Biochemie I Úvodní přednáška
Organizace výuky etc Doc. Radovan Hynek: S 90, radovan.hynek@vscht.cz Doc. Petra Lipovová:234, Petra.Lipovova@vscht.cz Ústav biochemie: http://biomikro.vscht.cz/ Laboratoř aplikované proteomiky: http://biomikro.vscht.cz/cz/research/groups/massspec/ Laboratoř biochemie proteinů s technologickým potenciálem http://biomikro.vscht.cz/cz/research/groups/protbiotech/ Organizace přednášek Program Testy Zkouška Organizace seminářů
Skupina aplikované proteomiky Doc. Dr. Ing. Radovan Hynek, Ing. Mgr. Štěpánka Hrdličková Kučková, Ph.D., Ing. Jiří Šantrůček, Ph.D., Prof. RNDr. Milan Kodíček, CSc., Ing. Petra Junková Kontakt: Radovan.Hynek@vscht.cz, Stepanka.Hrdlickova.Kuckova@vscht.cz, Milan.Kodicek@vscht.cz Zaměření skupiny o Zaměřujeme se zejména na studium proteinů buněčných membrán a proteinů obsažených v nerozpustných matricích (v kostech, zubech, mineralizátech srdečních chlopní, barevných vrstvách uměleckých děl) o Spolupracujeme s dalšími skupinami v rámci našeho ústavu i mimo něj na řešení mikrobiologických i proteomických úkolů o Řešená problematika - příklady Vliv abiotických stresů na hladiny rostlinných membránových proteinů Identifikace proteinů souvisejících s reakcí rostlin na chladový stres Studium membránových komplexů zapojených v signálních drahách rostlin Proteomické aspekty mineralizace srdečních chlopní Studium proteinů v uměleckých dílech a historických maltách Arabidopsis thaliana ošetřená idsoxabenem isolace membránové frakce Interakce proteinů s buněčnými membránami dílo: Procházka (1936) autor: Josef Čapek Identifikace patogenních mikroorganismů resuspendace membránové frakce Odhalení falzifikátu: Identifikován syntetický MS/MS analýza (identifikace membránových proteinů) MALDI deska s nanesenými vzorky pigment ftalocyanin meďnatý (používaný až od roku 1938) Identifikace bakterie podle jejího proteinového profilu Moderní proteomika se neobejde bez hmotnostní spektrometrie! Naše stroje Metodika Peptidové mapování identifikace proteinů Povrchové mapování studium prostorové struktury proteinů MALDI-TOF/TOF LC-ESI-Q-TOF Biotyping identifikace mikroorganismů Kvantifikace proteinů pomocí isotopových značek i bez nich (metody itraq, dimethyl labelling, SIM, TOP3, MeanInt) Cross-linking a pull-down membránových komplexů
Studijní materiály Autoři: Kodíček Milan, Valentová Olga, Hynek Radovan Vydavatel VŠCHT Praha (1. vydání, 2015) ISBN 978-80-7080-927-3 Počet stran 416 Cena 520 Kč 340 Kč (pro studenty VŠCHT)
Milan Kodíček Biochemické pojmy výkladový slovník http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002 Kontrolní otázky v rozsahu výuky předmětu Biochemie I Hynek, Kodíček, Lipovová, Valentová, Fukal http://biomikro.vscht.cz/vyuka/?link=ko
Lehninger Principles of Biochemistry ebook, 5th Edition 2009
BIOCHEMIE I - přednášky 1. Živé systémy, jejich složení a organizace 2. Aminokyseliny (vlastnosti, stanovení a reakce) a peptidy 3. Bílkoviny (vztah struktury a funkce) 4. Enzymy: struktura, názvosloví, rozdělení do tříd 5. Reakční kinetika enzymových reakcí; regulace činnosti enzymů 6. Chemie nukleotidů a nukleových kyselin; replikace 7. Transkripce, translace a posttranslační modifikace
8. Chemie lipidů; biomembrány a membránový transport 9. Principy látkové a energetické přeměny; bioenergetika 10. Aerobní a anaerobní respirace; světlá fáze fotosynthesy 11. Citrátový a glyoxylátový cyklus 12. Chemie sacharidů. Metabolismus sacharidů I. 13. Metabolismus sacharidů II. Metabolismus lipidů 14. Metabolismus dusíkatých látek
Biochemie a související obory Biochemie patří do skupiny přírodních věd Přírodní vědy vycházejí z předpokladu, že děje probíhající ve vesmíru jsou determinovány jistými přesně danými pravidly. Rolí přírodovědců je pak taková pravidla objevovat, popisovat a pokud možno i smysluplně využívat.
Definice biochemie - věda zkoumající biologické děje chemickými prostředky (pojem zavedl F.Hoppe-Seyler 1903) - zkoumá živé systémy na molekulární úrovni (ilustrace definice)
Biochemie: statická (látkové složení organismů, vlastnosti biomolekul, vztah struktury a funkce) dynamická (metabolismus, bioenergetika) funkční (fysiologické projevy na molekulové úrovni) nadmolekulových struktur (= organizační)
S biochemií úzce souvisí: Molekulová genetika (molekulová biologie, molekulová fysiologie) Proteomika Enzymologie Klinická biochemie Bioorganická chemie Biofyzikální chemie Xenobiochemie (farmakobiochemie) Biotechnologie
BUNĚČNÁ TEORIE (Robert Hook (1667) "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.
Typy buněk prokaryota nemají pravé jádro (karyon=jádro) eukaryota mají pravé jádro(eu=pravý, karyon=jádro)
Velikosti buněk a jejich částí
Prokaryotní buňka velikost: 1 10 µm tvar: sferoidní (koky), tyčinkovitý (bacillus), helikální (spirilla) Ribosomy flagella Plasmatická membrána Buněčná stěna Pili Nukleoid (DNA) Escherichia coli nejlépe prostudovný organismus
Eukaryota velikost 10-100 µm, kompartmentace buněčných procesů - organely Živočišná buňka
Rostlinná buňka Odlišnosti: Buněčná stěna Chloroplasty Vakuola
Hlavní funkce a procesy probíhající v buněčných organelách a ostatních kompartmentech Kompartment Buněčná membrána Jádro Endoplasmatické retikulum drsné, hladké Golgiho aparát Mitochondrie 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 Chloroplasty Lysosomy Peroxisomy Mikrotubuly a mikrofilamenta Cytosol Fotosynthesa Buněčné trávení lytické enzymy Oxidativní reakce s O 2, metabolismus H 2 O 2 a ostatních peroxidů Cytoskeleton, buněčná morfologie a pohyb (i vnitrobuněčný) Metabolismus sacharidů, lipidů, aminokyselin a nukleotidů
Látkové složení živých organismů Prvky: C,H,N, O,P,S (92%), Ca,Mn,Fe,I,Mg Složka Rel. mol. ZASTOUPENÍ (g/100 g ORGANISMU) Počet druhů molekul hmotnost člověk rostlina bakterie v buňce bakterie voda 18 60 75 70 1 bílkoviny 10 4-10 6 18 4 15 3 000 DNA >10 6 <1 <1 1 1 RNA 4.10 4-10 6 1,5 1 6 1 000 sacharidy 10 2-10 6 0,5 16 2 250 lipidy 750-1 500 16 1 2 50 Funkce bude náplní přednášek ostatní org. látky anorg. látky 100-500 1 1 2 500 asi 60 3 2 1 15-20
Role vody Všechny výše zmíněné komponenty budou diskutovány podrobněji s výjimkou vody 60 to 70 % hmotnosti živých organismů Všechny reakce vyskytující se v živých organismech probíhají ve vodě Voda je reaktantem o produktem řady biochemických reakcí Fotolýza vody je jedním ze zásadních procesů probíhajících na Zemi Nekovalentní interakce vodíkové můstky, hydrofobní interakce
Nevazebné interakce
Typy nekovalentních interakcí vyskytujících se v živých organismech Typ interakce Příklad * Vazebná energie (kj/mol) vodíkové můstky (vazby): voda (led) -O-H...O= 17 vazby v pept. řetězci =N-H...O=C 15 neutrální a nabitá skupina -COO -...HO-CH 2-15 elektrostat. interakce * ion-ion -COO -... + H 3 N- 20-30 interakce dvou permanentních dipolů C + =O -...C + =O - 2 Londonovy dispersní interakce mezi dvěma alifa-tickými atomy C 0,11 patrové interakce mezi dvěma aromatickými kruhy Phe 6 hydrofobní interakce ** např. mezi dvěma methylovými skupinami 1,2 mezi dvěma postran- ními řetězci valinu 6
Schopnost tzv. molekulového rozpoznávání unikátní vlastnost živých systémů -reverzibilní nekovalentní Příklady: interakce enzym - substrát, protilátka - antigen, hormon - receptor