Chemické základy života

Transkript

1 Biologie I 2. přednáška Chemické základy života

2 Zastoupení prvků v přírodě zastoupení prvků v zemské kůře, výška odpovídá četnosti výskytu modře prvky nacházející se ve významném množství v živých organismech Biology 6ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2002, ISB N ) 2/2

3 > 1/3 zemské kůry mikrobiogenní a stopové oligobiogenní 1/3 živé hmoty makrobiogenní Zastoupení prvků v přírodě Prvek Atomové číslo Podíl v zemské kůře [%] Podíl v živé buňce [%] Biologický význam Kyslík 8 46,6 65 Součást vody, organických molekul a aniontů, vzdušný O2 pro buněčnou respiraci Uhlík 12 0,03 18,5 Součást všech organických látek Vodík 1 0,14 9,5 Součást vody a organických látek, v buňce jako nositel elektronu při oxidačně-redukčních reakcích Dusík 7 stopy 3,3 Součást všech aminokyselin a nukleotidů Vápník 20 3,6 1,5 Součást koster a zubů, ovlivňuje asociace a disociace proteinů, svalové kontrakce Fosfor 15 0,07 1,0 Součást nukleových kyselin a nukleotidů, fosfát je důležitý při přenosu energie Draslík 19 2,6 0,4 Hlavní positivní náboj uvnitř buňky Síra 16 0,03 0,3 Součást proteinů a modifikovaných sacharidů Sodík 11 2,8 0,2 Hlavní positivní náboj vně buňky Chlór 17 0,01 0,2 Hlavní negativní náboj vně buňky Hořčík 12 2,1 0,1 Součást proteinů účastnících se přenosu energie a informace v buňce Železo 26 5,0 0,05 Součást proteinů, účastní se přenosu O2 v krvi a některých oxidačně-redukčních reakcí Fluór 9 0,07 0,01 Mangan 25 0,1 0,005 Komponenta řady enzymů Zinek 30 stopy 0,002 Komponenta řady enzymů Křemík 14 27,7 0,001 Bór 5 stopy 0,0007 Jód 53 stopy 0,0004 Součást thyroidního hormonu Měď 29 0,01 0,0002 Komponenta řady enzymů Hliník 13 6,5 stopy Vanad 23 0,01 stopy Chrom 24 0,01 stopy Kobalt 27 stopy stopy Součást vitaminu B12 Selen 34 stopy stopy Součást atypické aminokyseliny selenocystein Molybden 42 stopy stopy Komponenta řady enzymů 2/3

4 Biogenní prvky v živé hmotě ve formě iontů a sloučenin, které plní funkce: stavební informační a regulační metabolické provozní zásobní invariabilní makrobiogenní (> 1 %) oligobiogenní (0,05 1 %) mikrobiogenní a stopové (< 1 %) variabilní např. křemík rozsivky zlato kukuřice stříbro houby 2/4

5 Chemické vazby v živých systémech kovalentní sdílení či více elektronových párů iontové / polární / nepolární nekovalentní elektrostatické mezi dvěma trvalými náboji v molekule vodíkové sdílení vodíku mezi dvěma atomy hydrofobní interakce ve vodném prostředí mezi látkami neschopnými tvořit vodíkové můstky van der Waalsovy mezi parciálními náboji (trvalými nebo indukovanými) na elektronovém obalu 2/5

6 Voda základní složka v živých systémech kontinuální fáze v buňce, tkáni i pletivu prostředí, ve kterém probíhají chemické reakce obsah vody odráží metabolickou aktivitu obsah vody mozek 80 % kostra 25 % list % dřevo % semena % funkce v živých systémech rozpouštědlo hydrofilních látek napomáhá organizaci nepolárních látek účastní se chemických reakcí, disociace napomáhá udržovat stabilní teplotu organismů 2/6

7 Voda dipolární charakter molekuly tvorba vodíkových můstků struktura ledu D. L. Nelson, M.M. Cox: Lehninger Principles of Biochemistry, 5th edition, W.H. Freeman and Company, 2008 vodíkové můstky v kapalné vodě 2/7

8 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy v kapalném skupenství flexibilní síť vodíkových můstků ionizace a solvatace molekul (kyseliny, báze, sole, organické látky ) vznik organizovaných struktur z amfolytů (micely, membrány, ) teplotní závislost hustoty pevné skupenství má nižší hustotu než kapalné vysoké výparné teplo, vysoká tepelná kapacita, vysoké povrchové napětí disociace a tvorba H + a OH - 2/8

9 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy vodíkové můstky a solvatace hydrofilní molekuly hydrofobní molekuly 2/9

10 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy vodíkové můstky a agregace hydrofobních sloučenin minimalizace energie na základě zvýšení entropie dojde k agregaci nepolárních částí a tím minimalizaci oblasti jejich kontaktu s vodným prostředím hydrofobní interakce vznik micel a membrán, sbalování proteinů 2/10

11 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy vodíkové můstky a kohezivita vysoká adhesivita usnadňuje nasávání vody a její transport od kořenů k listům, překonává sílu gravitace, pro tenké kapiláry vysoké povrchové napětí umožňuje některému hmyzu a ještěrkám chodit po vodě 2/11

12 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy tepelné vlastnosti vody teplotní pufr brání velkým výkyvům během metabolických procesů dobrý přenašeč tepla i na globální úrovni mořské proudy ochlazování organismů pomocí potu mění se hustota vody v závislosti na teplotě led plave vodní plochy zamrzají od povrchu, u dna zůstává kapalná voda, kde mohou přežívat vodní organismy By Klaus-Dieter Keller, created with QtiPlot ( via Wikimedia Commons 2/12

13 Voda vlastnosti důležité pro živé organismy ionizace vody, disociace molekul ionizace vody H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - K W H O a OH K W 2 a H 2 v čisté vodě vzniká malé množství iontů i čistá voda je vodivá kyseliny / báze / pufry a 3. O 14 H O. OH 1, ph = -log c H3 O+ žaludeční šťávy citronová šťáva ocet, cola, pivo rajčata černá káva, dešťová voda moč, sliny čistá voda, krev mořská voda soda na pečení voda z Velkého solného jezera amoniak bělící prostředky čistič na trouby hydroxid sodný 2/13

14 Anorganické látky rozpustné ionty volné kationty (K +, Na +, Mg 2+, Ca 2+ ) volné anionty (HPO 4 2-, H 2 PO 4-, HCO 3- ) vázané na biopolymery strukturní funkce (Mg 2+, Zn 2+ ) katalytická funkce (Zn 2+, Cu 2+, Fe 2+, Mn 2+, Co 2+, Mo 2+ ) regulační funkce (Ca 2+ ) nerozpustné součást ochranných a opěrných struktur uhličitan vápenatý exoskelet bezobratlých hydratovaný oxid křemičitý schránky rozsivek fosforečnan vápenatý kostra obratlovců 2/14

15 Organické látky v buňce asi různých malých organických molekul většina složitějších je zbudována nebo odvozena od asi 40 jednoduchých molekul Podíl na celkové hmotě buňky [%] Voda 70 1 Anorganické ionty 1 20 Monosacharidy+prekursory Mastné kyseliny, lipidy+prekursory 1 50 Aminokyseliny+ prekursory 0,4 100 Nukleotidy+ prekursory 0,4 100 Ostatní malé molekuly 0,2 ~ 300 Makromolekuly 26 ~ 3000 Počet typů molekul v dané kategorii 5 monosacharidů 6 mastných kyselin glycerol cholin 20 a-aminokyselin 2 purinové báze 3 pyrimidinové báze nikotinamid kyselina octová 2/15

16 Makromolekuly polysacharidy, proteiny, nukleové kyseliny zbudovány z monomerních jednotek (homopolymery / heteropolymery) spojených kovalentně do velkých celků lipidy biologické membrány a inkluze vznik - dehydratace zánik - hydrolýza Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) Komponenta Podíl v E. coli [%] Podíl v savčí buňce [%] Voda Anorg. ionty 1 1 Metabolity 3 3 Proteiny RNA 6 1,1 DNA 1 0,25 Fosfolipidy 2 3 Další lipidy - 2 Polysacharidy 2 2 Objem buňky cm cm 3 Poměrný objem /16

17 Makromolekuly makromolekula podjednotka funkce příklad sacharidy škrob, glykogen glukosa zásoba energie obilí, brambory celulosa glukosa strukturní buněčné stěny papír v rostlinných buňkách chitin modifikovaná glukosa strukturní schránky krabů nukleové kyseliny DNA deoxyribonukleotidy uchovávání genetické informace chromozomy RNA ribonukleotidy přenos genetické informace pro mrna, trna genovou expresi proteiny funkční aminokyseliny katalýza, transport hemoglobin, enzymy strukturní aminokyseliny strukturní hedvábí, vlasy lipidy triglyceridy glycerol a tři mastné kyseliny zásobárna energie máslo fosfolipidy glycerol, dvě mastné kyseliny, fosfát buněčné membrány fosfatidylcholin a polární substituent prostaglandiny pětiuhlíkatý kruh s dvěma přenos informace prostaglandin E nepolárními řetězci steroidy čtyři spojené uhlíkaté cykly membrány, hormony cholesterol, estrogen terpeny dlouhé uhlíkaté řetězce barviva, strukturní funce karoten, kaučuk Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) 2/17

18 Sacharidy vznik fotosyntézou z CO 2 a H 2 O chemicky polyhydroxyaldehydy (aldosy) polyhydroxyketony (ketosy) pro strukturu důležité prostorová orientace enantiomery / stereoisomery (CH 2 O)n n=3 triosy 4 tetrosy 5 pentosy 6 hexosy 7 heptosy 2/18

19 Sacharidy glyceraldehyd struktura monomerních jednotek D- CHO CH C 2 OH HOH 2 C CHO C L- D-ketosy H OH HO H D-aldosy Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) 2/19

20 Sacharidy struktura monomerních jednotek isomery stejný sumární vzorec, ale odlišné struktury konstituční isomery liší se pořadím navázaných atomů stereoisomery atomy jsou ve stejném pořadí, ale jinak prostorově uspořádané enantiomery zrcadlové obrazy diastereoisomery nejsou zrcadlové obrazy epimery liší se na jednom nebo více asymetrických uhlících anomery liší se na novém asymetrickém uhlíku vzniklém při cyklizaci struktury Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) 2/20

21 Sacharidy struktura monomerních jednotek ve vodě spontánní cyklizace vznik hemiacetalové vazby vznik dalšího chirálního místa 2 anomery a- a b- zkrácený zápis struktury Fischerova projekce Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) Haworthova projekce 2/21

22 Sacharidy oligo- a polysacharidy, deriváty oligosacharidy do monosacharidových 10 jednotek polysacharidy nad 10 oligosacharidových podjednotek maltosa celulosa laktosa škrob sacharosa 2/22

23 Sacharidy oligo- a polysacharidy, deriváty deriváty náhrada hydroxylových skupin jinými funkčními skupinami často změna nábojových vlastností glukuronová kyselina 2/23

24 Sacharidy biologická funkce - polysacharidy polysacharid monosacharidy vazba větvení lokalizace funkce bakterie murein D-GlcNAc D-MurNAc β 1 4 buněčná stěna strukturní dextran D-Glc α 1 6 α 1 3 vazba vody rostliny agarosa D-Gal L-anhydroGal β 1 4 β 1 3 červené řasy - agar vazba vody karagenan D-Gal β 1 3 α 1 4 červené řasy vazba vody celulosa D-Glc β 1 4 buněčná stěna strukturní xyloglukan D-Glc D-Xyl, D-Gal, L-Fuc β 1 4 β 1 6 β 1 2 buněčná stěna (hemicelulosa) strukturní arabinan L-Ara α 1 5 buněčná stěna (pektin) strukturní amylosa D-Glc α 1 4 amyloplasty zásobní amylopektin D-Glc α 1 4 α 1 6 amyloplasty zásobní inulin D-Fru β 2 1 zásobní buňky zásobní živočichové chitin D-GlcNAc β 1 4 hmyz, krabi strukturní glykogen D-Glc α 1 4 α 1 6 játra, svaly zásobní kyselina hyaluronová D-GlcUA D-GlcNAc β 1 4 β 1 3 pojivové tkáně strukturní, vazba vody 2/24

25 Sacharidy biologická funkce zdroj energie a uhlíku pro syntézy rezervní formy energie a uhlíku strukturní složky buněk, tkání a pletiv součást složených biomolekul glykoproteiny, proteoglykany, glykolipidy, nukleotidy 2/25

26 Sacharidy zdroj a rezervní formy energie a uhlíku pro syntézy biologická funkce monosacharidy oligosacharidy glykogen (živočichové) transport hydrolýza, fosforylace, modifikace polysacharidy hydrolýza glukosa glukosa-6-fosfát fruktosa-6-fosfát energie prekurzory škrob (rostliny) štětičkovitá struktura amylopektinu Biology 11ed (Raven, Johnson, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) 2/26

27 Sacharidy buněčná stěna rostlin biologická funkce celulosa b1 4 poly-d-glukosa jednotek pektiny a1 4 poly-d-galaktouronová kys. methylovaná část karboxylů hemicelulosy obsahují pentosy: D-xylosa, L-arabinosa hexosy: D-manosa, D-galaktosa, uronové kyseliny) 2/27

28 Sacharidy ostatní stavební funkce biologická funkce chitin exoskeleton bezobratlých, buněčná stěna hub b1 4 poly-d-n-acetylglukosamin murein buněčná stěna bakterií sacharidová část = derivát chitinu kvasinkový glukan glykosaminoglukany s vazbami b1 3 a b1 6 matrice pojivových tkání živočichů glukosamin a uronové kyseliny vazby a1 4 a a1 3 acetylované a sulfonylované negativní náboj vazba vody a iontů vznik vysoce elastických struktur volné nebo kovalentně vázané na proteiny 2/28

29 Sacharidy součást složených biomolekul glykoproteiny, proteoglykany, glykolipidy, nukleotidy proteoglykan glykolipidy biologická funkce glykoprotein 2/29

30 Lipidy nejrůznorodější skupina makromolekul definovány pouze na základě hydrofobicity - hydrofobní nebo amfifilní látky glyceridy fosfolipidy a glykolipidy vosky terpeny a steroly v tucích rozpustné vitamíny mastné kyseliny a jejich deriváty biologické funkce: skladování energie buněčná signalizace stavební komponenty buněčných membrán ochranná termoizolace, hydroizolace a mechanická ochrana 2/30

31 Lipidy estery mastných kyselin s alkoholy a jejich deriváty triacylglyceroly živočišné nejčastější mastné kyseliny palmitová, stearová, olejová rostlinné bohaté na nenasycené mastné kyseliny zásobárna energie a uhlíku pro syntézy mechanická ochrana orgánů termoizolační vrstva živočichů vosky tuhé estery mastných kyselin a vyšších monohydroxylových alkoholů živočišné C 14 C 18, srst, peří rostlinné C 26 C 30, povrch listů a plodů hydrofobní vrstva bránící ztrátám vody, smáčení a napadení mikroorganismy 2/31

32 Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) Lipidy mastné kyseliny nejčastěji se sudým počtem uhlíků, nevětvené hydrofobní nereaktivní řetězec poměrně reaktivní karboxylová skupina speciální mastné kyseliny s trojnou vazbou, s hydroxylovou skupinou v bakteriích a archeobakteriích větvené, s cyklickými strukturami v řetězci s komplexními strukturami v řetězci dlouhé řetězce až C 56 esenciální pro lidský organismus 2/32

33 glycerol glycerol sfingosin sfingosin sfingosin glycerol glycerol glycerol Lipidy polární lipidy amfipatická povaha: hydrofilní část monosacharidy (glykolipidy) fosfát + cholin, ethanolamin nebo serin (fosfolipidy) hydrofobní část zbytky mastných kyselin základní stavební složky biologických membrán micela fosfolipidová dvojvrstva zásobní lipidy (neutrální) fosfolipidy membránové lipidy (polární) glykolipidy archaebakteriální etherové lipidy triacylglyceroly glycerofosfolipidy sfingolipidy sfingolipidy galaktolipidy (sulfolipidy) mastná k. mastná k. diftanyl PO 4 mastná k. mastná k. mastná k. mastná k. mastná k. diftanyl mastná k. PO4 alkohol cholin mono- nebo oligosacharid mono- nebo disacharid SO4 PO4 2/33

34 Lipidy ostatní významné lipidy izoprenoidy (terpeny) odvozené od isoprenu karotenoidy fytohormony feromony toxiny alkaloidy antibiotika kaučuk, gutaperča fytol ubichinon digitalin tokoferol (vitamín E) steroidy cholesterol žlučové kyseliny hormony vitamín D karoten Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) 2/34

35 Peptidy a proteiny heteropolymery složené z aminokyselin spojených peptidovou vazbou peptidy do 100 aminokyselin některé peptidy vznik bez proteosyntetického aparátu zvlášť pokud obsahují nekódované aminokyseliny nebo isopeptidovou vazbu glutathion, faloidin, peptidy z buněčné stěny bakterií proteiny nad 100 aminokyselin, nejčastěji mezi vznik pomocí proteosyntézy prostorové uspořádání několik úrovní typů struktur podle celkového tvaru fibrilární x globulární podle složení jednoduché proteiny x složené (obsahují neaminokyselinovou část) biologické funkce katalýza, transport, zásobní, podpůrná, strukturní a ochranná, pohyb, regulace a obrana organismu 2/35

36 Peptidy a proteiny proteiny biologická funkce katalýza zásobní enzymy, globulární tvorba a přerušování kovalentních vazeb, oxidace, redukce, izomerace řada enzymů povahy složených bílkovin (ligand/kofaktor se spolupodílí na katalýze) globulární zásoba aminokyselin (ovoalbumin, kasein, gliadin, zein) skladování navázaných látek (Fe- ferritin) regulace globulární, transmembránové proteinové a peptidové hormony (insulin, vasopresin) regulátory genové exprese (DNA vazebné proteiny) řízené seskupování proteinových komplexů / epigenetická informace pohyb globulární, fibrilární svalová kontrakce (proteinové komplexy aktinu a myosinu) pohyb buněk (vnitrobuněčné svaly - aktin a myosin/cytoskelet bičíky - tubulin/cytoskelet) pohyb objektů uvnitř buněk (chromosomy, organely, membránové váčky) Campbell biology 10ed (Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB, Pearson Education, 2014, ISBN ) 2/36

37 Peptidy a proteiny proteiny biologická funkce obrana organismu globulární imunoglobuliny proteinové a peptidové toxiny transport globulární a transmembránové rozvod malých molekul (O 2 - hemoglobin, myoglobin) specifické membránové přenašeče receptory strukturní, podpůrná globulární, transmembránové membránové receptory přenos signálu z vnějšího prostředí do buňky fibrilární gelovitá extracelulární matrix kolageny (kůže, kosti, zuby, šlachy, chrupavky, cévní stěny) elastiny (stěny cév, ligamenta, méně šlachy a kůže) krevní sraženina (fibrin) srst (keratiny) cytoskelet (střední filamenta - proteiny podobné keratinům) Campbell biology 10ed (Reece JB, Urry LA, Cain ML, Wasserman SA, Minorsky PV, Jackson RB, Pearson Education, 2014, ISBN ) 2/37

38 Peptidy a proteiny aminokyseliny známo více než 100 různých v proteinech 20 kódovaných a-l-aminokyseliny liší se ve struktuře a vlastnostech postranního řetězce esenciální pro konkrétní organismus (člověk Val, Leu, Ile, Phe, Trp, Thr, Met, Lys) v buňkách hladina volných aminokyselin syntéza de novo rozklad nepotřebných proteinů z potravy pro syntézy dusíkatých látek lze odstranit dusík a použít jako zdroj energie Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) 2/38

39 Peptidy a proteiny peptidová vazba páteř proteinu: volná otáčivost kolem dvou vazeb vznik 3D struktury konformace výsledek převážně nekovalentních interakcí v proteinu postranní řetězce ovlivnění struktury na základě své velikosti, náboje, brání volné rotaci páteře kolik různých peptidů o 30 aminokyselinách? možných kombinací 2/39

40 Peptidy a proteiny prostorové uspořádání fixace struktury proteinu kovalentní interakce disulfidické můstky nekovalentní interakce elektrostatické vodíkové můstky hydrofobní interakce van der Waalsovy 2/40

41 Peptidy a proteiny struktura proteinů 2/41

42 Peptidy a proteiny struktura proteinů sekundární struktura a-helix b-struktury - skládaný list b-struktury - otočka Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) 2/42

43 Peptidy a proteiny struktura proteinů supersekundární struktura, strukturní motivy, domény aminokyselinových zbytků často spojené s konkrétní funkcí nezávislá konformace domény motivy doména 2 b a b motiv helix-otočka-helix motiv doména 1 doména 3 Biology 11ed (Raven, Johnson, Mason, Losos, Singer, McGraw-Hill, 2011, ISBN ) 2/43

44 Peptidy a proteiny struktura proteinů složené proteiny obsahují neaminokyselinovou složku vázanou na apoprotein kovalentní i nekovalentní vazba kofaktor / prostetická skupina fosfoproteiny nukleoproteiny lipoproteiny glykoproteiny a proteoglykany chromoproteiny metaloproteiny 2/44

45 Peptidy a proteiny struktura proteinů denaturace proteinů změna konformace proteinu vlivem přerušení nekovalentních interakcí fyzikálními vlivy (teplota, ph, která vede ke ztrátě jeho funkčnosti (biologické aktivity) vratná nebo nevratná 2/45

46 Peptidy a proteiny struktura proteinů tvar proteinů globulární proteiny protein sbalen do kompaktní struktury tvaru rotačního elipsoidu až koule často charakter micely - hydrofobní core (jádro) hydrofilní povrch koloidní roztok 2/46

47 Peptidy a proteiny struktura proteinů tvar proteinů fibrilární proteiny často svazky vzniklé vzájemným obtáčením helixů kolem sebe (superhelix) často jsou sousední vlákna spojena kovalentní disulfidickou vazbou nerozpustné, mechanicky odolné, v pojivech kolagen elastin 2/47

48 Peptidy a proteiny struktura proteinů tvar proteinů membránové proteiny membránová část na povrchu hydrofobní zbytky, kontakt s hydrofobními řetězci membránových lipidů ve struktuře často a-helixy nebo b-struktury stočené do soudku Obrázky z Alberts a kol.: Základy buněčné biologie, 1998; Espero Publishing, s.r.o. 2/48

49 Nukleové kyseliny hlavní role ve skladování a expresi genetické informace nukleotidy spojené fosfodiesterovou vazbou mezi 5 a 3 hydroxyly pentos hydrofilní kostra ve vodě tvorba koloidních roztoků polarita řetězce 5 3 2/49

50 Nukleové kyseliny nukleotidy - složení NH 2 HO O P O OH O N N O OH O O - P O O - fosfát pentosa báze O O - P O O - O P O O - nukleosid O O - P O O - O P O O - O P O O - nukleotid 2/50

51 Nukleové kyseliny nukleotidy biologická funkce krátkodobé přenašeče energie - ATP, GTP energie uvolněná hydrolýzou pohání endotermní reakce aktivátory molekul pro syntézy vznik reaktivních meziproduktů, cílení do příslušné dráhy zdroj fosfátu pro enzymové fosforylace převážně ATP signální molekuly - camp, cgmp druhý posel, pro regulaci hladiny metabolitů nebo přenos signálu do buňky součást enzymů, katalyzátor NAD +, FAD dinukleotidy, kofaktory oxidačněredukčních reakcí 2/51

52 Nukleové kyseliny DNA cukr deoxyribosa báze C, G, T, A nejčastěji pravotočivá dvojšroubovice - 1 závit párů bazí dva paralelní řetězce vodíkové můstky mezi komplementárními bázemi párování vždy purin-pyrimidin, konstantní vzdálenost cukr- fosfátových koster Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) 2/52

53 Nukleové kyseliny DNA - struktura terciární a komplexy s proteiny primární sekundární 2/53

54 Nukleové kyseliny DNA biologické funkce udržení a přenos genetické informace na potomstvo převedení genetické informace do sekvencí RNA a proteinů za pomoci transkripčního a proteosyntetického aparátu strukturní gen oblast kódující protein další geny specializované molekuly RNA určité nepřepisované sekvence nesou informaci pro regulaci vlastního kopírování (počátek replikace) a regulaci přepisu genů (promotor, operátor ) 2/54

55 Nukleové kyseliny RNA cukr ribosa báze C, G, U, A nejčastěji jednořetězcové mohou ale tvořit intramolekulární vodíkové můstky mezi komplementárními úseky mohou se tvořit i neobvyklé páry G-C, tvorba trojšroubovice minoritní báze, v trna Color Atlas of Biochemistry 2ed (Koolman J, Roehm KH, Thieme, 2005, ISBN ) 2/55

56 Nukleové kyseliny RNA biologické funkce při expresi genů tj. transkripci / translaci přenos informace o aminokyselinové sekvenci (mrna) přenos aminokyselin a jejich přesné umístnění v primární struktuře nově syntetizovaného proteinu strukturní a katalytické funkce v nukleoproteinech např. ribosom rrna, v jádře sestřih RNA snrna regulace (např. tzv. antisense RNA) 2/56

57 Koloběh prvků koloběh uhlíku 2/57

58 Koloběh prvků koloběh dusíku 2/58

59 Koloběh prvků koloběh síry 2/59

60 Koloběh prvků koloběh fosforu 2/60