Η κατασκευή των οργανισμών. Βιοχημική συνέχεια. Μέρος Τέταρτο. ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ: Μακρομόρια συγκροτούνται σε λειτουργικά μακρομόρια και υπερμοριακά συγκροτήματα, και δίνουν ένζυμα, βασικές μεμβράνες, ριβοσώματα, ινίδια, κολλαγόνο, ιούς, φάγους κ.α

Δήμητρα Σπανού, χημικός 1ο Γυμν. Δάφνης

σε τελικό στάδιο

ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ, ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΜΕΝΗ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ, ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ

ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΟΜΟΙΩΝ ΥΠΟΜΟΝΑΔΩΝ

Α. ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ

 Η αναδίπλωση της πεπτιδικής αλυσίδας και η διαμόρφωση στο χώρο της δευτεροταγούς δομής, επιρεάζεται από την πρωτοταγή δομή δηλαδή την αλληλουχία των αμινοξέων, και ιδιαίτερα  από την ύπαρξη αλυσίδων α έλικας και β πτυχωτών επιφανειών γιατί αυτά τα δύο χαρακτηρίζονται από μια κανονικότητα της δημιουργίας δεσμών υδρογόνου, μεταξύ -CO και -NH της κύριας αλυσίδας.  (C=O-H-N)

α έλικα Για να δημιουργηθεί η α έλικα με 3,6 αμινοξέα ανά στροφή, πρέπει οι πεπτιδικές αλυσίδες να βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και γύρω από το α άτομο άνθρακα, οι γωνίες περιστροφής (που αντιστοιχούν στο ενεργειακό ελάχιστο) καθώς και οι γωνίες των επίπέδα των πεπτιδικών ομάδων να είναι συγκεκριμένες. Αμινιξέα που ευννοούν τη δημιουργία α έλικας είναι η αλανίνη το γλουταμινικό, η λευκίνη, η μεθειονίνη η γλουταμίνη, η λυσίνη

β πτυχωτές επιφάνειες Οι υδρογονικοί δεσμοί, σχηματίζονται μεταξύ τμημάτων από διαφορετικές περιοχές, της ίδιας αλυσίδας ή διαφορετικών. Βασική μονάδα της β πτύχωσης είναι ο β κλώνος. β κλώνοι μποεί να είναι παράλληλοι ή αντιπαράλληλοι.

H τριπλή έλικα του κολλαγόνου Στο κολλαγόνο δημιουργούνται τρεις τέτοιες έλικες που συστρέφονται η μια στην άλλη σαν σκοινί. Έτσι δημιουργούνται ινίδια

Τριτοταγής δομή Η πεπτιδική αλυσίδα διπλώνεται. Εκτός από την α έλικα και την β πτύχωση, πρέπει στην πεπτιδική αλυσίδα να υπάρχει ένα κομμάτι σαν φουρκέτα που επαναλαμβάνεται τακτικά. Η στερέωση της δομής αυτής, γίνεται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ πάγιων συνήθως αλυσίδων και επίσης με ιοντικούς, υδρόφοβους των πλευρικών ομάδων και δισουλφιδικούς δεσμούς.

Β. ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΙΝΙΔΙΩΝ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟΥ

Το κολαγόνο  είναι μια από τις σημαντικότερες εξωκυττάριες δομικές πρωτεϊνες με την γλυκίνη Gly να επαναλαμβάνεται σε κάθε τρίτη θέση Αυτοσυγκροτείται σε ινίδια τροποκολλαγόνου μήκους 3000Αο  και πάχους 15-20Αο περίπου όταν α. τρες πρωτεϊνικές αλυσίδες κολλαγόνου, ορισμένα αμινοξέα υδροξυλιώνονται και συνδέονται πλευρικά μεταξύ τους για την δημιουργία με αυτοσυγκρότηση ινών κολλαγόνου (προκολλαγόνο). (τριπλή έλικα)

Η σύνθεση των πολυπεπτιδικών αλυσίδων γίνεται στα ριβοσώματα, οι μετατροπές όπως υδροξυλιώσεις και μερικές φορές προσθήκες σακχάρων και έκκριση μορίων προκολλαγόνου από το σύμπλεγμα Golgi και μετα από περαιτέρω μετατροπές-διασπάσεις αμίνο τελικού άκρου (τροποκολλαγόνο) ακολουθεί   εξωκυττάρια αποκοπή  -την βοήθεια ενζύμου του τροποκολλαγόνου για την 1η  αυτοσυγκρότηση ινών κολλαγόνου μέσα στο κύτταρο. Τα είδη του κολλαγόνου που υπάρχουν λόγω επιμέρους διαφοροποιήσεων είναι περίπου 20, όμως αυτά που χησιμοποιούνται περισσότερο είναι 5,

Από το σύμπλεγμα Golgi  πρέπει να βγουν από το κύτταρο  αλυσίδες κολλαγόνου αφού έχουν συμπτυχθεί σε προκολλαγόνο. Αν βγουν μεμονωμένες,   αυτό θα είχε σαν αποτέλεσμα, εύθραυστο και λεπτό δέρμα. 

Έξω από το κύτταρο τα ινίδια τριπλής έλικας τροποκολλαγόνου αυτοσυγκροτούνται 2η φορά  με αξονική μετατόπιση. Και αυτή η αυτοργάνωση δεν είναι τυχαία, αλλά εμφανίζεται επαναλαμβανόμενες ομάδες αμινοξέων σε συγκεκριμένες αποστάσεις (670Α^ο)

Την συγκρότηση αυτών των ινών κολλαγόνου ενισχύει το αλάτι, ενώ αντίθετα οξέα όπως το οξικό αποσυνθέτουν τις διατάξεις αυτές και διαλύουν τις ίνες.

Η παρουσία ΑΤΡ δημιουργεί ίνες κολλαγόνου που τα ινίδια βρίσκονται σε παράλληλη σύνδεση ενώ η παρουσία γλυκοπρωτεϊνών δημιουργεί αντιπαράληλλη αυτοσυγκρότηση στα ινίδια αυτά και μικρής περιοδικότητας 2600Α^ο .

Από τους πέντε τύπους κολλαγόνου οι ΙV  V  δεν αποκόπτωνται και αποτελούν συστατικά βασικών μεμβρανών

Γ.ΑΥΤΟΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΩΝ ΔΟΜΩΝ ΣΤΟΝ ΕΞΩΚΥΤΤΑΡΙΟ ΧΩΡΟ

Γ1. Η ΣΥΝΔΕΣΗ ΤΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΦΙΜΠΡΟΝΕΚΤΙΝΗΣ, ΜΕ ΤΗΝ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΤΟΥ ΚΥΤΤΑΡΟΥ ΑΦ ΕΝΟΣ

 ΚΑΙ ΜΕ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟ ΑΦ ΕΤΕΡΟΥ, 

ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙ  ΣΚΕΛΕΤΟ, ΠΑΝΩ ΣΤΟΝ ΟΠΟΙΟ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΖΕΤΑΙ ΤΟ ΜΟΡΙΟ ΤΟΥ ΚΟΛΛΑΓΟΝΟΥ

Η φιμπρονεκτίνη (ινονεκτίνη) είναι μια δομική πρωτεϊνη μεγάλου μοριακού βάρους που συναντάται σαν διαλυτή στο πλάσμα του αίματος και σαν αδιάλυτη στον εξωκυττάριο χώρο

Η εξωκυττάρια, αποτελείται από δύο πολυπεπτιδικές αλυσίδες που συνδνται στα καρβοξυτερματικά τους άκρα. Κάθε αλυσίδα αποτελείται από τρεις ενότητες Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, με αντιπαράλληλα φύλλα. Ο τύπος Ι και ΙΙ σταθεροποιούνται με δισουλφιρικούς δεσσμούς

Από την ΙΙΙ ενότητα κάποια μέρη της μπορεί να υπάρχουν και μέσα στο κύτταρο. 

Στο μόριο της φιμπρονεκτίνης υπάρχουν περιοχές που μπορεί να συνδεθεί με άλλα μόρια φιμπρονεκτίνης δημιουργώντας μήτρα ινονεκτίνης. Αλλά το σημαντικό είναι ότι μόρια κολλαγόνου συνδέονται στο ένα άκρο  αυτής της γλυκοπρωτεϊνης, ενώ η άλλη άκρη του μορίου συνδέεται με την κυτταρική επιφάνεια,  μέσω μεμβρανικών πρωτεϊνικών υποδοχέων. (ιντεργκρίνες)

Στις φιμπρονεκτίνες υπάρχουν ακόμα κι άλλοι τομείς δέσμευσης για ινώδη, ινωδίνης, ηπατίνης, συνδεκάνης 

Γ2. ΠΩΣ Η ΔΙΑΛΥΤΗ ΦΙΜΠΡΟΝΕΚΤΊΝΗ ΣΤΟ ΠΛΑΣΜΑ ΤΟΥ ΑΙΜΑΤΟΣ

 ΒΟΗΘΑ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΩΡΙΝΗ ΕΠΟΥΛΩΣΗ ΠΛΗΓΩΝ ΚΑΙ ΠΩΣ ΑΛΛΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΥΝ ΣΤΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΗ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ

Η διαλυτή φιμπρονεκτίνη του πλάσματος όταν υπάρχει πληγή, μαζύ με το ινώδες, σχηματίζει θρόμβο αίματος που σταματά την αιμορραγία και προστατεύει τον υποκείμενο ιστό. Στη συνέχεια καταυθάνουν εκεί άλλα κύτταρα , τα μακροφάγα και ινοβλάστες, εκκρίνουν πρωτεάσες και μεταλλοπρωτεάσες της θεμέλιας ουσίας που εκκρίνουν ινονεκτίνη και τη συναρμολογούν σε μια αδιάλυτη μήτρα. Στη συνέχεια η φιμπρονεκτίνη κατακερματίζεται από πρωτεάσες και θεωρείται ότι αυτό βοηθά στην επούλωση του τραύματος. γιατί τα θραύσματα της φιμπρονεκτίνης, ενισχύουν την δέσμευση κυττάρων με ιντεργκρίνη επιτρέποντας έτσι να προσκολλώνται και να συνδέονται.

Γ3 ΥΠΕΡΜΟΡΙΑΚΗ ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΤΩΝ ΒΑΣΙΚΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

Οι βασικές μεμβράνες είναι εξειδικευμένες δομές της μεσοκυττάριας ουσίας, ένα συνεχές στρώμα  εξωκυττάριας ουσίας, που παρεμβάλεται  μεταξύ κυττάρων και συνδετικού ιστού και συμμετέχουν σε φυσιολογικές βιολογικές λειτουργίες, όπως η υπερδιήθηση, η δομική υποστήριξη, η διαμερισματοποίηση, η κυτταρική σύνδεση. Αναγνωρίζονται σε όλα τα σπονδυλωτά και ασπόνδυλα με εξαίρεση τους σπόγγους.

 Παραδείγματα τέτοιων βασικών μεμβρανών είναι στα νεφρικά σπειράματα στους νεφρούς, στις πνευμονικές κυψελίδες, στους επιθήλιους ιστούς, στους βλεννογόνους κ.α.

Τα ειδικά συστατικά των βασικών μεμβρανών είναι το κολλαγόνοΙV, η λαμινίνη, ορισμένες πρωτεϊνογλυκάνες, το νιδιγόνο, η εντακτίνη, η φιμπρονεκτίνη, η πρωτεϊνη SPARC  και το κολλαγόνοVII. Το πάχος των βασικών  μεμβρανών είναι κατά μέσο όρο 0,05μm και εμφανίζεται σαν μια περιοχή πάνω από τα μόρια στην επιφάνεια  της κυτταρικής μεμβράνης και υποστρωμάτων που δημιουργούνται. Αναγνωρίζονται γλυκοπρωτεϊνες , πρωτεϊνογλυκάνες , ίνες κολλαγόνου ΙΙΙ, κ.α. Ειδικές αναλυτικές τεχνικές  δείχνουν να αποτελούνται από δύο υμένες τον διαυγή προς την μεριά των παρεγχυματικών κυττάρων και τον σκοτεινό προς τον μεσοκυττάριο χώρο. Επιπλέον στην επιφάνεια επαφής με τον συνδετικό ιστό, σε μερικές μεμβράνες βρίσκεται ο ινοδικτυωτός, όπως στα επιθήλια του δέρματος και των βλενογόνων, των βρόγχων, του επιθήλιου του μαστού και του προστάτη. Μερικές βασικές μεμβράνες παρουσιάζουν μόνο βασικό υμένα, όπως οι μεμβράνες της κάψας του φακού κ.α. 

ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ.

Βρέθηκε πως σε κάποιες περιπτώσεις εξωκυττάριες δομές μιμούνται και αναπαράγουν δομές μέσα στο κύτταρο.

Παράδειγμα στον κερατοειδή χιτώνα του ματιού, ο προσανατολισμός των ινών του ματιού δεν είναι τηχαίος αλλά κατευθυνόμενος εφόσον ακολουθεί γενικά, την οργάνωση του κυτταρικού σκελετού. 

ΚΑΤΕΥΘΥΝΟΜΕΝΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΙΚΟ ΤΟΙΧΩΜΑ ΤΩΝ ΦΥΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΜΕΝΗ ΣΥΓΚΡΟΤΗΣΗ

Ένας δεύτερος σημαντικός λόγος για να περάσουμε από τα βιολογικά μακρομόρια σε λειτουργικά μακρομόρια που θα εξελίξουν την κατασκευή αυτή σε κύτταρο - μονάδα ζωής  είναι,  η συνένωση αμινοξέων σε ολιγοπεπτίδια   και στη συνέχεια η κατασκευή πρωτεϊνικής φύσης βάσεων που μπορούσαν να δράσουν σαν καταλύτες

Έτσι με την επίδρασή τους δημιουργήθηκαν συνθετότερα βιομόρια εφόσον συνδυάστηκαν υλικά τόσο του υπέδαφους όσο και της ατμόσφαιρας

Α. ΡΙΒΟΖΥΜΕΣ ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΝ (ΚΑΤΑΛΥΟΥΝ) ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ

Σε αυτόν τον κύκλο δημιουργείται και το πρώτο RNA που συνδυαζόμενο με πρωτεϊνικές βάσεις εξελίσεται σε ριβοζύμες

Οι ριβοζύμες (ένζυμα ριβονουκλεϊκού οξέος ) είναι μόρια RNA που μπορούν να καταλύουν συγκεκριμένες βιοχημικές αντιδράσεις

• Μεταξύ των αντιδράσεων αυτών είναι το κόψιμο ή η σύνδεση DNA και  RNA η επεξεργασία του και η συνένωσή του στο γονίδιο .
• Ένα άλλο σημαντικό βήμα είναι η δημιουργία πεπτιδικών δεσμών (πρωτεϊνοσύνθεση) 

Από 4 έως 3,5 δισεκατομύρια χρόνια πριν οι ριβοζύμες  μπορούν να αντιγράψουν μια αλληλουχία πολυνουκλεοτιδίων όπως  να καταλύσουν και η δική τους σύνθεση, με βάση τον κανόνα της συμπληρωματικότητας των βάσων Αδενίνη -Θυμίνη (ουρανίλη) κ.λ.π.  

Είναι φανερό εδώ ότι αφ΄ ενός δημιουργείται ένας ενιαίος και καθολικός κώδικας αλλά και η ικανότητα της μετάφρασης του κώδικα αυτού έχει ξεκινήσει από πολύ νωρίς

Επίσης για να συμβαίνει αυτό  πρέπι να έχει ήδη δημιουργηθεί ένα  όργανίδιο και ενας μηχανισμός και πραγματικά  αυτό είναι το ριβόσωμα,

ένα αρχέγονο σωματίδιο που θεωρείται πως είχε δημιουργηθεί πριν από την ολοκλήρωση της κατασκευής του κυττάρου 

Η πρωτεϊνοσύνθεση που είναι προϋπόθεση για την κατασκευή ενζύμων έχει σαν αποτέλεσμα την καταλυτική σύνθεση άλλων μορίων

                                          Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ   ΛΟΥΚΑΣ Χ ΜΑΡΓΑΡΙΤΗΣ 1989

https://eclass.upatras.gr/modules/document/file.php/MED937/%CF%80%CF%81%CF%89%CF%84%CE%B5%CF%8A%CE%BD%CE%B5%CF%822018.pdf

https://eclass.duth.gr/modules/document/file.php/ALEX01216/Dialexeis/Domiki_3_2016.pdf

https://www.researchgate.net/figure/The-alterations-of-cells-phenotype-and-polarity-and-increase-their-ability-of-metastasis_fig2_270662682

Fibronectin - Wikipedia

Βασική μεμβράνη. Γενικό μέρος. (tosios.gr)

ΑΝΟΣΟΪΣΤΟΧΗΜΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΤΗΣ ΒΑΣΙΚΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΣΕ ΥΠΕΡΠΛΑΣΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΝΕΟΠΛΑΣΜΑΤΙΚΕΣ ΕΞΕΡΓΑΣΙΕΣ ΤΟΥ ΣΤΟΜΑΤΙΚΟΥ ΕΠΙΘΗΛΙΟΥ Κωνσταντίνος Ι. Τόσιος

βασική μεμβράνη του σπειράματος - Dr. Gkelis Medical Lexicon - Ιατρικό Λεξικό Δρ. Δ.Ν. Γκέλη

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΓΕΝΕΤΙΚΗ. Σαρρής Παναγιώτης Μοριακός Βιολόγος. Κλινική Χημεία MSc Μοριακή Μικροβιολογία- Βιοτεχνολογία MSc MOLBIOL_Sarris.pdf