Přednášky z biochemie

Přednášející:

Mgr. Irena Šlamborová, Ph.D.

Tel. 485353169

E-mail: irena.slamborova@tul.cz

LITERATURA

Ferenčík, M., Škárka, B.: Biochémia, 1.vyd. Bratislava: Slovak Academic Press s.r.o. 2000.

Vodrážka, Z.: Biochemie, 1.vyd. Praha: Academia, 1996.

Vodrážka, Z., Rauch,P., Káš, J.: Enzymologie. Praha, VŠCHT, 1998.

LITERATURA

• Elliot, W.H., Elliot, D.C.: Biochemistry and Molecular Biology, Oxford: University press, 2001.

• Kalous, V., Pavlíček, Z.: Biofyzikální chemie, Praha, SNTL, 1980.

HISTORICKÉ MEZNÍKY BIOCHEMIE

• 1770 – izolace glycerolu, kys. citrónové a mléčné (Scheele, Rouelle)

• 1783 – Spalanzani – trávení je chemický proces

• 1806 – izolace první aminokyseliny (Asp) – Vanquelin

• 1833 – izolace prvního enzymu – amylasy - Payen

• 1869 – objev DNA – Miescher• 1893 – enzymy jsou katalyzátory – Ostwald• 1905 – izolace prvního koenzymu NAD - Lynenova spirála• 1937 – Krebsův cyklus• 1969 – první syntéza enzymu Rnasy – Merrifield,

Denkenwater• 1953 – první sekvence insulinu - Sanger - struktura DNA – Watson, Crick, Vilkinson• 1970 – první syntézy genů• 1971 – model struktury biologické membrány

ROZDĚLENÍ BIOCHEMIE

Statická biochemie

• 1. Proteiny

• 2. Lipidy

• 3. Sacharidy

• 4. Enzymy

• 5. Biologická membrána

• 6. Alkaloidy a isoprenoidy

Dynamická biochemie

• 1. Proteosyntéza, biodegradace

• 2. Glykolýza

• 3. Lynnenova spirála

• 4. Citrátový cyklus

• 5. Dýchací řetězec

• 6. Ornitinový (močovinový) cyklus

OTÁZKY, NA KTERÉ BIOCHEMIE ODPOVÍDÁ

1. Z jakých látek jsou organismy složeny?

2. Jak tyto látky vznikají, jak zanikají, jaké

jsou meziprodukty těchto reakcí?

3. Jak tyto změny souvisejí z fyziologickými funkcemi organismu?

4. Jak jsou tyto pochody v organismu uspořádány a řízeny?

METODY BIOCHEMIE

1. Chromatografie, elektroforéza, IEF

2. Centrifugační a ultracentrifugační m.

3. Optické – mikroskopie – rastrovací, konfokální, elektronová mikroskopie, spektrofotometrie, IČ

4. Imunohistochemické metody

PROTEINY

• - přítomny ve všech buňkách• - podíl proteinů až 80%• - živočichové – příjem potravou• - chemické složení: 50% C, 24% O, 18% N,• 6% H, síra a další prvky• - vlastnosti : dle funkce, kterou v organismu zastávají

(rozpustnost ve vodě, odolnost vůči fyzikálním a chemickým vlivům)

FUNKCE PROTEINŮ

1. Stavební

- nerozpustné ve vodě (vláknité), tvoří základ extracelulárních struktur

kolageny, elastiny, keratiny, fibroin

2. Transportní

hemoglobin, myoblobin, feritin

3. Proteiny zajišťující pohyb

- přeměna chemické energie na mechanickou práci

myosin, aktin, tropomyosin, troponin

4. Katalytické, řídící a regulační funkce

- enzymy, bílkovinné hormony

5. Obranné funkce

- imunoglobuliny

STAVBA PROTEINŮ

Aminokyseliny

- substituční deriváty karboxylových kyselin - více než 300 AK - pouze 20 AK – proteinogenní AK - 2 optické izomery – L- a D-, proteinogenní výhradně L- izomery

STRUKTURA AMINOKYSELIN

ROZDĚLENÍ AK

NEESENCIÁLNÍ AK

(postradatelné)

Cys, Tyr, Ala, Ser, Pro, Gly, Glu,

Asp, Trp

ESENCIÁLNÍ AK

(nepostradatelné)

Val, Leu, Ile, Thr, Trp, Met, Lys

u malých dětí ještě:

His a Arg

BIOLOGICKÁ HODNOTA

O biologické hodnotě bílkovin rozhoduje obsah esenciálních

aminokyselin.

VZIK PEPTIDICKÉ VAZBY

Dipeptid Gly-Ala

Gly-Ala

PEPTIDY

Chemickou povahou – amidy kyselin2 AK – dipeptid3 AK – tripeptidn AK – polypeptid – polypeptidický řetězecCharakteristika peptidu : POČET a POŘADÍ AK v

řetězci Prodlužování polypeptidického řetězce – proteiny –

jejich molekuly jsou tvořeny sty až tisíci AK zbytků

IZOLACE BÍLKOVIN

A) chemické metody:• - izoelektrické• - vysolovací• - srážení org. rozpouštědly• - tvorba rozpustných bílkovin Tyto metody nevedou k získání čistých

bílkovin, pouze příprava surových preparátů.

IZOLACE BÍLKOVIN

B) fyzikální metody- chromatografie (papírová – Whatman, na

pevném nosiči – Al folie, na skle – mikrocelulóza, sloupcová – dle náplně, kapalinová ch.)

- elektroforéza separační a identifikační metody – rozdílné

molekulové hmotnosti.

STRUKTURA BÍLKOVIN

1. Primární struktura

Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys = HMGL

Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys = patol.

HMGL

Srpkovitá anémie.

Primární struktura

STRUKTURA BÍLKOVIN

2. Sekundární struktura

Polypeptidický řetězec uspořádán do:

• formy skládaného listu papíru

• formy alfa-helix (šroubovice)

3. Terciální struktura

• fibrilární struktura (tvar vlákna)

• globulární struktura (tvar klubíčka)

Sekundární struktura

Terciální struktura – globulární

Terciální struktura - fibrilární

STRUKTURA BÍLKOVIN

4. Kvarterní struktura

- vzájemné prostorové uspořádání polypeptidických řetězců

Výskyt: enzymy, HMGL, MYOGL, další bílkoviny.

Kvarterní struktura - HMGL

VAZBY V PROTEINECH1. Peptidická vazba

2. Disulfidická vazbaCystein, Cystin, Methionin

3. Vodíková vazba spojuje polypeptidické řetězce

4. Iontové vazbysouvislost s pH

ČAPERONY

• Pomocné molekulární proteiny – ČAPERONY – tzv. stresové proteiny – stresové podmínky.

• - regulační fce• - účast v normálních fyziologických procesech buňky (b. cyklus, diferenciace, hormonální regulace…) Význam: pomáhají nově vzniklým proteinům správně

uspořádat a sestavit jejich sekundární a terciální struktury.• - nejlépe prozkoumané:• A) proteiny teplotního šoku (heat shock proteins – HSP)• B) proteiny regulované glukózou

ROZDĚLENÍ PROTEINŮ1. Jednoduché proteinya) skleroproteiny (fibrilární) – nerozpustné ve vodě

FIBROIN, KOLAGEN, KERATIN

b) sferoproteiny (globulární) - rozpustné ve vodě

HISTONY, ALBUMINY, GLOBULINY,

MÉČNÉ PROTEINY - KASEIN

LAKTALBUMINY

FIBROIN

KERATIN

KOLAGEN

HISTONY

ALBUMIN

GLOBULINY

KASEIN

ROZDĚLENÍ PROTEINŮ

• 2. Složené proteiny

• METALOPROTEINY• LIPOPROTEINY• NUKLEOPROTEINY• GLYKOPROTEINY• CHROMOPROTEINY• PROTEINY KREVNÍ PLASMY• HEMOGLOBIN• MYOGLOBIN

ESENCIÁLNÍ AMINOKYSELINY

Histidin (His)

- výchozí látka nervového přenašeče histaminu a dipeptidů

- tvoří katalytické skupiny v aktivních centrech enzymů

Isoleucin (Ile)

- součást svalů – krytí zvýšené energetické potřeby - ochrana svalů před jejich vlastním odbouráváním

Leucin (Leu)

- součást svalů – viz Ile

- výchozí látka enkefalinu (snižuje bolest obdobně jako endorfiny)

- výchozí látka k syntéze nervových přenašečů

- urychluje hojení pokožky a zlomenin kostí

Lysin (Lys)- stimuluje tvorbu kolagenu, chrupavek a pojiv- nízké hladiny Lys brzdí proteosyntézu ve svalech

a pojivových tkáních

Methionin (Met)- výchozí látka pro Cys, AK spouštějící

proteosyntézu

zvyšuje celkový cholesterol a LDL cholesterol

Fenylalanin (Phe)- zlepšuje náladu, bdělost, zvyšuje hladinu

enkefalinu- léčba depresí- terapie bolesti- hlavní látka pro syntézu kolagenu- zvýšení chutiThreonin (Thr)- složka kolagenu- nedostatek – ukládání tuků v hepatocytech- posiluje imunitní systém

Tryptofan (Trp)- výchozí látka nervového přenašeče

serotoninu (uklidňující funkce)- léčba nespavosti, stresu, úzkostí a depreseValin (Val)- ovlivňuje absorpci některých nervových

přenašečů v mozku- D-Val je součástí molekuly penicilinu

Podmíněně esenciální AK

Tyrosin (Tyr)

- prekurzor katecholaminů ( dopamin, adreanlin, nordadrenalin)

NEESENCIÁLNÍ AK

Gylcin (Gly)

- nutný k syntéze proteinů, purinů, porfyrinů, kreatininu

- součástí kolagenu, hedvábí a ovčí vlny

- působí jako tzv. dodatkový neurotransmiter