 

Znaczenie Wody dla Żywych Organizmów

Cechy wody

• Bardzo aktywny związek nieorganiczny

• Decyduje o procesach życiowych

• Globalnie przeciwdziała ocieplaniu i oziębianiu środowiska

Cechy wody (wiązania wodorowe)

(powstaje sieć [każdy atom ma DWA wodory, których może użyć do takowych wiązań])

• Wysokie napięcie powierzchniowe

• Duże ciepło właściwe

• Duże ciepło parowania

• Stan ciekły mimo b. małej masy

• Wiązania wodorowe występują nie tylko w ciekłej wodzie, ale także w lodzie (najwięcej) i parze wodnej

Wiązania chemiczne

• Między atomami w cząsteczce wody - wiązania kowalencyjne spolaryzowane

• Między cząsteczkami wody - wiązania wodorowe [powstałe w wyniku wzajemnego przyciągania się wodoru, umiejscowionego na biegunie dodatnim, i tlenu z bieguna ujemnego]

• Wiązania wodorowe są około 20x słabsze od wiązań kowalencyjnych i łatwo ulegają zerwaniu pod wpływem energii cieplnej cząsteczek. Sumaryczny wynik działania wielu takich wiązań jest jednak dość znaczny.

Kohezja

Wzajemne przyciąganie się cząsteczek danej substancji (wiązania wodorowe). Dzięki temu tworzą się np. słupy wody w pniach drzew/łodygach roślin

Funkcje wody

1. w komórce

• umożliwia przeprowadzenie wszelakich procesów

• utrzymuje stały poziom turgoru (jędrności, uwodnienia) komórki

• rozpuszczalnik - umożliwia dysocjację oraz transport na terenie komórki

w organizmie

• rozpuszczalnik wielu substancji, umożliwia ich transport, niezbędna do hydrolizy

• udział we wszelkich reakcjach biochemicznych (układ pokarmowy)

• termoregulacja

• nawilżanie

• regulacja pH

• regulacja ciśnienia osmotycznego (we krwi onkotyczne)

• w ekosystemie

• środowisko życia

• działanie klimatotwórcze

Węglowodany

Monosacharydy

• Dobrze rozpuszczalne, słodki smak, łatwo krystalizują.

• Posiadają 3 do 7 atomów węgla

• Grupy hydroksylowe, karbonylowe (aldehydowa lub ketonowa)

• 3C

• Aldehyd glicerynowy

• produkt fazy ciemnej fotosyntezy

• 5C

• Ryboza

• kwas rybonukleinowy [nukleotyd RNA]

• ATP

• Deoksyryboza

• DNA

• Ksyloza

• gumy

• śluzy

• glikozydy

• Arabinoza

• pektyny roślinne

• glikozydy

• śluzy

• 6C

• Glukoza

• Materiał energetyczny

• Forma transportowa cukru

• Miejsce występowania - osocze krwi

• Fruktoza

• Owoce, miód, nasiona

• Słodsza od glukozy

• Galaktoza

• Występuje w laktozie, rafinozie

• Gumy, śluzy, agar

• Mannoza

• Drożdże, rośliny

Disacharydy

• Sacharoza

• Glukoza + fruktoza

• Materiał zapasowy w burakach cukrowych (16-22%) oraz trzcinie cukrowej (19-20%)

• U roślin główna forma transportowa cukrów

• Maltoza

• Glukoza + glukoza

• Produkt przejściowy przemiany skrobi, glikogenu

• Kiełki, nasiona, pyłek

• Laktoza

• Glukoza + galaktoza

• Składnik mleka ssaków

• Celobioza

• Glukoza + glukoza

• Produkt rozkładu celulozy

Oligosacharydy

• Rafinoza

• Glukoza + galaktoza + fruktoza

• Wchodzą w skład glikokaliksu

• Rozpoznawanie komórek, łączenie komórek

• Może mieć charakter antygenowy

Polisacharydy

• Materiał zapasowy

• Skrobia

• Składniki:

• Amyloza (długie, proste, nierozgałęzione łańcuchy. Wiązania glikozydowe 1:4)

• Amylopektyna (Także wiązania glikozydowe 1:6. Magazynowana w leukoplastach [amyloplastach], zbożu, ziemniakach)

• pęcznieje

• Glikogen

• Posiada wiązania 1:4 i 1:6, podstawowy materiał zapasowy w świecie zwierząt (30g), materiał zapasowy grzybów i bakterii

• Inulina

• Zbudowana z samych fruktoz, łatwo rozpuszczalna w ciepłej wodzie, cukier zapasowy z niektórych roślinach, np. szparagach

• Materiał strukturalny

• Celuloza

• Wiązania 1:4

• Buduje ściany komórkowe roślin, występuje u niższych grzybów.

• Długie łańcuchy (przykład: bawełna)

• Chityna

• Zbudowana z glukozamin

• Buduje pancerzyki stawonogów, ściany komórkowe grzybów, występuje u osłonic

• Dekstran

• Bakterie i drożdże

• Heparyna

• Hamuje proces krzepnięcia krwi

• Chondroityna

• Tkanka chrzęstna

• Agar

• Rozpuszcza się w gorącej wodzie, po ochłodzeniu substancja galaretowata

• Odporny na działanie bakterii

• Wydzielina krasnorostów

Pochodne polisacharydów

• Pektyny

• Składają się z utlenionych galaktoz. Pęcznieją w wodzie.

Podział sacharydów

Homoglikan	Heteroglikan
Długie łańcuchy składające się z takich samych monosacharydów (np. skrobia)	Długie łańcuchy składające się z różnych monosacharydów (np. heparyna)

Spożywczy błonnik

Celuloza + hemiceluloza + pektyny

(składniki ścian komórkowych) (blaszka środkowa)

niedojrzały owoc-zbita struktura

częściowy rozkład pektyn - dojrzewanie, gotowanie

Białka

Podział pod względem reagowania na obecność wody

Hydrofobowe	Hydrofilowe
alanina walina leucyna izoleucyna prolina glicyna cysteina tyrozyna tryptofan fenyloalanina metionina glutamina	seryna treonina kwas asparaginowy kwas glutaminowy histydyna asparagina arginina lizyna

Zapotrzebowanie na białko

• Białko zwierzęce pokrywa zapotrzebowanie na aminokwasy egzogenne (taki, których organizm ludzki nie jest w stanie sam wytworzyć) w odpowiedniej ilości i proporcjach

• Organizm sam produkuje aminokwasy endogenne

• Człowiek ma największe zapotrzebowanie na lizynę

Denaturacja

TRWAŁA

• mocne detergenty

• stężony kwas

• stężona zasada

• 
  sole metali ciężkich

• alkohole

• wysoka temperatura

ODWRACALNA

• renaturacja

Budowa białka

Polipeptydy, zbudowane z aminokwasów. Są to swoiste związki chemiczne dla poszczególnych gatunków, a także dla różnych osobników.

Aminokwasy łączą się wiązaniami peptydowymi. Każdy aminokwas składa się z:

• grupy aminowej (-NH₂)

• grupy karboksylowej (-COOH)

• atomu wodoru (H)

• specyficznego łańcucha bocznego R

• wszystko to łączy jeden atom węgla (C)

Białka proste

Zbudowane z aminokwasów

globularne (sferoproteidy) - rozpuszczalne	fibrylarne (skleroproteidy włókniste) - nierozpuszczalne w wodzie i słabych roztworach soli
- albuminy - dobrze rozpuszczalne w wodzie -> w mleku, jajach, surowicy krwi - globuliny - rozpuszczalne w roztworach soli -> w mleku, surowicy krwi - histony - zasadowe, mały ciężar właściwy, rozpuszczalne w wodzie, zawierają znaczne ilości argininy i histydyny	- kolageny - rozpuszczalne w zasadach, odporne na enzymy, po zagotowaniu przechodzą w żelatynę - elastyny - rozciągliwe, o dużej odporności mechanicznej - keratyny - stosunkowo duża zawartość np. cysteiny - włóknik (fibryna) - fiborina - nitki oprzędów owadów, np. nitki jedwabiu

Białka złożone

Zbudowane z aminokwasów i składnika niebiałkowego

chromoproteiny	zawierają barwnik, np: hemoglobina, mioglobina, cytochrom c, katalazy
metaloproteiny	zawierają w cząsteczce atom metalu Fe, Mg, Cu, Zn, Co, Mo; np: transferyna, hemerytryna, ferredoksyna, plastocyjanina, hemocjanina
nukleoproteiny	chromatyna
lipoproteiny	elementy strukturalne błon komórkowych, otoczek mielinowych włókien nerwowych, urział w transporcie lipidów
glikoproteiny	enzymy, hormony (tyreotropina, h. luteinizujący), glikokaliks
fosfoproteiny	kazeiny mleka, foswityny żółtka jaja

Enzym

• białkowy katalizator

• zwiększa szybkość reakcji biochemicznych

• nie ulega zmianie podczas reakcji

• zmiana szybkości następuje w wyniku obniżenia jej energii aktywacji

• enzymy proste = białko proste

• enzymy złożone = białko + kofaktor



Apoenzym















Funkcje białek

1. Funkcja budulcowa

1. 
   budują żywe organizmy

2. składnik błon komórkowych

2. 
   Funkcja strukturalna

1. nadają elastyczność

2. tkanki łączne

3. kolagen, elastyna

3. Funkcja katalityczna

1. katalizują reakcje biochemiczne

2. enzymy (apoenzym)

4. Funkcja regulatorowa

1. regulacja procesów biochemicznych i fizjologicznych

1. hormony + receptory błonowe i cytoplazmatyczne

2. regulacja genowa

1. histony, białka represorowe

5. Funkcja transportowa

1. transport przez błony cytoplazmatyczne

1. nośniki błonowe

2. transport daleki

1. hemoglobina, hemocjanina

2. albuminy, transferyna

6. Tworzą warstwy izolacyjne

1. keratyna (w piórach i włosach)

2. fibroina w oprzędzie poczwarek

7. Funkcja lokomotoryczna

1. umożliwiają ruch

2. aktyna, miozyna

3. tubulina (wicie, rzęski, wrzeciono podziałowe)

4. flagelina (rzęski bakterii)

8. Decydują o własnościach immunologicznych

1. antygeny np. glikoproteiny krwinkowe

9. Funkcja odpornościowa

1. przeciwciała, interferon

10. Odbiór i przesyłanie bodźców

1. mediatory w synapsach

2. receptory

11. Biorą udział w regulacji ciśnienia osmotycznego

1. białka osocza, np. albuminy

12. Bronią przed utratą krwi

1. fibrynogen, fibryna

13. Własności buforujące

1. białka osocza krwi

14. Materiał zapasowy

1. U roślin np. w ziarnach roślin strączkowych, w jajach np. ptasich

2. Zwierzęta NIE magazynują białek w ciele


Stała Michaelisa

Mała wartość K_M oznacza większe powinowactwo enzymu do substratu.

enzym + substrat ↔ enzymsubstrat ↔ enzym + produkt

(optimum ok. obojętnego dla enzymów wewnątrzkomórkowych)

Inhibicja


Hamowanie reakcji enzymatycznej

Podział enzymów pod względem swoistości w kierunku reakcji chemicznej

• Oksydoreduktazy

• Katalizują reakcje red-ox, przenoszą elektrony i protony z substratu na jakiś akceptor

• Transferazy

• Katalizują reakcje przenoszenia grup atomów z cząsteczki donoru na akceptor (funkcyjny) z wytworzeniem nowego wiązania

• Hydrolazy

• Katalizują reakcję hydrolizy, rozrywają wiązania z przyłączeniem cząsteczki H₂O

• Liazy

• Katalizują niehydrolityczne odłączenie grupy atomów od cząsteczki atomu

• Ligazy (syntetazy)

• Katalizują powstawanie wiązań chemicznych C-O, C-S, C-N, C-C

• Izomerazy

• Katalizują przekształcenia wewnątrzcząsteczkowe, przebudowują strukturę cząsteczki bez jej rozkładu

Struktura białka a wiązania

I rzędowa - wiązania peptydowe

II rzędowa - wiązania wodorowe

III rzędowa - siły van der Waalsa, mostki disiarczkowe itd.

Nazewnictwo

ATP - adenozynotrifosforan

cAMP - cykliczny adenozynomonofosforan

NAD - dinukleotyd flawionoadeninowy

NADP - fosforan dinukleotydu nikotynamidoadeninowego

Dehydrogenacja - odrywanie protonów (kationów wodoru)


Lipidy

Rodzaje tkanki tłuszczowej

• 
  Żółta (w efekcie jej rozkładu uzyskujemy ATP i ciepło)

• Brunatna (w efekcie jej rozkładu uzyskujemy ciepło)

• Występuje u noworodków i niedźwiedzi brunatnych

Funkcje tkanki tłuszczowej

• Magazyn tłuszczu - magazyn energii i wody

• Wielbłądy - rozkład tłuszczu wyzwala wodę [woda metaboliczna]

• Termoizolacja

• Amortyzacja (wyścieła oczodół, otacza narządy)

Woski

• W świecie roślin chronią przed parowaniem i drobnoustrojami

• Rośliny grubolistne

• Owoce

• W świecie zwierząt:

• Gruczoły łojowe

• ptaki wodne

• Gruczoły kuprowe

• ssaki (np. lanolina u owiec)

Lipidy złożone

• fosfolipidy - bieguny polarny/niepolarny

• hydrofobowe/lipofilne

• hydrofilowe

• błony komórkowe

• micele

Im więcej krótkich i nienasyconych, tym bardziej stabilna błona komórkowa.

• Cholesterol

• Hormony steroidowe

• Kwasy żółciowe

• Witamina D

• Sitosterol

• W komórkach roślinnych (taka sama rola jak cholesterolu)

Funkcje lipidów złożonych

• Materiał zapasowy

• Budowa komórek (osłonki mielinowe - swingolipidy)

• Lecytyna

• Funkcje regulacyjne - hormony, kwasy żółciowe, witamina D

• Funkcja termoizolacyjna - tkanka podskórna tłuszczowa

• Funkcja ochronna- woski

• Wykorzystanie przez człowieka - glikozydy [w wodniczkach] do produkcji leków nasercowych


Kwasy Nukleinowe

• 1953 - James Watson i Francis Crick - opracowanie modelu trójwymiarowej struktury DNA

• Puryna = Adenina + Guanina [duże]

• Pirymidyna = Cytozyna + Tymina/Uracyl [mniejsze]

Cechy DNA

• Polinukleotyd dwuniciowy

• Kształt podwójnej helisy

• Nici w łańcuchu DNA sa do siebie komplementarne A-T i C-G

• Zasady azotowe sąsiednich łańcuchów skierowane do ich środka, łącza się za pomoca wiązań wodorowych

• Nici są antyrównoległe

• Koniec 5' ma wolny 5' - trifosforan

• Koniec 3' ma wolną grupę 3' - hydroksylową

• Średnica helisy to zaledwie 2 nm

• 
  Jeden skręt przypada co 10 par nukleotydów

• W organizmach żywych helisa DNA jest prawoskrętna

Kwas RNA

• Jednoniciowy

• Zasady azotowe

• Adenina

• Cytozyna

• Guanina

• Uracyl

• tRNA - Funkcja transportująca - transport aminokwasów z cytoplazmy na rybosomy. Cząsteczki tRNA transportują aminokwasy do rybosomów, na których syntetyzowane są białka. Zajmuje się dopasowaniem aminokwasów do określonych kodonów mRNA.

• mRNA - matryca, na której odbywa się translacja wg informacji genetycznej, zapisanej w postaci trójek nukleotydów, z której każda odpowiada jednemu aminokwasowi. Zawiera informację o kolejności aminokwasów w polipeptydzie. Informacja jest zakodowana w formie trójek nukleotydów, nazywanych kodonem. Każdy kodon koduje jeden aminokwas

• rRNA - jest składnikiem rybosomów. Jego cząsteczki wraz z białkami budują rybosomy.

Funkcje RNA

• Tłumaczenie informacji genetycznej z języka nukleotydów na język aminokwasów

• Niektóre cząsteczki RNA (rybozymy) wykazują właściwości katalityczne, zachowują się one jak enzymy

Transkrypcja

Proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na RNA

Translacja

Proces, w którym informacja zawarta w sekwencji nukleotydów mRNA w formie określonych kodonów wyznacza specyficzną dla danego białka sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym







Niekompetencyjna

Inhibitor łączy się z enzymem w innym miejscu niż centrum aktywne, zmieniając konformację enzymu; Centrum staje się nieprzystosowane do przyjęcia substratu

Kompetencyjna

Inhibitor zbliżony budową do substratu, dopasowuje się do centrum aktywnego enzymu, blokuje możliwość przyłączenia.

Nieodwracalna

Inhibitor łączy się z enzymem na stałe, unieczynnia go lub niszczy

Inhibicja przy udziale inhibitorów

Odwracalna

Inhibicja przez sprzężenie zwrotne

Inhibicja

Apoenzym

Część białkowa

Decyduje o substracie

(specyficzność substratowa)

Centrum aktywne

Wyznaczone przez sekwencję aminokwasów, tworzy strukturę przestrzenną pasującą do ściśle określonego substratu.

Koenzym

Część niebiałkowa

Kofaktor nietrwale związany z enzymem

Warunkuje rodzaj reakcji

Grupa prostetyczna

Część niebiałkowa

Związany kofaktor

Warunkuje rodzaj reakcji




Osmotyczny wypływ wody

plazmoliza

pęcznieje

zwierzęca

roślinna

hipertoniczny

pęcznieje

(pęka)

hipotoniczny

---