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:
Fizyczne,
Chemia,
Biologiczne,
Brak tlenu,
Reakcje immunologiczne,
Wady genetyczne,
Zaburzenia w odżywianiu,
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 % - 11 kg,,
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 aminokwasów.
Aminokwasy 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:
Glicyna,
Alanina,
Walina,
Leucyna,
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 glutamina,
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.
Lipoproteidy - 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:
Jednonienasycone,
Wielonienasycone,
Kwas olejowy C18:1n-9 (w profilaktyce miażdżycy jest dobry).
Kwas ten powoduje zmniejszenie frakcji lipidów LDL a podnosi stężenie frakcji HDL.
Wielonasycone:
Kwas linolowy C18:2n-6
Kwas α- linoleinowy C18:3n-3
Kwas gama lindenowy C18:3n-6
Kwas ekozapentaynowy C20:5n-3
Kwas arachidowy C20:4n-6
Kwas dokozeheksaenowy
Kwas kozapentaenowy C22:5n-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:
Noradrenalina,
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:
Anaboliczne - synteza związków tworzących strukturę ciała (synteza białek),
Kataboliczne - dotyczą procesów oksydacyjnych, które uwalniają energię swobodną w postaci fosforanu,
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 KREPSA (łańcuch oddechowy) CO2 H2O
1