C5720 Biochemie
25_Speciální metabolické dráhy
11/5/2018
1
Petr Zbořil

Obsah
•Speciální metabolické dráhy.
•Mikrosomální elektronový transport, cyt P450.
•Nitrogenasový systém.
•
11/5/2018
Petr Zbořil
2

Mikrosomální elektronový transport
•Elektronový transport
o– aktivace kyslíku – reakce se substrátem – monooxygenace
•Řetězec elektronového transportu CYT P450
o– nutnost redukce ½ O2
•Mikrosomální
omálo specifický, metabolismus xenobiotik
•Mitochondriální
ospecifický, metabolismus eobiotik (steroidy, MK atd.)
•Základem hydroxylace
ovýsledkem i dehalogenace, deaminace, N- a O-dealkylace, epoxidace aj. – multifunkční oxidázy
•Lokalisace v membráně, zdrojem elektronů NADPH
11/5/2018
Footer Text
3

Systém Cyt P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Schema lokalisace v membráně ER
ozdrojem elektronů NADPH
•
11/5/2018
Footer Text
4

Systém Cyt P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Elektrony dodává z NADPH CYT P450 reduktáza
o– vícefunkční enzym
•
11/5/2018
Footer Text
5

Systém Cyt P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•CYT P450 reduktáza - obsahuje FAD i FMN
•
11/5/2018
Footer Text
6

Systém Cyt P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Reakční cyklus Cyt P450
•
11/5/2018
Footer Text
7

Systém Cyt P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Příklad transformace xenobiotika
oalifatická hydroxylace pentobarbitalu
•
11/5/2018
Footer Text
8

Systém Cyt P450
•Typy přeměn
•Hydroxylace – alifatická, aromatická
•O- nebo N-dealkylace
•Oxidace dvojné vazby
•N-oxidace
•S-oxidace
•Oxidační deaminace
•Oxidace alkoholů
•Oxidační dehalogenace
•
•Nomenklatura
•
•CytP450 1A2 rodina – 40% homologie
• podrodina – 59%
• isoforma
•
11/5/2018
Footer Text
9

Systém Cyt P450
•57 lidských cytP450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
11/5/2018
Footer Text
10






Sterols
Xenobiotics
Fatty Acids
Eicosanoids
Vitamins
Unknown
1B1
1A1
2J2
4F2
2R1
2A7
7A1
1A2
4A11
4F3
24A1
2S1
7B1
2A6
4B1
4F8
26A1
2U1
8B1
2A13
4F12
5A1
26B1
2W1
11A1
2B6

8A1
26C1
3A43
11B1
2C8


27B1
4A22
11B2
2C9



4F11
17A1
2C18



4F22
19A1
2C19



4V2
21A2
2D6



4X1
27A1
2E1



4Z1
39A1
2F1



20A1
46A1
3A4



27C1
51A1
3A5





3A7

Systém Cyt P450
•Inducibilní enzymy – monitorování životního prostředí
•XENOBIOCHEMIE
• metabolismus cizorodých látek, účast P450
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Metabolická aktivace xenobiotik v 1. fázi – vznik reaktivních sloučenin – toxicita, kancerogenita
aj.
•
11/5/2018
Footer Text
11

Nitrogenasový systém
•Asimilace N – ze sloučenin anorganických do organických
oběžné (rostliny, mikroorganismy obecně)
•N2 – inertní, problém převést na sloučeninu
• kyslíkaté – výboje
• redukce na NH3 – energeticky náročná
•
• N2 + 3H2            2NH3        DG°' = 32,6 kJ.mol-1
•
•Technologicky – katalýza (pův. Os a U, dnes Fe3+, 400 – 650 oC, 10 – 40 MPa)
• – Haber-Bosch 1913
•         – spotřebuje ca 1% veškeré celosvětově produkované energie
•
•Biochemicky – enzymová katalýza + ATP
•          – probíhá za mírných podmínek
11/5/2018
Footer Text
12

Nitrogenasový systém
•Redukce dusíku probíhá podle rovnice
•
• N2 + 8H+ + 8e- 2NH3 + H2
•
•na každý elektron se spotřebují  2 ATP, tedy
•
• 16 ATP    →    16 ADP + 16Pi
•
•Celkově
•
• N2 + 4NADH+ H+ + 16MgATP   →   2NH3 + H2 + 4NAD+ + 16MgADP + 16Pi
•
•Tato redukce je omezena na několik mikroorganismů – symbiotické a volně žijící
•Rhizobium – symbiont vikvovitých rostlin
•Azotobacter, Klebsiella, Clostridium a cyanobakterie (vodní)
•
11/5/2018
Footer Text
13

Nitrogenasový systém
•Reakce je katalysována nitrogenázovým komplexem složeným
oz FeS-proteinu dinitrogenasa reduktasy (složena ze 2 podjednotek o ca 65 kD, obsahuje 4Fe a 4S na
dimer, citlivá na kyslík)
oa MoFe-proteinu dinitrogenasy (a2b2 heterotetramer s velkým redoxním centrem obsahujícím Fe4S3 a
Fe3MoS3 spojené 3 sulfidovými skupinami)
•
•
11/5/2018
Footer Text
14

Nitrogenasový systém
•Nitrogenasová reakce může být rozložena do 3 kroků:
oredukce FeS-proteinu externím donorem elektronů
oredukce MoFe-proteinu redukovaným FeS-proteinem – ta je usnadněna fosforylací FeS-proteinu
oredukce N2 MoFe proteinem
•
•
11/5/2018
Footer Text
15

Nitrogenasový systém
•První reakce vyžaduje NADH a je katalysována feredoxinem.
•Ve druhém stupni dochází ke spřažení s exergonickým pochodem – hydrolýzou ATP.
oPodstatou je snížení redoxpotenciálu (z -250 mV na -400 mV , jinde z -350 mV na       -450 mV) po
fosforylaci proteinu, to umožní redukovat koncový enzym – FeMo-protein o nízkém E’0, jenž je pak
schopen redukce N2.
•
•
11/5/2018
Footer Text
16

Přenos elektronu mezi  FeS klastry
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
11/5/2018
Footer Text
17

Vazba N2 v klastrech dinitrogenasy
11/5/2018
Footer Text
18

Nitrogenasový systém
•
•
•Nitrogenasa (podobně jako RUBISCO) je syntesována ve velkých množstvích, u diazotofytů tvoří až
10% všech bílkovin (efektivita symbiosy).  •Nitrogenasa redukuje i jiné substráty se strukturou
podobnou N2, dobrým měřítkem její aktivity je redukce acetylenu:
•HCCH + 2e- + 2H+   →      H2CCH2
•
•
11/5/2018
Footer Text
19

Nitrogenasový systém
•Problém citlivosti ke kyslíku
oprodukce leghemoglobinu odčerpávajícího O2 (v rostlinné buňce, kodován v jejím jádře)
•Symbiosa – rostlina zásobuje symbionta metabolity (z TCA)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
11/5/2018
Footer Text
20

Fixace dusíku
•
•Možnosti GMO – nitrogenázy v rostlinách.
•
•Jiné typy nitrogenas (V místo Mo, účast azotoflavinu aj.)
•
11/5/2018
Footer Text
21

•
•
•
•DĚkuji za pozornost
11/5/2018
Footer Text
22