Mikrobiologija Predavanje 2

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Sveučilište u Zagrebu Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Lipidi Proteini

Preddiplomski studij: EKOINŽENJERSTVO

MOLEKULE ŽIVIH SUSTAVA (II)

Kolegij : MIKROBIOLOGIJA

Dr. sc. Felicita Briški, red. prof. [email protected]

Ugljikohidrati Nukleinske kiseline -DNK

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Sadržaj II dijela

• Građa proteina - esencijalne aminokiseline - funkcija proteina u živim bićima • Građa ugljikohidrata - monosaharidi - disaharidi - polisaharidi • Građa lipida - jednostavni lipidi - složeni lipidi • Građa nukleinskih kiselina - deoksiribonukleinska kiselina i njezina replikacija - ribonukleinska kiselina, vrste i uloga u živom svijetu

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

PROTEINI ¾ Proteini [bjelančevine] - sastoje se od velikog broja aminokiselina povezanih peptidnim vezama u polipeptidne lance. PEPTIDNA VEZA

amino karboksilna

aminokiselina 1

aminokiselina 2

dipeptid

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

20 ESENCIJALNIH AMINOKISELINA

¾ Broj, vrsta i redoslijed aminokiselina čini primarnu strukturu proteina koja je uvjetovana genima. ¾ Svi proteini su izgrađeni kombinacijama 20 različitih aminokiselina [20 aminokiselina može se kombinirati na neograničeni broj načina].

Aminokiseline s nepolarnim bočnim grupama (1)

Glicin

Leucin

Izoleucin

Prolin

1

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Aminokiseline s nabojem na bočnim grupama

Aminokiseline s nabojem na bočnim lancima

Aminokiseline s nepolarnim bočnim grupama (2)

Kisele (- naboj) Asparaginska kis. Glutaminska kis.

Fenilalanin

Triptofan

Metionin

Lužnate (+naboj) Lizin

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Arginin

Histidin

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Aminokiseline s polarnim bočnim grupama

Serin

Treonin

Asparagin

Glutamin

Cistein

Tirozin

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

• Proteini sudjeluju skoro u svim procesima u organizmu, jer su oni: ¾ enzimi ¾ hormoni ¾ antitijela ¾ gradivni materijal [npr. keratin u koži] ¾ transportni medij [hemoglobin u krvi prenosi se CO2 i O2] ¾ kontraktilni [aktin i miozin u mišićnim stanicama] ¾ rezervni [u jajima i sjemenkama]

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Primjeri pentoza i heksoza

UGLJIKOHIDRATI Djele se na:

¾ monosaharidi ¾ oligosaharidi ¾ polisaharidi

¾ Monosaharidi [jednostavni šećeri] se hidrolizom ne mogu razdvojiti na jednostavnije spojeve. Prema broju ugljikovih atoma djele se na trioze, tetroze, pentoze [riboza i deoksiriboza], heksoze [glukoza i fruktoza].

RIBOZA

DEOKSIRIBOZA

α-GLUKOZA

β-GLUKOZA

¾ Glukoza je glavni izvor energije i osnovni transportni oblik šećera u organizmu kralježnjaka. FRUKTOZA (desno furanski oblik)

2

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾Polisaharidi

¾ Oligosaharidi [grč. oligos = malo po broju, siromašno] su izgrađeni od 2 do 10 monosaharida. Najznačajniji su disaharidi [2 monosaharida povezana glikozidnom vezom]:

galaktoza + glukoza glukoza + fruktoza

laktoza

glukoza +

glukoza

su makromolekule nastale povezivanjem velikog broja monosaharida u dugačke lance. Mogu sadržavati na stotine i tisuće monosaharida. Polisaharidi su rezervna tvar ili skladišta energije.

¾ Rezervna tvar: glikogen kod životinja škrob kod biljaka [amiloza, amilopektin] ¾ Gradivni polisaharidi: celuloza [biljke] hitin [životinje] agar [alge]

maltoza

saharoza

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Neki primjeri polisaharida

LIPIDI [masti]

¾ Energijski najbogatiji organski spojevi ¾ Ne otapaju se u vodi GLIKOGEN

AMILOZA AMILOPEKTIN (α 1-4 veza) (α 1-4 i 1-6 veza)

(sličan amilopektinu)

¾ Topljivi u hidrofobnim organskim otapalima [benzen, eter i kloroform] Hidrofobno svojstvo lipida bitno za stanične membrane i staničnu strukturu ¾ Dvostruka količina energije pohranjena u lipidima u odnosu na proteine i ugljikohidrate

CELULOZA ( β 1-4 veza)

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾ Jednostavni lipidi se sastoje od glicerola [alkohol s tri OH grupe] i masnih kiselina [zasićenih ili nezasićenih] povezanih esterskom vezom

MASTI

Esterska veza 3 masne kiseline

+ glicerol

Primjeri: trigliceridi i fosfolipidi

ULJA

FOSFOLIPIDI

triglicerid

3

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾ Složeni lipidi, sadrže sve što i jednostavni ali imaju još neku komponentu, npr. fosfolipidi sadrže fosfatnu grupu

NUKLEINSKE KISELINE [deoksiribonukleinska kiselina - DNK i ribonukleinska kiselina - RNK]

¾

DNK i RNK se sastoje od nukleotida povezanih preko fosfatnih skupina fosfodiesterskim vezama u polinukleotidni lanac.

Najznačajniji gradivni lipidi: fosfolipidi kolesterol grade membrane životinjskih stanica Kolesterol - derivat lipida tzv. steroid Steroidima pripadaju i neki hormoni: ¾ spolni hormoni i ¾ hormoni kore nadbubrežne žlijezde

FOSFODIESTERSKA VEZA

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Građa nukleotida Nukleotidi se sastoje od: a) šećera - pentoza b) dušikove baze - purinska (dva prstena) adenin (A) gvanin (G) - pirimidinska (jedan prsten) – citozin (C) uracil (U) timin (T) c) fosfatnog aniona

Strukturne formule dušikovh baza: Purinske baze s dva prstena - (A) i (G) Pirimidinske baze s jednim prstenom –(C), (U) i (T)

ADENIN

Dušikove baze

CITOZIN

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

3

2

1. dušikova baza 2. šećer 3. fosfat

URACIL

TIMIN

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾ Nukleotidi DNK i RNK se razlikuju po šećeru [u DNK je to deoksiriboza, a u RNK je riboza] i u jednoj pirimidinskoj bazi. Struktura nukleotida: 1

GVANIN

Baze u: RNK purinska adenin (A) gvanin (G) pirimidinska citozin (C) timin uracil (U)

DNK

(A) (G) (C) (T) -

Deoksiribonukleinska kiselina (DNK)

¾ DNK sadrži 2 polinukleotidna lanca u obliku dvostruke spirale (heliks).

¾ Sparivanje nukleotida: Adenin- Timin (A-T) 2 H-veze spajaju (A-T) Gvanin- Citozin (G-C) 3 H-veze spajaju (C-G)

4

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Replikacija DNK ¾

1.

Svaki put, kada se stanica dijeli u dvije stanice-kćeri, sve molekule DNK se moraju umnožiti. Umnožavanje stare molekule DNK u dvije nove molekule DNK se naziva replikacija. Enzimi DNK helikaze (a) otvaraju dvije niti u spirali i na svaku se vezuju proteini (b).

2.

Primaze (RNK polimeraze) se vežu uz proteine i tvore kratke dijelove RNK (RNK primer-c) koju prepoznaje DNK polimeraza-d) i inicira replikaciju. (DNK polimeraze također provjeravaju ispravnost vlastitog rada!).

3.

DNK primaza-e, koja je jedna od nekoliko polipeptida vezanih u grupu zvanu primeozomi, pomaže izgraditi primer.

4.

DNK polimeraza na vodećoj niti kontinuirano provodi reakciju ali je svaki put potrebna nova RNK polimeraza na niti koja se produžava kako bi omogućila sintezu Okazaki fragmenata.

b) a) c) e) d)

f)

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾ Tijekom replikacije, dvostruka spirala DNK (heliks) se otvara

i njegove dvije niti se razdvajaju. Nastaje površina poznata kao replikacijski mjehur i širi se duž molekule u oba smjera. Tada svaka nit DNK služi kao nastavak za sintezu nove komplementarne niti.

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾

Konačno, svaki novi Okazaki fragment je povezan na kompletiran dio produžene niti u reakciji koju katalizira enzim DNK ligaza.

¾ Svaka kćer - molekula DNK je točna kopija svoje roditeljske molekule i sadrži jednu staru i jednu novu DNK nit. Zato se ova replikacija zove semi-konzervativna.

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Ribonukleinska kiselina (RNK) ¾

Sve stanice jednog organizma imaju istu DNK, dok se razlikuju tri vrste RNK: informacijska, transportna i ribosomska RNK [skraćeno i-RNK, t-RNK i r-RNK].

¾

RNK ima jednu polinukleotidnu nit. RNK je jednolančana zato što nastaje prepisivanjem [transkripcijom] dijela jedne niti DNK, odnosno gena. Proteini se sintetiziraju prema uputi zapisanom u genima. Ta uputa se prvo prepiše sa gena na RNK, a zatim se sa RNK prevede [proces je translacija] u redoslijed aminokiselina u proteinu.

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

¾

RNK polimeraza prepisuje gensku informaciju iz DNK u poruku i-RNK, koja se zatim šalje u ribosome na translaciju za tvorbu određenog proteina.

DNK

i-RNK

i-RNK

5

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Shematski prikaz sinteze proteina u eukariota i prokariota

POJAVA MUTACIJE ¾ Pojava mutacije: promjena informacije, a kemijski rečeno dolazi do promjene u DNK odnosno do promjena u nukleotidnoj sekvenci u DNK. ¾ Rezultat: inaktivni protein ¾ Ukoliko je taj protein značajan za preživljavanje organizma: ` tada se govori o smrtonosnoj mutaciji ` a ponekad mutacija povećava sposobnost preživljavanja organizma

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

Fakultet kemijskog inž inženjerstva Sveuč Sveučiliš ilište u Zagrebu i tehnologije

MUTAGENI AGENSI

¾ Fizikalni i kemijski agensi koji povećavaju mutaciju: ` Ultraljubičaste zrake (DNK mikroorganizama, koža ljudi) ` X-zrake i gama zrake ` Kemijski spojevi (HNO3, fenol) ` 90% karcinogenih tvari su i mutagene tvari ¾ ISPITIVANJE MUTAGENOSTI: bakterije su izuzetno senzitivni, brzi i jeftini sustavi za detekciju mutagenih svojstava ispitivanih tvari (supstanci)

Pitanja za ponavljanje 1. 2. 3.

Što su proteini i kako nastaju (navesti kemijsku vezu). Koju funkciju imaju proteini u živim bićima. Što su ugljikohidrati, kako nastaju (navesti kemijsku vezu) i navedite barem jednog predstavnika? 4. Što su lipidi i kako nastaju (navesti kemijsku vezu)? 5. Koje baze sadržava ribonukleinska kiselina? 6. Koje baze sadržava deoksiribonukleinska kiselina? 7. Navedite koji su sastavni dijelovi ribonukleinske kiseline (kemijska veza). 8. Navedite koji su sastavni dijelovi deoksiribonukleinske kiseline (kemijska veza). 9. Vrste RNK i njihova uloga u živom svijetu. 10. Deoksiribonukleinska kiselina i njezina replikacija. 11. Zašto dolazi do pojave mutacije i koji su mutageni agensi?

6