Biochemie I
Úvodní přednáška
Organizace výuky etc Doc. Radovan Hynek: S 90,
[email protected] Doc. Petra Lipovová:234,
[email protected] Ústav biochemie: http://biomikro.vscht.cz/ Laboratoř aplikované proteomiky: http://biomikro.vscht.cz/cz/research/groups/massspec/
Laboratoř biochemie proteinů s technologickým potenciálem http://biomikro.vscht.cz/cz/research/groups/protbiotech/
Organizace přednášek Program Testy Zkouška
Organizace seminářů
Skupina aplikované proteomiky Doc. Dr. Ing. Radovan Hynek, Ing. Mgr. Štěpánka Hrdličková Kučková, Ph.D., Ing. Jiří Šantrůček, Ph.D., Prof. RNDr. Milan Kodíček, CSc., Ing. Petra Junková Kontakt:
[email protected],
[email protected],
[email protected]
Zaměření skupiny o
Řešená problematika - příklady
Zaměřujeme se zejména na studium proteinů buněčných membrán a proteinů obsažených v nerozpustných matricích (v kostech, zubech, mineralizátech srdečních chlopní, barevných vrstvách uměleckých děl)
o
Spolupracujeme s dalšími skupinami v rámci našeho ústavu i mimo něj na řešení mikrobiologických i proteomických úkolů
Vliv abiotických stresů na hladiny rostlinných membránových proteinů Identifikace proteinů souvisejících s reakcí rostlin na chladový stres Studium membránových komplexů zapojených v signálních drahách rostlin Proteomické aspekty mineralizace srdečních chlopní Studium proteinů v uměleckých dílech a historických maltách
o Interakce proteinů s buněčnými membránami dílo: Procházka (1936) autor: Josef Čapek
Identifikace patogenních mikroorganismů isolace membránové frakce Arabidopsis thaliana ošetřená idsoxabenem Odhalení falzifikátu:
resuspendace membránové frakce MS/MS analýza (identifikace membránových proteinů)
Identifikován syntetický pigment ftalocyanin meďnatý
MALDI deska s nanesenými vzorky
Identifikace bakterie podle jejího proteinového profilu
(používaný až od roku 1938)
Moderní proteomika se neobejde bez hmotnostní spektrometrie!
Metodika
Naše stroje
Peptidové mapování
Povrchové mapování
Biotyping
MALDI-TOF/TOF
LC-ESI-Q-TOF
→
→ →
identifikace proteinů studium prostorové struktury proteinů
identifikace mikroorganismů
Kvantifikace proteinů pomocí isotopových značek i bez nich (metody iTRAQ, dimethyl labelling, SIM, TOP3, MeanInt)
Cross-linking a pull-down membránových komplexů
Studijní materiály
Autoři:
Kodíček Milan, Valentová Olga, Hynek Radovan
Vydavatel
VŠCHT Praha (1. vydání, 2015)
ISBN
978-80-7080-927-3
Počet stran
416
Cena
520 Kč 340 Kč
(pro studenty VŠCHT)
Milan Kodíček Biochemické pojmy výkladový slovník http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002
Kontrolní otázky v rozsahu výuky předmětu Biochemie I Hynek, Kodíček, Lipovová, Valentová, Fukal http://biomikro.vscht.cz/vyuka/?link=ko
Lehninger Principles of Biochemistry eBook, 5th Edition 2009
BIOCHEMIE I - přednášky 1. Živé systémy, jejich složení a organizace 2. Aminokyseliny (vlastnosti, stanovení a reakce) a peptidy 3. Bílkoviny (vztah struktury a funkce) 4. Enzymy: struktura, názvosloví, rozdělení do tříd 5. Reakční kinetika enzymových reakcí; regulace činnosti enzymů 6. Chemie nukleotidů a nukleových kyselin; replikace 7. Transkripce, translace a posttranslační modifikace
8. Chemie lipidů; biomembrány a membránový transport 9. Principy látkové a energetické přeměny; bioenergetika 10. Aerobní a anaerobní respirace; světlá fáze fotosynthesy 11. Citrátový a glyoxylátový cyklus 12. Chemie sacharidů. Metabolismus sacharidů I. 13. Metabolismus sacharidů II. Metabolismus lipidů 14. Metabolismus dusíkatých látek
Biochemie a související obory
Biochemie patří do skupiny přírodních věd
Přírodní vědy vycházejí z předpokladu, že děje probíhající ve vesmíru jsou determinovány jistými přesně danými pravidly. Rolí přírodovědců je pak taková pravidla objevovat, popisovat a pokud možno i smysluplně využívat.
Definice biochemie
- věda zkoumající biologické děje chemickými prostředky (pojem zavedl F.Hoppe-Seyler 1903) - zkoumá živé systémy na molekulární úrovni (ilustrace definice)
Biochemie: • statická (látkové složení organismů, vlastnosti biomolekul, vztah struktury a funkce)
• dynamická (metabolismus, bioenergetika) • funkční (fysiologické projevy na molekulové úrovni) • nadmolekulových struktur (= organizační)
S biochemií úzce souvisí: •
Molekulová genetika (molekulová biologie, molekulová fysiologie)
•
Proteomika
•
Enzymologie
•
Klinická biochemie
•
Bioorganická chemie
•
Biofyzikální chemie
•
Xenobiochemie (farmakobiochemie)
•
Biotechnologie
BUNĚČNÁ TEORIE (Robert Hook (1667) "buňka") 1. Buňky tvoří veškerou živou hmotu (x viry: jsou živé?).
2. Veškeré buňky pocházejí z jiných buněk. 3. Informace se předávají z generace na generaci. 4. V buňkách látky podléhají chemickým přeměnám. 5. Buňky reagují na vnější podněty.
Typy buněk
prokaryota nemají pravé jádro (karyon=jádro)
eukaryota mají pravé jádro(eu=pravý, karyon=jádro)
Velikosti buněk a jejich částí
Prokaryotní buňka velikost: 1 – 10 µm tvar: sferoidní (koky), tyčinkovitý (bacillus), helikální (spirilla)
flagella
Ribosomy
Buněčná stěna Plasmatická membrána
Pili
Nukleoid (DNA)
Escherichia coli – nejlépe prostudovný organismus
Eukaryota – velikost 10 -100 µm, kompartmentace buněčných procesů - organely
Živočišná buňka
Rostlinná buňka Odlišnosti: Buněčná stěna Chloroplasty Vakuola
Hlavní funkce a procesy probíhající v buněčných organelách a ostatních kompartmentech Kompartment
Procesy a funkce
Buněčná membrána
Oddělení vnějšího a vnitřního prostoru,transport iontů a molekul, příjem a přenos signálu, pohyb
Jádro
Synthesa DNA, RNA
Endoplasmatické retikulum drsné, hladké
Synthesa proteinů intra- a extracelulárních, synthesa lipidů, detoxifikační reakce
Golgiho aparát
Modifikace a export proteinů
Mitochondrie
Buněčné dýchání, uskladnění energie Oxidace sacharidů a lipidů, synthesa močoviny a hemu
Chloroplasty
Fotosynthesa
Lysosomy
Buněčné trávení – lytické enzymy
Peroxisomy
Oxidativní reakce s O2, metabolismus H2O2 a ostatních peroxidů
Mikrotubuly a mikrofilamenta
Cytoskeleton, buněčná morfologie a pohyb (i vnitrobuněčný)
Cytosol
Metabolismus sacharidů, lipidů, aminokyselin a nukleotidů
Látkové složení živých organismů Prvky: C,H,N, O,P,S (92%), Ca,Mn,Fe,I,Mg Složka
ZASTOUPENÍ (g/100 g ORGANISMU)
Rel. mol.
člověk
hmotnost
Počet druhů molekul v buňce bakterie
rostlina
bakterie
60
75
70
1
18
4
15
3 000
<1
<1
1
1
1,5
1
6
1 000
0,5
16
2
250
voda
18
bílkoviny
10 -10
DNA
>10
RNA
4.10 -10
sacharidy
10 -10
lipidy
750-1 500
16
1
2
50
ostatní org. látky
100-500
1
1
2
500
anorg. látky
asi 60
3
2
1
15-20
4
6
6
4
2
6
6
Funkce bude náplní přednášek
Role vody •
Všechny výše zmíněné komponenty budou diskutovány podrobněji s výjimkou vody
•
60 to 70 % hmotnosti živých organismů
•
Všechny reakce vyskytující se v živých organismech probíhají ve vodě
•
Voda je reaktantem o produktem řady biochemických reakcí
•
Fotolýza vody je jedním ze zásadních procesů probíhajících na Zemi
•
Nekovalentní interakce – vodíkové můstky, hydrofobní interakce
Nevazebné interakce
Typy nekovalentních interakcí vyskytujících se v živých organismech Příklad
Typ interakce
vodíkové můstky (vazby):
-O-H...O=
17
vazby v pept. řetězci
=N-H...O=C
15
-COO-...HO-CH2-
15
-COO-...+H3N-
20-30
elektrostat. interakce* ion-ion interakce dvou permanentních dipolů
Londonovy dispersní interakce
hydrofobní interakce **
energie (kJ/mol)
voda (led)
neutrální a nabitá skupina
patrové interakce
*Vazebná
C+=O-...C+=O
2
mezi dvěma alifa-tickými atomy C
0,11
mezi dvěma aromatickými kruhy Phe
6
např. mezi dvěma methylovými skupinami
1,2
mezi dvěma postran- ními řetězci valinu
6
Schopnost tzv. molekulového rozpoznávání – unikátní vlastnost živých systémů
-reverzibilní nekovalentní Příklady: interakce enzym - substrát, protilátka - antigen, hormon - receptor
