BIOCHEMIE Biochemie je věda zabývající se chemickým složením živých organismů a chemickými reakcemi, které v živých organismech probíhají biochemie statická studuje látky tvořící těla živých organismů biochemie dynamická studuje chemické děje v organismech Biogenní prvky v tělech organismů makroprvky více než 1% C, H, O, N, P, Ca mikroprvky 0,05-1% S, K, Na, Mg, Cl stopové méně než 0,05% Co, Zn, Mn, I Biogenní prvky se vyskytují téměř výhradně ve sloučeninách biomolekuly (živiny) anorganické sloučeniny o voda 60-95% rozpouštědlo, udržování ph, osmotického tlaku, termoregulace o minerální látky ve formě iontů ovlivňují osmotický tlak, ph, acidobazickou rovnováhu organické sloučeniny bílkoviny, sacharidy lipidy, nukleové kyseliny Živiny buňka využívá na výrobu nutných sloučenin energii Metabolismus neustálá přeměna látek (intermediální metabolismus) soubor všech reakcí, zahrnující přeměnu látek i energie katabolismus reakce katabolické, rozkladné složitější látky se štěpí na jednodušší exergonické uvolnění energie anabolismus reakce anabolické, syntetické jednodušší látky se přeměňují na složitější endergonické energii třeba dodat amfibolismus reakce amfibolické reakce většinou nejsou spojené s výměnou energie (izomerace) Látkový metabolismus je řízen látkami biokatalyzátory enzymy urychlují biochemické reakce, katalyzátory vitamíny nezbytné látky, součást mnohých enzymů hormony regulátory biochemických procesů
ENZYMY Enzymy Funkce enzymů Mechanismus reakce bílkoviny se specifickou strukturou, biokatalyzátory urychlují a regulují biochemické reakce reakce za nízké teploty do 37 C snižování aktivační energie reakce reakce probíhá v aktivním centru část molekuly enzymu charakteristické skupiny E + substrát E..S E + produkt
Druhy enzymů: jednosložkové jen bílkovina dvousložkové (holoenzym) o apoenzym bílkovinná část o kofaktor nebílkovinná část prostetická skupina spojená kovalentní vazbou koenzym poután slabě, vitamín Vlastnosti enzymů: 1. Selektivní a specifický účinek enzymů specifičnost substrátová způsobuje apoenzym specifičnost k reakci způsobuje koenzym jeden koenzym může ovlivňovat různé reakce 2. Aktivita enzymů závisí na koncentraci substrátu koncentraci enzymu teplotě do 50 C, pak deaktivace, koagulace bílkoviny ph optimální ph pro každou reakci a enzym 3. Inhibice enzymů snižování účinku enzymu v aktivním centru o kompetitivní (konkurenční, vratná) inhibitor má podobnou strukturu jako substrát, soupeří se substrátem tlumení koncentrace substrátu o nekompetitivní (nevratná) enzymové jedy ionty těžkých kovů, Cu 2+, Pb 2+, Hg 2+ pevně blokují reaktivní skupiny AC (-SH, -OH.) enzym je vyřazen z provozu
mimo aktivní centrum (alosterická) vyvolává změnu struktury AC a zabraňuje vazbě E S 4. Aktivace enzymů katalytický účinek zvyšují ionty lehkých kovů, např. Mg 2+ odstraňují části polypeptidických řetězců, bránících vstupu S do AC proenzym (zymogen) neúčinná forma enzym účinná forma 5. Zpětná vazba Názvosloví enzymů: triviální α-amyláza, pepsin, trypsin systematické glycyl-glycylhydroláza glukózo-6-fosfátdehydrogenáza
Klasifikace enzymů: více jak 1 000 různých enzymů 6 tříd enzymů podle typu katalyzované reakce
VITAMÍNY objevil v roce 1880 ruský biolog Lunin Charekteristika: různorodé organické látky, které pomáhají zabezpečovat správný průběh životních procesů Význam: 1. esenciální složky potravy, účinkují v minimálním množství syntetizují je převážně rostliny a mikroorganismy Př. vitamín C 50-70 mg/den 2. působí jako biokatalyzátory 3. tvoří asi 90 % všech koenzymů nebo slouží k výrobě koenzymů 4. snadno podléhají oxidaci, která se urychluje světlem, teplem, kovy, kyselinami a zásadami 5. chemické složení deriváty heterocyklů (B), sacharidů (C), izoprenoidů (A, D) 6. musí být dodávány pravidelně a v přiměřeném množství, jinak avitaminóza nemoc z nedostatku vitamínů nebo z poruchy vstřebávání Př.: D křivice, C kurděje, A šeroslepost hypervitaminóza nemoc z nadbytku vitamínů Př.: vitamíny rozpustné v tucích hypovitaminóza přechodný nedostatek vitamínů, není to nemoc Př.: nedostatek vitamínů v předjaří Provitamíny Antivitamíny látky, ze kterých se vytvářejí vitamíny Př.: karoten vitamín A, cholesterol vitamín D látky, bránící využití vitamínů buňkami Názvosloví: 1. triviální A, E, K, C, B 2. podle chorob z nedostatku vitamínů A šeroslepost xeroftalmie axeroftol 3. podle chemického složení vitamín C kyselina L-askorbová
Klasifikace vitamínů: 1. vitamíny rozpustné v tucích A, D, E, K 2. vitamíny rozpustné ve vodě B, C
Regulace biochemických dějů Autoregulace procesů v buňce různé mechanismy: enzymová hormonální Enzymová regulace: ovlivňování aktivity enzymů u jednobuněčných organismů inhibice a aktivace indukce a represe enzymů zvyšování a potlačování proteosyntézy podle potřeby buňky Hormonální regulace: u vyšších organismů společně s enzymovou regulací mechanismus je stejný jako u enzymové regulace indukce a represe enzymů prostřednictvím hormonů je o přímá (proniknutí hormonu přímo do buňky) o zprostředkovaná (pomocí receptorů zprostředkovávají působení hormonů v buňce) Druhy hormonů: 1. Rostlinné regulátory (fytohormony) regulátory růstu rostlin Stimulátory auxiny o stimulující účinek na buňky o podporují prodlužovací růst stonku, geotropismus o objemový růst buněk stonku o nestejnoměrný růst stonku o urychlení růstu spodní části adventivní kořeny o heteroauxin (kyselina 3-indolyloctová) o α-naftyloctová kyselina, nikotinová kyselina gibereliny o deriváty kyseliny giberelové (terpenický charakter) o stimulují buněčné dělení o urychlují klíčení, kvetení o 1-3 g na tunu ječmene zkracuje klíčení o 2 dny) cytokininy o zabraňují stárnutí pletiv o stimulují dělení buněk, zakládání a vývoj pupenů Inhibitory kyselina abscisová o tlumí růst a vývoj pupenů o způsobuje opadávání listů
blastokoliny o brání klíčení semen fytoncidy o ničí mikrooorganismy Herbicidy ničí rostliny o selektivní (simazil ničí všechny rostliny kromě kukuřice) o neselektivní totální (travex, borax, kyanid vápenatý, modrá skalice, trichlorocxtová kyselina, dichlorfenoxyoctová kyselina) 2. Feromony - u hmyzu těkavé látky, vůně láká jedince opačného pohlaví i na vzdálenost několika set metrů význam ničení hmyzích škůdců 3. Hormony u vyšších živočichů a člověka látky, zajišťující specifickou a účinnou regulaci metabolismu steroidy, deriváty aminokyselin, peptidy, bílkoviny produkují je endokrinní žlázy do krve Hormony nebílkovinné povahy dusíkaté (fenolytické, odvozené od aminokyselin) o thyroxin (štítná žláza) o trijodthyronin (štítná žláza) zvyšují tvorbu oxidoreduktáz, růst organismu nezbytný pro zdravý vývoj mozku, nedostatek-kretenismus o adrenalin (dřeň nadledvin) zvyšuje rozklad gylykogenu v játrech a zvyšuje hladinu glukózy v krvi zvyšuje krevní tlak zúžením cév má vliv na vedení nervového podráždění steroidní o pohlavní (varlata, vaječníky) androgeny mužské (testosteron, androsteron) podporují proteosyntézu gynekogeny ženské (estrogeny estron, estradiol, gestageny progesteron) regulují proces menstruačního cyklu a přípravu dělohy ke graviditě o kortikoidní (kůra nadledvin) kortizol, kortikosteron, aldosteron metabolismus Na + a K +
Hormony bílkovinné povahy (proteohormony) o inzulín (slinivka břišní) podporuje štěpení glukózy reguluje metabolismus sacharidů a lipidů o glukagon (slinivka břišní) antagonistický k inzulínu) o parathormon (příštitná tělíska) reguluje množství Ca 2+ v krvi vyplavuje Ca a P z kostí nedostatek Ca a P v krvi tetanie (křeče v obličeji) o somatotropin (přední lalok hypofýzy) růst organismu, proteosyntézy o adrenokortikotropin (přední lalok hypofýzy) ovlivňuje hormony kůry nadledvin o thyreotropin (přední lalok hypofýzy) ovlivňuje hormony štítné žlázy o gonadotropin (přední lalok hypofýzy) ovlivňuje pohlavní žlázy ahormony vasopresin (zadní lalok hypofýzy) oxytocin (zadní lalok hypofýzy) Hypofýza reguluje vlastními hormony periferní endokrinní žlázy a jejich hormony Podhrbolí (hypotalamus) hormonálně regulují vylučování hormonů hypofýzy Mozek nervově ovlivňuje hypotalamus
Schéma: Mozek nervové dráhy Podhrbolí (hypotalamus) hormonálně Hypofýza hormonálně Periferní endokrinní žlázy hormonálně Buňky