Aminokwasy – Związki org, pochodne węglowodorów. Kwasy org zaw. 1 gr aminową. Są zw. krystalicznymi, dobrze rozp w wodzie. Obecność w cząst aminokw kwasowej gr karbo i zasadowej gr aminowej sprawia, że aminokwasy mają wł. amfoteryczne tj. w środowisku kwaśnym zachowują się jak zasady, a w śr. Zasadowym jak kwasy. Wł. kwasowe lub zasadowe zależą od stężenia jonów H⁺ w środowisku. Punkt izoelektryczny – Wartość pH roztworu przy którym aminokwas przyjmuje postać jonu obojnaczego.

Podstawowe przemiany aminokwasów:

- Dekarboksylacja – Polega na odłączeniu się CO₂ od aminokwasu; w wyniku tego powstają monoaminy I-rzędowe, oligoaminy i aminokwasy obojętne.

- N-acetylacja – Polega na tworzeniu się pochodnych aminokw w wyniku reakcji grupy –NH₂ z acetylokoenzymem A (Ac-CoA).

- Metylacja – Prowadzi do powstawania pochodnych metylowych, jej końcowym produktem są betainy. Dawcą rodnika metylowego jest aktywna metionina, z której po przekazaniu rodnika metylowego powstaje S-adenozylohomomocysteina.

- Formylacja – Tworzenie się pochodnej aminokw w wyniku reakcji z formylową pochodną kwasu tetrahydrofoliowego; proces dotyczy metioniny jako aminokw inicjującego biosyntezę białka.

- Izomeryzacja – Polega na wewnątrzcząsteczkowych przemianach aminokwasów z formy D w L i odwrotnie.

- Hydroksylacja – Powoduje włączenie atomu tlenu między węgiel a wodór

Aminy biogenne – Związki które powstają w wyniku procesu dekarboksylacji aminokwasów obojętnych i zasadowych: Histydyna Histamina (Hormon tkankowy obniżający ciśnienie krwi), CysteinaCysteamina (Skł koenzymu A), Tyrozyna Epinefryna(Przyspiesza akcję serca, reguluje pracę mięśni gładkich),TyrozynaTyramina (powoduje skurcze macicy)

Reakcje charakterystyczne dla aminokwasów:

- Ksantoproteinowa – Ulegają aminokw zawierające w swej cząsteczce pierścień aromatyczny. Pod działaniem st. kw. azotowego zawarte w białkach aminokw. aromatyczne tworzą nitrowe pochodne o barwie żółtej lub pomarańczowej

- Ninhydrynowa – Ogólna reakcja na wykrywanie aminokw. które pod wpływem ninhydryny ulegają utlenieniu poprzez iminokwasy do amoniaku, CO₂ i aldehydu uboższego o 1 atom węgla od aminokwasu. W wyniku kondensacji 2 cząsteczek ninhydryny z amoniakiem powstaje niebieskofioletowy produkt.

- Cystynowa – Reakcja na wykrywanie aminokwasów siarkowych, które pod wpływem wodorotlenku sodu tracą grupy siarczkowe, w wyniku czego powstaje siarczek sodu. Ten ostatni, reagując z jonami ołowiu(II), daje siarczek ołowiu(II) o barwie czarnej

Naturalne oligopeptydy:

- Karnozyna – pobudza gojenie się ran, poprawia czynności mięśni i stymuluje odporność.

- Glutanion – Tworzy wiązania dwusiarczkowe w białkach i hormonach polipeptydowych.

- Bradykinina – Hormon tkankowy osocza krwi, obniża ciśnienie krwi i zwiększa przepuszczalność naczyń włosowatych, kurczy mięśnie macicy i jelit.

- Oksytocyna – Odpowiada za skurcze macicy u ciężarnych i wydzielanie mleka przez gruczoły mlekowe. Magazynowana w przysadce mózgowej.

- Wazopresyna – Zmniejsza wydalanie wody przez nerki i wywołuje wzrost ciśnienia krwi

Naturalne polipeptydy:

- Kortykotropina – Hormon przysadki mózgowej, bierze udział w przemianach tłuszczowych z udziałem cAMP

- Melanotropina – Reguluje metabolizm pigmentu

- Insulina – Obniża poziom cukru we krwi, hormon trzustkowy regulujący przemiany węglowodanów w ustroju

- Glukagon – Działa glukogenolitycznie, hormon trzustkowy reg przemiany węglowo w ustroju

- Somatostatyna – Hormon podwzgórza hamujący uwalnianie hormonu wzrostu przez przysadkę mózgową

Reakcje charakterystyczne cukrów prostych:

- Redukcja – W wyniku działania czynn redukującymi grupa aldehydowa przy C1 redukuje się do gr alkoholowej.

- Utlenianie – Powstają kwasy aldonowe, uronowe i aldarowe

- Tworzenie osazonów – W reakcjach z zasadami organicznymi monosacharydy tworzą charakterystycznie krystalizujące osazony. Zasady te powodują otwarcie pierścienia i przyłączają się do grup aldehydowej i ketonowej.

Oligosacharydy – Laktoza, Maltoza, Ilomaltoza, Celobioza, Sacharoza, Trehaloza. Dzieli się je na redukujące i niered. Zależy to od wyst wolnej grupy aldehydowej w jednej z budujących 2cukier cząsteczek.

Polisacharydy – Zwierzęce (Glikogen, kwas hialuronowy, Chityna, Heparyna) i Roślinne (Skrobia, Celuloza)

Woski – Wyst w org roślinnych i zwierzęcych, zbudowane z nasyconych lub nienasyconych kwasów tłuszczowych i alkoholi z grupy steroli. Wytwarzane przez gruczoły łojowe ssaków mają charakter cholesterolowy.

Funkcje tłuszczów – Stanowią mat zapasowy, budulcowy i energetyczny. Tworzą osłonę mechaniczną narządów. Pełnią funkcje hormonów, witamin. Nadają produktom spożywczym smak, zapach oraz barwę.

NNKT – Bardzo ważne funkcje. Istotne znaczenie biologiczne, podzielone na szeregi n-9,6,3 uwarunkowane położeniem podwójnego wiązania w stosunku do grupy metylowej. Powodują obniżenie poziomu cholesterolu i TAG, Ułatwiają przepływ krwi i zapobiegają powstawaniu zakrzepów naczyniowych, Źródło różnych hormonów tkankowych, Przeciwdziałają łuszczeniu się skóry, Zapobiegają nadciśnieniu tętniczemu krwi, ułatwiają przepływ krwi.

Reakcje charakterystyczne tłuszczów:

- Uwodorowanie – Wysycenie wodorem podwójnych wiązań obecnych w nienasyconych KT. Nienasycone KT przechodzą w KT nasycone charakteryzujące się wyższą temp topnienia niż KT nienasycone. Za pomocą wodoru z udziałem katalizatora niklowego w temp od 120 do 220.

- Przeestryfikowanie – Zmiana położenia cząsteczek KT w TAG. Katalizatory alkaliczne w temp poniżej 100. Zmiany chemiczne i fizyczne w cząsteczce tłuszczu, w wyniku czego otrzymuje się tłuszcze modyfikowane o pożądanym stanie. Zmianą ulega struktura i skład TAG.

- Jełczenie oraz Hydroliza – Polega na rozkładzie TAG z uwolnieniem WKT pod wpływem kwasów mineralnych, enzymów lub zasad.

Steroidy – Naturalne związki chem, pochodne steranu. Wyst w org roślinnych i zw. Ułatwiają transport związków chem przez błony komórkowe np. Sterole, kwasy żółciowe, hormony steroidowe.

Sterole – Zw krystaliczne, optycznie czynne. Wyst w stanie wolnym lub jako estry z KT. Poch zw: Cholesterol, 7Dhydrocholesterol, Koprosterol. Poch roślinnego: Bsitosterol, Stigmasterol, Brassinosterol.

Kwasy żółciowe – Pochodne kwasu cholanowego. Wyst w postaci związanej z glicyną lub tauryną + wyższe KT jako sole kwasów tłuszczowych. Najważniejsze to: cholowy, litocholowy i deoksycholowy. Wyst. W żółci człowieka, przeżuwaczy, trzody chlewnej i niższych kręgowców. Biorą udział we wchłanianiu wit K i trawieniu tłuszczów.

Hormony steroidowe – Wytwarzane z cholesterolu w gruczołach płciowych oraz korze nadnerczy. Żeńskie: Estrogeny (rujotwórcze, rozwój 2rz cech płciowych, potrzebne do rozpoczęcia porodu), Progesteron (Wytwarzany przez ciałko żółte, przygotowuje błonę macicy do zapłodnionego jaja i hamuje dalszą owulacje. Podtrzymuje ciąże). Męskie

Wit C – Pochodna glukozy. Redukcja tlenu cząsteczkowego, azotanów, cytochromu C i A. Synteza adrenaliny z tyrozyny. Wytwarzanie kolagenu. Regulacja wchłaniania żelaza. Niedobór: Obrzęk i krwawienie dziąseł, osłabienie mięśni.

Wit D – Pochodna steroli, prowitaminą wit D2 jest ergosterol, a wit D3 7dehydrocholesterol. Reguluje gospodarkę wapniowofosforanową org i bierze udział w budowaniu kośćca.

Podział białek ze względu na spełniane funkcje biologiczne:

- Strukturalna (Kolagen, Kreatyna, Elastyna), Osłonowa (Białko jedwabiu tj. fibroina), Transportowa (Hemoglobina, Albumina osocza, Lipoproteiny), Odpornościowa (y-globulina, fibrynogen), Hormonalna (Insulina), Enzymatyczna (Pepsyna, Trypsyna), Zapasowa (Prolaminy), Regulatorowa (Kalmodulina)

Ze względu na pochodzenie białka dzielimy na: Roślinne (prolaminy, gluteliny), Zwierzęce (albumina mleka, żelatyna), Bakteryjna (adhezyny), Wirusowe

Ze względu na kształt cząsteczki i rozpuszczalność białka dzielimy na:

- Fibrylarne – Nierozpuszczalne w wodzie, o strukturach włóknistych, odporne na działanie kwasów, zasad i proteaz

- Glubularne – Rozpuszczalne w wodzie i rozcieńczonych roztworach soli, o kształtach kulistych

Ze względu na skład chemiczny białka dzielimy na:

- Proste – W wyniku hydrolizy powstają aminokwasy (Albuminy, Globuliny, Protaminy, Histony, Prolaminy, Gluteiny, Skleroproteiny)

- Złożone – W wyniku hydrolizy powstają aminokwasy i inne składniki (kwasy fosforowe, nukleinowe, węglowodany) np. Glikoproteiny warunkują wł. grupowe krwi, Chromoproteiny pełnią funkcje transportowe O₂ i CO₂ hemoglobina, Lipoproteiny biorą udział w transporcie i metabolizmie, Nukleoproteiny podst. skł jądra komórkowego, Fosforoproteiny subst zapasowe i odżywcze tj. kazeiny

Struktura przestrzenna białek:

- I rzędowa – Określona jest przez kolejność aminokwasów połączonych ze sobą za pomocą wiązania peptydowego

- II rzędowa – Określa ukształtowanie przestrzenne tj. konformację łańcucha polipeptydowego. Tworzona jest przez regularne pofałdowanie łańcucha polipeptydowego i stabilizowana przez wiązania wodorowe, które powstają między grupami =CO i =NH, należącymi do różnych wiązań peptydowych. Przyjmuje ona 3 formy:

ά helisę – Forma spiralnej nici, aminokwasy łączą się w taki sposób, że powstaje regularna konformacja, którą stabilizują wiązania wodorowe między atomem tlenu grupy karbonylowej każdego wiązania peptydowego a atomem wodoru gr aminowej czwartego z kolei aminokwasu

β zgięcia – Zakręcanie łańcucha polipeptydowego

strukturę kolagenu – To trzy łańcuchy polipeptydowe splatające się ze sobą na kształt liny marynarskiej. Strukturę kolagenu tworzą białka bogate w trzy aminokwasy: glicynę, prolinę, hydroksyprolinę

Pofałdowanej kartki – Wiązania wodorowe powstają między wiązaniami peptydowymi różnych łańcuchów polipeptydowych. Przyjmuje to postać pofałdowanej kartki z łańcuchami bocznymi aminokwasów, znajdującymi się powyżej lub poniżej jej płaszczyzny

- III rzędowa – Określa przestrzenne ułożenie łańcucha polipeptydowego, który ma określoną strukturę 1 i 2 rzędową, a także uwzględnia wzajemne oddziaływanie łańcuchów bocznych reszt aminokwasowych. Utrzymywana jest dzięki szeregowi wiązań wodorowych, disiarczkowych i jonowych oraz oddziaływań hydrofobowych i sił van der waalsa. Od tej struktury zależy kształt cząsteczki białka oraz jego wł. fiz-chem.

- IV rzędowa – np. Hemoglobina, struktura ta warunkuje wyst izoenzymów. Wyst tutaj wszystkie wyżej opisane wiązania. Wyst ona w białkach w skład których wchodzi więcej niż 1 łańcuch polipeptydowy. Określa ona przestrzenne ułożenie łańcuchów oraz ich oddziaływania.

Właściwości białek:

- Hydratacja – Białka mają zdolność wiązania cząsteczek wody

- Pęcznienie – Pozbawienie białka otoczki wodnej prowadzi do utraty jego rozpuszczalności. Białko rozpuszczone w niewielkiej ilości wody wchłania ją, zwiększając objętość. Tworzy się galaretowaty żel, w którego wewn przestrzeniach gromadzą się cząsteczki wody.

- Wsalanie - Zwiększanie rozpuszczalności białek z grupy globulin w wodzie po dodaniu do układu prostych soli nieorganicznych. Efekt ten jest spowodowany zobojętnianiem przez jony soli zjonizowanych grup białka. Pozbawione otoczki wodnej białko łączy się w większe skupiska i wytrąca się z roztworu w postaci kłaczków. Wysalanie to proces odwrotny, wystarczy dodać do układu wody i wytrącone białko ponownie ulegnie rozpuszczeniu.

- Denaturacja – Proces niszczenia struktur wtórnych białka (IV, III, II rzędowej). Białko takie traci swoje wł. biologiczne i zmieniają się jego wł. fizyczne: zmniejszenie rozpuszczalności, rozmiar cząsteczki, skręcalność optyczna. Białko zdenaturyzowane jest bardziej podatne na działanie enzymów proteolitycznych.

- Renaturacja – Proces odwracalny denaturacji jeżeli czynnik denaturujący działa stosunkowo krótko i nie powoduje daleko posuniętych zmian w strukturze.

Funkcje białek: kataliza enzymatyczna – od uwadniania dwutlenku węgla do replikacji chromosomów

- transport – hemoglobina, transferryna

- magazynowanie – ferrytyna

- kontrola przenikalności błon – regulacja stężenia metabolitów w komórce

- ruch uporządkowany – skurcz mięśnia, ruch – np. aktyna, miozyna

- wytwarzanie i przekazywanie impulsów nerwowych

- bufory - kontrola wzrostu i różnicowania

- immunologiczna – np. immunoglobuliny

- budulcowa, strukturalna – np. &-keratyna, elastyna, kolagen

- przyleganie komórek (np. kadheryny)

- regulatorowa (regulacja hormonalna i regulacja przebiegu procesów genetycznych) – reguluje przebieg procesów biochemicznych – np. hormon wzrostu, insulina, czynniki transkrypcyjne i inne.

Cykl Krebsa - cykliczny szereg reakcji biochemicznych. Stanowi końcowy etap metabolizmu aerobów, czyli organizmów oddychających tlenem. Cykl kwasu cytrynowego przebiega w macierzy (matrix) mitochondrialnej eukariontów i w cytoplazmie prokariontów. Podczas jednego, pełnego obrotu cyklu Krebsa powstają 3 cząsteczki NADH, jedna cząsteczka FADH₂ i jedna cząsteczka GTP. jeden pełny obrót cyklu Krebsa pozwala wytworzyć 12 cząsteczek ATP. CoA – szczawiooctan – cytrynian – izocytrynian – α-ketoglutaran – bursztynian – fumaran – jabłczan – szczawiooctan.

Glikoliza – proces przekształcania glukozy lub glikogenu w ATP, końcowym produktem jest pirogronian, wykorzystywany później do uzyskiwania kolejnych porcji energii.

Glikoliza beztlenowa – pozyskiwanie pirogronianu bez udziału tlenu, wiąże się z produkcją kwasu mlekowego. Katalizatorem jest dehydrogenaza mleczanowa.

Glikoliza tlenowa – pirogronian pobierany jest dalej do mitochondriom, w którym po przekształceniu w acetylo –CoA zostaje utleniony do CO2 w cyklu Krebsa.

Glukoneogeneza – powstawanie glukozy z innych związków org., zachodzi w wątrobie, substraty to mleczan, aminokwasy glukogenne, glicerol. Przebieg: z utlenianie mleczanu powstaje pirogronian, dalej w szczawiooctan, dalej zredukowany do jablczanu (przenika z mitochondriom do cytoplazmy) znowu tworzy się szczawiooctan – fosfoendopirogronian, w cytozolu do fruktozo-1,6-bisfosforanu->fruktozo-6-fosporanu->glukozo->6-fosforan aż do glukozy.

Cykl mocznikowy – (detoksykacja amoniaku, ureogeneza) cykl przemian biochemicznych trzech aminokwasów: ornityny, cytruliny i argininy prowadzący do powstania mocznika. Do cyklu wprowadzany jest karbamoilofosforan powstały z amoniaku i dwutlenku węgla. Cykl przebiega w mitochondriach i cytoplaze komórek wątroby i wymaga dostarczenia energii w postaci 4 moli ATP, a jego głównym produktem końcowym jest mocznik. Połączenie karbamoilofosforanu z ornityną daje cytrulinę, ta łączy się z asparginianem przy udziale ATP do argininobursztynianu. Ten jest odwracalnie rozszczepiany do fumaranu i argininy (katalizuje liaza argininobursztynianowa).Następuje hydrolityczne rozszczepienie na mocznik i ornitynę. Cykl się zamyka.

Cykl pentozofosforanowy – istota jest rozkład glukozy, zachodzi w wątrobie. Jest alternatywą dla szlaku glikolitycznego. Celem jest wytworzenie metabolitów pośrednich dla szlaku glikolitycznego, a także cząsteczek czynnika redukcyjnego (NADPH+ + H+) oraz synteza pentoz. Wielokrotna przemiana, uczestniczy w niej 6 glukozo – 6– fosforanu. SA one przekształcane w 4 cząsteczki ksylulozo-5-fosforanu i 2 cz. Rybozo-5-fosforanu. Dalsze przemiany prowadzą do całkowitego rozkładu jednej cząsteczki glukozy i regeneracji 5 cząsteczek glukozo-6-fosforanu.

Faza oksydacyjna Podczas tej fazy glukozo-6-fosforan zostaje przekształcony w rybulozo-5-fosforan. Jednocześnie dwie cząsteczki NADP⁺ zostają zredukowanie do NADPH+H⁺.

Faza nieoksydacyjna Podczas tej fazy rybulozo-5-fosforan zostaje przekształcony w rybozo-5-fosforan lub ulega wieloetapowym przekształceniom w metabolity glikolizy.

Związki energetyczne o budowie nukleotydowej. Wszystkie uczestniczą w reakcjach fosforylacji zachodzących w komórce.

ATP – Anenozynotrifosforan.

GTP - Guanozynotrifosforan

UTP – Urydynotrifosforan uaktywnia glukozę i umożliwia jej przekształcanie w inny cukier bądź powstawanie wiązań glikozydowych.

CTP – Cytydynotrifosforan – reaguje z fosforyzowaną seryną, lub zasadą azotową.

Koenzym A –(COA) związek organiczny służący jako przenośnik grup arylowych.

Acylo-CoA – połączenie CoA z resztą acylową, umożliwiające jej transport w organizmie. Arylowana jest grupa tiolowa.

Acetylo-CoA – aktywny octan składa się z grupy octanowej (COCH3) i CoA. Uczestniczy w przemianie tlenowej sacharydów w cyklu Krebsa, w syntezie kwasów tłuszczowych i steroidów.

Biosynteza cholesterolu – zachodzi w wątrobie, do syntezy jednej cząsteczki chol. potrzebne 18 cz. Acetylo-CoA. Synteza rozpoczyna się kondensacją 2 Acetylo-CoA do Acelo-acetylo-CoA.->6cz. Izoprenu->skwalen->cyklizacja do lanosterolu->cholesterol.

Enzymy replikacji:

Helikazy – rozkręcanie nici

Prymazy – syntezuje primery

Polimeraza DNA – katalizuje syntezę DNA, polegającej na polimeryzacji deoksyrybonukleotydów.

Egzonukleaza – usuwa startery

Ligaza – łączenie fragmentów Okazaki,

Mutacje DNA: Mutacje genowe

Delecja - Polega na utracie jednej lub większej liczby par nukleotydów z DNA genowego.

Insercja - Polega na wstawieniu krótkiej sekwencji DNA w obrębie pojedynczego genu.

(Obie często powodują przesunięcie ramki odczytu)

Tranzycja - zmiana prawidłowych nukleotydów w DNA na inne w ramach jednej grupy zasad azotowych (puryn lub pirymidyn) - adeniny na guaninę, a cytozyny na tyminę (i na odwrót).

Tranzwersja – zmiana w obrębie nici DNA, w której zasada purynowa ulega zamianie na pirymidynową lub odwrotnie.

Mutacje chromosomowe – strukturalne i liczbowe.

Ketogeneza – proces powstawania ciał ketonowych (hydroksyl-maslan, acetooctan, aceton) Zachodzi w wątrobie i korze nerki. Po wytworzeniu ciał ketonowych organizm spala je w celu wytworzenia energii. Narządy biorące udział w spalaniu ciał ketonowych to: mózg, jelito, serce, mięśnie szkieletowe, kora nerki. 2 Acylo-CoA + H20 -> acetooctan + 2CoA + H+

Immunoglobuliny – białka wydzielane przez komórki plazmatyczne, czyli pobudzone limfocyty B, które maja zdolność do rozpoznawania antygenów. Produkcja przeciwciał jest główną funkcją hormonalnego układu odpornościowego.

Łańcuch oddechowy, ostatni etap oddychania wewnątrzkomórkowego, przebiegający na wewnętrznych błonach mitochondriom i polegający na przenoszeniu elektronów i protonów na kolejne przenośniki. Kolejnym etapom tej wędrówki elektronów towarzyszy wydzielanie się energii, która zostaje wykorzystana do syntezy ATP z ADP. Ostatecznym akceptorem elektronów i protonów jest tlen, a reakcja ta prowadzi do utworzenia cząsteczki wody. Przejściu jednej cząsteczki NADH w NAD i przebiegowi elektronów przez łańcuch oddechowy towarzyszy synteza 3 cząsteczek ATP.

Β-oksydacja – szlak metaboliczny prowadzący do pofragmentowania cząsteczki kwasu tłuszczowego na dwuwęglowe reszty actanowe dołączone do CoA, powstają acetylo CoA i są włączane do cyklu Krebsa. Jest to utlenianie kwasów tłuszczowych. Jest bardziej wydajne od utleniania cukrów, np. z kwasu palmitynowego powstają 35 cz. ATP i 8 cząsteczek acetylo-CoA.

Fosforylacja Substratowa – reszta fosforanowa przeniesiona ze związku ufosforylowanego (substratu) bezpośrednio na ADP przez enzymy (z grupy kinaz). Ten sposób wytwarzania ATP jest niewymagający tlenu i zachodzi np. w glikolizie oraz cyklu Krebsa.

Substrat +ADP-> produkt niskoenergetyczny + ATP

Oksydacyjna – polega na syntezie ATP zachodzącej kosztem energii powstałej podczas transportu protonów wodoru i elektronów na tlen. W wyniku szeregu reakcji redoks, elektrony przenoszone są ze zredukowanych nukleotydów, NADH i FADH na pełniący funkcje akceptora elektronów tlen. Zachodzące reakcje prowadzą do zmagazynowania energii, która posłuży do syntezy ATP.