BCH

ÚVOD

Základy biochemie KBC/BCH • Přednáška – 4 h, Út, Pá od 8:00 do 9:30 • Počet kreditů - 4

• Materiály budou na webu KBC • Další výukové materiály http://ibiochemie.upol.cz • Zkouška – písemná • předtermíny v týdnu 14.-18.12.2015 • řádné termíny ve zkouškovém období

Cílem předmětu • Získat základní znalosti obecné biochemie −Struktura biochemicky významných látek −Nejdůležitější chemické pochody v přeměnách biochemicky významných látek především z hlediska toku látek, energie a regulace

• Chemický pohled nezbytný −Biochemie vychází hlavně z poznatků organické chemie a ostatních chemických oborů

−Dále z poznatků medicíny, nauky o výživě, mikrobiologie, fyziologie, buněčné biologie, biofyziky a genetiky…

Doporučená literatura • Kodíček Milan, Biochemické pojmy, výkladový slovník http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002_v1/

• Příklad interaktivní elektronické učebnice: http://orion.chemi.muni.cz/e_learning/biochemie.htm

• Koolman J., Rohm KH: Barevný atlas biochemie, Grada, Praha 2012, ISBN 978-3-13-759404-8

• Garret R.H., Grisham Ch.M.: Biochemistry, ISBN -10: 0-49511464-2

• Voet D. a Voetová J.D.: Biochemie, ISBN 80-85605-44-9 • Berg, M. Jeremy, Tymoczko, L. John, Stryer Lubert: Biochemistry, ISBN 0-7167-8724-5.

Výukové prezentace byly připraveny s využitím publikací • Voet a kol.: Principles of Biochemistry, 4th Ed., Wiley 2012 • Fry, M.: Essential Biochemistry for Medicine, Wiley 2010 • Moran, L.A. a kol.: Principles of Biochemistry, 5th Ed., Pearson 2012

• Koolman J., Rohm KH: Barevný atlas biochemie, Grada, Praha 2012 • Matthews, C. K. a kol.: Biochemistry, Pearson 2012 • van Holde, K. E. a kol.: Principles of Physical Biochemistry, Pearson 2005 • Berg, J. M. a kol.: Biochemistry, 7th Ed., Freeman 2012 • Nelson, D. L. a kol.: Lehninger Principles of Biochemistry, 5th Ed., Freeman 2008 • Garrett, R., Grisham, C.: Biochemistry, 2nd Ed., Harcourt Brace, 1999 • Šípal Z. a kol.: Biochemie. SPN Praha, 1992 • Karlson P.: Základy biochemie. Academia Praha, 1981

Definice • Biochemie

je chemická disciplína, která studuje chemické složení

živé hmoty a procesy, které v živém organizmu probíhají. Je hraniční vědní disciplínou mezi chemií a biologií. Zkoumá biologické objekty chemickými i fyzikálními metodami.

• Zaměřuje se na • strukturu biomolekul a jejich reakce • na enzymy a biologickou katalýzu • na vysvětlení metabolických drah a jejich regulace

Obecné dělení biochemie • Biochemie statická - chemické složení živé hmoty (proteiny, sacharidy, lipidy,…….)

• Biochemie dynamická - studium

reakcí a vzájemných vztahů sloučenin v rámci buňky a celého organismu, biochemické přeměny odehrávající se mezi katabolickou a anabolickou částí metabolismu (intermediární / primární a bazální metabolismus)

- významná role enzymů - přenos informace, regulace

metabolických pochodů (odštěpení „Molekulární biochemie, molekulární genetiky“)

Metabolismus (z řec. meta – přes, balló – házím) = látková přeměna • soubor všech enzymových reakcí (tzv. metabolických drah), při nichž dochází k přeměně látek a energií v buňkách a v živých organismech • látková a energetická výměna, příjem a zpracování živin Metabolické dráhy spadají do 3 kategorií: 1. anabolické dráhy – jsou takové, které se účastní synthesy sloučenin - takovou metabolickou drahou je synthesa bílkovin 2. katabolické dráhy – zahrnují oxidační pochody, které uvolňují energii obvykle ve formě energeticky bohatých fosfátů nebo redukčních ekvivalentů, např. dýchací řetězec a oxidativní fosforylace 3. amfibolické dráhy – mají více než jednu funkci a vyskytují se na křižovatkách  metabolismu, čímž působí jako spojky mezi anabolickými a katabolickými drahami, např. cyklus kyseliny citrónové (citrátový cyklus)

Metabolity - všechny látky, které vznikají a přeměňují se při metabolismu Primární metabolismus zahrnuje základní chemické přeměny, na kterých přímo závisí život a růst organismu. Tyto procesy jsou pro všechny živé organismy, anebo alespoň pro jejich velkou skupinu, přibližně podobné. Patří sem hlavně metabolismus sacharidů, tuků, aminokyselin a nukleových kyselin. Sekundární metabolismus zahrnuje chemické procesy v jednotlivých skupinách organismů, pomocí kterých se produkují a odbourávají specifické, nebílkovinové chemické látky. Mohou to být různé obranné látky, signální molekuly (hormony), pigmenty, stavební molekuly vytvářející skelet organismu a podobně. Bazální neboli základní (klidový) metabolismus je základní látková přeměna teplokrevných organismů, které setrvávají v klidu. Bazální metabolismus měříme při takové teplotě, ve které nejsou zapojeny termoregulační mechanismy organismu.

Z hlediska jednotlivých oblastí studia a pochodů se biochemie zabývá • popisem a analýzou látkového složení živých soustav • chemickými procesy i příbuznými pochody (transport) • energetickým metabolismem • organizačními vztahy a regulací • přenosem dědičnost)

informace v živých systémech (autoreprodukce,

Kořeny biochemie • Organická chemie – chemie přírodních látek • Fyziologie • Mikrobiologie

Historie

• 1828 - F. Wöhler syntéza močoviny z anorganických látek • 1869 - F. Miescher – objev DNA • 1897 - Eduard a Hans Büchnerové – katalytický

účinek bezbuněčného extraktu z kvasinek – enzymy (en zume), fermentace • 1903 - Hoppe-Seyler – název biochemie • 1926 - J. B. Sumner - krystaluje enzym ureasu, protein z luštěniny Canavalia ensiformis • 1953 - James Watson a Francis Crick – struktura DNA – start molekulární biologie

Význam biochemie a) Teoretický – poznání podstaty života b) Praktické aspekty – materiální základ rozvoje poznání

Aplikovaná biochemie

• lékařství – klinická biochemie a patobiochemie • biotechnologie

• potravinářská biochemie • další aplikace

Chemické prvky živé hmoty • První úroveň: C, H, O, N • Druhá úroveň: Na, K, Mg, Ca, Cl, S, P • Třetí úroveň: Co, Cu, Fe, Mn, Zn • Čtvrtá úroveň: Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Se, Si, V Proč C a ne Si ??

Křemík má řadu nevýhod oproti uhlíku: Atomy Si jsou mnohem větší, mají vyšší hmotnost a atomový poloměr. Těžko se tvoří dvojné a trojné kovalentní vazby.

Silany

(sloučeniny s vodíkem), analogie alkanů, jsou silně reaktivní s vodu rozkládají se.

Oxid

křemičitý je analogem oxidu uhličitého. Je to známá pevná látka nerozpustná ve vodě.

Chemické látky v živé hmotě Anorganické látky - Voda - Na, K, Cl-, SO4-, HCO3-, HPO42-, Ca, Mg, Fe, Zn, Va, Cu, Mo, Ni, Mn, Se - plyny - O2, N2, CO2, NO Organické látky vysokomolekulární biopolymery • bílkoviny • nukleové kyseliny • sacharidy • lipidy nízkomolekulární • produkty a meziprodukty primárního metabolismu • sekundární metabolity • regulační látky

1. Jsou tvořeny monomery 2. Monomery vytvářejí lineární řetězce 3. Monomery jsou spojovány jediným typem vazby mono, di-, tri- , tetra-,...oligo < 10,… poly > 10

Bílkoviny

Monomery aminokyseliny 20+2 Vazba peptidická

Nukleové kyseliny

Polysacharidy

nukleotidy 4 3,5-diesterová

monosacharidy x glykosidická

Látkové složení organismů (v %) Látka Voda Bílkoviny Nukleové kyseliny Sacharidy Lipidy Organické látky Anorganické látky

Člověk 60 18 1.5 0,5 16 1 3

Rostliny 75 4 1 16 1 1 2

Látkové složení závisí na typu konkrétního organizmus.

Bakterie 70 15 7 3 2 2 1