרוטונים?

Back 26

קומפלקסים 1,3 ו-4.

Front 27

מה זה?

כמה מצבי חמצון יש לו?

מה תפקידו?

כמה ATP ניתן להרוויח ממולקולה מחוזרת לגמרי?

Back 27

זוהי מולקולת NAD+.

יש לה מצב חמצון אחד (NAD+ --->NADH).

נשא אלקטרונים

אם נוצר בציטוזול - 2ATP

אם נוצר במיטוכונדריה - 3ATP

לכן - 2.5ATP.

NADH בנוי מקבוצת אדניןף שני סוגרי ריבוז המחוברים בשני פוספטי ומרכז פעיל טבעתי בשם nicotineamide.

*למרות שכותבים NAD+ בצורתו המחוזרת המטען הכולל של המולקולה הוא 0 בזכות שני הפוספטים.*

Front 28

מהו פלאבין? מהם שתי הצורות שלו בתא? מהם שני הדרכים בהם ניתן לחזר פלאבין?

Back 28

פלאבין הוא נשא אלקטרונים נוסף בתא.

FMV - מבנה של שלוש טבעות ניקוטיניות, סוכר ופוספט.

FAD - אותו מבנה אך לו נוספו עוד פוספט, ריבוז ואדנין (התוספות מסומנות באדום).

שני הדרכים בהם נייתן לחזר פלאבין:

1. חיזור על ידי קבלת שני אלקטרונים בבת אחת.

2. חיזור בשלבים העובר דרך יצירת רדיקל של פלאבין.

כל שלב הוא הפוך ולכן גם חמצון הפלאבין יכול להיעשות בשלב אחד או בשתיים.

Front 29

מהם מרכזי ברזל-גופרית?

Back 29

ישנם שני סוגים בתא:

1. מכילים ארבעה אטומי ברזל וארבעה אטומי גופרית.

2. מכילים שני אטומי גופרית ושני אטומי ברזל.

שני המרכזים מסוגלים לתפוס ולמסור רק אלקטרון אחד.

Front 30

מה זה?

כמה אלקטרונים יכול לשאת?

איפה הוא נמצא?

Back 30

זה יוביקווינון (Ubiquinone)

הוא יכול לשאת עד 2 אלקטרונים אך יכול גם אלקטרון אחד.

היוביקווינון היא מולקולה הידרופובית שיכולה לשחות בממברנה. הוא נמצא בבממברנת המטריקס של המיטוכונדריה.

הוא נמצא בריכוז גבוהה יחסית בממרנה ולכן ניתן להגיד על הממברנה של המטריקס שהיא עשיה במולקולות יוביקווינון.

Front 31

מהו ציטוכרום?

ממה הוא בנוי?

כיצד הוא קולט אלקטרונים?

Back 31

ציטוכרום הינו חלבון אשר במרכזו ישנה קבוצה פרוסטטית Heme.

קבוצת ההם בנויה ממולקולות עם טבעות אמידיות שבמרכז ברזל היוצר ארבעה קשרים עם הטבעות.

הציטוכרום קולט אלקטרונים בעזרת קבוצת ההם כאשר דבר זה מתבצע על ידי שינוי בדרגת החמצון של הברזל מ+3 ל+2. זהו תהליך הפיך.

Front 32

כיצד קומפלקס I מעביר אלקטרונים ולמי?

Back 32

קומפלקס I הוא קומפלקס ענק המורכב מהרבה תת יחידות וצורת דומיית L יש לו חלק הידרופובי השקוע בממברנה וחלק הידרופילי החשוף למטריקס.

הוא מעביר את האלקטרונים שהוא קולט מNADH אל יוביקווינון.

מסלול העברת האלקטרונים מורכב ממולקולה אחת של פלאבין ו9 מרכזי גופרית ברזל.

הפלאבין מקבל שתי אלקטרונים; אחד מהתמיסה ואחד מNADH. ולאחר מכן הוא מעביר את האלקטרונים (אחד אחד!) אל מרכזי הברזל גופרית. ככה הוא עובר את 9 מרכזי הברזל גופרית עד שהוא מגיע לאתר פעיל הקושר יוביקווינון שמחזר אותו.

Front 33

כמה פרוטונים שואב קומפלקס I על כל מולקולת NADH?

Back 33

4

Front 34

למולקולת היוביקווינון יכולים להיות 3 שמות התלויים במצב החמצון שלה. מהם?

Back 34

1. מצב מחומצן בו הוא אינו נושא אלקטרונים - יוביקווינון.

2. מצב מחוזר למחצה בו הוא מחזיק אלקטרון אחד - סמיקווינון.

3. מצב מחוזר באופן מלא בו הוא מחזיק שני אלקטרונים - יוביקווינול.

Front 35

מהם שתי השמות שניתן לתת לקומפלקס II?

Back 35

אם מתייחסים לשרשרת הנשימה השם יהיה:

Succinate:Ubiquinone Reductase

אם מתייחסים למעגל קרבס השם יהיה:

Succinate dehidrogenase

Front 36

כיצד קומפלקס II מעביר אלקטרונים ליוביקווינון?

Back 36

קומפלקס זה בנוי מארבע תת יחידות כאשר 2 הידרופיליות ופונות למטריקס ו2 הידרופוביות ותקועות בממברנה.

הוא מקבל את האלקטרונים שלו כתוצאה מחמצון Succinate. מקבל האלקטרונים הראשון הוא פלאבין הקשור לריבונוקליאוטיד אדנין (FAD). ולאחר מכן יש שלושה מרכזי ברזל גופרית ומרכז פעיל שוקשר יוביקווינון ומחזר אותו.

גם במקרה זה הפלאבין מוסר אלקטרון אחד כל פעם למרכז ברזל גופרית ושם האלקטרון עובר עד שהוא מגיע למרכז הפעיל.

המרכז הפעיל בנוי ממרכז ברזל גופרית שחסר לו ברזל אחד.

Front 37

כמה פרוטונים שואב קומפלקס II על כל מולקולת Succinate?

Back 37

0

Front 38

תאר את המבנה של קומפלקס III

Back 38

קומפלקס III הוא בעל 11 תת יחידות אך מורכב מארבעה חלקים כאשר שלושה מהם נמצאים בתוך הממברנה ואחד במטריקס המחזק יחד את המבנה. הוא מורכב מכמה קבוצות הם וכמה מרכזי ברזל גופרית. בנוסף, ישנם שני אתרים לקשירת יוביקווינון כאשר Qp קושר יובקווינון מחוזר ואילו Qn קושר יוביווינון מחומצן.

האלקטרונים עוברים במנגנון הנקרא Q-Cycle.

Front 39

תאר את מנגנון Q-Cycle.

Back 39

מנגנון חופר

Front 40

עכשיו באמת

Back 40

בשלב הראשון ננס יוביקווינול מחוזר מהממברנה לאתר Qp. הוא מתחמצן ומוסר את האלקטרונים (יחד עם הפרוטונים) שלו המועברים לקבוצות הפרוסטטיות, 2 פרוטונים יוצאים אל המטריקס. לאחר מכן אלקטרון אחד מועבר אל cytochrome C והוא יוצא מהאתר שלו (שכן הוא יכול לתפוס רק אלקטרון אחד) ואלקטרון שני מועבר ליוביקווינון מחומצן שהופך לצורתו הרדיקלית (סמיקווינון) המיוצבת על ידי האנזים.

תהליך זה חוזר על עצמו עוד פעם אחד כדי לחזר את הסמיקווינון ליוביקווינול.

Front 41

מהם התוצרים הסופיים של קומפלקס III (פרוטונוים שנשאבו, יוביקוונון וציטוכרום C)?

Back 41

Front 42

היכן ציטוכרום C נמצא ומהם שלושת המצבים בהם הוא יכול להימצא?

Back 42

ציטוכרום C קשור לממברנה בין קומפלקס III לקומפלקס IV. הוא טעון חיובית ולכן הוא נמשך אל המממברנה שמטענה שלילי. ציטוכרום C יכול לזוז בדיפוזה מהאתר הפעיל של קומפלקס III לאתר הפעיל של קומפלקס IV.

שלושת המצבים בהם הוא יכול להימצא:

1. קשור לממברנה

2. קשור לאתר הפעיל בקומפלקס III

3. קשור לאתר הפעיל בקומפלקס IV.

Front 43

מה יקרה אם תהיה מוטציה בחלבון Cytochrome C שתבטל חלק מהליזינים (Lys) והארגנינים (Arg) המצויים על פני השטח שלו?

Back 43

מולקולת הHeme תמשיך לתפקד ותוכל לקשור אלקטרונים אך החלבון יפסיק ליצור קשר עם הממברנ ועם הקומפלקסים III ו-IV כי המטען שלו יהיה פחות חיובי.

Front 44

תאר את המבנה של קומפלקס IV.

Back 44

זהו הקומפלקס האחרון בשרשרת, הוא בנוי משלוש תת יחידות כאשר השתיים המרכזיות הן תת יחידות I ו-II. בתת יחידות אלו ישנם אתרים קושרי אלקטרונים. תפקיד תת יחידה II הוא מבני - להחזיק את תת יחידות I ו-II ביחד.

בתת יחידה I יש קבוצה פרוסטטית של שתי אטומי נחושת Coopr-A ועוד שתי קבוצות Heme.

בתת יחידה II יש קבוצת נחושת Copper-B.

Front 45

תאר את תהליך מעבר האלקטרונים בקומפלקס IV.

Back 45

בתחילה Cytochrome-C מעביר את האלקטרונים שלו אל קבוצת Copper-A. לאחר מכן האלקטרון עובר לקבוצת Heme ואז לקבוצת Copper-B הקושרת באופן בלתי נפרד מולקולת Heme והיא תיקרא מולקולת Heme-a3. בזכות קשר זה מולקולת Heme זו יכולה לשאת 2 אלקטרונים. בהתחלה האלקטרון מתיישב על הברזל ולאחר מכן על הנחושת.

אלקטרונים עוברים מהברזל והנחושת לכל אחד מהחמצנים של מולקולת חמצן אטמוספירת לאחר מכן מתחיל סיבוב נוסף של חיזור מולקולות הHeme-a3 אך הפעם עם האלקטרון מגיע גם פרוטון, שניהם עוברים יחד לחמצן ונוצר גשר אלקטרוני - Ferryl intemediate.

בשלב הבא מגיע אלקטרון רביעי בתוספת רוטון מהציטוכורום עד לHeme-a3 והם נקשרים לאטום החמצן השני שאינו מכיל מימן. הגשר האלקטרוני כבר לא יציב ומתפרק ונוצר מצב הידרוקסידי. מצב הביניים ההידרוקסידי קולט שני פרוטונים נוספים ומשחרר את ההידוקסידים המחוזרים כמולקולות מים.

Front 46

מהו מצב Ferryl intemediate?

Back 46

כאשר שלושת האלקטרונים משותפים לארבעת האטומים; ברזל, 2 חמצנים ונחושת.

Front 47

מהו מצב הידרוקסידי?

Back 47

מצב בו לברזל קשור OH ולנחושת קשור OH.

Front 48

כמה אלקטרונים צריך כדי לחזר מולקולת חמצן אטמוספרי?

Back 48

4 אלקטרונים המגיעים מ4 חלבונים Cytochtome C.

2 מימנים המגיעים עם 2 מהאלקטרונים מהציטוכרום (שגם הם נשאבים מהמטריקס) ועוד 2 מימנים המגיעים מהמטריקס.

Front 49

איזה מעכבים יש לקומפלקס IV וכיצד הם עובדים?

Back 49

CO וציאניד.

הם יוצרים קשר חזק בין אטומי הברזל והנחושת בקומפלקס IV ולכן מונעים קליטה של החמצן.

Front 50

כמה פרוטונים עוברים בעזרת קומפלקס IV ולאן?

Back 50

פרוטונים שהולכים למולקולת המים: 2 מימנים המגיעים עם 2 מהאלקטרונים מהציטוכרום (שגם הם נשאבים מהמטריקס) ועוד 2 מימנים המגיעים מהמטריקס.

פרוטונים שנשאבים מהמטריקס החוצה: 4.

סה"כ 8 פרוטונים עוברים מהמטריקס למקום אחר.

Front 51

מהם שני הדרכים בהם ניתן להכניס מולקולות NADH שנוצרו בתהליך הגליקוליזה אל תוך המיטוכונדריה?

Back 51

1. Glycerol-Phosphate shuttle

2. Malate-Aspartate shuttle

Front 52

תאר את דרך פעולת Glycerol-Phosphate shuttle.

Back 52

מערכת זו מורכבת משני אנזימים זהים הנקראים Glycerol-3-Phosphate dehidrogense. ההבדל בינהם הוא שאחד ציטוזולי ואחד מיטוכונדריאלי.

בשלב הראשון G3PD מעביר שני אלקטרונים של NADH להידרואצטון פוספט. התוצרים הםNAD וGlycerol-3-Phosphate.

בשלב הבא G3PD המיטוכנדריאלי (שהוא חלבון ממברנלי) מחמצן את G3P ומעביר את האלקטרונים לפלאבין (FAD) וממנו אל יוביקווינון.

Front 53

תאר את דרך פעולת Malate-Aspartate shuttle.

Back 53

האלקטרונים של NADH עוברים לאוקסלואצטט על ידי האנזים Malate Dehydroganse והוא הופך למלאט. מלאט יכול לעבור בקלות דרך הממברנה של המיטוכונדריה (בעזרת נשאים). בשלב הבא NAD מיטוכונדריאלי מחוזר על ידי מלאט לNADH והופך חזרה לאוקסלואצטט על ידי Malate Dehydrogenase מיטוכונדריאלי.

האוקסלואצטט יכול להמשיך במעגל קרבס והNADH ילך לשרשרת הנשימה.

אם רוצים להחזיר את אוקסלואצטט אל הציטוזול התא יחבר לו קבוצת אמינו על ידי Aspartate aminotransferase והוא יהפוך לאספרטאט (Asp) נשאים מיטוכונדריאלים מעבירים אותה החוצה כדי להמשיך את המעגל.

Front 54

איזה שאטל עדיף מבחינה תרמודינמית?

Back 54

Malate-Aspartate shuttle

Front 55

תאר את מבנה האנזים ATP synthase.

Back 55

אנזים זה בנוי משני חלקים:

1. F0 - חלק הידרובפובי מאוד המכיל את תעלת הפרוטונים שתפקידה בעברת הפרוטוני מהציטוזול למטריקס. הוא בנוי משלושה חלקים:

a. חלק הידרופובי מאוד ומקשר בין חלקים b ו-c.

b. חלק המכיל שלוחות הידרופיליות שנשלחות לציטופלזמה.

c. מכין 10-12 תת יחידות ומהווה את תעלת הפרוטונים. כל תת יחידה בנויה משני סלילי אלפא.

2. F1 - חלק קטאליטי, מטפל בסינתזה של הATP. ראש האנזים הוא מבנה מעגלי המורכב משלוש יחידות אלפא ושלוש יחידות בטא לסירוגין המחוברות על ידי יחידה גמא. גמא מכילה שני סלילים שנכנסים למרכז מערכת המבנים אלפא ובטא.

Hint 55

F1 וF0

Front 56

תאר את אופן הפעולה של הרוטור.

Back 56

תת היחידות c וגמא הקשורה אליה מהוות את יחידת הרוטור. הכח המניע את סיבוב המנוע הוא מפל הפרוטונים האלקטרוכימי.

הפרוטון נכנס דרך תת יחידה a. לאחר כניסתו רק סיבוב של יחידה c מאפשר לפרוטן להגיע ליציאה שלו במערכת a.

כאשר תת יחידה גמא מסתובבת בעודה קשורה לתת יחידה c הסלילים הנמצאים על יחידה גמא מסתובבים גם הן.

Front 57

תאר את מבנה הסטטור.

Back 57

הסטטור הינה מערכת אלפא-בתא. במרכזם יושבים סלילי גמא והחלבונים מסודרים לסירוגין. על כל חלבון בתא יש אתר קטליטי.

Front 58

מהן שלוש הקונפורמציות שיכולות להיות לתת יחידה בתא?

Back 58

1. קונפורמציית Tight - מתקבלת כאשר סליל גמא רחוק ככל הניתן מהאתר. קונפורמציה זו מאפשר קישור לATP.

2. קונפורמציית Open - בסיבוב של 120 מעלות (עם כיוון השעון) בשלב זה סליל הגמא "לוחץ" על האתר הקטליטי והוא פולט את הATP.

3. לאחר סיבוב נוסף של 120 מעלות האתר נפתח בצורה המאפשרת לו לקשור ADP + Pi.

Front 59

באיזו שלב ישנה השקעת אנרגיה? למה?

Back 59

בשלב הוצאת מולקולת הATP אל התמיסה.

מכיוון שהתגובה של ATP עם המים גורמת להפרש חיובי מאוד גבוה בין האנרגיה החופשית של ATP בתוך האתר הפעיל לאנרגיה של ATP עם מים. האנרגיה לתהליך זה נשאבת מסיבוב הרוטור על ידי תנועת הפרוטונים.

Front 60

כמה פרוטונים דרושים לסיבוב של 360 מעלות של הסטטור? כמה מולקולות ATP יווצרו כתוצאה מכך?

Back 60

דרושים 10-12 פרוטונים לסיבוב שלם של הסטטור שבמהלכו נוצרות 3 מולקולות ATP. כלומר, צריך בין 3.3-4 פרוטונים ליצירת מולקולת ATP אחת.

Front 61

כיצד מוציאים ATP לציטוזול?

Back 61

על ידי הנשא Adenin-nucleotide translocase. זהו טרנספורטר מסוג erAntiport המעביר ATP לציטוזול תוך הכנסת ADP למיטוכונדריה.

Front 62

כיצד מכניסים Pi למיטוכנדריה?

Back 62

על ידי הנשא Phosphate Translocase. זהו טרנספורטר מסוג Symporter שמכניס אל תוך המיטוכונדריה פוספטים בתוספת של מימנים.

Front 63

תמונה של שתי הנשאים.

Back 63