Syllabus přednášek z biochemie

Transkript

1 Biochemie úvod Syllabus přednášek, z čeho studovat Definice oboru V čem se biochemie liší Charakteristika a složení živých systémů Organizace živých systémů Prokaryotní a eukaryotní buňky

2 Syllabus přednášek z biochemie 1. Organisace živých systémů a biomolekuly ( 5 přednášek) hierarchie složek živých systémů, viry, prokaryota a eukaryota membrány, membránový transport Aminokyseliny, peptidy, struktura a funkce proteinů metody separace a charakterizace proteinů, enzymy, vlastnosti enzymů, regulace enzymové aktivity přehled biotechnologie (využití živých systémů a jejich enzymového aparátu) 2. Uchování a přenos genetické informace (3 přednášky) vlastnosti a synthesa nukleotidů (předpokládá se znalost struktury a vlastností nukleových basí), struktura nukleových kyselin replikace, transkripce proteosynthesa a skládání proteinů regulace transkripce základní techniky molekulární biologie, rekombinantní technologie a jejich aplikace

3 Syllabus přednášek z biochemie 3. Bioenergetika a metabolismus (5 přednášek) základní koncepce přeměny látek a energie, rozdělení organismů podle trofiky elektrontransportní systémy (fotosynthesa a oxidativní fosforylace), citrátový cyklus a anaplerotické děje metabolismus sacharidů (předpokládá se znalost struktury a vlastností mono- a oligosacharidů) lipidy a jejich metabolismus metabolismus dusíkatých látek vzájemné vztahy mezi jednotlivými metabolickými drahami, jejich regulace, orgánová a organelová specialisace 4. Biochemické metody

4 Z čeho studovat? M. Kodíček, O. Valentová, R. Hynek: Biochemie chemický pohled na biologický svět Cena: 520 Kč Pro studenty VŠCHT: 340 Kč Nižší cenu pro studenty VŠCHT Praha lze získat pouze osobně na pokladně v "Univerzitním knihkupectví odborné literatury ČVUT v Praze a VŠCHT Praha" v prostorách Národní technické knihovny v Praze Dejvicích. Student VŠCHT Praha se musí prokázat platnou kartou ISIC či platným studijním indexem. Přes e-shop není bohužel možné zakoupit knihu za cenu pro studenty VŠCHT Praha.

5 Učebnice zahrnuje 4 (5) druhy textů: Vlastní výklad černě Spojovací texty zeleně Vsuvky označeny zeleným pruhem Příklady a jejich řešení Generální opakování formou otázek a odpovědí ( + předsádky)

6 Slovník biochemických pojmů

7 Prezentace: ústav biochemie a mikrobiologie domovská stránka studium přehled předmětů Biochemie I (materiály 2) Biochemie FCHT/FCHI/FTOP

8 Biochemie věda zkoumající biologické děje chemickými prostředky (pojem zavedl F.Hoppe-Seyler 1903) Cíl: Popsat a objasnit životní procesy na molekulární úrovni Chemické zázraky biologického světa

9 Názorná ukázka o čem je biochemie ATP energie pro svalovou práci

10 Biochemie (Molekulární biologie?) statická (látkové složení organismů, vlastnosti biomolekul, vztah struktury a funkce) nadmolekulových struktur (= organizační) dynamická (metabolismus, bioenergetika) funkční (fyziologické projevy na molekulové úrovni) konformační informační

11 Specializované obory Molekulová genetika Bioorganická chemie (studium biologicky aktivních organických látek) Biofyzikální chemie (aplikace fyzikální chemie při řešení biologických problémů) Patobiochemie Klinická biochemie Xenobiochemie (farmakobiochemie) Bioinformatika Biotechnologie

12 Biochemie NEŽIVÉ OBJEKTY: - relativně jednoduché - malý počet druhů - žádná nebo nízká organizace (většinou náhodné směsi) x ŽIVÉ OBJEKTY: vše naopak - složité - velký počet druhů - nenahodilé, vysoce organizované

13 Látkové složení živých organismů Prvky: makrobiogenní C,H,N,O,Ca,P,K (96%), mikrobiogenní S,Na,Cl,Mg, Stopové: Fe, Mn, Zn, I Složka Rel. mol. ZASTOUPENÍ (g/100 g ORGANISMU) Počet druhů molekul hmotnost člověk rostlina bakterie v buňce bakterie voda bílkoviny DNA >10 6 <1 <1 1 1 RNA , sacharidy , lipidy Funkce bude náplní přednášek ostatní org. látky anorg. látky (metabolity)

14 Úloha vody v živých organismech 60 75% váhy živých organismů prostředí v němž probíhají všechny procesy reaktant nebo produkt řady reakcí fotolytické štěpení vody zopakovat: struktura vody, vodíkové můstky ve vodě, ionizace vody, ph, kyseliny a zásady, pufry Anorganické látky: Stálost prostředí v organismech Fosfátový systém: H 2 PO 4 / HPO 42 pk a = 7,21 Uhličitanový systém: H 2 CO 3 / HCO 3 pk a = 6,37 proteiny

15 Organizace živých systémů Nestatistické, vysoce organizované, nenahodilé Malé molekuly (malý počet) Biopolymery (tisíce) Proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy Supramolekulární soubory Clustery membrány, ribosomy,chromatin, cytoskelet Viry Jednobuněčné organismy Vícebuněčné organismy Molekulární rozpoznávání Biokompatibilita Nevazebné interakce

16 Molekulární rozpoznávání základní vlastnost biopolymerů zajišťující funkce živých organismů - dáno prostorovou a vazebnou komplementaritou biomolekul Příklady: - Enzym x substrát - Enzym x inhibitor - Hormon x receptor - protilátka x antigen - transportní bílkovina x transportovaná látka - vzájemnou interakci zajišťují reversibilní nevazebné interakce Nevazebné interakce formují trojrozměrné struktury biomolekul a zajišťují jejich biologické funkce

17 Typy nekovalentních interakcí

18 Síla nevazebných interakcí: kumulativní efekt

19 Organizace živých systémů Nestatistické, vysoce organizované, nenahodilé Malé molekuly (malý počet) Biopolymery (tisíce) Proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy Supramolekulární soubory Clustery membrány, ribosomy,chromatin, cytoskelet Viry Jednobuněčné organismy Vícebuněčné organismy Molekulární rozpoznávání Biokompatibilita Nevazebné interakce

20 Cytoskelet

21 CYTOSKELET Endoplasmatické retikulum ribosom Plasmatická membrána Aktinová vlákna mikrotubuly mitochondrie Funkce: tvar buňky, pohyb, pohyb organel, transport látek, proteiny asociované s cytoskeletem

22 Aktinová vlákna vznikají z monomerních jednotek Mikrotubuly

23 Ribosom komplex proteinů (modré) a ribonukleových kyselin

24 Biologická membrána semipermeabilní nerozpustná bariera odděluje funkčně buňku od okolí ale také jednotlivé organely uvnitř buněk. Samosložné, deskovité, nekovalentní interakce

25 Fosfolipidy jsou stavebními jednotkami biologických membrán Polární část Nepolární část

26 Struktury tvořené detergenty a fosfolipidy ve vodném prostředí Lipidová dvojvrstva základní struktura biologických membrán

27 Membránové bílkoviny model tekuté mozaiky integrální periferní

28 Organizace živých systémů Nestatistické, vysoce organizované, nenahodilé Malé molekuly (malý počet) Biopolymery (tisíce) Proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy Supramolekulární soubory Clustery membrány, ribosomy,chromatin, cytoskelet Viry Jednobuněčné organismy Vícebuněčné organismy Molekulární rozpoznávání Biokompatibilita Nevazebné interakce

29 VIRY paraziti, nemají vlastní metabolický aparát a schopnost reprodukce složení: DNA/RNA, proteiny glykoprotein Globulární Fosfolipidový obal RNA kapsida Polyhedrální kapsomera Virus chřipky HIV Hepatitida typu B

30 VIRY RNA Cylindrický Virus tabákové mozaiky DNA Komplexní Hlava Tělo Bakteriofág lambda

31 Organizace živých systémů Nestatistické, vysoce organizované, nenahodilé Malé molekuly (malý počet) Biopolymery (tisíce) Proteiny, nukleové kyseliny, polysacharidy Supramolekulární soubory Clustery membrány, ribosomy,chromatin, cytoskelet Viry Jednobuněčné organismy Vícebuněčné organismy Molekulární rozpoznávání Biokompatibilita Nevazebné interakce

32 BUNĚČNÁ TEORIE Robert Hook (1663) "buňka" 1. Buňky tvoří veškerou živou hmotu (x viry: jsou živé?). 2. Veškeré buňky pocházejí z jiných buněk. 3. Informace se předávají z generace na generaci. 4. V buňkách látky podléhají chemickým přeměnám. 5. Buňky reagují na vnější podněty. Rozdělení organismů: prokaryota (bakterie, modrozelené řasy) (pro=před, karyon=jádro) Eukaryota (živočichové, rostliny, kvasinky, protozoa, houby, řasy) (eu=pravý, karyon=jádro)

33 Prokaryotní buňka velikost: 1 10 µm tvar: sferoidní (koky), tyčinkovitý (bacillus), helikální (spirilla) Ribosomy flagella Buněčná stěna Plasmatická membrána Pili Nukleoid (DNA) Escherichia coli nejlépe prostudovaný organismus

34 Eukaryota velikost µm, kompartmentace buněčných procesů - organely Živočišná buňka

35 Rostlinná buňka Odlišnosti: Buněčná stěna Chloroplasty Vakuola

36 Hlavní funkce a procesy probíhající v buněčných organelách a ostatních kompartmentech Kompartment Buněčná membrána Jádro Endoplasmatické retikulum drsné, hladké Golgiho aparát Mitochondrie Chloroplasty Lysosomy Peroxisomy Mikrotubuly a mikrofilamenta Cytosol Procesy a funkce Oddělení vnějšího a vnitřního prostoru,transport iontů a molekul, příjem a přenos signálu, pohyb Synthesa DNA, RNA Synthesa proteinů intra- a extracelulárních, synthesa lipidů, detoxifikační reakce Modifikace a export proteinů Buněčné dýchání, uskladnění energie Oxidace sacharidů a lipidů, synthesa močoviny a hemu Fotosynthesa Buněčné trávení lytické enzymy Oxidativní reakce s O2, metabolismus H2O2 a ostatních peroxidů Cytoskeleton, buněčná morfologie a pohyb (i vnitrobuněčný) Metabolismus sacharidů, lipidů, aminokyselin a nukleotidů

37 Studium procesů probíhajících v živých organismech nyní DNA Genom Vnější prostředí Transkripce Translace Proteiny Biochemické procesy Transkriptom Proteom DNA array 2D MS dříve Vnější projevy Metabolom, Fyziom HPLC

38 2003 lidský genom