BIOCHEMIA

Biochemia- jest nauką badającą przemiany chemiczne i energetyczne procesów życiowych przebiegających w komórce.

Biochemia jest nauką dotyczącą chemicznych podstaw życia.

Biochemia zajmuje się:

• Badaniem mechanizmu reakcji chemicznych w komórce,

• Sposobem gromadzenia, magazynowania i użytkowania energii w procesach przebiegających z jej zmianami,

• śledzeniem mechanizmów cząsteczkowych dziedziczenia cech, stanowiących podstawę zachowania gatunku i zmian ewolucyjnych,

• Badaniem mechanizmu regulacji przemian komórkowych,

• Badaniem metabolitów transportowanych przez błonę komórkową i cytoplazmatyczną

Prawidłowo zachowane procesy biochemiczne w organizmie są podstawą zdrowia.

Zdrowie- jest to pełny dobrostan fizyczny, psychiczny i społeczny a nie wyłącznie brak choroby lub niedomaganie.

Choroba- jest manifestacją zaburzeń w cząstkach reakcji chemicznych i procesów zachodzących w organizmie.

Główne czynniki chorobowe:

1. Fizyczne,

2. Chemia,

3. Biologiczne,

4. Brak tlenu,

5. Reakcje immunologiczne,

6. Wady genetyczne,

7. Zaburzenia w odżywianiu,

8. Zachwianie równowagi wewnątrz komórkowej.

Biochemia pomaga w diagnozowaniu, prognozowaniu i leczeniu.

Pierwiastki, z jakich zbudowane są organizmy:

• Węgiel- C,

• Wodór- H,

• Tlen- O,

• Azot- N,

	% wagowe	% w przeliczeniu na suchą masę
Tlen	63	20
Węgiel	20	50
Wodór	10	10
Azot	9,1	8,5
wapń	1,5	4
fosfor	1	2,5
potas	0,25	1
Siarka	0,2	0,8
Sód	0,15	0,4
Magnez	0,04	0,1
żelazo	0,004	0,01
Mangan	0,001	0,00005

99% C, H, O, N + fosfor, wapń

0,9% potas, sód, siarka, magnez

0,1% to pierwiastki śladowe np. żelazo, miedz, cynk, fluor, selen itp.

Wysokotoksyczne: arsen, bor, beryl, kadm, ołów, rtęć, srebro, tal, tor.

C, H, O, N- Biomolekuły- części stanowe: węgiel, tlen i azot wykazują zdolności tworzenia wiązań wielokrotnie. Związki z nich powstałe są bardzo trwałe.

Fosfor- wchodzi w skład kwasów nukleinowych w formie zjonizowanej w całym organizmie.

Wapń- bierze udział w licznych procesach biologicznych.

Główne komponenty organizmu ludzkiego: organizm składa się:

Człowiek 65 kg

• Woda 61,6%- 40 kg

• Białko 17%- 11kg

• Tłuszcze 13,8%- 9 kg

• Węglowodany 1,5%- 1 kg

• Składniki mineralne 6,1%- 4 kg

Woda- występuje we wszystkich tkankach naszego organizmu, w różnych ilościach (krew 80%, mięśniowe 73%, tłuszczowa 25%, kości 10%).

2/3 wody to woda wewnątrzkomórkowa.

1/3 wody to woda pozakomórkowa (osocze)

H₂O 2H⁺ + OH^­-

H₂O H₃O⁺ + OH^-

Woda występuje w formie słabo zjonizowanej.

Naczynia krwionośne i błona komórkowa- przepuszczają wodę.

Woda- jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem dla większości związków chemicznych:, ponieważ cząsteczka wody wykazuje dipolarny charakter i zdolność tworzenia wiązań wodorowych.

Dipol- cząsteczka, w której ładunek elektryczny jest nierównomiernie rozłożony.

Wiązanki wodorowe- oddziaływanie elektryczne pomiędzy jądrem wodoru jednej cząsteczki a parą elektronów drugiej cząsteczki.

Woda- jest środkiem transportu, rozprowadza wszystkie składniki organiczne i nieorganiczne po całym organizmie do wszystkich komórek na zasadzie transportu biernego ( osmoza, dyfuzja) i aktywnego (pobiera energię ze związku ATP- adenozynotrifosforan).

Woda jest niezbędna do procesów przemiany materii, usuwa z organizmu produkty toksyczne, uczestniczy w trawieniu, przesuwanie masy kałowej, reguluje ciepłotę ciała.

Organizmy wielokomórkowe pobierają wodę z pożywieniem oraz z utleniania biologicznego, którego końcowym produktem jest woda.

Nadmiar wody usuwany jest z organizmu z moczem przez nerki, oddychanie, pocenie się.

Niedobór wody na skutek nadmiernego wydalenia.

Białka- są zbudowane z aminokwasówAminokwasy mogą jeszcze zawierać grupę hydroksylową, siarkowodorową, pierścień cykliczny lub heterocykliczny.

Węgiel hilarny- ma cztery podstawki.

C^*- (węgiel asymetryczny) wtedy aminokwas może posiadać dwa izomery optyczne: L- D.

Ludzki organizm jest zbudowany wyłącznie z L- α aminokwasów.

Organizm zbudowany jest wyłącznie z 20 aminokwasów, ( z czego 10 jest niezbędnych) organizm wykazuje zdolności syntezowania pozostałych.

Duża rozpuszczalność aminokwasów w wodzie, a mała w rozpuszczalnikach organicznych niepolornych świadczy o tym, że aminokwasy są o strukturze jonowej

I w środowisku kwasowym występuje jako formy zasadowe (kationowe)

II w środowisku zasadowym występuje w formie kwasowej (anionowej)

III forma jonu obojętnego.

Punkt izoelektryczny- wartości pH, przy której istnieje równowaga między I i II formą i roztwór jest wysycony jonem obojnaczym.

Jednoczesna oboczność kwasowej grupy karboksylowej, a zasadowej grupy aminowej sprawia, że aminokwasy są zawiązkami: AMFOTERYCZNYMI.

Aminokwasy alifetycznya łańcucha bocznymi:

1. Glicyna

2. Alanina

3. Walina

4. Leucytna

5. Izolentycyna.

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zwana gr. Hydroksylowe:

• Seryna

• Treonina

• Tyrozyna

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zwane octem siarki

• Cystenia

• Metionina

Aminokwasy łańcuchem bocznym zwane grupy kwaśne lub i odmiany:

• Kwas asferginowy aswargina

• Kwas gluteinowy glutanina

Aminokwasy z łańcuchem bocznym zwane grupy zasadowe

• Arganina

• Lizyna

• Histydyna

Aminokwasy z łańcuchem bocznym pierścień aromatyczny

• Histydyna

• Fetyloalanina

• Tyrozyna

• Tryptofan

Aminokwasy

• Prolina

Znaczenia biomedyczne:

Aminokwasy dzieli się na:

• Egzogenne: to takie, które muszą być dostarczane do organizmu wraz z pożywieniem, ponieważ organizm nie jest w stanie syntezować tycz aminokwasów, np.: walina, lecytyna, izolecytyna, treonina, nefionina, lizyna.

• Egrodenne (gotowe w organizmie).

W utworzonych białkach aminokwasy pełnią funkcję: strukturalne, hormonalne, katalitarne, biosynteza mocznika, przenoszą impulsy, wzrost komórek.

Pedyty- (2 lub więcej aminokwasów)

W organizmie znajdują się związki o charakterze peptydów spełniają różnorodne funkcje m.in. hormonów, koenzymów (insulina).

Białka- są zbudowane z wielu aminokwasów, są wielocząsteczkowe o dużej masie cząsteczkowej.

Zbudowane z węgla, siarki, azotu, tlenu, wodoru, żelaza, fosforu, cyny, miedzi, magnezu, jodu.

Podział:

• Budowa,

• Kształt cząsteczki,

• Funkcja biologiczna,

• Klasyfikacja białek według funkcji biologicznych:

• Strukturalne (kolagen, elastyna)

• Enzymy

• Ochronne (immunoglobina)

• Transportowe (hemoglobina- tlen, transferyna- żelazo, lipoproteiny- lipidy)

• Białka biorące udział w skurczu mięśni (ektyna, miozyna)

• Białka hormony (insulina, glukagon)

• Białka błony komórkowej (glikoproteidy)

Białka hemowe- Mioglobina i Hemoglobina.

Białka hemowe- biorą udział w transporcie i magazynowaniu tlenu, transportują również elektrony, biorą udział w fotosyntezie.

Główny element budowy mioglobiny i hemoglobiny jest hem- cykliczny.

Żelazo, jeżeli przejdzie z 2 do 3 stopni utlenienia (Fe²⁺ Fe³⁺)to mioglobina i hemoglobina tracą aktywność biologiczną.

Mioglobina- to funkcja magazynowania tlenu w mięśniach. W wypadku braku tlenu. Podczas reakcji utleniania tlen wiąże się z Fe i zajmuje 6 pozycji wiązaniem koordynującym. Ilość przyłączonego tlenu do mioglobiny zależy od jego stężenia w najbliższym otoczeniu żelaza hemowego.

Hemoglobina- zawarta w erytrocytach spełnia dwie funkie: przenosi tlen z płuc do komórek i przenosi, CO­₂ z komórek do płuc w celu wydalenia. 2H­₂CO₃ = 2CO₂+2H₂O

W powstających tkankach, CO₂ łączy się z H₂O tworząc kwas węglowy. Nie utlenowana hemoglobina wiąże protony i transportuje je do płuc. W płucach w wyniku przyłączania tlenu następuje zwalnianie protonów, które łączą się z jonem wodorotlenowym tworząc kwas wodorotlenowy. Przekształcony przez dedytorozę węglową, do CO₂ usuwanego w procesie oddychania. Stąd wiązanie tlenu zwiększa wydalanie, CO₂ z powietrza wydychanego. To odwrotne zjawisko nosi nazwę Efektu Borha.

Lipidy- są heterogenną grupą związku. Charakteryzują się względną nierospuszczalnością w wodzie, rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych.

Lipidy proste:

• Tłuszcze- właściwie są to estry glicerol i kwas tłuszczowy

• Wosk- estry kwasów tłuszczowych długo łańcuchowym alkoholem monhydroksylowym.

Lipidy złożone:

• Fosfolipidy- złożony z glicerolu, kwasu tłuszczowego(nasycony, nienasycony), reszta kwasu fosforowego H₃PO₄

Synteza fosfolipidów zachodzi w komórkach wątroby. Z wątroby przechodzi do krwi jako składnik glikoprotein i do żółci jako składnik kwasu żółciowego. Fosfolipidy są głównym elementem błony komórkowej, bardzo dużo w tkance mózgowej, szarej substancji mózgu 30% (1,2- 4 mmol/l)

Glikolipidy- są zbudowane z kwasu tłuszczowego, fingozyny, węglowodanów, są składnikami tkanki nerwowej i błony komórkowej.

Lipoproteiny- to kompleksy białkowo- lipidowe, transportują nierozpuszczalne w wodzie lipidy.

Funkcje:

• Chilomikony- występują po zjedzeniu tłustych potraw, transportują triglicerydy.

• Lipoproteiny- o bardzo niskiej gęstości VLDL- powstają w wątrobie transportują triglicerydy z wątroby do nerek.

• Lipoproteiny- o niskiej gęstości LDL- powstają w osoczu, transportują cholesterol z wątroby do komórek (funkcja miażdżycowa).

• Lipoproteiny- o wysokiej gęstości HDL- powstają w wątrobie w ścianie jelita cienkiego, w osoczu, transportują cholesterol z tkanek do wątroby (funkcja oczyszczająca).

Prekursor i pochodzenie lipidów:

• Kwas tłuszczowy

• Glicerol

• Sterole

• Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach

• Hormony

Przykładowym sterolem jest cholesterol- występuje w tkankach lub lipoproteinach osocza, jako cholesterol wolny albo w połączeniu z kwasem tłuszczowym jako ostry cholesterol.

Najwięcej cholesterolu znajduje się w: wątrobie, skórze, obwodowym układzie nerwowym.

W naszym organizmie cholesterol jest syntezowany z acetylokoenzymem, ostatecznie usuwany, wydalany z żółcią lub w solach kwasu żółciowego.

Cholesterol - jest prekursorem kwasu żółciowego, hormonów sterydalnych, witaminy D, a ponadto jest bardzo ważnym środowiskiem błony komórkowej.

Stężenie cholesterolu w organizmie jest różne.

Kwasy Tłuszczowe - występują w pokarmie w formie estryfikowanej a w organizmie jako wolne kwasy tłuszczowe w formie nie estryfikowanej.

Nasycony kwas octowy CH₃C-CH₂-OH

Nasycone spożywane w większych ilościach przyczyniają się do rozwoju miażdżycy i chorób nowotworowych gruczołu piersiowego i prostaty.

Kwasy nienasycone:

1. jednonienasycone

2. wielonienasycone

Kwas olejowy C_18:1^n-9 (w profilaktyce miażdżycy jest dobry)

Kwas ten powoduje zmniejszenie frakcji lipidów LDL a podnosi stężenie frakcji HDL.

Wielonasycone:

Kwas linolowy C_18:2^n-6 Kwas α- linoleinowy C_18:3^n-3

Kwas gama lindenowy C_18:3^n-6 Kwas ekozapentaynowy C_20:5^n-3

Kwas arachidowy C_20:4^n-6 Kwas dokozeheksaenowy

Kwas kozapentaenowy C_22:5^n-6

Wielonienasycone kwasy tłuszczowe z grupy n-6 obniżają stężenie cholesterolu całkowitego i frakcji NEDE.

Natomiast kwasy tłuszczowe z grupy n-3 obniżają stężenie tryjglicerydów, hamują powstawanie zakrzepów w naczyniach krwionośnych, obniżają ciśnienie krwi, zapobiegają arytmii.

Z wielu nienasyconych kwasów powstają biologiczne związki - eikozanoidy, w skład których wchodzą: prostaglandyny, prosta cykliny, tomboksynt, leukotrigeny.

Biorą udział w regulacji czynników układu sercowo-naczyniowego, w regulacji krzepnięcia krwi, ciśnienia tętniczego w funkcjach ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego, układu pokarmowego, oddechowego i narządów rozrodczych.

Kwasy tłuszczowe mogą występować w 2 kombinacjach:

Związki biologiczne czynne. Źródła energii.

Węglowodany - zwane cukrami, sacharydami są zbudowane z węgla, wody i tlenu.

Dzielą się na:

• monosaharydy - cukry proste w wyniku hydrolizy nie rozpadają się na prostsze związki (glukoza, fruktoza, ryboza)

• disaharydy - w wyniku hydrolizy rozpadają się na dwa cukry proste (sacharoza, maltoza)

• oligosaharydy - w wyniku hydrolizy rozpadają się na 2 -10 cząsteczek monosaharozy

• poli sacharydy - które w wyniku hydrolizy rozpadają się na więcej niż 10 cukrów prostych

Źródła glukozy:

• węglowodany pożywienia

• wewnątrz komórkowa synteza glukozy

• rozpad glikogenu wątrobowego

Hormony:

• nor adrenalina

• adrenalina

• glukogen

• hormon wzrostu - wpływa za zwiększenie glukozy we krwi

• insulina - działa obniżając na glukozę

Insulina zwiększa odkładanie glikogenu wątrobowego i zwiększa szybkość przenikania glukozy z płynu zewnątrz komórkowego do wnętrza komórki, ponadto zwiększa biosyntezę białek a hamuje ketogenezę i glukoneogeneze .

Poziom glukozy we krwi (na czczo) 70 - 110 mg%

Składniki Mineralne - należą do związków niezbędnych, egzogennych, stanowią one od 4 do 6% masy ciała.

Dzielą się:

• makro elementy - kationy sodowe, potasowe, wapniowe, magnezowe, wodorowe

• mikro elementy (pierwiastki śladowe) - aniony fosforowe, wodorowęglowe, jodowe, magnezowe, kobaltowe, cynkowe, molibdenowe, selenowe, chromowe, żelazowe, miedziowe

Witaminy - są to niskocząsteczkowe, substancje niezbędne w ilościach katalitycznych do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Pełnią najczęściej rolę koenzymów w różnych procesach biochemicznych lub modulatorów informacji genetycznej kodującej syntezę białek ustrojowych.

Podstawowe przemiany związków w organizmie.

Szlaki metaboliczne w organizmie:

1. anaboliczne - synteza związków tworzących strukturę ciała (synteza białek)

2. kataboliczne - dotyczą procesów oksydacyjnych, które uwalniają energię swobodną w postaci fosforanu

3. amfiboliczne - wykorzystują więcej niż jedną funkcję i biegną na skrzyżowaniu dróg metabolizmu (działają jako łącznik szlaków 1, 2 )

Schemat przemian katabolicznych.

Białka Lipidy Polisacharydy

L-aminokwasy Kwasy Tłuszczowe Monosacharydy (glukoza ) glikoliza

(deaminacja) (β-okzygacja) (likoliza)

Ketokwasy A cylo- koenzym A (CoA) Kwas pirogronowy

(utlenianie) (dekarboksylacja)

CYKL KLEPSA

(łańcuch oddechowy)

CO₂ H₂O

1

---