1

BIOLOŠKA KEMIJA

• FS (voditelj predmeta: Prof. dr. sc. Jerka Dumić Belamarić)– 2 sata predavanja + 1 sat vježbi

• MBS (voditelj predmeta: Doc. dr. sc. Julija Matijević-Sosa)

– 2 sata predavanja + 1 sat seminara + 1 sat vježbi

– Asistenti: Dr. sc. Sanja DabelićOlga Gornik, dipl. inž.

Ruđer Novak, dipl. inž.

BIOLOŠKA KEMIJA: 3. zimski semestar akad. god. 2006/2007.

19 - 20

18 – 19

17 – 18

16 – 17

BIOLOŠKA KEMIJAP1 A

15 – 16

SEMINAR ZA MBS* JBIOLOŠKA KEMIJAV1/V2*

14 – 15

BIOLOŠKA KEMIJAV11/V12*

13 – 14

BIOLOŠKA KEMIJAV5/V6**

12 – 13

11– 12

BIOLOŠKA KEMIJAV7/V8*

10 – 11

9 – 10

BIOLOŠKA KEMIJAV9/V10*

BIOLOŠKA KEMIJAV3/V4*

BIOLOŠKA KEMIJAP2 C

8 – 9

7 – 8

SubotaPetakČetvrtakSrijedaUtorakPonedjeljakOd – do

Farmaceutsko-biokemijski fakultetZavod za biokemiju i molekularnu biologiju

Biološka kemija

1. Biokemija prou čava život na molekularnoj razini

Prof. dr. sc. Jerka Dumi ć

1. M.G. Cooper, & R.E. Hausman, Stanica: molekularni pristup , Medicinska naklada, 2004, Zagreb

2. Voet & Voet, Biochemistry , John Wiley and Sons Ltd., N.Y. posljednje izdanje.

3. J.M. Berg, J.L. Timoczko, L. Streyer , N.D.Clark,Biochemistry , V. izdanje, W.H. Freeman&Co, N.Y. 2001

4. C.K. Mathews & K.E. Van Holde , Biochemistry,The Benjamin Cummings Publishing Co, Inc. N.Y. 2002

5. D. Hames, N.M. Hooper , J.D. Houghton,Instant notes in Biochemistry , Bios Scientific Publisher, Ltd., 2001, Oxford

6. T.M. Devlin , Biochemistry , Wiley-Liss, N.Y. 2002 D.

UDŽBENICI

1. Biološka kemija

• Razvitak molekularnih znanosti o životu

• Biokemija je kemijska znanost

• Biokemija je biološka znanost

• Značenje biokemije za razvitak drugih znanosti

• Široka primjenjivost biokemije

Pručavaju ći prirodu želimo saznatiŠTO JE MATERIJA?

(Što je energija?)ŠTO JE ŽIVOT?

Fizičke znanosti Znanosti o životu

FIZIKA BIOLOGIJAKEMIJA

Što je život? (znanost ne zna odgovoriti)

Znanost prou čava živu tvar.

Svojstva žive tvari• Složenost• Pokretljivost• Reprodukcija• Stvaranje reda i usmjerenost• Ustaljeno stanje

BIOKEMIJA

2

Dvojnost studija biologije

βιοσβιοσβιοσβιοσ λογοσλογοσλογοσλογοσRaznolikost

živih bi ćaZajedni čka svojstva (jedinstvo) živih bi ća

• Stani čna struktura

• Nasljeđivanje (geni)

• Evolucija (zajedni čko podrijetlo)

• Molekularna osnova svih živihprocesa

Biokemija je biološka znanost koja se služi kemijskim jezikom

"Položaj biologije među prirodnim znanostima istovremeno je i marginalan i središnji. Marginalan je, jer živi svijet čini samo mali i "posebni" dio Svemira, pa nije vjerojatno da će studij živih bića razotkriti opće zakone koji bi važili i izvan biosfere.

Međutim, ako je konačni cilj cjelokupne znanosti ... objasniti čovjekov odnos spram Svemira, onda biologiji moramo pripisati središnji položaj, jer ona ... zadire ... u srž problema koje treba riješiti prije no što se "ljudska narav" može shvatiti u bilo kakvim drugim, a ne samo i metafizičkim okvirima".

Jacques Monod: Le hasard et la necessité

• Sav živi svijet izgra đen je od neživih molekula

• Načelno: iste molekule obavljaju iste funkcije

• Za život je potrebna energija

• Organizmi jedni drugima služe kao hrana

• Organizmi mogu parazitirati jedni na drugima

• Živi organizmi mijenjaju biosferu

JEDINSTVO BIOSFEREBIOKEMIJA JE PRIRODNA ZNANOST

Biokemija studira živi sustav na molekularnoj razini

Biokemija je zasebna prirodoslovna disciplina

STATIČKA BIOKEMIJA

strukturna, fizikalna i kemijska svojstva

biomolekula

načela bioprocesa(energetika,

komunimacija, kinetika i transport)

DINAMIČKA BIOKEMIJA

Kako neka molekula nastaje u živom sustavu?

Koja je njezina funkcija?Koja je njezina sudbina?

Koje je njezino evolucijsko značenje?

INFORMACIJA (Molekularna biologija)

BIOKEMIJA

Reprodukcija

Preživljavanje

FUNKCIJA

INFORMACIJA

METABOLIZAM

STRUKTURNA SVOJSTVA BIOMOLEKULA

BIOKEMIČARA ZANIMAMolekularno ustrojstvo žive tvari

Struktura molekula žive tvari

Funkcija molekula i ustrojstva

Kako crpsti energiju iz okoline

Kako pohraniti i pretvarati energiju

Kako uskladiti brzine procesa s potrebama

Kako nadzirati kemiju života

Kako čuvati i prenositi informaciju

Kemijske promjene pri razvoju, reprodukciji, staren ju i smrti

Kako primijeniti biokemijsko znanje na dobrobit lju di

3

Biokemijsko znanje hrani sve znanosti o životu

Biologija

Ekologija

Genetika

Evolucija

Bioenergetika

Imunologija

Mikrobiologija

Fiziologija

Molekularna medicina

Endokrinologija

Dijetetika

Farmakologija

Toksikologija

Antropologija

Psihologija

Biotehnologija

BIOKEMIJA UNAPRE ĐUJE

� Farmaceutsku industriju

� Medicinsku dijagnostiku i terapiju

� Prehrambenu industriju

� Poljoprivredu i sto čarstvo

� Kriminalistiku

� Kemijsku industriju

BIOKEMIJA POMAŽE GLADNOM I BOLESNOM

Tra

dici

onal

no o

dvoj

ene

disc

iplin

e B

IOK

EM

IJA

, G

EN

ET

IKA

I S

TA

NIČ

NA

BIO

LO

GIJ

Asr

asle

su

na m

olek

ular

noj

razi

ni u

suv

rem

enu

biok

emij

u i/i

li m

olek

ular

nu b

iolo

giju

Geni, čipovi i “Geneti čko doba”

Projekt Hugo (i nicanje “-OMIKA”) i funkcionalna pr oteomikaNova znanja imaju široku primjenu, od nadzora okoli ša, osiguranja hrane do svih grana medicine i farmakologije

Sekvenciranje gena, genska analiza i nove tehnologije ,geneti čko inženjerstvo i pouzdana analiti čka oprema za minijaturne uzorke i golemu u činkovitost izazvli surevoluciju u biologiji, dijagnostici, molekularnoj medicini i farmakologiji

• kloniranje

• rekombinantna DNA

• bio čipovi & microarrays

BIOLOGIJA JE UŠLA “ in silico”.

Središnja “dogma” molekularnebiologije

Središnja “dogma” molekularnebiologije

RNARNA

proteiniproteini

DNADNA

?? ?

?

?

?CH3 -

CH3COO -

- OPO3–

farnezilacija

4

Funkcionalne kategorije eukariotskog proteoma

Predvidiva homologija humanih proteina na temelju

usporedbe gena

Biomolekularne spoznaje prepoznaju tijek evolucije i utvr đuju filogenezu

Nekoliko generacija obitelji Adams

Geneti čki i izvanji čimbenici interaktivno pridonose ponašanju, zdravlju , bolesti i mortalitetu. Geneti čke informacije u epidemiološkim istraživanjima otkr ivaju odnose između geneti čkih osobina, na čina života i vjerojatnosti oboljenja.

Geneti čki i izvanji čimbenici interaktivno pridonose ponašanju, zdravlju , bolesti i mortalitetu. Geneti čke informacije u epidemiološkim istraživanjima otkr ivaju odnose između geneti čkih osobina, na čina života i vjerojatnosti oboljenja.

Pored molekularnog tuma čenja ponašanja i fenotipskih obilježja

molekularna genetika i genotipizacijarazotkrivaju "Ahilovu petu" pojedinca.

Biotehnološka revolucijaBioteh-industrija (uporabom staničnih i molekularnih procesa za uklanjanje

problema u proizvodnji) otvara sjajne mogu ćnosti na korist društvu:

(1) Uspješnija briga za zdravlje

(2) Povećana poljopriovredna proizvodnja

(3) Čišći okoliš

Industrija proizvodi lijekove protiv raka, srčanih bolesti, dijabetesa, AIDS-a idrugih fatalnih ili ozbiljnih životnih prijetnji

Genska terapija može stanicama pacijenta ponuditi zdrave kopije defektnog gena da spriječi rak i druge bolesti.

Poljoprivredna biotehnologija povećava proizvodnju i hranidbenu vrijednost usjeva jačajući rezistenciju prema prirodnim neprijateljima uz smanjenu potrebu za pesticidima.

Biotehnologija okoliša proizvodi sredstva za čišćenje opasnog otpada i nadzire zaraze poljoprivrednih površina uz smanjenu uporabu kemikalija.

GM Tehnologija — izazovi i napredak

GM proizvodi : lijekovi i cjepiva, hrana i dodaci jelima,stočna hrana i vlakna

� Rezistencija prema antibioticima

� Alergije – usavršiti testove za alrgene

� Okoliš (transgeni losos: strah od dominacije)

� GM mikrobi (za čišćenje toksičnih izljeva, čišće gorivo, i vezanje viška C)

� Napredak

� Nahraniti svijet, produžiti život i smanjiti nevolj e bolesnika

� Dijeliti dobrobiti sa zaostalim svijetom

Važna zadaća: obrazovati sredineu ključnim etičkim i znanstvenim pitanjima oko genomike radi informirane rasprave o prihvatljivosti tehnoloških rizika koje nude neviđenu pomoć za budućnost čovječanstva.

Funkcije proteinskih proizvoda gena prema dobi

Ukupni set bolesnih gena

In utero

Do jedne godine

Preko 50 godina

Od puberteta do 50.

1. godina do puberteta

pojave fenotipa

bolesti

Najranije genti čke bolesti u

korelaciji su s genima koji

kodiraju enzime

5

Suprotno popularnom mnijenju,DNA sadrži podatke bez dimenzija, tekst bez

konteksta (Dorothy Nelkin, NYU)

Društveno poimanje gena:� kriti čna bit osobnog identiteta &

društvenog podrijetla i veza� utjecaj na ponašanje

Budna pozornost i komunikacija izme đu prirodoslovaca i društva usmjeravat će utjecaj

znanstvenih, pseudoznanstvenih i drugih ideja na politi čko, legislativno i op će stajalište.

Predskazljivost zdravlja i ponašanja ovise

o naslje đenoj naravi i utjecaju okoline

Spiderman,Spiderman,jesi li to ti?jesi li to ti?

Ne, Ne, nisam!nisam!

U skoroj budućnosti...Ozbiljna prijetnja i zabrinutost:

geneti čko osnaženje pod pritiskom natjecatelja lukrativnih sportova.

U skoroj buduU skoroj buduććnosti...nosti...Ozbiljna prijetnja i zabrinutost:

geneti čko osnaženje pod pritiskom natjecatelja lukrativnih sportova.

Uzroci gra đanskog nepovjerenjaUzroci gra đanskog nepovjerenja

� Neznanje

� Izobli čeni prikaz znanosti putem medija

� Pomanjkanje komunikacije

� Ne prihva ćanje bilo kakvog rizika

� Sumnja u eti čnost i prihva ćene vrijednosti

“Naravno da su moje gljive zdrave:

Nisu genetički modificirane, nema u njima konzervansa, nema umjetnih bojila niti bilo kakvih aditiva.”

Život traje više od 3 miljarde godina.

Sve živo potje če od istog izvora .

Život je materiji dao smisao.

Život utje če na okolinu:tijekom evolucije

reduktivna se atmosfera preobrazila u

oksidativnu.

Prema elementarnom sastavu organizmi su sli čniji je Svemiru nego zemljinoj kori

6

Kem

ijski

ele

men

ti ži

vih

orga

niza

ma

“Četvrti red" elemenata:u malim koli činama potrebnipojedina čno samo nekim organizmima

Aluminij ArsenBor BromKrom FluorGalij JodMolibden SelenSilicij Vanadij

"Tre ći red" elemenata:metali neophodni u malimkoličinama za život svihorganizama

ŽeljezoBakarKobalt ManganCink

"Drugi red" elemenata:znatno slabije zastupljeniu svim organizmima

Sumpor Fosfor KalcijKlorMagnezijKalijNatrij

"Prvi red" elemenata:najzastupljeniji elementi u svim organizmima

UgljikVodikDušikKisik

ZASTUPLJENOST U ORGANIZMIMA

KEMIJSKI ELEMENT

S N O P S N O P S N O P S N O P C HC HC HC H

REDUKTIVNA ATMOSFERA, TOPLINA I MUNJE

Smjesaplinova

H2ONH3CH4H2

hladilo

Vodena otopinaključa

Električneiskre

Volframoveelektrode

PRODUKTI

Glicinalaninlaktat

aspartatglutamat

ureasukcinatformijat

N-metilalaninN-metilureaglikolatsarkozinαααα-aminobutiratββββ-alaninαααα-hidroksibutiratαααα-amino-l-butirat

S. Miller&H.Urey (1953)

Uz refluks vode u reduktivnoj atmosferi sintetizirale su se topljive

biomolekule

2. Stanični sadržaj i ustroj

• Voda

• Kemijski sastav žive tvari

• Osobitosti bioloških makromolekula

• Značenje nekovalentnih sila

• Stani čna organizacija prokariota

• Stani čna organizacija eukariota