CHEMICKÉ ZNAKY ŽIVÝCH SOUSTAV a) Chemické složení a. biogenní prvky makrobiogenní nad 0,OO5% (C, O, N, H, S, P, Ca.) - mikrobiogenní pod 0,005%(Fe,Zn, Cu, Si ) b. voda 60 90% každého organismu - 90% příjem z prostředí zbytek vzniká při reakcích - rozpouštědlo, stavební struktura, tepelná regulace, pohyb látek c. anorganické látky voda, NH 3, CO 2 d. organické látky tuky, cukry, bílkoviny, nukleové kyseliny b) Přeměna látek (metabolismus) reakce anabolické (skladné) a katabolické (rozkladné) c) Výměna látek a energie s okolním prostředím - příjem, přeměna a uvolňování energie - podmínka života životní procesy - využití E na: růst, pohyb, přesun látek tvorba zásob makroergní vazby v ATP d) Enzymový charakter dějů enzymy ovlivňují rychlost dějů v organismech (biokatalyzátory enzymy, vitamíny, hormony) - specifický účinek jen pro určitou reakci - reakce bývají navzájem provázány - Produkt jedné reakce = výchozí látkou reakce, která na předchozí reakci navazuje. Návaznost biochemických dějů a lineární b cyklická S substrát, P produkt E1 až E5 enzymy, A až D meziprodukty 1
BIOKATALYZÁTORY o látky katalyzující reakce v živých organismech o ovlivňují rychlost reakce, ale sami zůstanou nezměněné o účinek i v malém množství o specifický účinek často působí jen na určitou reakci o netoxické o dělení: ENZYMY VITAMÍNY HORMONY ENZYMY vysokomolekulární látky bílkovinné povahy urychlují i regulují reakce ve všech organismech pracují za mírných podmínek (nízké teploty, tlak) snižuje aktivační energii reakce probíhá dříve Štěpení peroxidu vodíku H 2 O 2 A bez enzymu B v přítomnosti enzymu 1 celková uvolněná energie při chemické reakci 2 aktivační energie bez katalyzátoru 3 aktivační energie enzym-substrátového komplexu 4 aktivační energie rozpadu ES komplexu každý enzym katalyzuje pouze 1 přeměnu SPECIFITA ÚČINKU látka vstupující do reakce = SUBSTRÁT PRODUKT 2
PRŮBĚH: substrát se naváže na enzym v místě AKTIVNÍ CENTRUM AC (zde vazebné skupiny -COOH, -OH, -NH 2 ) o substrát musí přesně zapadat na aktivní centrum enzymu princip ZÁMKU A KLÍČE o vzniká enzym-substrátový komplex o komplex se rychle rozpadá a uvolňuje produkty reakce o E + S ESK P + E složení enzymu: APOENZYM + KOFAKTOR = HOLOENZYM = ENZYM kompletní enzym APOENZYM (bílkovinná složka) termolabilní rozhoduje, kterou látku rozloží KOFAKTOR (nebílkovinná složka) termostabilní rozhoduje na co látku rozloží př: vit. B, Cu 2+, Fe 3+, -OH prostetická skupina pevně navázána na enzym (Cu 2+, Fe 3+, -OH) koenzym volný, váže se při reakci na enzym může být stejný pro více enzymů, které katalyzují stejnou reakci důležité koenzymy: NAD = nikotinamidadenindinukleotid o přenáší H atomy NADH CoA = koenzym A o přenáší zbytek kys. octové acetyl acetyl CoA ADP, AMP = adenosindofosfát, adenosinmonofosfát o váže fosfátovou sk. ATP 3
rychlost enzymových reakcí závisí na: o množství substrátu rychlost reakce s koncentrací S, dokud se neobsadí všechna AC o množství enzymu rychlost reakce s množstvím E za dostatečného množství S o ph optimální oblast ph, v níž je účinnost nejvyšší (pepsin ph 1-2 zajišťuje HCl) o teplota teplotní optimum při vysoké teplotě - denaturace bílkovinného apoenzymu při 0 C nízká aktivita, při nižších t se činnost E zastavuje využití při skladování potravin v chladničkách a mrazničkách o efektory ovlivňují aktivitu E inhibitory snižují aktivitu váží se na AC zablokují jej pro S kompetitivní inhibice inhibitor mající podobnou struktura jako S soupeří se S o místo, lze utlumit zvýšením koncentrace S nekompetitivní inhibice inhibitor se váže na jiné místo enzymu změní konformaci E změní se konformace AC AC je neaktivní nelze vytěsnit (př. Pb 2+, Hg 2+ ) katalytické jedy alosterická inhibice inhibitor se naváže na alosterické centrum na E změní konformaci E AC neaktivní aktivátory zvyšují aktivitu př. Mg 2+ odštěpení části řetězce odkrytí AC aktivní enzym pepsinogen pepsin 4
názvosloví: o dříve triviální pepsin, ptyalin o názvy podle substrátů nebo reakce + -áza (maltáza, reduktáza) o kódové číslo (E.C.1.1.1.27) tř., podtř., podsk., číslo v podsk. třídění: podle typu reakce 1. OXIDOREDUKTÁZY katalyzují ox. red. reakce (přenos e -, H, nebo reakce s O) +O CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO + H 2 O E 2. TRANSFERÁZY katalyzují přenos skupin z jedné slouč. na druhou (aminotransferáza NH 2, transmethyláza CH 3 ) CH 3 CH COOH + CH 3 C COOH CH E 3 C COOH + CH 3 CH COOH NH 2 O O NH 2 3. HYDROLÁZY katalyzují hydrolytické reakce štěpení za přítomnosti vody (peptidázy, lipázy, glykosidázy) E sacharóza C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 4. LYÁZY katalyzují štěpení nehydrolytické neoxidační (štěpení C C) nebo adici na dvojnou vazbu CH 3 C COOH CO 2 + CH 3 C H O O 5. IZOMERÁZY katalyzují izomerie (změny uvnitř jedné molekuly) D glukóza D fruktóza 6. LIGÁZY katalyzují vznik vazeb za štěpení ATP vyjádření účinnosti enzymů: o jednotka: katal 1 katal = množství katalyzátoru, které přemění 1 mol substrátu za 1s využití: o potravinářství výroba nápojů (pivo, víno ), potravin (sýry, kynutá těsta) o farmacie výroba léků o výroba pracích prášků lipázy, protézy (štěpí špínu z tuků a bílkovin) o analytická chemie o výzkum 5
OPAKOVÁNÍ: 1. Složení holoenzymu: holoenzym (enzym) = + 2. Bílkovinná složka je.. 3. Místo na enzymu, kde se váže substrát se nazývá.. 4. Inhibitory jsou látky, které.. pokud substrát obsadí jiné místo než AC a změní uspořádání E a inaktivuje AC, jde o inhibici.. Pokud inhibitor obsadí AC enzymu jde o inhibici... 5. Vytvoř správné dvojice: Třída Druh katalyzované reakce 1. Transferázy a) Nehydrolytické štěpení vazeb C-C v molekulách substrátů 2. Lyázy b) Přenos elektronů (oxidace a redukce) mezi dvěma substráty 3. Ligázy c) Hydrolytické štěpení substrátů 4. Izomerázy d) Přeměna uvnitř molekuly substrátu 5. Oxidoreduktázy g) Přenos charakteristické skupiny mezi dvěma substráty 6. Hydrolázy h) Slučování dvou molekul substrátů za současné spotřeby ATP 6. Na kterou složku enzymu může mít teplota inhibující až ničící vliv a proč?.. 7. Schematicky zakresli princip působení enzymu a vysvětli princip zámku a klíče. 8. Odpověz na otázky: a. jsou enzymy účinnější než umělé chemické katalyzátory? b. mění katalýza enzymem rovnovážný stav reakce?.. c. může katalýza urychlit dosažení rovnovážného stavu reakce?.. d. co podle tebe znamená multienzymový komplex?.. 6
VITAMÍNY název: VIT (= život) + AMIN (jako 1. byl objeven vit.b THIAMIN) biokatalyzátory nízkomolekulární látky v organismech v malém množství, ale nezbytné ESENCIÁLNÍ LÁTKY nedostatek poruchy heterotrofní organismy je musejí přijímat v potravě, autotrofní je vyrábějí v potravě vitamíny / provitamíny (neúčinné) některé umí organismus vytvořit z provitamínů (neúčinná látka) provitamín β-karoten vitamín A často jsou koenzymem (např. některé skupiny vit. B) antioxidanty brání oxidacím ve tkáních onemocnění: snížený příjem vit. HYPOVITAMINÓZA.. únava, krvácení dásní, afty nadměrný příjem HYPERVITAMINÓZA. pouze u vitamínů rozpustných v tucích (přebytek vit. rozpustných ve vodě je vyloučen močí), nelze dosáhnout potravou! např.vitamin A nadměrné dávky v těhotenství rozštěpy úplný nedostatek AVITAMINÓZA šeroslepost, křivice, kurděje rozdělení 1. rozpustné v tucích A D E K (pomůcka ZADEK) 2. rozpustné ve vodě B C 7
1) VITAMÍNY ROZPUSTNÉ V TUCÍCH a) vitamín A RETINOL (tepen) tvorba v játrech z provitamínu. vliv na tvorbu zrakového pigmentu, dobré vidění za šera, antioxidant, tvorba tkání a sliznic zdroj: rybí tuk, játra, žloutek; provitamín v barevné zelenině (,.) nedostatek: šeroslepost, vysychání rohovky, drsná kůže, zastavení růstu b) vitamín D KALCIFEROL (steroid) vzniká z provitamínu ergosterolu vlivem UV záření podporuje vstřebávání a ukládání Ca a P do kostí zdroj: rybí tuk, mořské ryby, játra, mléko, máslo, žloutek, opalování nedostatek: křivice(rachitis) měknutí a deformace kostí řídnutí kostí (osteoporóza) c) vitamín E TOKOFEROL (antisterilní vitamín) antioxidant, podporuje činnost pohlavních žláz zdroj: rostlinné oleje, obilné klíčky, vejce, mléko nedostatek: nemoci svalů, špatný vývoj pohl. org., sterilita d) vitamin K FYLOCHININ (protikrvácivý vitamín) zdroj: zelená zelenina (,..), bakterie v tlustém střevě. nedostatek: zhoršení krevní srážlivosti, u rostlin snížení fotosyntézy 2) VITAMÍNY ROZPUSTNÉ VE VODĚ a) vitamín C KYS. L-ASKORBOVÁ (sacharid) podpora protilátek, antioxidant, vstřebávání Fe, tvorba kolagenu zdroj: zelenina (..,.), ovoce (.., ), brambory, vnitřnosti VAŘENÍM SE ZNIČÍ!!! nedostatek: záněty dásní, krvácivost, snížená imunita, kurděje (při avitaminóze) krvácení pod kůži, pod nehty, do svalů 8
b) vitamíny B B 1 THIAMIN (heterocyklus) tvorba koenzymů metabolismus sacharidů zdroj: vnitřnosti, obiloviny, kvasnice, vnitřnosti nedostatek: únava, křeče, trávicí poruchy, atrofie svalů, při avitaminóze nemoc beri beri (záněty nervů, psychické problémy ) B 2 RIBOFLAVIN (heterocyklus) tvorba koenzymů zdroj: maso, vejce, játra, kvasnice nedostatek: poškození kůže a sliznic praskání, afty B 3 kys. nikotinová a nikotinamid NIACIN tvorba koenzymů NAD a NADP zdroj: maso, ryby, kvasnice nedostatek: nervové poruchy, záněty kůže, průjmy (heterocyklus) B 5 KYS. PANTOTHENOVÁ (heterocyklus) tvorba koenzymů metabolismus bílkovin zdroj: maso, sýry, vejce, játra, kvasnice, luštěniny nedostatek: nervové poruchy, křeče B 6 PYRIDOXIN tvorba koenzymů tvorba bílkovin zdroj: maso, mléko, kvasnice nedostatek:poruchy nervové a trávicí soustavy kyselina listová ovlivňuje tvorbu erytrocytů (metabolismus AMK) zdroj: listová zelenina, játra, vejce nedostatek: chudokrevnost B 12 KOBALTAMIN pouze u živočichů vliv na krvetvorbu zdroj: játra, maso, tvoří jej střevní bakterie nedostatek: anemie, poruchy míšních nervů 9
HORMONY ovlivňují aktivitu enzymů tvorba a odbourávání je řízeno zpětnou vazbou reakcí organismu specifické ovlivňují pouze určitou reakci působí jen na určité tkáně (orgány), jejichž buňky mají receptory pro daný hormon dělení: dle organismů o rostlinné hormony (= FYTOHORMONY) aktivátory / inhibitory ovlivňují růst, tvorbu květů, plodů, opad listí ) př. etylen podporuje dozrávání ovoce (využití u tropického ovoce) gibereliny, auxiny o živočišné regulace látkové přemeny vznik v endokrinních žlázách, transport tělními tekutinami na místo účinku bezobratlí neotenin, ekdyzon, feromony vypouštěny jedinci do vzduchu sexuální lákadla využity k hubení hmyzu dle působení o pozn. plazmatická membrána = PM je tvořena fosfolipidovou dvouvrstvou o hydrofilní nepronikají PM do buňky receptory na povrchu buňky navázání hormonu na receptor změna konformace receptoru sled reakcí v buňce tvorba určitého enzymu o lipofilní pronikají skrz PM receptory uvnitř buňky hormon se naváže na receptor v buňce tento komplex projde do jádra aktivace určitého úseku DNA transkripce do mrna translace tvorba konkrétní bílkoviny dle chemické struktury A. Steroidní hormony B. Hormony odvozené od AMK C. Hormony odvozené od peptidů a bílkovin 10
A. Steroidní hormony ALDOSTERON KORTISOL PROGESTERON ESTRADIOL TESTOSTERON TYROXIN v kůře nadledvin a pohlavních žlázách B. Hormony odvozené od AMK ADRENALIN MELATONIN v dřeni nadledvin, štítné žláze, epifýze C. Hormony odvozené od peptidů a bílkovin SOMATOTROPIN INSULIN PARATHORMON OXYTOCIN hypofýza, slinivka břišní, štítná žláza, příštítná tělíska 11