Upload
lidija-gavran
View
33
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1Farmaceutsko-biokemijski fakultetZavod za biokemiju i molekularnu biologiju
Bioloka kemija
prof. dr. sc. Sanja Dabeli
prof. dr. sc. Jerka Dumipredstojnica Zavoda
dr. sc. Sonja Obrani
Marija anjug, tehniarka
doc. dr. sc. Sandra upraha Goreta
doc.dr. sc. Olga Gornik
doc.dr.sc. Gordana Maravi Vlahoviek
prof. dr. sc. Gordan Lauc
doc. dr. sc. Sanja Dabeli
Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju
Toma Keser, mag. pharm.
2 Farmaceutsko-biokemijski fakultet, A. Kovaia 1, tavan (drugi kat, desno, stepenicama lijevo do tavana)
praktikum FBF, A. Kovaia 1, 2. kat lijevo (pored Zavoda za biofiziku)
studenti se primaju od 11-12 sati, osim ako drukije nije navedeno na oglasnoj ploi
www.pharma.hr (Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju...) i oglasna ploa Zavoda na drugom katu, odmah nasuprot stepenicama
e-kolegij na sustavu Merlin
Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju
Obavijesti o kolegiju Bioloka kemija i nastavni materijali vezani uz navedeni kolegij od
sada se nalaze u sklopu sustava za e-uenje Merlin. Za pristup kolegiju pratite sljedee
naputke:
uitajte stranicu http://merlin.srce.hr koristei Mozzilla, Google Chrome(ne Internet
Explorer!)
prijavite se koristei svoj AAI@EduHr elektroniki identitet (primjer jednog takvog
elektronikog identiteta [email protected]). Studenti koji nemaju elektroniki
identitet trebaju se javiti informatikoj slubi FBF (gosp. Berislavu Cvetniu)
Uredite svoj profil. Obavezno upiite valjanu SLUBENU e-mail adresu (primjer:
[email protected]), a poeljno je da profil upotpunite svojom fotografijom.
Primijetite da je oblik elektronikog identiteta i slubene e-mail adrese slian, ali nije
identian (e-mail adresa sadri rije student)
Studenti koji kao e-mail adresu navedu ne-slubenu adresu biti e ispisani iz e-
kolegija.
Pod dijelom Popis kolegija odaberite Sveuilite u Zagrebu, potom
Farmaceutsko biokemijski fakultet, zatim podkategoriju 2013-2014, a nakon
toga kolegij Bioloka kemija
unesite lozinku kolegija koju ste dobili od predavaa i upiite se u kolegij
Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju
31. Nelson, Cox: Lehninger-Principles of Biochemistry
2. Voet, Voet Biochemistry,
3. Stryer - Biochemistry
4. Mathews, van Holde - Biochemistry
5. Hames, Hooper, Houghton Instant notes in Biochemistry
6. Devlin Biochemistry
7. Cooper, Hausman Stanica: molekularni pristup
8.
Murray, Bender, Botham, Kennely, Rodwell, Weil: Harperovailustrirana biokemija (ne preporuujemo!)
Udbenici
sebe (dolazak na vjebe je obavezan!)
skripta
biljenicu (ili papire) i olovku
radne listove
kutu
krpu
Na vjebe je potrebno ponijeti...
Vjebe za pojedine grupe poinju u puni sat (bez akademske etvrti)!!!
Raspored studenata za vjebe bit e objavljen na sustavu Merlin.
41. Bioloka kemija
Biokemija je kemijska znanost Biokemija je bioloka znanost Znaenje biokemije za razvitak drugih znanosti
(razvitak molekularnih znanosti o ivotu) iroka primjenjivost biokemije
Prouavajui prirodu elimo saznatiTO JE MATERIJA?
(to je energija?)TO JE IVOT?
Fizike znanosti Znanosti o ivotu
FIZIKA BIOLOGIJAKEMIJA
to je ivot? (znanost ne zna odgovoriti)Znanost prouava ivu tvar.
Svojstva ive tvari Sloenost Pokretljivost Reprodukcija Stvaranje reda i usmjerenost Ustaljeno stanje
BIOKEMIJA
5Dvojnost studija biologije
Raznolikost ivih bia
Zajednika svojstva (jedinstvo) ivih bia
Stanina struktura Nasljeivanje (geni) Evolucija (zajedniko podrijetlo) Molekularna osnova svih ivihprocesa
Biokemija je bioloka znanost koja se slui kemijskim jezikom
Biokemijsko znanje hrani sve znanosti o ivotuBiologijaEkologijaGenetikaEvolucija
BioenergetikaImunologija
MikrobiologijaFiziologija
Molekularna medicinaEndokrinologijaDijetetikaFarmakologijaToksikologijaAntropologijaPsihologijaBiotehnologija
6Tra
dici
on
aln
o o
dvo
jene
disc
iplin
e BI
OK
EMIJ
A,
GEN
ETIK
A I S
TAN
IN
A BI
OLO
GIJ
Asr
asle
su
na
m
ole
kula
rno
j ra
zin
i u su
vre
men
u bi
oke
miju
i/ili
mo
leku
larn
u bi
olo
giju
Sredinja dogma molekularnebiologije
Sredinja dogma molekularnebiologije
RNARNA
proteiniproteini
DNADNA
??
7Biotehnoloka revolucijaBioteh-industrija (uporabom staninih i molekularnih procesa za uklanjanje
problema u proizvodnji) otvara sjajne mogunosti na korist drutvu:(1) Uspjenija briga za zdravlje(2) Poveana poljoprivredna proizvodnja(3) ii okoli
Industrija proizvodi lijekove protiv raka, sranih bolesti, dijabetesa, AIDS-a idrugih fatalnih ili ozbiljnih ivotnih prijetnji
Genska terapija moe stanicama pacijenta ponuditi zdrave kopije defektnog gena da sprijei rak i druge bolesti.
Poljoprivredna biotehnologija poveava proizvodnju i hranidbenu vrijednost usjeva jaajui rezistenciju prema prirodnim neprijateljima uz smanjenu potrebu za pesticidima.
Biotehnologija okolia proizvodi sredstva za ienje opasnog otpada i nadzire zaraze poljoprivrednih povrina uz smanjenu uporabu kemikalija.
GM Tehnologija izazovi i napredakGM proizvodi: lijekovi i cjepiva, hrana i dodaci jelima,
stona hrana i vlakna
Rezistencija prema antibioticima Alergije usavriti testove za alergene Okoli (transgeni losos: strah od dominacije) GM mikrobi (za ienje toksinih izljeva, ie gorivo, i vezanje vika C) Napredak Nahraniti svijet, produiti ivot i smanjiti nevolje bolesnika Dijeliti dobrobiti sa zaostalim svijetom
Vana zadaa: obrazovati sredineu kljunim etikim i znanstvenim pitanjima oko genomike radi informirane rasprave o prihvatljivosti tehnolokih rizika koje nude nevienu pomo za budunost ovjeanstva.
8Uzroci graanskog nepovjerenjaUzroci graanskog nepovjerenja Neznanje Izoblieni prikaz znanosti putem medija Pomanjkanje komunikacije Neprihvaanje bilo kakvog rizika Sumnja u etinost i prihvaene vrijednosti
Naravno da su moje gljive zdrave: nisu genetiki modificirane, nema u njima konzervansa,
nema umjetnih bojila niti bilo kakvih aditiva!
ivot traje vie od 3 miljarde godina.
Sve ivo potjee od istog izvora.
ivot je materiji dao smisao.
ivot utjee na okolinu:tijekom evolucije
reduktivna se atmosfera preobrazila u oksidativnu.
Elektrineiskre
Volframoveelektrode
S. Miller&H.Urey (1953)Uz refluks vode u reduktivnoj atmosferi sintetizirale su se topljive biomolekule
REDUKTIVNA ATMOSFERA, TOPLINA I MUNJE
9Prema elementarnom sastavu organizmi su sliniji Svemiru nego zemljinoj kori
0
10
20
30
40
50
60
70
80
H He O C Ne Fe N Si Mg Si Al Ca Na K
Svemir
Zemljina kora
Ljudsko tijelo
ud
io b
roja
ato
ma
Kem
ijski
el
emen
ti i
vih
o
rga
niz
am
a KEMIJSKI ELEMENT ZASTUPLJENOST U ORGANIZMIMAUgljikVodikDuikKisik
"Prvi red" elemenata:najzastupljeniji elementi u svim organizmima
SumporFosforKalcijKlorMagnezijKalijNatrij
"Drugi red" elemenata:znatno slabije zastupljeniu svim organizmima
eljezoBakarKobaltManganCink
"Trei red" elemenata:metali neophodni u malimkoliinama za ivot svihorganizama
Aluminij ArsenBor BromKrom FluorGalij JodMolibden SelenSilicij Vanadij
etvrti red" elemenata:u malim koliinama potrebnipojedinano samo nekim organizmima
S N O P S N O P S N O P S N O P
C HC HC HC H
10
2. Stanini sadraj i ustroj Voda Kemijski sastav ive tvari Osobitosti biolokih makromolekula Znaenje nekovalentnih sila Stanina organizacija prokariota Stanina organizacija eukariota
11
Ugljik izgrauje raznolike molekularne oblike
90% od 13 milijuna su organski spojevi
Biomolekule su spojevi ugljika
Energije kovalentnih veza u biomolekulama malo se razlikuju
12
Kovalentne veze biomolekula
Vani brojevi!Nekovalentne veze Energija, kJ/mol van der Waals 0.4-4.0 vodikove veze 12-30 ionske veze 20 hidrofobne interakcije < 40Kovalentne veze H-H 436 C-H 414 C-C 343 C-O 351
13
Tipovi nekovalentnih sila
Jakost nekovalentnih sila
14
imaju kljunu ulogu u
biolokim strukturama
Biokemija se odvija putem kontroliranih
ikoordiniranih
reakcija malobrojnih
funkcionalnih skupina
15
Reakcije funkcionalnih skupina
Karboksilni esteri su sastojci triacilglicerola i drugihlipida
Fosfatni esteri su esti metaboliki intermedijari.Prisutni su u fosforiliranim proteinima.Fosfodiesteri su sastojci nukleinskihkiselina i fosfolipida
Tioesteri imaju svojstvoaktiviranja acilne skupine,primjerice u acil-CoA
Eteri su sastojci nekih membranskih lipida
Rea
kcije
fu
nkc
ion
aln
ih sk
upi
na
Reakcijom amina i karboksilnekiseline nastaje peptidna vezakoja povezuje aminokiseline uproteine.
Acetal nalazimo u oblikuglikozidne veze u di-, oligopolisaharidima.
Izomerizacija je esta reakcija u metabolikim putovima
Fosfoanhidridi su sastojci nukleotida. Posebna uloga ATP.
16
ivot se odvija u vodi
Struktura i svojstva vode Velika latentna
toplinaisparavanja
Visoko vrelite Visoko ledite Veliki toplinski
kapacitet Velika gustoa Visoka napetost
povrine Ionizacijska
svojstva Reagens
17
Ionizacijska svojstva vode ovise o temperaturiH2O H+ + OH-
Kw=Kd=10-14 (kod 25oC) pH=-log[[[[H+]]]]oC Kw 10-14 pH neutralni0 0.12 7.97
25 1.03 7.00
37 2.51 6.8040 2.95 6.77
75 16.90 6.39
100 48.00 6.16
stanini pH 8% vie H+
Promjena pH od 7.4 na 6.8
uetverostruuje [[[[H+]]]].
Hidratacija utjee na mnoga svojstva biomolekula
Zamjena internih H-veza unutar proteina H-vezama s vodom olakava otapanje
proteina u vodi.
Hidratizirani ioni postupno naputaju kristal.
Interakcijom polarne vode s ionima kristala stvara se hidratacijska ovojnica.
Osloboena energija pomaekidanju veze naboj-naboj u
kristalu.
18
proteini polisaharidi nukleinske kiseline lipidi kombinirane makromolekule
lipoproteini peptidoglikani glikoproteini virusi
MAKROMOLEKULE, Mr 103-1012Sadre jedan polimerni lanac ili vie udruenih lanaca u odreenom stehiometrijskom odnosu
20 aminokiselina5 nukleozidnih bazaD-glukozaD-ribozapalmitatgliceratkolin
Makromolekule su izgraene od
30 molekula pretea
Hijerarhija molekularne organizacije staniceStanica
Organele
Supramolekularnenakupine (Mr 106-109)
Graevni blokovi(Mr 50-250)
Intermedijari(Mr 50-250)
Makromolekule(Mr 103-109)
Pretee iz okoline
jezgra, mitohondriji,kloroplasti i dr.
enzimski kompleksi, ribosomi, kontraktilni sustavi
Nukleinskekiseline Proteini Polisaharidi
Lipidi
Mono-nukleotidi
Amino-kiseline
Mono-saharidi
Masne kis.glicerol
Riboza, karbamoil fosfat
-Keto-kiseline
Fosfo-piruvat,malat
Acetat,malonat
CO2, H2O, N2
19
Svojstva biomolekula su prilagoena uvjetima ivota
Biomolekule su svrhovite graesadre i prenose informacijuobavljaju velebnu kemiju metabolizmapodeavaju brzine reakcija nadziru i koordiniraju sve procese
Biomolekule su usmjerene stabilna modularna struktura
dinamina funkcionalna konformacija
Usmjerenost Monomeri
imaju zajednikai posebnasvojstva.
Ponavljanjeveze inikostur polimera
Informacijudonose posebnasvojstva monomera
Polimeri su linearni ili razgranati, homo- ili heteropolimeri
20
Stanica je osnovna jedinica ivog organizma
Stanica je vodeni odjeljak omeen ovojnicom (ovjek ima oko 1015 stanica)
Stanina membrana je selektivno propusna i regulira stanini sastavPovrinski receptori reguliraju interakciju s okolinom
Polarizirane stanice (npr. epitelne) imaju razliite apikalne i bazolateralne povrine
PROKARIOTI EUKARIOTI
organizmimikoplazme, bakterije,
cijanobakterijeprotisti, gljive, biljke i ivotinje
veliina stanice 1 do10 m 10 do 100 m
DNAkrunog oblika, smjetena u citoplazmi (nukleoid), nema
histona
duge linearne molekule organizirane u kromosome i obavijene jezgrinom ovojnicom (nukleus)
metabolizam aerobni i anaerobni aerobni
organeli vrlo malo ili nitajezgra, mitohondriji, kloroplasti, ER, Golgijev
aparat, lizosomi
RNA i proteinisinteza RNA i proteina u istom
reakcijskom prostorusinteza i sazrijevanje RNA u jezgri; sinteza proteina
u citoplazmi
citoplazmanema citoskeleta,
citoplazmatskog strujanja, endocitoze i egzocitoze
citoskelet se sastoji od proteinskih niti; strujanje citoplazme; endocitoza i egzocitoza
ribosomi manje veliine (70S)veliki (80S), manji (70) su prisutni u nekim
organelima
stanina membrananema ugljikohidrata i veinom
nema sterolasadri sterole i ugljikohidrate koji esto slue kao
receptori
glikokaliksprisutan u obliku kapsule
(ovojnice)prisutan na nekim stanicama koje nemaju staninu
stijenku
dioba stanice binarno cijepanje mitoza i mejoza
spolno razmnoavanje
nema mejoze, mogu prijenos fragmenata DNA
ukljuuje mejozu
bievijednostavni, od dva gradivna
elementasloeni, od vie gradivnih elemenata
stanina organizacija jednostanini organizmijednostanini ili viestanini organizmi s
diferenciranim stanicama
21
Eukariotske stanice
Stanica je poput tvornice: kontrolira ulaz
i izlaz, ima svoju
administraciju ispecijaliziranepogone,
unosi sirovinei distribuiraproizvode,
funkcionira nasolarni ilikemijski pogon.
Staninapodjelaglavnih metabolikih zbivanja
22
Stanine membrane odravaju razliitost staninih i izvanstaninih koncentracija tj. koncentracijske i elektrokemijske gradijente.
Za ivot je
potrebna energija
23
Protok energije, ugljika i kisika u biosferi tijesno su povezani
glukozaO2
CO2
FOTOAUTOTROFI
H2O
HETEROTROFI
Bioreakcije su organizirane u metabolike putove
24
Farmaceutsko-biokemijski fakultetZavod za biokemiju i molekularnu biologiju
Bioloka kemija
prof. dr. sc. Sanja Dabeli