Mal manjka sm pa tja vsega se pa ne da spravt v toliko kratkem času na web =)

POZNAVANJE biokemijskih reakcij je pomembno za razumevanje nastanka bolezni.

Že egipčani in Grki so se zavedali pomena biokemičnih procesov, niso pa vedeli kakšne so kemične reakcije znotraj. Začetki so povezani z religijo.

a)      Fermentacija sadnih sokov, kisanje mleka, prebava hrane v telesu.

b)      Nemški kemik Frederic Wohler v 18. stoletju leta 1928 odkril sečnino

Sečnina je produkt proteinov (beljakovin). Pri dializih bolnikih se sečnina ne odvaja adekventno prek ledvic.

c)      WATSON in CREEK – 1952 zgradba dvojne vijačnice molekule DNA

d)      Študije genetskega materiala

e)      Študije zgradbe in funkcije biomolekul in makromolekul

BIOMOLEKULE: – so molekule, ki sestavljajo živo naravo,   sestavljajo jih bioelementi: H, C, O, N..

Biokemija je kemija celica. Vključuje znanje s področja biologije in kemije.

Ukvarja se z biološkimi načeli ( gledanje, razmišljanje, prebava, delovanje imunskega sistema).

Za opis bioloških procesov pa je potrebno:

–         poznati kemično zgradbo molekule

–         biološko vlogo molekul

ENDERGONSKI PROCES = proces znotraj celice, ki potrebuje energijo( krčenje mišic, sinteza molekul, membranski transport.)

EKSERGONSKI PROCES =  proces znotraj celice pri katerem se energija sprošča ( razgradnja hranilnih snovi).

Na biokemijo kot vedo lahko gledamo iz dveh vidikov:

KONFORMACIJSKA ( odkrivanje kemijske in trideminzionalne zgradbe molekul, je bolj kemijska plat).

INFORMACIJSKA ( spoznavanje jezika za komuniciranje znotraj celic in organizmov – bolj biologija).

BIOKEMIJA je močno vpletena v naš vsakdanjik:

1. SPOZNAVAMO OSNOVNE ŽIVLJENSKE PROCESE ( kako naše celice hranijo informacije, razlike med živimi bitji).
2. VPLIVA NA RAZUMEVANJE MEDICINE, ZDRAVJA, PREHRANE in OKOLJA ( lahko razložimo cistično fibrozo, anemijo srpastih celic, sladkorno bolezen, preučujemo encime in metabolizem)…
3. RAZVOJ BIOTEHNOLOGIJE ( je odvisen od odkritij na področju biokemije, za zdravila itd).

KEMIJSKI ELEMENTI V BIOLOŠKIH MOLEKULAH poleg omenjenih so prisotni še:

Elementi v sledovih: arzen, brom, morbiden jih najdemo le v nekaterih organizmih in so verjetno tam nujno potrebni za življenje.

MAKROMOLEKULA: molekula, katere masa je večja kot 10.000

SESTAVNI DELI ŽIVIH ORGANIZMOV:

a)      Elementi:

–         ogljik, vodik, kisik, dušik, fosfor, žveplo (so v večjih količinah sestavni del vsakga živega bitja in so nujno potrebni za življenje).

Mikroelementi:

–         železo, jod, cink, baker, magnezij, kalcij ( so elementi v sledovih, so sestavni del večine organizmov.

HIDROLIZA: razkroj, ki poteka s pomočjo vode, pri čemer voda tudi vstopa v reakcijo. Pri tem gre za cepitev makromolekule na manjše peptide = nastanejo monopolimeri ali heteropolimeri.

DNA je heteropolimera, nosilka genske informacije.

Sestava: 4 vrste deoksiribonukleotidov, le ta pa iz treh delov  sladkor – deoksiriboza, pirimidinska baza – purinska baza,  fosfat.

4-je deoksiribonukleotidi:

Pirimidinski bazi : ( dAMP) = deoksiadenozin 5′ monofosfat ),  (dGMP) = deoksigvanin 5′ monofosfat)

Purinski bazi: ( dCMP) = deoksicitozin 5′ monofosfat), (dTMP) = deoksitimidin 5′ monofosfat).

Sestavni del mio in hemoglobina za prenos kisika:

–         hem in klorofil = receptor svetlobne energije

Povezovanje elementov v molekule:

–         aminokisline so sestavni del proteinov

–         ogljikovi hidrati so vir energije, strukturna vloga

–         lipidi so vir energije, komponenta celične membrane in lahko delujejo tudi kot hormoni.

–         Vitamini so za rast in razvoj organizma

Spojina: snov, ki nastane pri spajanju dveh ali več elementov v določenem razmaku.

Molekula: najmanšji delec spojine iz različnih ali enakih elementov, ki ima še vse njene lastnosti.

Povezovanje bioloških molekul v makromolekule:

–         nukleinske kisline ( DNK)

–         proteini

–         polisaharidi

BIOLOŠKE MAKROMOLEKULE:

–         Monomer – molekule, ki se lahko vežejo s sebi enakimi molekulami

–         Polimer – spojine iz velikega števila medsebojno vezanih monomerov

POLIMERI nastanejo v reakciji Kondenzacije ali Hidrolize.

KONDENZACIJA:  povezava monomerov ( glukoza, OH) z odcepom vode )

HIDROLIZA: razkroj, ki poteka s pomočjo vode, pri čemer voda tudi vstopa v reakcijo. Pri tem gre za cepitev makromolekule na manjše peptide = nastanejo monopolimeri ali heteropolimeri.

CELICA:  je najvišja stopnja organizacije makromolekule.

PROKARIONTSKA CELICA:

–         enocelični organizmi, najbolj enostavna je escherichia coli. To celico najdemo pri bakterijah in modrozelenih algah. Na splošno velja, da so vse celice, ki nimajo jedra prokariontske. To so prokarionti.

–         Celična membrana, celična stena, mezosom ( za razmnoževanje), ribosomi, nukleotid, flageli ( so v tekočini ).

EVKARIONTSKA CELICA:

–         je značilna za višje organizme, za njo so značilni organeli:

–         jedro, endoplazmatski retikulum, ribosomi, golgijev aparat, mitohondriji, lizosomi in peroksisomi, kloroplasti in glikosomi

RAZLIKA MED PROKARIONTSKO CELICO IN EVKARIONTSKO

FUNKCIJE CELIČNIH STRUKTUR

JEDRO – sinteza DNA, popravljanje DNA, sinteza RNA, sestavljanje ribosomskih podenot

ENDOPLAZMATSKI RETIKULUM

–         sinteza beljakovin za organele in eksport

–         zvijanje beljakovin za organele in eksport

–         kontrola kvalitete beljakovin

–         sinteza membran

–         sinteza lipidov in steroidov za organele in eksport

GOLGIJEV APARAT

–         modifikacija oligosaharidnega dela beljakovin ( glikoproteini ).

–         Sortiranje beljakovin za vgradnjo v organele, v plazmalemo ali za eksport iz celice

MITOHONDRIJI

–         sinteza večine ATP

–         celično dihanje

–         oksidacija acetilkoencima A

–         metabolizem aminokislin

–         oksidacija maščobnih kislin

–         sinteza uree

–         sinteza hema

LIZOSOMI

–         razgradnja beljakovin

–         razgradnja ogljikovih hidratov

–         razgradnja lipidov

–         razgradnja nukleinskih kislin

–         razgradnja organelov (mitohondrijev)

PEROKSISOMI

–         oksidativne reakcije s kisikom

–         razgradnja ogljikovega peroksida

–         oksidacija maščobnih kislin

CITOSOL

–         sinteza beljakovin

–         zvijanje beljakovin

–         metabolizem aminokislin

–         metabolizem ogljikovih hidratov

–         metabolizem kompleksnih lipidov

–         sinteza maščobnih kislin

–         metabolizem nukleotidov

PLAZMALEMA

–         vzdržuje obliko celic

–         transport ionov med zunajceličnim in znotrajceličnim prostorom

–         transport molekul med zunajceličnim in znotrajceličnim prostorom

–         prepoznavanje in sprejemanje signalov iz okolice

–         povezava s sosednjimi celicami

–         mesta za pripenjanje citoskeleta

–         premikanje

MIKROTUBULI, INTERMEDIARNI FILAMENTI, MIKROFILAMENTI

–         oblika celic ( citoskelet )

–         transport po celicah

PRENOS BIOLOŠKE INFORMACIJE poteka s pomočjo kemičnih reakcij.

NEKOVALENTNE INTERAKCIJE: dipol-dipol znane kot Van der Waalsove sile, ki so šibke, a zelo veliko prispevajo k stabilnosti proteina.

a)      genetska informacija je shranjena v strukturi makromolekule DNA

b)      iz ene generacije v drugo se prenese s podvajanjem DNA ( nastane hčerinska DNA )

c)      v DNA shranjena informacija se mora prenesti v RNA, ki je kemijsko tu funkcionalna tudi nukleinska kislina.

d)      RNA nosi informacijo za sintezo proteinov

INFORMACIJSKE MOLEKULE

–         rna

–         proteini

–         oh

–         dna

nosijo celotno informacijo = GENOM

informacijo ima zapisano v zaporedju monomerov

Branje informacij omogočajo nekovalentne vezi med biomolekulami:

–         vodikove vezi

–         van der waalsove vezi

–         ionske vezi

–         hidrofobne interakcije

ZGODOVINA:

Za odkrivanje strukture DNA veljata James Watson in Francis Creek.

Model dna je vključeval različne lastnosti makromolekul. Ena takšnih je tudi oblikovanje vodikovih vezi. Le te lahko nastanejo med določenimi pari dušikovih baz.

2 vezi: A = T

3 vezi: C = G

A = adenin

T= timin

C= citozin

G= gvanin

Dokazala sta, da je molekula v resnici sestavljena iz dveh verig in, da so posamezni deli parov v nasprotnih verigah. Ogrodje je iz deoksiriboze in fosfata.

Komplementarni bazni pari:  Adenin – Timin ,    Gvanin – Citozin

Človeška Dna – dolga je 1m in ima 3 miljarde nukleotidov ( baznih parov).

Njun model je tudi pojasnil, da nasprotni verigi nista identični, temveč komplementarni ( pomeni, da se med sabo ne povezujejo enake, temveč dopolnjujoče se ali komplementarn baze.)

BOLEZNI so lahko posledica okvare genov:

–         cistična fibroza ( povečana koncentracija kloridov )

–         mišična distrofija ( kreatinin kinaza je močno zvišan okoli 50-60 )

–         nekatere oblike raka na dojki in na debelem črevesju

PROTEOMIKA je novo polje raziskav, ki se ukvarja s kategorizacijo v genomu kodiranih proteinov.

REPLIKACIJA in TRANSKRIPCIJA

Replikacija = sinteza identične DNA

Transkripcija = prepis, prenos dedne informacije iz DNA na mRNA

Encim, ki povezuje nukleotide v RNA je RNA Polimeraza pri DNA pa je to DNA Polimeraza.

Pri replikaciji nastaneta dve DNA, pri transkripciji pa se po prepisovanju DNA poveže nazaj v dvojno vijačnico, mRNA pa se sprosti.

DEOKSIRIBONUKLEINSKA KISLINA:

DNK oz. DNA je dolga molekula, ki je nosilka genetske informacije v vseh živih organizmih( z izjemo nekaterih virusov).  DNK skupaj z RNK spada med nukleinske kisline.

DNK je nerazvejan polimer, katerega osnovna enota je nukleotid. Nukleotid v DNK je sestavljen iz sladkorja ( deoksiriboza ), dušikove baze ( adenin, citozin, gvanin, timin. ) in fosfatne skupine!  Štirje različni nukleotidi tvorijio genetično abecedo življenja na zemlji.

Zaporedje nukleotidov pa, podobno kot zaporedje črk v abecedi, določa pomen genetične informacije. V vseh živih organizmih ( izjema nekateri virusi ) se DNA nahaja v obliki dvojne vijačnice, pri čemer se dve molekuli DNK ovijeta druga okoli druge. Pri tem se dušikove baze nahajajo znotraj vijačnice in se medsebojno parijo. Adenin se vedni pari s timinom    in citozin vedno z gvaninom. ( Watson – Crickovo pravilo baznih parov).

DNK se pri evkariontih nahaja v celičnem jedru, ki je posebna struktura znotraj celice, obdana z lastno membrano. Znotraj jedra je DNK v obliki kromatina, ki tekom celične delitve postane viden kot kromosomi. Nasprotno se pri prokariontih DNK prosto v citoplazmi , v regiji, ki se imenuje nukleotid in je večinoma krožna molekula.

REPLIKACIJA DNA ( video )

Biološka informacija se ohranja v procesu replikacije ali podvojevanja DNA. Podvajanje katalizira encim DNA Polimeraza. Med procesom se pomnožijo vodikove vezi ( AT, GC); kar omogoča ločitev obeh verig. V ločenih verigah se potem na nukleotidna zaporedja pri podvajanju dodajo komplementarni nukleotidi. Taki sintezi rečemo semikonzervativno podvajanje, ker se polovica nove molekule odcepi od starševske in ker s tem nastaneta dve natančni kopiji starševske molekule.

PONOVITEV!

REPLIKACIJA = sinteza identične DNA

Sam prenos dedne informacije poteka s pomočjo sinteze in ga začne encim DNA Polimeraza.

TRANSKRIPCIJA = prenos, prepis iz DNA na mRNA, ki je pomembna za sintezo proteinov.

Encim, ki povezuje nukleotide v RNA je RNA Polimeraza pri DNA pa je DNA Polimeraza, ki razklene starševsko in s tem naredi hčerinski DNA. Tu se vežejo komplementarne baze. Te povezujejo:

–         vodikove vezi

–         kovalentne vezi ( da je bolj stabilna )

RNA vgradi uracil ( namesto timina ).

Semikonzervativen proces : da se ohrani dedna informacija

Pri REPLIKACIJI nastaneta dve DNA pri transkripciji pa se po prepisovanju DNA poveže nazaj v dvojno vijačnico. mRNA pa se sprosti. ( mRNA se sintetizira v celičnih organelih – ribosomih. )

RIBONUKLEINSKA KISLINA

RNK oz. RNA je, tako kot DNK, dolga molekula, ki opravlja vrsto ključnih funkcij v organizmu. Čeprav je kemično zelo podobna DNK ima precej drugačne lastnosti, kar se odraža v njeni biokemiji. Je precej manj stabilna kot DNKzaradi česar tekom evolucije verjetni ni postala nosilka genetske informacije, čeprav nekateri sumijo, da se je pojavila pred DNK in je bila celo njen predhodnik. Na drugi strani pa je RNK nosilec genetske informacije pri nekaterih vrstah virusov, RNK skupaj z DNK spada med nukleinske kisline, ki skupaj s proteini, sladkorji in lipidi predstavljajo glavno skupino bioloških molekul.

RNK je nerazvejan polimer štirih različnih nukleotidov: adenina, uracila, gvanina in citozina. Nukleotid v RNK je sestavljen iz sladkorja ( riboze), dušikove  baze in fosfatne skupine. Čeprav je RNK v celicah večinoma prisotna v enoverižni obliki, lahko tvori podobno dvojno vijačno obliko kot DNK, ki pa je manj stabilna od njene sorodnice.

Ena njenih najpomembnejših vlog RNK je posredovanje genetične informacije med DNK in proteini. Pri tem je v veljavi osrednja dogma molekularne biologije, po kateri informacija vedno teče v smeri:

DNK ===== RNK === PROTEIN

Specifičen del DNK se v procesu transkripcije ( prepisovanja ) prepiše v informacijsko RNK oz. mRNK ( messenger RNA), na podlagi katere je v procesu translacije s pomočjo ribosomov nastane določen protein. mRNA je linearna enoverižna molekula, ki je komplementarna delu DNK s katerega se prepiše.

tRNK oz. ribosomska RNK, ki ima zapleteno strukturo, se povezuje z ribosomalnimi proteini v ribonukleoproteinski kompleks imenovan ribosom. RNK v tem kompleksu služi kot ogrodje tega celičnega stroja, obenem pa opravlja tudi nekatere katalitske funkcije.

Poleg omenjenih glavnih zvrsti RNK molekul v celicah, obstajajo še druge, bolj eksotične oblike:  sRNK ( small rnk);  soRNK ( small nucleolar rna), siRNK ( small interfering rna)

PROTEOM = množica proteinov, ki v telesu obstojajo. Ocenjujejo, da človeški genom vsebuje 30.000 – 40.000 genov, ki kodirajo ustrezno število proteinov ( proteom)

PROTEINI = linearno zaporedje Aminokislin, za sintezo sta ključni DNA in RNA.

Sinteza proteinov poteka v RIBOSOMIH. Pri sintezi se ribosomi, pomikajo po molekuli mRNA od 5′ proti 3′ in skrbijo za pripenjanje aminokislin.

BELJAKOVINA

Beljakovina ( tudi protein ) je kompleksna organska molekula, sestavljena iz verižno povezanih aminokislin.

V hrani se navadno nahajajo beljakovine, ki jih prebavni encimi razgradijo na posamezne aminokisline, te pa se ponovno uporabijo za sintezo telesu lastnih beljakovin. Nekatere živali, na primer ličinke muh, beljakovin niso sposobne razgraditi samostojno in zato potrebujejo prisotnost določenih mikrooganizmov, ki razgradnjo opravijo namesto njih.

Vsaka živa celica je sposobna sintetizirati beljakovine. Delček zaporedja DNK se najprej prepiše v RNA, ta pa se prevede v zaporedje aminokislin. Beljakovine so ključne pri metabolizmu celic. Če celici primankuje aminokislin za izgradnjo beljakovin, se sintetizirajo okvarjene beljakovine ali pa se njihova sinteza povsem ustavi, kar lahko vodi v celično smrt.

Beljakovine se v živih bitjih uporabljajo kot:

–         encimi, s katerimi potekajo skoraj vsi življenski procesi

–         gradbeni elementi npr. roževina ali keratin

–         barvila ali pigmenti

–         strupi

V proteinskih molekulah so aminokisline med seboj povezane s peptidno vezjo. Peptidna vez nastane med amino skupino ene in karboksilno skupino druge aminokisline, pri čemer se odcepi molekula vode. V protein vezano aminokislino imenujemo tudi proteinski ostanek. Če se med seboj povežeta le dve aminokislini govorimo o dipeptidu, če je aminokislin nekaj več, je to oligopeptid itd..

Mutacije na EKSONU so patološke

Mutacije na INTRONU pa so tihe mutacije

Mutacije so kar pogoste – tudi cistične fibroze in nekatere oblike raka. Napake so seveda manjše v zdravem organizmu – brez stresa in z dobrim imunskim sistemom.

GENETSKI KOD = je triplet nukleotidnih baz.

Tri nukleotide, ki kodirajo posamezno aminokislino imenujemo KODON ( zaporedje treh baz)

GENETSKI KOD = zbirka kodonov, ki kodirajo posamezne. Ta kod vsebuje signala START in STOP.

FA ( fenilalanin ) zaporedje = (UUU)((to je kodon))  + UUC

LE ( levcin) zaporedje = CUU + CUC + CUA + CUG

Stop = UAA + UAG

TRP ( triptofan ) zaporedje = UGG

GK = najpomembnejši za sintezo proteinov, ker nosi informacije za pripenjanje določene aminokisline.

Značilnosti Genskega Koda:

–         3 nukleotidi določajo eno aminokislino

–         1 kodon ( tri sosednje baze) se uporabi v procesu prevajanje le 1x

–         Nukleotidi se berejo zaporedoma

–         GK vsebuje signala start in stop

POVEZAVA:  BAZE – zaporedje aminokislin v proteinu

Najprej se kot komplementarna kopija ene verige dna sintetizira mRNA. Kod treh nukleotidov na mRNA nato prebere molekula tRNA. Ta proces vključuje nastanek vodikovih vezi med komplementarnimi bazami. Aminokislina, ki je pripeta na tRNA se vljuči v rastočo polipeptidno verigo.

NASTANEK PROTEINA: s prepisovanjem, prevajanjem biološke informacije)

Set treh nukleotidov prebere tRNA ta proces vključuje nastanek H vezi, med bazami dvojne vijačnice) med komplementarnimi bazami.

tRNA prenaša nove aminokisline v polipeptidno verigo. PEPTIDNA VEZ = vez med posameznimi aminokislinami.

STRUKTURA PROTEINOV:

AMINOKISLINE:

Aminokisline so preprostejše organske molekule, zgrajene iz ogljika, vodika, kisika in dušika, nekatere vsebujejo še žveplo.

Aminokisline so poimenovali po dveh različnih funkcionalnih skupinah : amino skupini in karboksilni skupini. Prva je značilna za amine, druga za organske kisline. Ti dve skupini sta vezani na isti ogljikov atom. Tretjo vez tega atoma zaseda vodik. Vse AK imajo podobno kemično strukturo. Zaradi različnih radikalov se aminokisline med seboj razlikujejo po velikosti, obliki, kemijskih lastnosti in funkcij. Glavni pomen aminokislin je, da so to strukturni elementi proteinov.

PROTEINI:

Z nizanjem aminokislin v zelo dolge verige celica sintetizira proteine( imenujemo jih tudi enostavne beljakovine). V proteinih se pojavlja 20 vrst aminokislin. V verige se aminokisline med seboj povezujejo s kovalentnimi peptidnimi vezmi. Zato se vsaka od teh aminokislin imenuje polipeptid. Polipeptid prištevamo med proteine, če je v njem verižno povezanih s peptidnimi vezmi najmanj 50 aminokislin. Beljakovina insulin, ki spada med najmanjše beljakovine je iz 51 AK.

Peptidna vez, ki je kovalentna, nastane, ko se iz karboksilne skupine (-COOH) ene aminokisline odcepi hidroksilna skupina(-OH – ), iz aminoskupine (-NHdva) sosednje aminokislinske molekule pa vodikov ion(Hplus), pri čemer nastane voda. Proteini torej nastajajo s povezovanjem AK od odcepljanju molekul vode s kondenzacijo. Nastale verige se lahko spet razcepijo v posamezne AK, pri čme se voda porablja, torej s hidrolizo.

KEMIJSKE VEZI V PROTEINIH:

Proteini imajo določeno prostorsko obliko( konformacijo) pravimo, da j veriga na poseben način nagubana oz. zvita. Pogoj za določeno informacijo je zaporedje AK. Tako je konformacija seveda posledica kemijskih vezi med različnimi odseki peptidne verige. Pri nastanku kemijskih vezi imajo odločilno vlogo elektroni. Ti torej določajo kemijske lastnosti atomov. Prostorska gradnja proteinov se ne da pojasniti s kemijsko analizo, ampak samo s fizikalnimi ali fizikalno kemijskimi metodami. Če želimo obravnavati strukturo proteinov, moramo poznati fizikalno-kemijske osnove o vezeh, ki se pojavljajo v proteinih.

FUNKCIJE PROTEINOV:

Proteini so bistvena sestavina vsake žive celice, praktično ni življenja brez proteinov. Ime protein je izpeljano iz grškega proteuo = zavzemam prvo mesto. Proteini upravičeno nosijo svoje ime. Številne življenske funkcije so vezane na specifične proteine. Omogočajo dve glavni funkciji v celici. Nekateri proteini so encimi, ki katalizirajo glavne biološke reakcije v živih organizmih. Drugi proteini igrajo strukturno vlogo za celico. Oboje najdemo v membrani ali citoplazmi.

PRIMER PROTEINA:

Hemoglobin:

Hemoglobinska molekula je sestavljena iz štirih polipeptidnih verig, dveh alfa in dveh beta berig, od katerih je vsaka zase na poseben način nagubana kot pri mioglobinu. Vsaka veriga veže skupino hem, ki ima v sredini atom železa. Skupine hem so vložene v vdolbine, vendar dostopne z zunanje strani. Na železov atom se veže kisik. Vezava je reverzibilna, to pomeni, da se kisik spusti s tega vezavnega mesta.

Vezi, ki držijo globine skupaj, so pretežni šibke van der Waalsove vezi in hidrofobne vezi. Na površinah podenot, kjer se le te stikajo, se namreč nahajajo AK s hidrofobnimi ostanki.

Funkcija hemoglobina.

Hemoglobin je prenašalec kisika v krvi. Hemoglobin ( Hb) je krvna bbarvina oz. pigment rdečih krvničk. Hemoglobin j zapletena beljakovinska snov, ki jo sestavljata beljakovina globin in barvina hem, katerega najvažnejša sestavina je železo.  Hemoglobin daje rdečim krvnim celicam ne le barvo, pač pa tudi veže kisik in ga ne spusti dokler ga druge celice v resnici ne potrebujejo.

CELIČNE MEMBRANE, VODA in ELEKTROLITI

Mehanizem prenosa signalov v celico je potreben, da se začno celični procesi.

Signalne molekule:  PROSATGLANDIDI ( lipidi),   HORMONI ( peptidi, proteini, steroidi), vežejo se na receptorje, hormoni so medcelični glasniki in se vežejo na receptorsko molekulo na membrane celice.

Celična membrana: kompleksna struktura iz makromolekul.

RECEPTORJI ZA VODOTOPNE HORMONE

–         receptorkska molekula je iz 3. delov

–         1. struktura receptorja na zunanji strani celice

–         2. transmembranska struktura

–         3. rep, strukturni del receptorja, ki moli v citoplazmo celice

VEZAVA HORMONA:

Ko se signal prenese do repka se sproži aktivacija G proteina, ( struktura repa se spremeni, ki je znotraj citoplazme. Le ta se potem veže na repek in tako postane G protein aktiven in deluje na AC ( adenin ciklaza ).

ATP v CAMP – PK

ATP = adenintrifosfat

CAMP = ciklični adenozinmonofosfat ( sekundarni obveščevalec)

Značilnosti prenosa signalov: ( teh, ki ga sprožijo vodotopni hormoni)

1.      Kemični signal se po vezavi hormona ojača

2.      Hormoni se sprožajo iz žlez z notranjim izločanjem regulirano,  se ne sproščajo ves čas, saj bi potem tudi ženske imele ves čas menstruacijo =)

POMEN PRENOSA SIGNALOV:

1. za odvijanje presnovnih procesov ( npr. oksidacija maščobnih kislin)
2. prenos signala sproži tudi poživilo ( kofein, kakav, tinin.. )
3. Poživila delujejo tako, da zavrejo CAMP fosfodiesterazo in razgradijo CAMP= s tem se podaljšajo učinki adrenalina.

BOLEZNI = kot posledica motenj v celični signalizaciji.

–         hiv, sladkorna bolezen tip2, različne oblike raka

– zdravilne učinkovin sintetizirajo tako, da delujejo na prenos signalov in sicer:

1. odkrivanje zdravil, ki delujejo na ravni DNA

2. Razvoj zdravil, ki se vežejo na receptorske proteine

VODA

Voda: 70 – 80% celične mase.

Vloga vode:  Je topilo, uravnava telesno temparaturo, uravnava koncentracijo vodikovih ionov in PH,  je glavna sestavina večine bioloških tekočin, je reducent, je produkt oksiredukcijskih reakcij.

VSEBNOST VODE v različnih organih človeškega telesa, podana v masnih odstotkih.

Skeletne mišice = 79%

Srce = 83%

Jetra= 71%

Ledvice= 91%

Vranica= 79%

Možgani= 77%

VODA = biološko topilo.

V vsaki vodni molekuli sta dva atoma, ki sta s kovalentno vezjo vezan na kisik. Ker kisik zelo močno privlači elektrone, vodik pa le šibko se v vodni molekuli elektroni neenakomerno razporedijo.

Elektroni so razporejeni tako, da na obeh H atomih prevladuje pozitivni naboj, na kisiku pa negativni. Zaradi take razporeditve električno nabitih delcev v molekuli vode, pravimo, da je voda polarna. Ker pa ima molekula vode dva polarna pola, taki strukturi rečemo tudi DIPOL.

–         dobro topne so polarne snovi ( alkoholi, amini, amidi, OH grupe COOH, NHdva, esterska.. )

–         slabo topne ( NEPOLARNE SNOVI ( benzen )

Polarne spojine: so hidrofilne spojine. Med polarnimi skupinami in vodo se ustvarijo vodikove vezi.

Nepolarne spojine: so hidrofobne spojine. V vodi so netopne, ker se med njimi ne ustvarjajo vezi. Sem sodijo maščobe, benzen..

AMFIFILNE SPOJINE:

Natrijev Stearat( Ns) : karboksilni anion in C-veriga

NS + voda = MICEL ( in vodna raztopina )

MICEL = pomemben za nastanek bioloških membran, ki so tudi iz molekul, ki imajo svoje polarne in nepolarne grupe.

Proteini , nukleinske kisline imajo hidrof. Dele molekul v vodi obrnjen navzdol s polarnimi pa ustvarjajo z vodo ionske i H-vezi.

INTERAKCIJA VODE:

Spojine se razkrajajo v vodi zaradi:

–         dipol – dipol interakcij: H ioni s pozitivnim nabojem privlačijo molekule vode ali alkohol s 0, ki ima negativen naboj.

–         Karboksilne skupine ketonov so negativne in se razstapljajo v vodi

–         Ion – dipol interakcije:  Na ion je pozitiven, dodajo ga molekule vode z negat. O.  Pri tem je molekule vode orientirana tako, da je delno negativno nabit kisikov atom v bližini pozitivnega naboja v Na ionu.

TEHNIČNE LASTNOSTI IONIZIRANE VODE

1. Koncentracija vodikovih ionov -pH

–         pH vrednost se označuje v logaritemski vrednosti

–         pH vrednost nevtralne vode je 7,0

–         vsaka nadaljna stopnja pHja, pomeni za faktor 10 večjo koncentracijo vodikovih ionov.

PH VREDNOST POMENI NEGATIVNI DEKADENČNI LOGARITEM KONCENTRACIJE VODIKOVIH IONOV V RAZTOPINI ( iz latinskega potentia hydrogenii) na skali od 1 – 14.

–         ph manjši od 7 = kislo

–         ph večji od 7 = bazično

–         ph = 7 = nevtralno

PH RAZLIČNIH TEKOČIN ( telesnih )

KISLO:

–         želodčna tekočina  1,2 – 3,0

–         limonin sok  2,3

–         gazirane pijače 2,8

–         sok grenivke 3,2

–         kisel dež 3,5

–         paradižnikov sok 4,3

–         kava 5,0

–         mišice 6,1

–         urin 5,0 – 8,0

–         slina 6,4 – 6,9

–         morska voda 7,0 – 7,5

–         krvna plazma 7,4

–         jetra 7,4

–         sok nadledvične žleze

Po uroinfektu je urin kisel. Odstopanja za 0.2 ph ja v telesnih tekočinah je lahko usodno.

MERJENJE pH:

–         lakmusov papir

–         steklena elektroda ( umerimo z raztopino z znano pH vrednostjo)

–         referenčna elektroda

–         pH meter

Referenčne tekočine so različne, krvna plazma naj bi imela 7,8pH

Voda je udeležena v številnih biokemijskih procesih. Morda je najpomembnejša reakcija vode REVERZIBILNA DISOCIACIJA ali IONIZACIJA molekule vode pri kateri nastaneta:

–         OKSONIJEV ION  H30plus

–         HIDROKSIDNI ION   OH minus

pH je negativni desetiški logaritem koncentracije Hplus ionov.

pH = -log (Hplus)

pH, Ka, pK:

–         vseh vodnim raztopinam lahko izmerimo in izračunamo pH

–         vrednost pH raztopine je odvisna predvsem od nekaterih snovi ( kisline, baze), ki povečajo ali zmanjšajo koncentracijo H+ v vodi in le malo od koncentracije vodikovih ionov, ki so posledica lastne disociacije vode.

–         Kisline in baze so kemijske spojine, ki spremenijo ionske lastnosti spojin

KISLINE so spojine, ki v vodni raztopini oddajo proton

BAZE so spojine, ki sprejmejo proton

FOSFATNI PUFER = pKA = 7,4

Fosfat je normalna sestavina celic, zato z njegovo prisotnostjo v pufrih pri eksperimentalnem delu posnemamo naravno okolje.

Hb: oksidirana in reducirana oblika

HEMOGLOBINSKI PUFER:  za to njegovo sposobnost je odgovorna aminokislina HISTADIN

Kadar se vrednost pH v krvi spremeni, pride do hudih motenj

–         pH se zniža = acidoza

–         pH se zviša = alkaloza

ACIDOZA: koncentracija protonov v krvi se lahko poveča ( acidoza) zaradi dveh vzrokov:

–         molekul v presnovi – metabolična acidoza

–         motenj v dihanju – respiratorna acidoza

Metabolična acidoza: se pojavi pri nezdravljenem diabetiku, pri stradanju ali po prehrani z veliko proteini in malo ogljikovimi hidrati. Take razmere vodijo do ketoze, to je prekomernega nastanka ketonski telesc, ki so kisla in povzročijo povišanje koncentracije protonov v krvi. Ketonska telesa se najdejo v urinu, ker jih telo izloči.

Respiratorna acidoza:  Povzroči jo spremenjena koncentracija C02 v krvi in je pogosto znak bolezni kot sta pljučni emfizem ali astma.

Nezdravljena acidoza lahko vodi do izgube zavesti in posledično do smrti.

ALKALOZA:

– metabolna alkaloza

–         respiratorna alkaloza

Metabolična alkaloza: je lahko posledica pretirane uporabe nekaterih soli kot sta natrijev laktat ali natrijev bikarbonat( so vitalni pripravki, začne se z glavobolom), nastane pa lahko tudi zaradi hudega bruhanja.

Respiratorna alkaloza:  povzroči jo hiperventilacija( preveč intenzivno dihanje, prehitro dihanje), ki je lahko posledica histerije, stresa ali višinske bolezni.

Uravnavanje vrednosti pH krvi s pomočjo konjugiranega para ogljikova kislina – bikarbonat. V arterijski krvi je vedno nekaj C02, v venozni krvi pa nekaj 02, saj v pljučih ne uspemo izdihati vsega C02, pa tudi ves 02 se običajno ne porabi. C02 v pljučih je v ravnovesju c C02 v krvi. Visoka koncentracija c02 v pljučih je vzrok respiratorne acidoze, medtem ko nizka koncentracija C02 povzroča respiratorno alkalozo.

AMONOKISLINE: Je vsaka organska molekula, ki ima vsaj eno karboksilno skupino -COOH- in vsak eno amino skupino -NH2plus

PEPTIDI: Aminokisline se povezujejo v peptide z amidno vezjo

PROTEINI:  Več peptidnih verig tvori proteine. So polimeri iz različnih Levosučnih aminokislin. Za proteine vseh živih organizmov namreč velja, da so zgrajeni iz L-aminokislin. Vse pogost pa v nekaterih vrstah celic odkrivajo tudi D-AK ( desno sučna aminokislina). Prvo odkriti sta bili D-Alanin in D-Glutamat.

STRUKTURA Aminokislin:

Aminokisline imajo značilno zgradbo 20 aminokislin, ki sestavljajo proteine.

Na alfa ogljik so vezane štiri skupine. Tri so konstantne.

–         H

–         NHdva

–         COOH      te tri so pri vseh 20 aminokislinah enake

–         R predstavlja stransko verigo, ki pa je pri vsaki aminokislini lahko drugačna.

FENILALANIN – Fenilketonurija = Je genetska motnja. Je v mleku, če ga otrok ne more presnavljati je pomembno, da se motnja odkrije čimprej.

Ime aminokisline,  enočrkovni zapis, tričrkovni zapis:

– GLICIN      G   GLY

– ALANIN     A  ALA

– VALIN        V  VAL

– LEVCIN     L   LEV

– IZOLEVCIN I    ILE

– METIONIN  M   MET

– FENILALANIN   F   PHE

– PROLIN    P    PRO

– SERIN    S  SER

– TREONIN  T   THR

–  CISTEIN   C  CYS

– ASPARAGIN  N  ASN

– GLUTAMIN  Q  GLN

– TIROZIN     Y   TYR

– TRIPTOFAN  W  TRP

– ASPARTAT  D  ASP

– GLUTAMAT   E   GLU

– HISTIDIN  H  HIS

– LIZIN   L LYS

ARGININ  R  ARG

Za vseh 20 alfa aminokislin ( alfa zato, ker so vezane na alfa ogljikov atom) velja:

–         da so v čisti obliki bele kristalinične snovi z visokim tališčem

–         topne so v vodi

–         netopne so v organskih topilih

–         vodne raztopine AK prevajajo električni tok

RAZVRSTITEV AMINOKISLIN:

Ko smo spoznali splošne lastnosti vseh 20 aminokislin omenimo še posebnost, ki omogoča vsaki aminokislini kemijsko in biološko svojevrstnost = to je stranska veriga R.  Stranske verige se med seboj razlikujejo po velikosti, polarnosti, naboju in kemijski reaktivnosti.

RAZVRSTITEV AMINOKISLIN:

Glede na polarnost jih lahko razdelimo v več razredov:

1. skupina = AK z nepolarnimi stranskimi verigami ( FLY, ALA, VAL, LEV, PRO, MET, PHE, TRP)
2. vse te imajo alifatske oz. aromatske stranske verige, ki jim dajejo hidrofoben značaj.
3. stranske verige so v glavnem enostavni ogljikovodiki, ki kemijsko niso posebno reaktivni. Za njih se značilno, da jih v proteinih, ki se v vodnih raztopinah zvijejo v točno določeno tridimenzionalno strukturo, najpogosteje najdemo v njihovi notranjosti.

2. Skupina aminokislin s polarnimi nenabitimi stranskimi verigami pri fiziološkem pH

Sem sodijo ( SER, THR, CYS, TYS, ASN, GLN)

V strukturi se nahajajo N, O ali S

Cistein ima zanimivo stransko verigo z -SH ( folno) skupino.

Tu nastajajo disulfidne vezi – taka vez je pomembna za stabilizacijo trodimenzionalne strukture proteina. So hidrofobne.

3. Skupina AK s polarnimi, nabitimi stranskimi verigami

( Sem sodijo ASP, GLU, LYS, ARG, HIS )

METODE LOČEVANJA AMINOKISLIN:

–         Ko so aminokisline tako pomembne v bioloških procesih, so razvili tehnike, s katerimi lahko posamezne aminokisline razgradijo in potem preučujejo, jih identificirajo ( najpogosteje s kromatografijo). Je sicer draga tehnika vendar pa najbolj zanesljiva.

–         Ninhidinska metoda ( reagira z vsemi AK pri tem se razvije vijolično barvilo, izjema je le PROLIN pri katerem se razvije rumeno barvilo)

–         Florescenčna metoda

CEPITEV PEPTIDNIH VEZI

S hrano tudi dobivamo proteine, ki jih je potrebno razgraditi ( cepitev peptidnih vezi )

Cepitev peptidnih vezi je ena najpomembnejših reakcij pri peptidih in proteinih.

Izvede se s pomočjo hidrolize, ki pa je lahko:

–         KISLINSKA ( fiziološka razgradnja proteinov, ki jih dobimo iz hrane. To se odvija v želodcu. V TANKEM ČREVESJU pa so proteini PEPTIDAZE to so velike skupine encimov za razgradnjo.)

–         BAZIČNA HIDROLIZA ( NaOH)

–         ENCIMSKA HIDROLIZA – s pomočjo peptidov oz. proteaze.

GIBALNI PROTEINI in PROTEINI, ki omogočajo krčenje mišic : sem sodita AKTIN, MIOZIN. Tudi spermiji in praživali se premikajo z bički, zraven sodeluje protein DINEIN.

ENOSTAVNI PROTEINI: so tisti, ki so sestavljeni samo iz aminokislinskih ostankov sem sodita tripsin in kimotripsin, ki sta prebavna encima.

KONJUGIRANI proteini = v svoji strukturi imajo še dodatno komponento, imenovano prostetična skupina.  Npr hemoglobin je iz štirih prokinskih verig, vsaka od njih pa je povezana s prostetično skupino HEM, na katero pa se veže železo

AK + hem + železo

OBLIKA PROTEINOV:

Fibrilarni proteini ( trdnost celice, nepolarni) kolagen, keratin

Globulirani proteini ( transportni proteini, encimi, IG) imajo polarno strukturo.

ZGRADBA PROTEINOV:

1. Primarna struktura:

Je preprosta in določena z zaporedjem aminokislinskih ostankov v proteinu( ki so med seboj povezani s kovelantno peptidno vezjo). Je osnova za nadaljne tri strukturne ravni.

2. Sekundarna struktura:

Krajši predeli primernega zaporedja se zvijejo v urejene sekundarne struktura. Vsebujejo ponavljajoče se elemente ( alfa vijačnico, beta strukturo )

3. Terciarna struktura:

Elementi sekundarnih struktur se lahko povezujejo med seboj in se končno zvijejo v kompleksno globularno celoto = to je terciarna struktura.

4. Kvartarna struktura:

Za to strukturo je značilno povezovanje dveh ali več polipeptidnih verig. Povezujejo zelo organiziran v funkcionalen protein z več podenotami.

Zelo pomembni dejavniki, ki določajo proteinsko strukturo, so šibke nekovalentne interakcije, ki predstavljajo najpomembnejše stabilizirajoče sile v molekuli proteina.

–         Vodikove vezi ( ki se vzpostavijo med atomi posameznih aminokislinskih ostankov ali pa med atomi aminokislinskih ostankov in vodo)

–         Ionske interakcije

–         Hidrofobne interakcije ( ki se vzpostavijo med aminokislinami z nepolarnimi stranskimi verigami in na ta način iz osrednjega dela izločijo vodo)

–         Van der waalsove interakcije

Poleg tega so pri tvorbi terciarne proteinske strukture zelo pomembne disulfidne vezi, ki pa so kovalentne. To pa so vezi za utrjevanje strukture proteinov.

ENCIMI

Značilnosti:

–         So biokatalizatorji in katalizirajo reverzibilno pretvorbo encimskega substrata

–         Po kemični strukturi so proteini

–         Lahko so specifični ( delujejo samo na en substrat) ali nespecifični ( delujejo na določeno funkcionalno skupino večih substratov)

–         Pri manjši koncentraciji substrata je linearna povezava med hitrostjo reakcije in koncentracijo substrata

Dejavniki, ki vplivajo na hitrost encimskih reakcij:

–         Temparatura in pH

–         Koncentracija in ionska moč pufra

–         Prisotnost koencimov, aktivatorjev in inhibitorjev

KLASIFIKACIJA:

Oksidoreduktaze ( LDH, G6 )

Transferaze  ( ast, alt, ggt, oct)

Hidrolaze  ( l, s, m, amilaza )

Liaze ( aldolaza )

Izomeraze ( glu-p izomeraza )

Ligaze – sintetaze ( glutamin sintetaza )

ENCIMI V PLAZMI in SERUMU:

Izvor encimov v plazmi je v glavnem normalen ( fiziološki) ali pa patološki propad celic. Malo encimov deluje v plazmi ( encimi koagulacije krvi, ceruloplazmin in lipoproteinlipaza, encimi sekrecije – amilaza, lipaza in fosfataza )

Vsebnost encimov v plazmi je odraz ravnotežja med sintezo, sproščanjem iz celic in odstranjevanjem iz plazme.

POVEČANA KOLIČINA ENCIMOV V PLAZMI zaradi:

–         proliferacije celic ( obnova celic)

–         poškodbe celic ( liza, pojačana apoptoza, povečana prepustnost celičnih membran)

–         sinteze encimov ( indukcija )

–         odstranjevanja iz plazme

ZMANJŠANA KOLIČINA ENCIMOV V PLAZMI zaradi:

–         zmanjšane sinteze encimov

–         genetskega vzroka ( zmanjšana ekspresija genov, sinteza biološko okvarjenih encimov)

VRSTE ENCIMOV V PLAZMI na podlagi katerih ocenjujemo vrsto bolezenskih stanj:

–         Pri vnetnih procesih je povečana prepustnost celične membrane in količina encimov v plazmi

–         Pri lažjih poškodbah celic je povečana količina membranskih celic

–         Pri težkih poškodbah celic je povečana količina celotnih encimov celotnega celičnega materiala ( encimi mitohondrijev, lizosomov in ostalih organelov )

–         Na osnovi poznavanja lokalizacije encimov v celicah in organih ( organospecifičnost) lahko pomagamo pri oceni mesta in teže obolenja ter postavitvi diagnoze.

PORAZDELITEV ENCIMOV V ORGANIH:

–         Žleze slinavke ( amilaza )

–         Pankreas ( amilaza, lipaza )

–         Želodčna sluznica ( pepsin )

–         Jetra ( OCT, AST, ALT, LDH )

–         Mišice ( CK, ALD )

–         Srčna mišica ( CK, AST, LDH )

–         Ledvica ( levcin aminopeptidaza )

–         Kosti ( ALP )

INHIBITORJI ENCIMOV zavirajo delovanje encimov:

–         IREVERZIBILNI INHIBITORJI

–         REVERZIBILNI INHIBITORJI

ENCIMI SO proteinske molekule s kompleksno primarno, sekundarno, terciarno in kvartarno strukturo. Poleg  tega pa je v aktivnih mestih encimov prisotnih veliko različnih reaktivnih aminokislinskih ostankov, ki omogočajo raznovrstne katabolične aktivnosti.

KOENCIMI so po strukturi zelo podobni vitaminom = skupina precej majhnih organskih molekul, ki jih moramo dobiti s hrano, ker so nujno potrebni za rast in razvoj. V prehrani jih potrebujemo, ker smo izgubili sposobnost njihove sinteze v zadostni količini. Določene koencime organizem sintetizira le, če dobijo vitamine s hrano, saj nekateri lahko nastanejo le iz njih.

VITAMIN :::::::::: bolezen ob pomanjkanju tega vitamina:

–  BIOTIN     = DERMATITIS

– B2 ( riboflavin) = ZASTOJ V RASTI

– B1  ( tiamin ) = BERI’BERI

– PANTOTENSKA KISLINA = DERMATITISI

– FOLNA KISLINA = ANEMIJE

– B12 = ANEMIJE

LDH = laktat – dehidrogenaza katalizira reverzibilno pretvorbo laktata v piruvat.

LDH1 = v srčni muskulaturi

LDH2 = V mišični in srčni

LDH3 = Specifičen za prečno progaste mišice

Pri diagnosticiranju in zdravljenju nekaterih bolezenskih stanj si pomagamo z analiziranjem prisotnosti teh encimskih oblik LDH v krvi, s pomočjo elektrofereze. Ob srčnem infarktu, nalezljivem hepatitisu ali bolezni skeletnih mišic se zaradi poškodovanih celic pojavijo v krvi  različni encimi, tudi z LDH. Iz vzorca lahko ugotovimo katera tkiva so prizadeta.

STEROIDI so najbolj poznana in najbolj raziskana skupina lipidov.

Vsi imajo sistem kondenziranih obročev ( A,B,C,D)

Pri različnih steroidih se sistemi obročev razlikujejo po:

–         št. In položaju dvojnih vezi

–         stranski verigi

–         št. In vrsti funkcionalnih skupin

HOLESTEROL je najbolj poznan steroid. Ima polarno glavo in nepolarni rep zato ga uvrščamo med amfifilne molekule.

Nahaja se v lipoproteinih, kjer se uporabijo za izgradnjo bioloških membran in kot prekurzor pri biosintezi steroidnih hormonov in žolčnih kislin.

LDH = low density holesterol je neugoden, saj se lepi na stene žil

HDH= High density holesterol je ugoden.

VITAMINI = topni v lipidih ( A,D,E,K)

–         topni v vodi

FEROMONI:

–         so snovi podobne hormonom. Snovi, ki spremenijo vedenje drugih organizmov iste vrste. Najpogosteje je to vedenje vezano na spolno privlačnost.

–         Označevanje poti,  opozorajanje na navezanost

PRENAŠALCI ELEKTRONOV:

–         sem sodi KE q RIBIKINON

–         so prenašalci elektronov pri deoksiredukcijskih reakcijah.

VSE BIOLOŠKE CELICE OBDAJA PLAZEMSKA MEMBRANA.

So nadmolekulske strukture, ki jih sestavljajo:

–         lipidi

–         proteini

–         OH ogljikovi hidrati

Razmerje med lipidi in proteini je 80:20

Osnovno strukturno ogrodje pa je dvojna plast lipidov.

Lipidni dvosloj( nepolarni rep navznoter, polarne glave pa navzven)

TRANSPORT PREKO MEMBRANE

–         pretok molekul regulirajo integrirani proteini

–         transport je pasiven ( enostaven, olajšan, difuzija )

–         aktiven ( potrebuje energijo, ker se snovi prenašajo s področja z nižjo koncentracijo preko membrane na področje z višjo koncentracijo. Največkrat je aktivni transport povezan z hidrolizo ATP ali izkorišča svetlobno energijo.