BIOCHEMIE
1
ÚVOD DO BIOCHEMIE BCH – zabývá se chemickými procesy v organismu a chemickým složením živých organismů Biologie:
bios = život +
logos = nauka
Biochemie:
bios = život +
chemie
Chemie živých soustav = biochemie
Dělení : 1)Popisná = složení org., struktura a vlastnosti látek 2)Dynamická = energetické změny (Poznání živé přírody a hledání podstaty života) 2
ÚVOD DO BIOCHEMIE BCH = chemickými metodami studuje biologické objekty Cílem: Vysvětlení procesů + informace dalším oborům
Odvětví BCH: 1) KLINICKÁ : slouží k určení diagnózy 2) POTRAVINÁŘSKÁ 3) XENOBIOCHEMIE : osud cizích látek (jedů i léčiv) v org. 3
Ch. reakce v buňce Na rozdíl od běžných chem. reakcí probíhají: 1) Za mírných podmínek (T, p, pH blízké 7, vodné prostředí) 2) Se 100% výtěžkem, bez vedlejších produktů 3) Poměrně rychle (díky katalyzátorům = enzym) 4) Vnitrobuněčné procesy - Efektivně řízené (v neživé přírodě chaos)
Pzn. Buňka = základní jednotka živého organismu 4
Látkové složení živé hmoty Živá hmota : soubor molekul a iontů
A) BIOGENNÍ PRVKY (dělení dle zastoupení): 1) makrobiogenní :
O, C,H, N, P, Ca
2) oligobiogenní :
S, K, Na, Mg, Cl
3) stopové :
Cu, Zn, Mn, Co, I
4) škodlivé látky :
Hg, Pb, Cd
Hg2+ - rtuťové páry způsobují psychické výkyvy, rtuť se kumuluje v ledvinách (Jedovaté jsou ty, které jsou rozpustné v krvi. Nerozpustné látky nejsou jedovaté. Inhalace jedu je 10x – 100x účinnější než jeho požití.)
5
Látkové složení živé hmoty B) molekuly látek v živých systémech = BIOMOLEKULY 1) voda (nejvíce v těle, nejdůležitější, rozpouštědlo, prostředí pro reakce) (kde není voda, není života) C) organické sloučeniny: 1) bílkoviny (proteiny) 2) nukleové kyseliny 3) sacharidy (cukry)
biopolymery
4) lipidy (tuky) 6
Látkové složení živé hmoty Dle povahy látek v těle: 1) polární (hydrofilní = afinita k vodě) převažují 2) nepolární (hydrofobní, lipidy) menší zastoupení
METODY k izolaci (separaci) biologických objektů: - chromatografické techniky - elekroforéza
7
Relativní zastoupení hlavních skupin látek v organismu A = 3 % => nukleové kyseliny B = 3 % => minerální látky
voda 65 %
bílkoviny sacharidy 9% A B
12 % 8
1) POPISNÁ BCH SLOŽENÍ ORG, STRUKTURA A VLASTNOSTI LÁTEK
9
AMINOKYSELINY (AMK) - stavební kameny bílkovin, obsahují -NH2 a -COOH - liší se složením svého postranního řetězce R - 20 α - AMK v živočišných bílkovinách -
(α = NH2 skupina vázána na C, který nese karboxylovou skupinu) obecný vzorec:
V proteinech se nacházejí pouze L-izomery
10
AMINOKYSELINY (AMK) - kódované AMK - pevné, krystalické látky, rozpustné ve vodě, - substituční deriváty karboxylových kyselin - Obsahují : NH2…………zásadité chování COOH………kyselé chování AMFOTERNÍ LÁTKA (amfolyt) = Reagují s kys. i se zás. : Více NH2………… převaha zás. charakteru COOH………převaha kyselého prostředí 11
AMINOKYSELINY (AMK) Amfion= obojetný ion (obojživelník) -H+ anion
+H+ kation
12
AMINOKYSELINY (AMK) -pI = izoelektrický bod: při něm se amfolyty vyskytují ve formě amfiontu (neputuje v el. poli)
COO+
H3N C H
(hodnota pH, při které se AMK chová neutrálně)
R
COOH +
pH kyselé = AMK + náboj
pH zásadité = AMK - náboj
H3N C H R
COOH2N C H R 13
AMINOKYSELINY (AMK) tvorba peptidové vazby – vznik peptidů a proteinů: H R – CH - COOH + H 2N – CH - COOH
R – CH – C – N – CH - COOH -H2O
NH2
R
NH2 O
R
aminový konec karboxylový konec
N konec
C konec VAZBA SE PERIODICKY OPAKUJE DIPEPTID
14
AMINOKYSELINY (AMK) obecně se dělí na skupiny podle polarity postranních řetězců Východiskem pro dělení aminokyselin je to, že mají: nepolární postranní řetězec polární postranní řetězec
hydrofobní
hydrofilní
polární nabitý postranní řetězec 15
Nonpolární (hydrofóbní) postranní řetězce R Glycin (Gly)
Methionin (Met)
Alanin (Ala) Fenylalanin (Phe)
Valin (Val) Prolin (Pro)
Leucin (Leu) Tryptofan (Trp) Isoleucin (Ile)
16
Polární (hydrofilní) postranní řetězce R Serin (Ser)
Threonin (Thr)
Tyrosin (Tyr)
Cystein (cys)
Asparagin (Asn)
Glutamin (Gln)
17
Jednotlivé aminokyseliny Kyselé aminokyseliny
Asparagová kyselina (Asp):
Glutamová kyselina (Glu): COOH
COOH H
C NH2
CH2 COOH
H
C
CH2 CH2 COOH
NH2
18
Jednotlivé aminokyseliny Zásadité aminokyseliny
Histidin (His):
Lysin (Lys): - esenciální
COOH H
C
NH
CH
CH C CH
NH2
NH
COOH +
H
C
CH2 CH2
CH2
CH2 NH2
NH2
Arginin (Arg): COOH H
C NH2
CH2
+
CH2
CH2
NH2 NH C NH2
19
Pozitivně nabité (nepolární) postranní řetězce R
Lysin (Lys)
ε−aminoskupina
Arginin (Arg)
guanidinová skupina
Histidin (His)
imidazolová skupina
20
AMINOKYSELINY (AMK) Přehled AMK: NEUTRÁLNÍ Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Ser, Thr KYSELÉ 2x COOH, Asp, Glu ZÁSADITÉ více skupin NH2, Lys, Arg, His AROMATICKÉ Phe, tyr, Trp SIRNÉ Lys, Met 21
Esenciální AMK u člověka - přísun z potravy (nepostradatelné) - člověk není schopen syntetizovat jejich uhlíkovou kostru Arginin* Histidin* Isoleucin Leucin Valin
Lysin Methionin Threonin Fenylalanin Tryptofan
* Esenciální pouze u dětí, ne u dospělých 22
Neesenciální AMK u člověka - není potřeba jejich přísun potravou
- vznikají transaminací (postradatelné) Zbytek AMK
23
PEPTIDY Biomolekulární látky skládající se z velkého počtu aminokyselinových zbytků
24
25
Rozdělení DLE POČTU AMK: 1) oligopeptidy (2-10 AMK) 2) polypeptidy (11-100 AMK) 3) bílkoviny (101 – 100 000 AMK)
Vlastnosti: - Rozpustné ve vodě - Různé fyziologické účinky na organismus
26
Hormony: - Oxytocin – důležitý při porodu (vliv na hladké svalstvo) -
Inzulin - hormon slinivky břišní, reguluje hladinu glukózy v krvi
Další peptidy: a) jedovaté:
hadí jed, toxiny v houbách
b) prospěšné:
některá antibiotika
penicilin
27
Důkaz :
1)Ninhydrinová reakce Zahříváním AMK s ninhydrinem vzniká modré zbarvení (prolin a hydroxyprolin tvoří žlutě zbarvené komplexy) Použití: při stanovení c AMK
28
Pzn: - silné ox. činidlo - dekarboxyluje AMK. - Amoniak a hydrindantin, který vznikne z ninhydrinu, vytvoří modročervenou barvu 29
Důkaz : 2) Biuretova reakce Pro peptidovou vazbu Tvoří se modrofialové Cu2+ komplexy v alk.prostředí (NaOH)
30
Názvosloví – dipeptid
:
glycylalanin
Vždy zapisujeme od N-konce k C-konci.
N-konec Tedy:
glycylalanin
C-konec
H2N –Gly-Ala-COOH CH3
H2N
CH2
C O
NH
CH
O C OH
31
Názvosloví – tripeptid
:
Glutathion
γ - glutamylcysteinylglycin Využití: Přírodní tripeptid, podílí se na detoxikaci volných radikálů. Má schopnost odstraňovat z buněk těžké kovy. H2N – Glu-Cys-Gly – COOH
32
BÍLKOVINY (PROTEINY) Charakteristika: - Stavební jednotky živé hmoty (ve všech buňkách) - Biopolymery (makromolekulární látky) - více než 100 AMK
Funkce: - stavební (kolagen, keratin) - katalytická (enzymy) - regulační (hormony) - obranou (protilátky) - transportní (hemoglobin) 33
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura: 1) PRIMÁRNÍ
Udává pořadí AMK v polypeptidovém řetězci. Je určena genetickým kódem.(SEKVENCE = pořadí) Pzn: Dojde-li při biosyntéze bílkovin k záměně určité aminokyseliny jinou aminokyselinou, muže se tato změna projevit chorobně. Např. Gly-Ala-Cys-Gly R1
H
O
R3
H
O
R5
H
O
CH
N
C
CH
N
C
CH
N
C
N
C
CH
N
C
CH
N
C
CH
H
O
R2
H
O
R4
H
O
R6 34
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura 2) SEKUNDÁRNÍ geometrické uspořádání polypeptidového řetězce. Řetězce na sebe navzájem působí = ohýbají se Uplatňují se vodíkové můstky. ( N-H ....O=C ) Umožněna rotací kolem jednoduchých vazeb. Známe: α-helix – pravotočivá šroubovice β-skládaný list – jako složený list papíru
35
α-helix
β-skládaný list
36
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura
3) TERCIÁRNÍ Uspořádání α-helixů a β- skládaných listů v prostoru do domén Proteiny dělíme: Fibrilární – vláknitý tvar Globulární – klubkovitý tvar 37
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura 3) TERCIÁRNÍ
tvar molekuly ovlivňují vazby:
38
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura 3) TERCIÁRNÍ Disulfidická vazba vzniká dehydrogenací dvou
2 SH
2H
-S-H skupin cysteinu
S S
39
BÍLKOVINY (PROTEINY) Struktura 4) KVARTERNÍ
propojení několika podjednotek do jednoho celku. (podjednotky nejsou mezi sebou propojeny kovalentními vazbami).
HEMOGLOBIN 40
41
BÍLKOVINY (PROTEINY) VLASTNOSTI: - pevné látky, rozpustné ve vodě dle struktury
Denaturace = ztráta biologické funkce Částečný či úplný zánik vyšších struktur (se zachováním struktury primární) prostorové uspořádání narušeno různými změnami prostředí: fyzikální faktory: (t., vysoký p, elektromagnetické záření) chemická činidla: (extrémní pH, tenzidy, močovina aj.) Působením lehkých solí dochází k tzv. koagulaci (bílkovina se vylučuje z roztoku). Jde o děj vratný. Pod účinkem solí těžkých kovů je koagulace děj nevratný. 42
BÍLKOVINY (PROTEINY) Dělení: 1) JEDNODUCHÉ pouze AMK A) Skleroproteiny (fibrilární) – vláknité, nerozpustné ve vodě, stavební funkce
Kolagen (kůže) Keratin (vlasy)
43
BÍLKOVINY (PROTEINY) Dělení: 1) JEDNODUCHÉ pouze AMK B) Sferoproteiny (globulární) – kulovité, rozpustné ve vodě, různé funkce Albuminy Globuliny Histony
44
BÍLKOVINY (PROTEINY) Dělení: 2) SLOŽENÉ navíc nebílkovinou složku (tzv. prostetická skupina)
45
BÍLKOVINY (PROTEINY) 2) SLOŽENÉ : Fosfoproteiny Hemoproteiny Metaloproteiny Nukloeproteiny Glykoproteiny Lipoproteiny
46
BÍLKOVINY (PROTEINY) Význam bílkovin v potravě tři hlavní faktory, které určují, kolik by měl člověk přijímat v potravě bílkovin - kvalita přijímaných bílkovin - celková energetická spotřeba - fyzická aktivita Příklady potravin bohatých na bílkoviny: a) s vysokým obsahem tuku: - maso, losos, vejce, ořechové máslo, mléko, sýry b) s nízkým obsahem tuku: -tuňák, bílky, červené fazole, sbírané mléko, netučné sýry
47
