26247-26251 Osnove Biokemije

 

Modul: Kemija Kemija Kemi Ke mija ja s os osnov nova ama biokemije bio kemije

OSNOVE BIOKEMIJE

 

Literatura: P. Karl Karlso son, n, Biok Bi oke emi mija, ja, Ško kols lskk a kn knjijiga, ga, Zagr gre eb, 19 1993 L. Str Stryy er, Biok Bi oke emi mija, ja, Šk ol olsk ska a kn knjijiga, ga, Zagr gre eb, 19 1991

 

AMINOKISELINE •

Sadrže karboksilnu skupinu, amino skupinu i pobočni lanac (R skupinu), vezane na -ugljikov atom.  

•

Izuzeci: glicin (ne sadrži pobočni lanac)

  •

prolin (ciklička   aminokiselina)  

Sve proteinske aminokiseline, osim glicina, imaju L konfiguraciju i najmanje jedan kiralni centar.  

 

nepolarnom pobočnom skupinom: •  Aminokiseline s nepolarnom

  Gly, Ala, Val , Il Ile e, L eu , Met , Pro, Ph Phe e,Tr Trp p

 

 

•  Aminokiseline s polarnom pobočnom skupinom bez naboja:

  Ser, Th Thr  r , Asn, Gln, Tyr, Cys

•  Aminokiseline s polarnom pobočnom skupinom s nabojem:

 

L y s , A  Arr g , Hi Hiss , Asp, Glu

 

Strukture aminokiselina

 

Kiselo‐bazična svojstva aminokiselina •  Aminokiseline su amfoternog karaktera. karaktera. Njihova struktura određena je pH vrijednoš ću sredine u kojoj su aminokiseline otopljene:   • • •

U jako kiseloj sredini (pH < 1) aminokiselina se pojavljuje u obliku protoniranog kationa (  A). A).   lužnatoj U jako sredini (pH >12) aminokiselina se nalazi u obliku aminokarboksilatnog aniona (C (C).   U sredini čiji je pH između gore navedenih pH vrijednosti aminokiselina se pojavljuje u obliku dipolarnog (zwitter) iona (B ( B), uz određene količine A i C.  

 

PEPTIDI I PROTEINI •  Aminokiseline su osnovne osnovne građevne jedinice peptida i proteina, međusobno povezane peptidnom vezom.   •

Peptidna veza nastaje reakcijom karboksilne skupine jedne aminokiseline i amino skupine druge aminokiseline.  

 

• Peptidna veza ima parcijalni karakter dvostruke veze.

rezonancijske strukture peptidne veze

• Nomenklatura: Polipeptidi sadrže 2 do Oligopeptidisadrže više od10 10aminokiselina. aminokiselina.

 

čija je molekulska masa >10000. Proteini su poliaminokiseline  

 

 

STRUKTURNE RAZINE U ARHITEKTURI  PROTEINA • •

(a) Prim rima arna struktu stru ktura ra - redosljed aminokiselina u polipeptidnom lancu (a

 

 

Sekun kundarna darna str strukt uktura ura - raspored polipeptidnih lanaca u prostoru, ne uzimaju ostatke (b (b)   ći u obzir pobočne aminokiselinske   

•

Terci rcijarna jarna struktu stru ktura ra - položaj svih atoma u prostoru, uključujući i atome ostataka (c ( c)   pobočnih aminokiselinskih  

•

Kvaterna Kvate rna struktu stru ktura ra - prostorni raspored podjedinica u proteinu koji sadrži lanca (d (d)   više od jednog polipeptidnog  

 

Razlike u sekvenciji aminokiselina citokroma c čovjeka nekih biljnih i životinjskih vrsta. Peptidni lanac citokroma c izgrađen je od 104   aminokiseline.

Broj različitih aminokiselina čimpanza

0

pas

11

konj

12

pšenica

35

 

Veze koje stabilizira stabiliziraju ju tercijarnu sstru truktu kturu ru pro proteina teina:: ionska ska pri privla vlačenja (a) ion (b ) vo vodi dikov kove e vez veze (c ) di disu sulflfid idne ne vez veze e (d ) hi hidr drof ofob obne ne vez veze e

 

 

DENATURACIJA PROTEINA  Djelomi čno ili il i pot potpuno puno gublj gublje enje trodimenz trodimenzijske ijske strukture strukt ure prote proteina ina pri čemu ne dolaz dolazii d do o ci cijepa jepanj nja a peptidnih peptidn ih vez veza a. •

Denaturaciji podliježu sekundarna, tercijarna i kvaterna struktura proteina.  

•

Denaturacija dovodi do promjene fizičko-kemijskih i bioloških svojstava proteina (npr. smanjenje topljivosti, gubitak   enzimskog djelovanja).

 

Neki agensi koji ko ji uz u zrokuju roku ju de d enaturaciju naturaciju:: toplina: uzrokuje cijepanje vodikovih veza u proteinu primjer: prženje ili kuhanje jaja organske tvari: tvore intramolekularne veze s proteinom primjer: djelovanje 70% alkohola     kao dezinficijensa

 j jak ake e ki k i s el elii n e ili l i l u ži žin n e: mijenjaju ionizacijsko stanje karboksilnih i amino skupina proteina

soli te teških ških meta metala: la: tvore veze s ioniziranom karboksilnom skupinom kiselih aminokiselina ili tiolnom skupinom aminokiselina sa sumporom primjer: soli Hg2+, Ag+, Pb2+

 

 

PODJELA PROTEINA Prema obliku: •

fibrila fibril arni prote prot eini - izduženog oblika, netopivi u vodi  

•

primjeri:   keratin, kolagen

globula globul arni prote prot eini - kuglastog oblika, topivi u vodi ili razrijeđenim  

otopinama soli     primjeri: proteini bjelanca jajeta, enzimi

Prema Pre ma gr gra ađi : đ

č

•  jed  j edn n  o s t av avn n i p r o t ei ein n i - izgra eni   isklju ivo od aminokiselina • slo složženi proteini pr oteini - sadrže osim aminokiselina i prostetske skupine

 

 

 

JEDNOSTAVNI PROTEINI •

Protamini

topivi u vodi primjer: salmin  

•

Histoni

topivi u vodi

 

  •

 All b u m i n i  A  

 primjer: globin topivi u vodi i razrijeđenim otopinama soli primjer: ovalbumin , laktalbumin ovalbumin, laktalbumin,, album albumin in  

krvne krv ne plazme plazme •

Globulini  

•

Prolamini  

•

Glutelini  

topivi u razrijeđenim otopinama soli primjer: laktglob laktglobulin ulin,, legumin, fa f azeolin,

 

glicinin topivi u razrijeđenim otopinama alkohola primjer: glijadin, gli jadin, zein, zein, hor hordein dein

 

topivi u razrijeđenim kiselinama i lužinama primjer: glutenin glu tenin,, zea zeanin nin

 

 

 

 

SLOŽENI PROTEINI

 

Prostetska skupina

Primjer

Fosfoproteini

 

fosfatna kiselina

kazein, vitelin

Glikoproteini

 

ugljikohidrat

mucin

lipid

lipoproteini 

Lipoproteini

 

 

Kromoproteini

 

pigment

krvne plazme hemoglobin

Metaloproteini

 

ion metala

alkohol  dehidrogenaza

Nukleoproteini

 

nukleinska kiselina

ribosom

 

BIOLOŠKA FUNKCIJA BIOLOŠKA  FUNKCIJA  PROTEINA • Enzimi: pepsin, tripsin

 

 

• Strukturni proteini: kolagen, ‐keratin

    • Kontraktilni proteini: miozin, aktin     • Transportni proteini: hemoglobin, albumin krvne 

 

  plazme

• Rezervni proteini: kazein, gliadin, zein

 

• Zaštitni proteini: antitijela

 

 

NUKLEINSKE KISELINE

 

Struktura trukt ura nukle nukleinskih inskih kise kiselina lina •

Heterocikli čke baz baze s duš d ušik ikom om   pirimidinske baze: citozin, uracil, timin purinske baze: adenin, gvanin

 

•

Šećeri pento pentozze   riboza deoksiriboza

•

Nukleozid - N-glikozid pirimidinskih ili purinskih baza i šećera  

pentoze    

 

Nukleotid - fosfatni ester nukleozida    

 

Tipovi nukleinskih Tipovi  nukleinskih  kiselina Deoksiribonukleinska kiselina (DNA (DNA)) - nositelj genetske informacije u stanici.

Gra ađa DNA Gr

 

- izgrađena od dva spiralna polinukleotidna lanca usukana oko zajedničke osi - spiralni lanci protežu se u suprotnim smjerovima - purinske   i pirimidinske baze leže unutar uzvojnice (heliksa), približno okomito  na os uzvojnice - deoksiriboze i fosfatne skupine čine okosnicu heliksa - lanci su   povezani vodikovim vezama između purinskih i pirimidinskih baza - adenin se uvijek sparuje s timinom preko dvije vodikove veze - gvanin  se uvijek sparuje s citozinom preko tri vodikove veze

 

 

Ribonukleinske kiseline Struk tr uktu turn rne e razli razlike ke između mol m ole eku kula la R RNA NA i D DN NA: - u strukturi RNA dolazi šećer riboza, umjesto deoksiriboze koju

  DNA nalazimo

 

- molekule RNA sadrže uracil, umjesto timina koji nalazimo u DNA - RNA je  jednolančana molekula

 

  RNA su mnogo manje   - molekule molekule nego DNA  

Tipovi rribonuk ibonukle leinski inskih h kise kiselina lina • m-RNA (informacijska RNA) - služi kao kalup za sintezu proteina •

t -R -RNA NA (t rans ransff er RNA) RNA) - donosi aktivirane   (t   aminokiseline na mjesto  

•

sinteze  proteina

r-RN r-R NA (rib riboso osomsk mska a RNA) - strukturna komponenta ribosoma  

 

 

 

L I P I D I • Heterogena skupina organskih spojeva, koji su topivi   u nepolarnim organskim otapalima, a netopivi u vodi.

PODJELA LIPIDA

 

OSAPUNJIVI LIPIDI

Produkti hidrolize

Triacilgliceroli

 

Voskovi

 

masne kiseline glicerol masne kiseline dugolančani alkoholi

Fosfogliceridi

 

Sfingolipidi

 

masne kiseline glicerol fosfatna kiselina polarni alkohol masne kiseline sfingozin fosfatna kiselina polarni alkohol

Glikolipidi

 

masne kiseline sfingozin ili glicerol  jedan ili više polisaharida

NEOSAPUNJIVI LIPIDI Steroidi Terpeni Prostaglandini

 

Vitamini topivi u mastima  

ZASIĆENE MASNE KISELINE maslačna kiselina

CH3CH2CH2COOH CH3(CH2)4CO  OH 

 

kapronska kiselina

CH3(CH2)6CO  OH  

 

kaprilna kiselina

CH3(CH2)8CO  OH  

 

kaprinska kiselina

CH3(CH2)10CO   OH 

 

laurinska kiselina

  OH  CH3(CH2)12CO

 

miristinska kiselina

CH3(CH2)14CO   OH 

 

palmitinska kiselina

CH3(CH2)16CO   OH 

 

stearinska kiselina

 

 

 

Masn e kis kise eli line ne kraćeg lanc l anca a (C4 (C4 do C1 C10) 0) - u mliječnim mastima Masne Palmit lmitinsk inska a kiselin kiselina a - u biljnim uljima i životinjskim  mastima   Stea teari rinsk nska a kis kise eli lina na - u mastima     preživača

 

 

 

NEZASIĆENE MASNE KISELINE Skraćeni način pisanja CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH oleinska kiselina

18:1    

   

 

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH linolna kiselina  

   

 

18:2    

CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH linolenska kiselina  

 

 

 

18:3    

Oleinska Oleins ka kiselina kis elina - u maslinovom i bademovom ulju Linolna kiselina - u ulju soje, kukuruza i suncokreta   Linolenska kiselina - u ulju lana

 

 

 

Triacilgliceroli • • • • • •

Esteri alkoh alkohola ola glicerola i viših masnih kiselina ki selina.. Mast  - smjesa triacilglicerola koja se kod sobne temperature nalazi u krutom stanju   ili polukrutom    Ulje - smjesa triacilglicerola koja se kod sobne temperature nalazi u tekuć em stanju    u mastima su zastupljenije zasićene masne kiseline, dok u uljima prevladavaju nezasićene masne kiseline   važne su energijske rezerve u organizmu  jedan  gram masti skladišti šest puta više energije od jednog grama hidratiziranog glikogena, budući da su triacilgliceroli jače reducirani od   ugljikohidrata i skladište se u bezvodnom obliku.

 

Strukture zasićenih i nezasićenih masnih kiselina

a ‐ zasićena masna kieslina  – cis nezasi b  –   ćena masna kiselina c ‐ trans nezasi    ćena msna kiselina

 

 

 

KVARENJE ULJA I MASTI •

•

Hidroliti čko kvare k varenj nje e Dolazi   do hidrolize esterskih veza i oslobađanja nižih masnih kiselina neugodnog mirisa. Proces katalizira enzim lipaza. l ipaza. Primjer: kvarenje maslaca Oksid ksida acij cijsko sko kvare kvarenje nje Zbiva  se u triacilglicerolima koji sadrže polinezasićene masne kiseline.

U početnoj fazi dolazi do stvaranja hidroksiperoksida. Slijede reakcije oksidacije u kojima dolazi do cijepanja kemijskih veza i nastajanja kratkolančanih aldehida i ketona neugodnog mirisa.

 

KEMIJSKE KONSTANTE MASTI •

Broj kiselosti Broj miligrama KOH ili NaOH utrošenih za neutralizaciju slobodnih masnih   kiselina u 1g masti ili ulja. Visok broj kiselosti ukazuje na pojavu hidrolitičkog kvarenja masti.

•

Broj sa saponifik ponifika acije Broj miligrama KOH ili NaOH utrošenih za saponifikaciju 1 g masti ili ulja.   Pokazuje prosječnu molekularnu masu masnih kiselina u mastima i uljima.

•

Jodni broj Broj grama joda koji se vežu na 100 grama masti ili ulja.   Pokazuje zastupljenost nezasićenih masnih kiselina u mastima i uljima.

 

VOSKOVI •

Esteri dugo d ugolan lančanih alko lkohol hola a i viših viš ih masnih kiselina. k iselina.

•

Biljni voskovi - tvore zaštitni sloj na lišću i plodovima viših biljaka

 

- štite biljke od dehidracije i štetnih mikroorganizama     zaštitni sloj na koži, krznu i perju  An n i m al aln n i v o s k o v i - tvore •  A - djeluju       vodoodbojno

 

 

č

Primjeri: miricil-palmitat (u p elinjem vosku) lanolin  (sastojak ovč je  vune)

 

Fosfogliceridi - glavni sastojci mnogih biljnih i animalnih membrana - odvode se od fosfatidne kiseline (diacilglicerol-fosfata)

  - najzastupljeniji fosfogliceridi u višim biljkama i životinjama su:   (lecitini) - u bjelancu jaja i soji fosfatidilkolini   kefalini (fosfatidiletanolamini i fosfatidilserini) - u mozgu        

 

Sfingolipidi

nalazimo sfingolipida ih u membranama biljnih i životinjskih stanica -- okosnicu u sisavaca čini dugolančani nezasićeni   aminoalkohol sfingozin   - najzastupljeniji sfingolipidi u životinja - sfingomijelini (nalazimo ih u mijelinskim ovojima živaca)

 

 

 

Glikolipidi sadrže i lipidnubiljaka i ugljikohidratnu -- u glikolipidima okosnicu čstrukturnu ini alkohol komponentu glicerol, a u   animalnim   stanicama alkohol sfingozin - najednostavniji glikolipidi su cerebrozidi (nalazimo ih u mozgu)

Steroidi Steroidi sadrže sustav od četiri kondenzirana prstena koji se naziva ciklopentano-perhidro-fenantren ciklopentano-perhidro-fenan tren (ciklopentan + hidrirani fenantren)   ili gonan

Steroli Policiklički steroli. (kolesterol) Dijele se na: zoosterole   fitosterole (stigmasterol)  

 

 

Kolesterol - sudjeluje u izgradnji staničnih membrana -- p najzastupljeniji je steroid ljudskom tijelu reteča   je u biosintezi žučunih soli, seksualnih hormona, hormona nadbubrežne žlijezde i vitamina D

 

Prostaglandini - hormonima slične tvari - izgrađeni   od 20 ugljikovih atoma - svi sadrže osnovnu strukturu prostanske kiseline - reguliraju   krvni tlak - prisutni  su kod upalnih procesa

 

Terpeni - organski spojevi izgrađeni od dvije ili više izoprenskih jednica - primjer: geraniol (u ulju ruže)

 

 

ENZIMI •

Enzim je organska org anska molekula molekul a ko koja ja katalizira katalizira bioke biok emi mijsk jske e rea reakci kcije. je.

  •

Jednostavni enzimi - izgrađeni samo od proteina

•

Konjugir Konj ugira ani enzimi enzimi - osim proteinske sadrže i neproteinsku komponentu    

•

Holoenzim - biokemijski aktivni konjugirani enzim

•

Holoenzim = kofaktor kofakto apoenzin       r + apoenzin

  

 

  •  A  Ap p o en enzi zim m - proteinski dio konjugiranog enzima •

Kofaktor  - neproteinski dio konjugiranog enzima     

  •

- anorganski (obično metalni) ion ili organska molekula (koenzim)    

 

Supstrat - molekula na koji enzim djeluje

•  A  Ak k t i v n o m j es estt o en enzi m a - dio enzima na koji se veže supstrat     zim

 

  

 

Način dje dj elova lo vanj nja a enzim nzima a •

snižava energiju aktivacije neke reakcije

•

  prvi korak u enzimskoj reakciji je nastajanje enzim-supstrat   kompleksa, kompleksa , vezanjem supstrata na aktivno mjesto enzima

•

  slijedi pretvorba supstrata u produkte, koji disociraju s enzima  

 

Teor orija ija klju ča i brave b rave - aktivno mjesto je oblikom komplementarno supstratu Te

  

 

orija ja indu inducir cira anog prilago pr ilago đavanja - aktivno mjesto je fleksibilno, Teori prilagođuje se supstratu  

 

Specifi čno nost st enzim nzima a •

apsol psolutna utna specifi čnost - enzim je specifičan samo za jedan supstrat

 

primjer:     ureaza

 

stere stereokemijska okemijska specifi s pecifi čnost - enzim je specifičan samo za jedan od stereoizomera     fumaraza primjer:

 

grupna specifi čnost - specifičnost za strukturno slične molekule koje imaju istu   funkcionalnu skupinu primjer: karboksipeptidaza - cijepa peptidne veze počev od karboksilnog  kraja peptida   specifi čno nost st za vez vezu u - specifičnost za određenu kemijsku vezu primjer:     lipaza

 

Faktori ktor i koji utječu na enzim nzimsk sku u akt aktiv ivno nost st •

Kon centracija enzima Koncentracija enzima - brzina enzimske reakcije je direktno proporcionalna koncentraciji enzima

 

•

  

Koncentracija supstrata - ovisnost brzine enzimske reakcije o koncentraciji supstrata prikazana je na slici:

 

 

- kod niske koncentracije supstrata brzina enzimske reakcije je proporcionalna koncentraciji supstrata  

- kod visoke koncentracije supstrata brzina enzimske reakcije je neovisna o  

koncentraciji supstrata

Temperatura - ovisnost brzine enzimske reakcije o temperaturi prikazana je na slici:    

 

ptimalna imalna temperatura - temperatura pri kojoj je aktivnost nekog enzima Opt najviša. Optimalna temperatura enzima toplokrvnihživotinja iznosi 37 0C.     Koncentracija vodiko vih iona - ovisnost brzine enzimske reakcije o pH Koncentracija vodikovih prikazana je na slici:  

Optim ptima alni pH p H  je onaj pH pri kojoj je aktivnost nekog nekog enzima najviša.

Optimalni pH za brojne   enzime nalazi se u pH područ ju 7 - 7,5. Optima Opt imalni lni p pH H tri tripsi psina na - 8,0 O timalni H e sina - 2 0

 

 

Reverz verzib ibil ilna na inhi in hibi bici cijj a enzim nzimsk ske e aktivnosti Kompetitivna inhibicija inhibic ija • inhibitor je strukturno sličan supstratu •

inhibitor   se natječe sa supstratom za aktivno mjesto enzima

•

inhibicija se može poništiti dodatkom suviška supstrata   primjer:   djelovanje malonske kiseline na aktivnost enzima sukcinat-dehidrogenaze

 

Nekompetitivna inhibicija - inhibitor nije strukturno sličan supstratu ć

-  enzimu inhibitor  se ne veže na aktivno mjesto enzima, ve na neko drugo mjesto na   - vezanje inhibitora mijenja trodimenzijsku građu enzima - inhibicija se ne može poništiti dodatkom suviška supstrata primjer: vezanje iona teških metala (Ag+, Pb2+, Hg2+) na karboksilne i tiolne skupine  enzima

Prim rimjena jena enzimskih inhib i nhibito itora ra u praksi: praksi : - insekticidi (karbamati)

herbicidi   (glifosat) - lijekovi  (sulfonamidi)  

Nomenklatura i klasifikacija enzima 

 

Stari nazivi za enzime su: ‐ trivijalna imena (npr. pepsin) 

- imena izvedena  iz naziva supstarata na koji enzim djeluju, tako da se na   korijen naziva  supstrata dodaje nastavak aza, npr. ureaza (od urea)  

- imena  izvedena   prema tipu reakcije koju enzim katalizira (npr.

 

 

dehidrogenaza)   Internacionalna biokemijska unija  je  je 1961. godine predložila  sistematsku klasifikaciju enzima prema općem tipu reakcije koju oni kataliziraju.

Primjer: CH3CH2OH + NAD+  

• •

 

CH3CHO + NADH+ + H+  

 

 

predloženi naziv za enzim: alkohol : NAD oksidoreduktaza (stari  naziv za enzim: alkohol‐dehidrogenaza)

 

 

 

Glavne vne sk upin upine e Gla enzima

Oksidoreduktaze

kataliziraju oksido-redukcijske reakcije

Transferaze

kataliziraju prijenos funkcionalne skupine s jednog spoja na drugi

Hidrolaze

kataliziraju hidrolitička cijepanja kemijske veze

Izomeraze

kataliziraju unutarmolekulske pregradnje

Liaze

kataliziraju reakcije nastajanja dvostruke veze, odnosno reakcije adicije na

Ligaze

dvostruku vezu kataliziraju reakcije nastajanja kemijske veze na račun energije hidrolize ATP-a

 

VITAMINI I KOENZIMI •

Vitamini su esencijalne organske tvari koje su potrebne u vrlo malim količinama u prehrani čovjeka i životinja.  

•

Mnogi vitamini su preteče koenzima.

  •

Podjela: topivi u vodi: vodi : vitamini B-kompleksa, vitamin C Vitamini   Vitamini topivi top ivi u mastima: mastima: vitamini A, D, E, K

 

Tia iami min n (vita vi tami min n B 1) •

Izvori: meso, jaja, žitarice

  i n o za: bolest beriberi  Av v i t am ami •  A • •

Koenzim: tiamin-difosfat     sudjeluje u oksidacijskoj dekarboksilaciji -ketokiselina Uloga:

 

 

 

Ribof ib ofla lavi vin n ((vi vita tami min n B 2) •

Izvori: mlijeko, jetra, zeleno povr će, meso, jaja, ribe

  i n o za: dermatitis, upala usne šupljine •  A  Av v i t am ami •

  Koenzim: FAD (flavin-adenin-dinukleotid)  

•

FMN (flavin-mononukleotid (flavin-mononukleotid))

Uloga: sudjeluje u oksidoredukcijskim reakcijama

 

 

flav fl avin in – ad aden enin in - di dinu nukle kleot otid id

 

Vita it ami min n B 6 (pir pirido idoksi ksin, n, piridoks pirid oksa al, •

piridoksamin) Izvori:  jetra, meso, meso, jaja, mlijeko

  i n o za: u čovjeka se rijetko pojavljuje  Av v i t am ami •  A • •

Koenzim: piridoksal-fosfat    Uloga: sudjeluje u metabolizmu aminokiselina

 

 

Niko ikotin tinska ska kis kise elin lina aia amid mid nik nikoti otinsk nske e kis kise elin line e •

Izvori:  jetra, meso, meso, kvasci, ribe

  i n o za: pelagra •  A  Av v i t am ami •

  Koenzim: NAD+ (nikotinamid-adenin-dinukleotid)  

•

  NADP+ (nikotinamid-adenin-dinukleotidfosfat)

  Uloga: sudjeluje u oksidoredukcijskim reakcijama

 

 

Biot Bi otin in (vita vi tami min n H) H) •

Izvori:  jetra, bubrezi, mlijeko, mlijeko, kvasci

  i n o za: u čovjeka se rijetko pojavljuje •  A  Av v i t am ami •

  Koenzim: biocitin

•

Uloga:   sudjeluje u reakcijama karboksilacije

 

 

Pant ntot ote ens nska ka kise kis elina li na (vi (vita tami min n B 5) •

Izvori: kvasac, jetra, bubreg, mlijeko, rajčica, zelje

  i n o za: u čovjeka nepoznata •  A  Av v i t am ami •

  Koenzim: koenzim A

•

Uloga:   sudjeluje u prijenosu acilne skupine

 

 

Fol olna na kise ki seli lina na •

Izvori:  jetra, kvasac, zeleno povr će

•  A  Av v i t am ami     i n o za: anemija   tetrahidrofolna kiselina • Koenzim: •

  prijenos C1-fragmenata Uloga:  

 

 

Cija ij anoko no koba bala lami min n (vi (vita tami min n B 12) •

Izvori:  jetra, meso, meso, jaja, mlijeko

  i n o za: anemija  Av v i t am ami •  A •

  Koenzim: adenozil-kobalamin

•

Uloga:   sudjeluje u reakcijama pregradnje i metiliranja

 

 

Vita it amin mi n C (ask skor orbi bins nska ka kise kis eli lina na)) •

Izvori: svježe voće i povr će

  i n o za: skorbut (smetnje u metabolizmu vezivnog tkiva) •  A  Av v i t am ami •

  biokemijski redoks sustav Uloga:  

 

Vita it ami min nA •

Izvori: riblje ulje, jetra, jaja, mliječni proizvodi,

 

-karoten, provitamin vitamina A u hrani biljnog porijekla:     (npr. mrkva)

•  A  Av v i t am amii n o za: noćna sljepoća, keratinizacija epitela •

Uloga:   u biokemiji vida, reprodukciji, rastu i razvoju epitela

 

 

Vita it ami min nD •

Izvori: riblje ulje, jaja, jetra

  i n o za: rahitis •  A  Av v i t am ami •

  Uloga: održava normalnu razinu kalcijevih i fosfatnih iona u krvi   te tako omogućuje kostima apsorpciju ovih iona  

 

rovitamin itamin vitamina vi tamina D2 (ergokalciferol): Prov

biljni sterol ergosterol

 

 

rovitamin itamin vitamina vi tamina D3 (kolekalciferol): Prov

7-dehidrokolesterol (nalazi se u koži č  ovjeka i životinja)

 

 Ak k t i v n i o b l i c i v i t am amii n a D2 i D3:  A

1,25-dihidroksiergokalciferol 1,25-dihidroksikolekalciferol

Nastaju hidroksilacijom ugljikova atoma 25 (u jetri) i ugljikova atoma 1 (u bubrezima).  

 

Vita it amin mi n E •

Izvori: biljna ulja (sojino ulje)

  i n o za: u čovjeka vrlo rijetka  Av v i t am ami •  A •

Uloga:   prirodni antioksidans, štiti nezasićene membranske lipide   od oksidacije

 

Vita it ami min nK •

Izvori: lisnato povr će, jetra, mlijeko, jaja

  i n o za: sklonost krvarenju, smetnje pri grušanju krvi  Av v i t am ami •  A •

  važan u sintezi faktora grušanja krvi Uloga:  

•

Vitamin K 1 (menakinon) - sintetiziraju crijevne bakterije

•

  n K 2 (filokinon) - nalazimo  u biljkama Vit ita ami min  

 

 

METABOLIZAM • •

Suma svih biokemijskih reakcija koje se događaju u organizmu.

 

Katabolizam - sve metaboličke reakcije u kojima dolazi do razgradnje složenih  molekula na jednostavnije  uz oslobađanje    

energije •  An  A n ab abo o l i zam - sve metaboličke reakcije u kojima dolazi do sinteze složenih molekula iz  jednostavnijih uz utrošak energije    

 

 ATP  A TP (aden (ad eno o zin zi n -tr -t r i f o s f at) at ) - univerzalna energijska valuta u biološkim sustavima - ATP je  spoj s visokim visokim potencijalom za prijenos fosfo fosforilne rilne skupine   ("visokoenergijski fosfatni spoj") - troši se u procesima poput kontrakcije mišića ili reakcijama biosinteze, a regenira oksidacijom hrane   - slobodna energija koja se oslobađa hidrolizom ATP pokreće reakcije kojima je potreban dotok slobodne energije - hidrolizom ATP nastaje:  ADP (adenozin-difosfat) ) i P (anorganski fosfat)  A DP (adenozin-difosfat   a (adenozin-monofosfat) sfat) i PPa (pirofosfat) ili AMP  A MP (adenozin-monofo  

 

 

 

 

tupn pnjevi jevi crp crplj lje enj nja a energi nergije je iz hrane Stu

1. Velike molekule hrane razgrađuju se do manjih molekula, pri čemu ne nastaje korisna energija. 2. Manje molekule se dalje razgrađuju do jednostavnih jedinica, npr. acetil-CoA. U ovom koraku nastaje nešto A ATP. TP. 3. Zajedničkim djelovanjem ciklusa limunske kiseline i procesa oksidacijske fosforilacije acetil-CoA se oksidira do CO2, pri čemu nastaje najveći dio ATP kao rezultat razgradnje hranjivih   tvari.

 

GLIKOLIZA •

Metaboli čki put p ut u kojem k ojem se glu glukoza koza prevodi u dvij d vije e mol mole ekul kule e pi ruvata piru vata, isto vremeno nastajanj istovremeno nastajanje e dv dvij ije e mo molekule lekule ATP i dvij dv ije e   e, uz molekul mo lekule NADH+ + H+. NADH

- zbiva se u citosolu - omogu ćuje dobivanje ATP u anaerobnim uvjetima

 

 

Nastajanje glukoze-6-fosfata (utrošak prve molekule ATP-a)

 

Nastajanje fruktoze-6-fosfata

 

Nstajanje fruktoze-1,6-difosfata (utrošak druge molekule ATP-a)

 

Nastajanje trioza-fosfata

 

Izomeracija trioza fosfata

 

Nastajanje 1,3-difosfoglicerata (nastajanje prvoga "visokoenergijskog" intermedijera)

 

 

Nastajanje 3-fosfoglicerata (nastajanje prvog ATP-a)

 

Nastajanje 2-fosfoglicerata

 

Nastajanje fosfoenolpiruvata

 

(nastajanje drugog "visokoenergijskog" intermedijera)  

 

Nastajanje piruvata (nastajanje drugog ATP-a)

 

Energijski prinos pri pretvorbi glukoze u piruvat enzim Heksokinaza Fosfofruktokinaza

promjena ATP po molekuli glukoze

   

‐1 ‐1

Fosfoglicerat   –kinaza  –kinaza   2 Piruvat‐kinaza

gliceraldehid-3-fosfatdehidrogenaza

 

2 2

2 NAD NADH H po mol m ole eku kuli li gluk g lukoze oze

 

 

Metaboli čka sudbin sud bina a piruva pir uvata ta •

U anaerobnim anaerobnim uvjetim uvjetima a piruvat se može pretvoriti u laktat (mlije  čno-kiselo vrenje) ili u etanol (alkoholno vrenje).

•

U aerobnim uvjetima piruvat se oksidira do acetil-CoA.

  •

Vrenje je biokemijski proces u kojem se NADH oksidira do NAD+ bez prisustva kisika.  

•

 

Mliječno kiselo vrenje:

 

ć

- pri kiseljenju mlijeka, pripravi silaže, konzerviranju povr  a   ga bakterije mliječno-kiselog vrenja) (provode - u mišićima pri intenzivnoj kontrakciji

•  Alkoholno vrenje:

  - provode ga kvasci  

 

•

MITOHONDRIJ

glavno mjesto sinteze ATP

  đ

g r a a mitohon mitohondrija drija - unu unutarnja tarnja membrana membrana mitohon mit ohondri drija ja (a) (a): sadrži proteinske komplekse koji sudjeluju u procesu oksidacijske fosforilacije   - matriks mit mitoho ohondr ndrija ija (b): sadrži enzime ciklusa limunske kiseline i -oksidacije masnih kiselina   - vanjska me membr mbra ana mitohond mitoh ondrij rija a (c): (c): propusna   za male molekule - unutarnja unu tarnja membra membrana na mit mitohon ohondri drija ja : nepropusna za većinu tvari  

 

Ciklus ikl us limu l imunsk nske e kise kis eli line ne (Krebso Krebsov v cikl ci klus) us) Niz biokemijskih reakcija u kojima se acetil-CoA oksidira do CO2 uz nastajanje reduciranih koenzima NADH i FADH2. -

 

Enzimi ciklusa limunske kiseline nalaze se u matriksu mitohondrija, osim  enzima sukcinat-dehidrogenaz sukcinat-dehidrogenaze, e, koji je integralni dio unutarnje membrane mitohondrija.  

-  Acetil-CoA, koji ulazi u ciklus limunske kiseline, produkt je razgradnje ugljikohidrata, masnih kiselina ili nekih aminokiselina.       -

 

3 molekule NADH i 1 molekula FADH2, koje nastaju u ciklusu limunske kiseline, oksidiraju se u procesu oksidacijske fosforilacije,     č

 

 

pri emu dolazi do sinteze ATP a.

 

OKSIDACIJSKA FOSFORILACIJA Proces nastaja ajanj nja a ATP ATP-a -a na račun energije koja se oslobađa Proc es nast p r i pri prijenosu jenosu elektr lektron ona a s NADH NADH il ilii FADH2 na molekulski kisik, kisi k, pute put em serije nosača elektrona.  

U prijenosu elektrona s reduciranih koenzima na kisik sudjeluju sljedeći nosači elektrona: • • • • •

flavin mononukleotid (FMN) kompleksi željezo-sumpor (Fe-S)     koe ko enzim Q (CoQ)     citokromi (b, c1, c,  a, a3)  

 

 

 

 

Svi nosači elektrona, osim CoQ i citokr citokroma oma c vezani su na proteinske komplekse (ko komp mplek leksi si I, II II,, III III i IV)

 

 

 

 

Oksi ksidor dore edukcij duk cijske ske re rea akcije kci je pri prijenosu pr ijenosu elektr elektrona ona s reduc re duciranih iranih koenzima koenzima na kisik kis ik NADH NA DH + H+

NAD NA D+ + 2 H+ + 2 e-

FMN + 2 H+ + 2 e-

FMNH2  

FADH2

FAD + 2H+ + 2 e 

 

CoQ + 2 H+ + 2 e-

CoQH2  

Citok it okrom rom (Fe 3+) + e½ O2 + 2 H+ + 2 e-

Cit itok okro rom m (Fe 2+)  

H2O  

 

 

 

Proteinski komple kom pleksi ksi i n nosa osači ele elektro ktrona na koji sudjeluju u prije pri jenos nosu ue ele lektr ktrona ona s reduc reduciranih iranih k koe oenz nzima ima na kisik kis ik kompleks kom pleks II (sukcinat-dehidrogenaza)

FADH2

 NADH

FMN CoQ kompleks I (NADH-dehidrogenaza)

cit. b cit. c1 kompleks III (bc1 kompleks)

cit. c

cit. a cit. a3 kompleks IV (citokrom c oksidaza)

O2

 

Energija koja se oslobađa pri prijenosu elektrona kroz komp ko mpleks lekse e I, I, III III i IV koristi se za crpljenje protona iz matriksa mitohondrija u međumembranski prostor i stvaranje elektrokemijskog potencijala (proton-motorne sile), kao rezultat razlike u koncentraciji vodikovih iona   u međumembranskom prostoru i matriksu mitohondrija. Komplekse I, III i IV nazivamo protonske proto nske crpke. Pri povratku protona u matriks mitohondrija, kroz enzimski kompleks ATP sintazu, dolazi do sinteze ATP-a. Oksidacijom 1 molekule NADH nastaju 3 molekule ATP‐a (elektroni prolaze kroz  tri protonske crpke).     Oksidacijom 1 molekule FADH2 nastaju 2 molekule ATP‐a (elektroni prolaze kroz  dvije protonske crpke).    

 

 

GRA Đ A A TP SINTA SINTAZE ZE

 

BILANCA POTPUNE OKSIDACIJE GLUKOZE glikoliza 2 ATP

2 ATP

2 (NADH + H+)

4 ATP (6 ATP)

oksidativna dekarboksilacija piruvata 2 (NADH + H+)

6 ATP

Krebsov ciklus 2 GTP

 

2 ATP

   

+

 

 

6 (NADH + H ) 2 FADH2

 

18 ATP 4 ATP 36 ATP (38 ATP)

 

PRO PR OB A VA I A APS PSOR ORPC PCIJ IJA A TRIACILGLICEROLA Hidroliza triacilglicerola u duodenumu djelovanjem enzima lipaze pankreasa: triacilgliceroli  mono monoa acil cilglic glice eroli + masne masne kiseline

 

Stanice mukoze tankog crijeva apsorbiraju monoacilglicerole i masne kiseline. Resinteza triacilglicerola. Novosintetizirani triacilgliceroli zajedno s membranskim lipidima i specifi čnim proteinima tvore hilomikrone. Hilomikroni putem limfnog sustava dospjevaju u krvotok. Djelovanje enzima lipoprotein lipaze (u kapilarama mišićnog i adipoznog tkiva) :

triacilglicerolna komponenta hilomikrona  glice glic erol + masne masne kiseline Masne kiseline se koriste kao izvor energije (miši ćno tkivo) ili pohranjuju u obliku triacilglicerola (adipozno tkivo).  

oksi sida daci cija ja ma masn snih ih k kis ise eli lina na   ok •

oksidacija dugolan čani nih h masnih masni h kiselin ki selina a uz nast nasta ajanje energi energije je u obl o blik u ATP ATP--a.   iku

- zbiva se u matriksu mitohondrija - acil-CoA   je aktivirani oblik masnih kiselina - masne  kiseline se razgrađuju postupnim odcjepljivanjem jedinica od dva ugljikova atoma (acetil-CoA) - NA NAD DH i FA FADH DH2, nastali u procesu -oksidacije masnih kiselina, oksidiraju se u procesu  oksidacijske fosforilacije - nastale molekule acetil-CoA dalje se razgrađuju u ciklusu

limunske kiseline, gdje nas nastaju taju dodat dodatne ne molek molekule ule NAD NADH H i FADH2.  

 

Aktivacija masnih kiselina

acil‐CoA sintetaza

 

Reakcije oksidacija masnih kiselina

 

BILANCA OKSIDACIJE PALMITINSKE KISELINE acetil-CoA l-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Palm Pa lmit itoi oil-CoA l-CoA + 7 C CoA oA + 7 FAD + 7 N NAD AD+  8 aceti  

7 FADH2

14 ATP

7 NADH 8 acetil‐CoA

21 ATP 96 ATP 131 ATP

‐2  ATP (aktivacija palmitinske kiseline)   129 ATP

 

Si nt nte eza k et ons on s k i h ttii j el a •

Zbiva se u mitohondrijima jetre, kada je koncentracija masnih kiselina u krvi

•

visoka   (npr. kod gladovanja). Iz jetre ketonska tijela krvlju dospijevaju u periferna tkiva (mišići) gdje se oksidiraju.  

•

Za vrijeme gladovanja koncentracija ketonskih tijela u krvi poraste do razine koja dozvoljava njihov ulazak u mozak, koji ih koristi kao izvor energije.  

 

•

ketonska tijela: ace aceto toa acetat, -hidr -hidroks oksibu ibuti tirat, rat, aceton

 

 

Sinteza ketonskih tijela

 

PROB PR OBA A VA PR PROT OTEI EINA NA •

Započinje u želucu gdje se događa denaturacija i hidroliza proteina:

  - proteini se denaturiraju djelovanjem klorovodične kiseline prisutne č

u želu anom soku   Phe, Met, - pepsin  djeluje prije svega na peptidne veze koje uključuju Trp, Tyr, Leu     •

Probava proteina završava u tankom crijevu:

  - kimotripsin djeluje na peptidne veze u koje je uključena karboksilna skupina Phe,  Trp, Tyr  - tripsin djeluje na peptidne veze u koje je uključena karboksilna skupina Lys i  Arg   - karboksipeptidaza cijepa peptidne veze s karboksilnog kraja peptidnog lanca

- aminopeptidaza cijepa peptidne veze s amino kraja peptidnog lanca    i tripeptidaze cijepaju dipeptide i tripeptide - dipeptidaze  

 

 

 Aminokiseline se transportiraju aktivnim transportom transportom preko stanične stijenke tankog crijeva u portalnu cirkulaciju i prenose do jetre. Jetra je glavni organ za sintezu i razgradnju aminokiselina.

RAZGRADNJA AMINOKISELINA Višak aminokiselina, iznad količine potrebne za sintezu proteina i drugih organskih spojeva s dušikom, koristi se kao metaboličko gorivo. Razgradnja aminokiselina odvija se u dva koraka: - ukl uklanjanje anjanje -amin -amino o sku skupi pine ne - raz razgr gra adn dnja ja ugljiko uglj ikova va skeleta skeleta

 

 

Uklanjanje -aminoskupine Transaminacija: zamjena aminoskupine -aminoseline s keto skupinom Transaminacija: -keto kiseline.   Oksidacijska deaminacija: deaminacija: biokemijska reakcija u kojoj se -aminokiselina prevodi u -ketokiselinu uz nastajanje amonijeva iona.

 

iklus s uree Ciklu Niz biokemijskih reakcija pomoću kojih se toksični amonijak prevodi u netoksičnu i u vodi dobro topivu ureu. Najveći dio uree sintetizira se u jetri.

 

Razgra gr adnja dn ja uglj ug ljik ikov ova a ske sk el eta Metabolička sudbina ugljikova skeleta (a) ketogenih i (b) glukogenih aminokiselina aminokiselina::

  (a) ketogene aminokiseline Ile Leu Trp

 

 

 

Leu Lys Phe Tyr  Trp 

   

 

acetil-CoA

 

acetoacetil-CoA 

  ketonska tijela (b) gluko glukogene gene aminokiseline  Ala Gly Cys

 

 Asp  Asn

 

Tyr  Phe  Asp

 

Ile Met Val

 

Glu Gln His

  Ser  Thr  Trp  piruvat 

     

 

 

  Thr 

   oksaloacetat    glukoza  

 fumarat



 

 

 sukcinil-CoA



 

Pro  Arg

    

 -ketoglutarat

 

 

Repl plii ka kac c i j a DNA u pr prok oka ar i ot ota a •

Replikacija je semikonzervativna. Nova DNA je izgrađena od roditeljskog i novosintetiziranog lanca.  

 

Za replikaciju su pot potrebni: rebni: - kalup (jednolančana DNA) - d ATP,  dGTP,  dCTP, dCTP, dTTP

 

 

enzimi replikacije: helikaza (odmotava dvostruku uzvojnicu) topoizomeraza  (uklanja supernavoje) primaza (sintetizira klicu)   DNA A -pol -polim imeraz eraza III (sintetizira najveći dio novosintetizirane DNA) DN   a III DNANA-po poli limeraz meraza a I (siječe klicu, ispunjava nastale praznine s   deoksiribonukleotidima)   DNA-ligaza (povezuje fragmente DNA)

 

 

DNA-polimeraze sintetiziraju DNA u smjeru 5'3'. Budući da su lanci DNA antiparalelni, samo se jedan lanac sintetizira kontinuirano k ontinuirano u smjeru 5'3' (vodeći la l anac nac), ), dok se drugi lanac (tro (tromi mi lanac lanac ) sintetizira diskontinuirano, pomoću Okazak Okazakije ijevih vih frag fragmen menata ata..  

Pri rijenos jenos gene geneti ti čke inform inf orma acij cije e

 

č

Geneti ka šifra šif ra

geneti čka šifra skup kodona za proteinske aminokiseline kodon slijed triju baza (triplet) u mRNA, koji određuje neku proteinsku aminokiselinu

 

šezdese desetj tje edan tr trip iplet let predstavlja šifru za određenu aminokiselinu • šez

• tri triple trip leta ta predstavljaju šifru za   završetak lanca (UAA, UAG, UGA)

 

• ši šifr fra a je degene degeneri rirana rana:: samo Met i Trp imaju po jednu šifru ostale aminokiseline imaju dvije ili više šifri • sinonimi kodoni koji predstavljaju šifru za istu aminokiselinu • većina se sinonima razlikuje samo u posljednjoj bazi tripleta: tripleti XYC i XYU uvijek predstavljaju     šifru za istu aminokiselinu tripleti XY A i XYG gotovo uvijek  predstavljaju šifru za istu aminokiselinu  

 

Sin intez teza a RNA (tr (tra ans nsk k ripc ri pcij ija a g eneti čke poruk por uke e) u prokariota •

Za sintezu RNA su potrebni: - kalup   (jednolančana DNA)

    - A  ATP, TP, GTP, CTP, UTP - enzim:  RNA-polimeraza ( podjedinica + srž enzima)

 

   

 

 

promotor  mjesto početka transkripcije regija terminacijska regij a slijed baza koji RNA polimeraza čita kao stop signal (završetak transkripcije)  

Mutacije promjene u slijedu baza DNA mutacija:: tipovi mutacija - sup supstit stituci ucija ja zamjena jednog para baza ili više njih drugim parom baza - insercija umetanje   jednog para baza ili više parova baza - delecija ispuštanje jednog para baza ili više parova baza   - mut muta age gen n

tvar ili agens koji uzrokuje promjene u strukturi gena (npr. radijacija ili kemijski agensi)

 

Bi osin Bios inte tez za prote pro tein ina a (tr tra ans nslacij lacija a ge geneti neti čke poru po ruke ke)) u pr prok oka ari riot ota a •

U sintezi proteina sudjeluju:

•

   mRNA molekule    tRNA  aminokiseline   ribosomi    

•

velik broj    različitih enzima

• • •

 

•

ribosom  

  

 

• •

kompleks rRNA i proteina izgrađ  en od dvije podjedinice: male podjedinice (30S) i velike podjedinice (50S)

•

mjesto    sinteze proteina 

  •

tRNA

 jednolan   čana molekula izgrađena od oko 80 nukleotida dvodimenzijska struktura ima oblik lista djeteline sadrži mnoge modificirane nukleotide  

petlja a sadrži dihidrouridin D petlj antikodonska petlja sadrži antikodon koji se sparuje s odgovarajućim kodonom

na m-RNA

   

T C petlja sadrži ribotimidin i pseudouridin aktiv irana amino aktivirana aminoki kiselin selina a se vež veže e na 3'- hidroks hidroksilnu ilnu skupinu terminalnog terminalnog   adenozina    

Razli likuj kuje emo pet ko koraka raka u pr proc oce esu tr tra ansl nsla aci cije: je:

aktivacija aminokiselina inicijacija elongacija terminacija posttranslacijske modifikacije

Aktivacija aminokiselina: 

 

Inicijacija mRNA se veže na malu podjedinicu ribosoma • startni kodon (AUG) se nalazi u peptidilnom mjestu (P) • N-formilmetionil-t-RNA s antikodonom komplementarnom AUG veže se na startni kodon po principu sparivanja baza • vezanjem velike podjedinice završava nastajanje iinicijacijskog nicijacijskog kompleksa

 

 

Elongacija

na mjesto A (aminoacilno mjesto) se veže aktivirana tRNA s odgovarajućim antikodonom • djelovanjem enzima peptidiltransferaze nastaje dipeptid, koji je vezan za tRNA u mjestu A • deacilirana tRNA (u mjestu P) odlazi s ribosoma • istovremeno se ribosom pomiče za jedan kodon (tri baze) duž mRNA (translokacija)   • tRNA na koju je vezan dipeptid dolazi u mjesto P u mjestu A izložen je treći kodon na koji se veže aktivirana tRNA s komplementarnim antikodonom

• proces se ponavlja do pojave stop kodona

 

Terminacija

• pojavljivanjem jednog od triju stop kodona zavšava sinteza proteina • nastali polipeptid se hidrolizom odcjepljuje s tRNA

 

poliribosom (polisom)

• kompleks mRNA i nekoliko ribosoma

 

Posttranslacijske modifikcije

 

• Proteini nakon translacije obično doživljavaju određene preinake, npr. cijepanje N-terminalnog f-metionina   • stvaranje disulfidnih veza između ostataka cisteina