I. CZYM ZAJMUJE SIĘ BIOCHEMIA?? Celem biochemii jest opisanie zjawiska życia przy pomocy pojęć i symboli chemicznych. Staramy się pojąć jak zbiór nieożywionych cząsteczek, składających się na żywy organizm, oddziałuje ze sobą dla podtrzymania życia. Wszystkie makrocząsteczki: kwasy nukleinowe, białka i wielocukry zbudowane są z monomerycznych podjednostek. Podjednostki te pełnią w organizmie także inne funkcje. Monomeryczne podjednostki ułożone w linearne sekwencje mogą być nośnikiem nieskończenie złożonej informacji (np. mur - rum, kra - rak - akr) Cząsteczki, które wchodzą w skład żywych organizmów stosują się do wszystkich powszechnie znanych praw chemii, lecz ponadto oddziałują ze sobą wedle zbioru innych zasad, które ogólnie można określić jako „molekularna logika życia”. Zasady te nie obejmują nowych, nieznanych dotąd sił lub praw. Ujmują one natomiast współzależności charakteryzujące naturę, funkcję i interakcję biocząsteczek (makrocząsteczek) SKŁAD WAGOWY ŻYWYCHORGANIZMÓW 1)Woda - 70% 2)Białka - 15% 3)Kwasy nukleinowe RNA - 6% 4)DNA - 1% 5)Wielocukry - 3% 6)Lipidy - 2% 7)Związki drobnocząstecz - 1% 8)Jony - 1% Zasada + cukier (pentoza) + kwas fosforowy = nukleotyd DNA: Adenina, Guanina, Cytozyna, Tymina, Dezoksyryboza, H3PO4 RNA: Adenina, Guanina, Cytozyna, Uracyl, Ryboza, H3PO4 PRZEPŁYW INFORMACJI W KOMÓRCE GEN (DNA) >>> mRNA >>> BIAŁKO TRANSKRYPCJA > TRANSLACJA II. KWASY NUKLEINOWE Zasada + cukier (pentoza) + kwas fosforowy = nukleotyd Budowa przestrzenna DNA i RNA, funkcje biologiczne : DNA - nośnik informacji genetycznej do komórek potomnych (replikacja), skupiony w jądrze komórkowym RNA - udział w procesie biosyntezy białek (mRNA, tRNA,), regulacja ekspresji genów na poziomie tyranskrypcji, skupiony w przestrzeni cytoplazmatycznej komórki Przekazywanie (przepływ) informacji genetycznej w komórce: GEN (DNA) >>> mRNA >>> BIAŁKO TRANSKRYPCJA > TRANSLACJA Przebieg biosyntezy białka (etapy): 1. jądro (transkrypcja) do mRNA 2. transport do cytoplazmy 3. aktywacja aminokwasów z udziałem tRNA 4. translacja z udziałem rybosomów na powierzchni retikulum cytoplazmatycznego 5. modyfikacje postranslacyjne reszt aminokwasów w białku - glikozylacja, fosforylacja, mostki -S-S-, i inne DODAC KILKA WZOROW Z PREZENTACJI III. BIAŁKA I ENZYMY Struktura białek jest hierarchiczna I - rzędowa (sekwencja aminokwasów) II - rzędowa (α-helisa i β-harmonijka) III - rzędowa (układ przestrzenny łańcucha - konformacja) IV - rzędowa (złożone z podjednostek) Funkcje biologiczne białek *Enzymatyczne (liczne enzymy) *Podporowe i strukturalne (kolagen) *Transportowe (hemoglobina) i ochronne (albumina osocza) *Receptorowe ( receptory błonowe,) *Obronne (immunoglobuliny - przeciwciała), układ krzepnięcia *Regulacyjne (hormony np. insulina, czynniki wzrostu) *Elementy kurczliwe (miozyna i aktyna w mięśniach) Hb + 4 O2 Hb(O2)4 Dezoksyhemoglobina Oksyhemoglobina ENZYMY (biokatalizatory) - nie wpływają na położenie stanu równowagi w reakcji, ale przyspieszają osiągniecie tego stanu A + B C + D [A] [B] K = ---------- [C] [D] K = stała równowagi Substraty [S] Produkty [P] E + S ES EP P + E *OKSYDOREDUKTAZY (klasa 1) - katalizują przeniesienie równoważników redukcyjnych między dwoma układami redoks *TRANSFERAZY (klasa 2) - katalizują przeniesienie grup chemicznych z jednej cząsteczki na drugą *HYDROLAZY (klasa 3) - rozczepiają wiązania z udziałem cząsteczki wody *LIAZY (klasa 4) - często również określane jako syntazy, katalizują rozpad lub powstawanie wiązań chemicznych, przy czym powstają lub znikają wówczas podwójne wiązania *IZOMERAZY (klasa 5) - katalizują wewnątrz cząsteczkowe przekształcenia, nie zmieniając wzoru sumarycznego substratu *SYNTETAZY (klasa 6) - inaczej ligazy, są enzymami zależnymi od dopływy energii, katalizującymi reakcje syntez i dlatego są zawsze sprężone z hydrolizą trifosforanów nukleozydów (najczęściej ATP) Regulacja aktywności enzymów: *Aktywacja proteolityczna (ograniczona proteoliza) *Wiązanie i odłączanie białek regulacyjnych (podjednostek) *Fosforylacja/defosforylacja *Zmiany konformacji i powinowactwa - regulacja allosteryczna *Regulacja przez naturalne inhibitory (inhibitor trypsyny) *Regulacja przez sprzężenie zwrotne *Regulacja przez tworzenie kompleksów wieloenzymatycznych IV. LIPIDY, WĘGLOWODANY, METABOLIZM 1. LIPIDY: tłuszcze właściwe - trójglicerydy - czyli estry glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych => *Fosfolipidy *Sterole (cholesterol) WĘGLOWODANY: A) Cukry proste (glukoza fruktoza, ryboza B) Dwucukry (laktoza, maltoza, sacharoza) C) Wielocukry: *Skrobia *Glikogen *Błonnik METABOLIZM - pośrednia przemiana materii Pokarm -> Trawienie -> Wchłanianie ->METABOLIZM -> Wydalanie *metabolizm to setki reakcji chemicznych w komórce, uporządkowany (ukierunkowany) przebieg dzięki obecności specyficznych enzymów! *łańcuch głównych szlaków przemiany materii jest w większości komórek i organizmów taki sam *Substancje pokarmowe (białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe,) są rozkładane do małych fragmentów, a powstałe metabolity są albo wykorzystywane do tworzenia nowych, złożonych cząsteczek, albo spalane do CO2 i H2O z wykorzystaniem uwolnionej energii /paliwo komórkowe/. TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH W METABOLIZME 1. Reakcja oksydoredukująca - przeniesienie elektronów 2. Ligacja wymagająca rozszczepienia ATP - tworzenie wiązania kowalencyjnego 3. Izomeryzacja - rearanżacja atomów prowadząca do powstania izomerów 4. Przeniesienie grupy - przeniesienie grupy funkcyjnej z jednej cząsteczki na drugą 5. Hydroliza - rozszczepianie wiązania z udziałem wody 6. Dołączanie lub odłączanie grupy funkcyjnej - dodanie grupy funkcyjnej do wiązania podwójnego lub jej usunięcie z utworzeniem wiązania podwójnego Celem przemian metabolicznych jest: A) Dostarczenie substratów do biosyntez, B) Dostarczenie energii C) Dostarczenie tzw. równoważników redukcyjnych [ NADH i NADPH ] Rozróżniamy więc: Przemiany kataboliczne -> KATABOLIZM Przemiany anaboliczne -> ANABOLIZM ADP + P + E = ATP Synteza ATP (fosforylacja ADP) następuje w wyniku: A) Fosforylacji oksydacyjnej (z udziałem tlenu) B) Fosforylacji substratowej (bez tlenu) V. METABOLIZM Przemiany glukozy, tłuszczów i aminokwasów - Cykl Krebsa Wejście glukozy w przemiany przez fosforylację: 1. Reakcja katalizowana przez heksokinazę: GLUKOZA + ATP = GLUKOZO-6-FOSFORAN + ADP Równania reakcji: FERMENTACJI C6H12O6 = 2 C2H5OH + 2 CO2 GLIKOLIZY C6H12O6 = 2 CH3-CHOH-COOH CAŁKOWITEGO SPALANIA C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O GLUKONEOGENEZA - biosynteza glukozy ze składników niecukrowych. Główne substraty to mleczan i alanina uwalniane przez mięśnie. Glukoneogeneza zachodzi głownie w wątrobie, a także w nerce. VI. TRAWIENIE KOŃCOWE PRODUKTY TRAWIENIA SKŁADNIK PRODUKTY białka aminokwasy węglowodany cukry proste tłuszcze kwasy tłuszczowe, glicerol, di-imonoacyloglicerole kwasy nukleinowe zasady purynowe i pirymidynowe, nukleozydy, pentozy Niezbędne dla człowieka (egzogenne) składniki pokarmowe RODZAJ POKARMU NIEZBĘDNE SKŁADNIKI aminokwasy histydyna, izoleucyna, leucyna, lizyna, metionina kwasy tłuszczowe kwasy wielonienasycone np. kwas linolowy witaminy rozpuszczalne w wodzie kwas askorbinowy, kompleks wit.B witaminy rozpuszczalne w tłuszczach wit. A, D, E, K składniki mineralne (mikroelementy) wapń, magnez, sód, potas, chlorki, fosforany, chrom, miedź, żelazo, cynk, kobalt, mangan, selen

---