Základy biochemie
Vymezení biochemie moderní vědní obor, který chemickými metodami zkoumá biologické děje (bios = řecky život) spojuje chemii s biologií poznatky velmi významné pro medicínu a farmacii výsledky se uplatňují i v zemědělství, potravinářském průmyslu a nejnověji v biotechnologiích
Biopolymery bílkoviny, nukleové kyseliny a některé polysacharidy mají uspořádanou prostorovou strukturu mají rozhodující význam v životních procesech: jsou přítomné ve všech organismech často vytváří organizované nadmolekulové struktury důležité pro život ve struktuře jejich molekul je obsažena veškerá informace živých organismů nukleové kyseliny obsahují informaci, která je využívána k syntéze bílkovin biopolymery obsahují velký počet stavebních jednotek, vznikají jejich kondenzací obvykle tvoří lineární řetězce
Bílkoviny - proteiny nejvýznamnější součásti živých těl makromolekulární polymery aminokyselin na stavbě bílkovin se podílí dvacet základních aminokyselin
Bílkoviny vznik peptidů peptidy jsou molekuly obsahující dva a více aminokyselin (přesněji jejich zbytků) polypeptidy obsahují více než 10 aminokyselin bílkoviny obsahují obvykle více než 100 aminokyselin slučování aminokyselin do řetězce peptidu je kondenzační reakce peptidová vazba
Bílkoviny prostorové uspořádání velkou roli pro správné fungování molekul bílkovin hraje prostorové uspořádání řetězce denaturace narušení prostorového uspořádání může být vyvoláno teplotou, chemikáliemi
Bílkoviny prostorové uspořádání fibrilární bílkoviny méně početná skupina vláknitých bílkovin konstrukční, podpůrné a krycí funkce kolageny, elastin tuhá struktura většinou ve vodě nerozpustné globulární bílkoviny početnější skupina bílkovin s oblým až kulovitým tvarem molekuly ohebná struktura citlivé na prostředí rozpustné ve vodě (tvoří koloidní roztoky)
Bílkoviny funkce enzymy usnadňují průběh chem. reakcí (ptyalin, pepsin) strukturní proteiny tvoří např. vlákna ve šlachách (kolagen) transportní proteiny např. přenos kyslíku v organismu (hemoglobin) pohybové proteiny např. ve svalech (myosin) receptorové proteiny např. v oku rhodopsin zachycuje světlo signální proteiny mnoho hormonů jsou proteiny (inzulín)
Enzymy anorganické reakce (hoření): papír + O 2 kouř + popel + teplo + světlo + CO 2 + H 2 O jednorázově se uvolnění veškerá energie (volná energie), rozptýlí se do okolí, kde zvýší neuspořádanost (chaos) k uskutečnění reakce je nutná aktivační energie (např. zápalka), k přechodu do stavu o nižší energii je nutné překonat energetickou bariéru opačný průběh reakce není znám (probíhá pouze jedním směrem, tzv. z kopce ) reakce v buňkách: k uskutečnění reakce je nutná aktivační energie (srážky s okolními molekulami) s překonáním energetické bariéry pomáhají tzv. enzymy enzymy váží molekuly substrátu způsobem, který umožňuje překonat energetickou bariéru (katalyzátory)
Enzymy obvykle katalyzuje jen jednu reakci jsou vysoce selektivní substrát váží v tzv. aktivním místě kapsa v enzymu umožňující vazbu substrátu po reakci zůstávají enzymy nezměněny rychlost reakce ovlivněna: koncentrací substrátu teplotou (větší teplota = větší počet srážek), která ovlivňuje rychlost difuze substrátu prostředím (buňkou)
Sacharidy sloučeniny odvozené od aldehydů nebo ketonů, obsahují několik hydroxylových skupin (-OH) význam: zdroj energie rostlin a živočichů (glukóza) zásobní látka (škrob u rostlin a glykogen u živočichů) součást buněčné stěny rostlin (celulóza), buněčné stěny bakterií, v membránách živočichů
vlastnosti: Sacharidy jednodušší sacharidy jsou ve vodě rozpustné, bílé krystalické látky, chutnají sladce (=cukry, glyceridy) složitější sacharidy (polysacharidy) jsou ve vodě nerozpustné nebo tvoří pouze koloidní roztoky (škrob) součást buněčné stěny rostlin (celulóza), buněčné stěny bakterií, v membránách živočichů rozdělení sacharidů (podle počtu monosacharidových jednotek): monosacharidy oligosacharidy 2 až 10 monosach. jednotek polysacharidy více než 10 monosach. jednotek
Významné monosacharidy glukóza (hroznový cukr) stálá součást krve živočichů, jejím rozkladem získávají organismy energii (roztok se podává přímo do krve) fruktóza (ovocný cukr) nejsladší monosacharid, ve včelím medu, vázána ve složitějších sacharidech pentózy uplatňují se jako součást biopolymerů (v nukleových kyselinách)
Další významné sacharidy sacharóza (cukr řepný) disacharid tvořený glukózou a fruktózou z třtiny cukrové n. řepy cukrovky vyluhuje se horkou vodou (sirup), po vyčištění se krystalizuje laktóza (cukr mléčný) disacharid tvořený glukózou a galaktózou obsažen v mléce savců škrob zásobní polysacharid (tvořený z glukózy) rostlin (zrna) rozkladem se získává glukóza a následně ethanol celulóza stavební polysacharid (tvořený z glukózy, odlišná vazba) společně s dalšími látkami (lignin) je podstatou dřeva živočichové ji většinou nemohou trávit používá se pro výrobu papíru, plastů (celuloid), vláken (viskozóvé hedvábí), bavlny nebo vaty
Nukleové kyseliny
Struktura DNA skládá se ze dvou POLYNUKLEOTIDOVÝCH VLÁKEN složených ze čtyř typů nukleotidových jednotek obě vlákna jsou vzájemně spojena VODÍKOVÝMI MŮSTKY mezi bázemi nukleotidů nukleotidy tvořeny PĚTIUHLÍKATÝM SACHARI- DEM, na nějž jsou navázány DUSÍKATÁ BÁZE a jedna nebo více FOSFÁTOVÝCH SKUPIN dusíkaté báze: A - adenin T - thymin C - cytosin G - guanin
Lipidy sloučeniny (estery) glycerolu a mastných kyselin: mají charakter mono-, di-, triacylglycerolů
Lipidy tuky živočišného původu, tuhé, převážně obsahují nasycené mastné kyseliny oleje rostlinného původu, tekuté, převážně obsahují nenasycené mastné kyseliny
Lipidy - vlastnosti nerozpustné ve vodě hydrofobní, lipofilní ztužování olejů hydrogenace nenasycených mastných kyselin pevné tuky hydrolýza tuků (alkalická) zmýdelnění, vzniká glycerol a alkalická sůl mastné kyseliny (mýdlo) oxidace účinkem bakterií (žluknutí tuků) nebo některými formami kyslíku
Složené lipidy, vosky fosfolipidy k lipidu připojen zbytek kys. fosforečné součást biomembrán, mozku glykolipidy k lipidu připojena cukerná složka součást mozku (nerv. buněk), imunitní reakce vosky rostlinné ochranný povlak listů živočišné (lanolin, včelí vosk) zdravotnictví, kosmetika
Metabolismus rozdělení organismů podle zdroje energie: fototrofní - využívají sluneční energii chemotrofní - potřebnou energii získávají rozkladem anorg. nebo org. látek rozdělení organismů podle zdroje uhlíku: autotrofní - samovyživující se organismy, C z anorganických zdrojů heterotrofní (organotrofní) - přijímají C vázaný do org. sloučenin rozdělení organismů podle využívání kyslíku: aerobní - používají kyslík jako konečný akceptor elektronů přenášených v dýchacím řetězci anaerobní - nevyužívají kyslík (kyslík může být buněčným jedem)
Metabolismus katabolické dráhy - odbourávají živiny na menší molekuly a při tom vytvářejí užitečnou formu energie pro buňku a některé z malých molekul (stavební materiál buňky - aminokyseliny, nukleotidy, cukry, mastné kyseliny) - dýchání anabolické (biosyntetické) dráhy - používají energii získanou organismem při katabolismu k pohonu tvorby (syntézy) mnoha jiných malých molekul, které tvoří buňku - fotosyntéza
Fotosyntéza všichni živočichové využívají energii uloženou v chemických vazbách vytvořených jinými organismy, které pojídají (býložravci) fotosyntéza umožňuje zachycenou energii slunečního záření změnit v energii chemických vazeb rostliny mohou získávat všechny potřebné atomy z anorganických zdrojů: uhlík z atmosférického oxidu uhličitého dusík z amoniaku a dusičnanů v půdě další potřebné prvky z anorganických solí v půdě rostliny používají získanou energii k zabudování těchto atomů do molekul cukrů (následně polysacharidů), aminokyselin (bílkovin), mastných kyselin (lipidů), nukleotidů (nukleových kyselin)
Fotosyntéza - základní principy světelná fáze fotosyntézy energie ze slunečního záření je přechodně zachycena do chemických vazeb speciálních molekul (ATP, NADPH) tyto molekuly přenáší energii do druhé fáze FTS při rozpadu vody (hydrolýze) je uvolňován molekulový kyslík (O 2 ) temnostní fáze fotosyntézy probíhá fixace (redukce) uhlíku - vyráběny jsou cukry z plynného oxidu uhličitého a vody energii potřebnou pro fixaci dodávají molekuly vznikající ve světelné fázi (ATP, NADPH) světelná energie + CO 2 + H 2 O cukry + O 2 + tepelná energie
Dýchání všechny organismy jsou poháněny chemickou energií uloženou v chemických vazbách organických molekul energie je z molekul uvolňována postupnou oxidací (řízeným spalováním) atmosféra obsahuje velký podíl kyslíku, energeticky nejstálejší formou uhlíku je CO 2 a nejstálejší formou vodíku je voda H 2 O dýchání (respirace) je řízené uvolňování energie z org. molekul tak, že se jejich atomy uhlíku a vodíku slučují s kyslíkem za vzniku CO 2 a H 2 O fotosyntéza a dýchání jsou vzájemně se doplňující děje (jsou komplementární) C 6 H 12 O 6 (cukry) + 6O 2 + 6H 2 O 6CO 2 + 12H 2 O
Dýchání
Dýchání
Dýchání předpokladem uvolňování energie v buňce je odbourávání makromolekul na malé molekuly: trávení ve střevech nebo lysozómech (fáze1) částečná oxidace v cytoplazmě (cytosolu, GLYKOLÝZA, fáze 2) úplnou oxidací v mitochondriích (CYKLUS KYSELINY CITRÓNOVÉ, OXIDACE V DÝCHACÍM ŘETĚZCI, fáze 3)