Základy biochemie KBC/BCH

Transkript

1 ÚVOD

2 Základy biochemie KBC/BCH Přednáška 4 h, Út, Pá od 8:00 do 9:30 Počet kreditů - 4 Materiály budou na webu KBC Další výukové materiály Zkouška písemná předtermíny v týdnu řádné termíny ve zkouškovém období

3 Cílem předmětu Získat základní znalosti obecné biochemie Struktura biochemicky významných látek Nejdůležitější chemické pochody v přeměnách biochemicky významných látek především z hlediska toku látek, energie a regulace Chemický pohled nezbytný Biochemie vychází hlavně z poznatků organické chemie a ostatních chemických oborů Dále z poznatků medicíny, nauky o výživě, mikrobiologie, fyziologie, buněčné biologie, biofyziky a genetiky

4 Doporučená literatura Kodíček Milan, Biochemické pojmy, výkladový slovník Příklad interaktivní elektronické učebnice: Koolman J., Rohm KH: Barevný atlas biochemie, Grada, Praha 2012, ISBN Garret R.H., Grisham Ch.M.: Biochemistry, ISBN -10: Voet D. a Voetová J.D.: Biochemie, ISBN Berg, M. Jeremy, Tymoczko, L. John, Stryer Lubert: Biochemistry, ISBN

5 Výukové prezentace byly připraveny s využitím publikací Voet a kol.: Principles of Biochemistry, 4th Ed., Wiley 2012 Fry, M.: Essential Biochemistry for Medicine, Wiley 2010 Moran, L.A. a kol.: Principles of Biochemistry, 5th Ed., Pearson 2012 Koolman J., Rohm KH: Barevný atlas biochemie, Grada, Praha 2012 Matthews, C. K. a kol.: Biochemistry, Pearson 2012 van Holde, K. E. a kol.: Principles of Physical Biochemistry, Pearson 2005 Berg, J. M. a kol.: Biochemistry, 7th Ed., Freeman 2012 Nelson, D. L. a kol.: Lehninger Principles of Biochemistry, 5th Ed., Freeman 2008 Garrett, R., Grisham, C.: Biochemistry, 2nd Ed., Harcourt Brace, 1999 Šípal Z. a kol.: Biochemie. SPN Praha, 1992 Karlson P.: Základy biochemie. Academia Praha, 1981

6 Definice Biochemie je chemická disciplína, která studuje chemické složení živé hmoty a procesy, které v živém organizmu probíhají. Je hraniční vědní disciplínou mezi chemií a biologií. Zkoumá biologické objekty chemickými i fyzikálními metodami. Zaměřuje se na strukturu biomolekul a jejich reakce na enzymy a biologickou katalýzu na vysvětlení metabolických drah a jejich regulace

7 Obecné dělení biochemie Biochemie statická - chemické složení živé hmoty (proteiny, sacharidy, lipidy,.) Biochemie dynamická - studium reakcí a vzájemných vztahů sloučenin v rámci buňky a celého organismu, biochemické přeměny odehrávající se mezi katabolickou a anabolickou částí metabolismu (intermediární / primární a bazální metabolismus) - významná role enzymů - přenos informace, regulace metabolických pochodů (odštěpení Molekulární biochemie, molekulární genetiky )

8 Metabolismus (z řec. meta přes, balló házím) = látková přeměna soubor všech enzymových reakcí (tzv. metabolických drah), při nichž dochází k přeměně látek a energií v buňkách a v živých organismech látková a energetická výměna, příjem a zpracování živin Metabolické dráhy spadají do 3 kategorií: 1. anabolické dráhy jsou takové, které se účastní synthesy sloučenin - takovou metabolickou drahou je synthesa bílkovin 2. katabolické dráhy zahrnují oxidační pochody, které uvolňují energii obvykle ve formě energeticky bohatých fosfátů nebo redukčních ekvivalentů, např. dýchací řetězec a oxidativní fosforylace 3. amfibolické dráhy mají více než jednu funkci a vyskytují se na křižovatkách metabolismu, čímž působí jako spojky mezi anabolickými a katabolickými drahami, např. cyklus kyseliny citrónové (citrátový cyklus)

9 Metabolity - všechny látky, které vznikají a přeměňují se při metabolismu Primární metabolismus zahrnuje základní chemické přeměny, na kterých přímo závisí život a růst organismu. Tyto procesy jsou pro všechny živé organismy, anebo alespoň pro jejich velkou skupinu, přibližně podobné. Patří sem hlavně metabolismus sacharidů, tuků, aminokyselin a nukleových kyselin. Sekundární metabolismus zahrnuje chemické procesy v jednotlivých skupinách organismů, pomocí kterých se produkují a odbourávají specifické, nebílkovinové chemické látky. Mohou to být různé obranné látky, signální molekuly (hormony), pigmenty, stavební molekuly vytvářející skelet organismu a podobně. Bazální neboli základní (klidový) metabolismus je základní látková přeměna teplokrevných organismů, které setrvávají v klidu. Bazální metabolismus měříme při takové teplotě, ve které nejsou zapojeny termoregulační mechanismy organismu.

10 Z hlediska jednotlivých oblastí studia a pochodů se biochemie zabývá popisem a analýzou látkového složení živých soustav chemickými procesy i příbuznými pochody (transport) energetickým metabolismem organizačními vztahy a regulací přenosem informace v živých systémech (autoreprodukce, dědičnost)

11 Kořeny biochemie Organická chemie chemie přírodních látek Fyziologie Mikrobiologie Historie F. Wöhler syntéza močoviny z anorganických látek F. Miescher objev DNA Eduard a Hans Büchnerové katalytický účinek bezbuněčného extraktu z kvasinek enzymy (en zume), fermentace Hoppe-Seyler název biochemie J. B. Sumner - krystaluje enzym ureasu, protein z luštěniny Canavalia ensiformis James Watson a Francis Crick struktura DNA start molekulární biologie

12 Význam biochemie a) Teoretický poznání podstaty života b) Praktické aspekty materiální základ rozvoje poznání Aplikovaná biochemie lékařství klinická biochemie a patobiochemie biotechnologie potravinářská biochemie další aplikace

13 Chemické prvky živé hmoty První úroveň: C, H, O, N Druhá úroveň: Na, K, Mg, Ca, Cl, S, P Třetí úroveň: Co, Cu, Fe, Mn, Zn Čtvrtá úroveň: Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Se, Si, V Proč C a ne Si?? Křemík má řadu nevýhod oproti uhlíku: Atomy Si jsou mnohem větší, mají vyšší hmotnost a atomový poloměr. Těžko se tvoří dvojné a trojné kovalentní vazby. Silany (sloučeniny s vodíkem), analogie alkanů, jsou silně reaktivní s vodu - rozkládají se. Oxid křemičitý je analogem oxidu uhličitého. Je to známá pevná látka nerozpustná ve vodě.

14 Chemické látky v živé hmotě Anorganické látky - Voda - Na, K, Cl -, SO 4-, HCO 3-, HPO 4 2-, Ca, Mg, Fe, Zn, Va, Cu, Mo, Ni, Mn, Se - plyny - O 2, N 2, CO 2, NO Organické látky vysokomolekulární biopolymery bílkoviny nukleové kyseliny sacharidy lipidy nízkomolekulární produkty a meziprodukty primárního metabolismu sekundární metabolity regulační látky

15 1. Jsou tvořeny monomery 2. Monomery vytvářejí lineární řetězce 3. Monomery jsou spojovány jediným typem vazby mono, di-, tri-, tetra-,...oligo < 10, poly > 10 Bílkoviny Nukleové kyseliny Polysacharidy Monomery aminokyseliny nukleotidy monosacharidy x Vazba peptidická 3,5-diesterová glykosidická

16 Látkové složení organismů (v %) Látka Člověk Rostliny Bakterie Voda Bílkoviny Nukleové kyseliny Sacharidy 0, Lipidy Organické látky Anorganické látky Látkové složení závisí na typu konkrétního organizmus.