Biochemie

Lipidy

definice: estery alkoholu a vyšších mastných kyselin (VMK)
VMK:

• nasycené: kyselina palmitová (C₁₅H₃₁COOH), kyselina stearová (C₁₇H₃₅COOH), …
• nenasycené: kyselina olejová (C₁₇H₃₃COOH), kyselina linolová (C₁₇H₃₁COOH), …

vlastnosti:

• hydrofobní (odpuzují vodu) – příčina: dlouhé nepolární uhlíkaté řetězce
• rozpustné v organických rozpouštědlech

biologický význam:

• rozpouští vitaminy A, D, E, K
• zdroj energie
• zásoba energie (tuková tkáň)
• ochranná funkce: tepelná, mechanická
• stavební funkce: buněčné membrány

rozdělení:

• jednoduché lipidy: acylglyceroly (tuky, oleje), vosky
• složen lipidy: fosfolipidy, glykolipidy, lipoproteiny

jodové číslo: charakterizuje nenasycenost, udává množství jodu v gramech, které se váže na 100 g tuku
jodová čísla:

Jednoduché lipidy

Acylglyceroly

estery glycerolu a vyšších mastných kyselin
rozdělení:

• podle počtu esterických vazeb: monoacylglyceroly, diacylglyceroly, triacylglyceroly
  
• podle navázané VMK: jednoduché (stejné kyseliny), smíšené (různé kyseliny)

tuky × oleje:

• tuky: acylglyceroly s převahou nasycených VMK
  pevné skupenství
  živočišný původ
  např. máslo, sádlo
• oleje: acylglyceroly s převahou nenasycených VMK
  kapalné skupenství
  rostlinný původ
  např. lněný, slunečnicvý, olivový olej

Chemické vlastnosti

• hydrolýza: rozklad vodou
  • v kyselém prostředí: opak esterifikace
    acylglycerol + H₂O → (H⁺) glycerol + VMK
    
  • v zásaditém prostředí: zmýdelnění
    acylglycerol + ☉NaOH → glycerol + sůl VMK (mýdlo)
    mýdlo – sodná nebo draselná sůl VMK
• žluknutí: rozklad způsobený kyslíkem, vlhkostí, mikroorganismy, teplem
  vzniká nepříjemný zápach
  probíhá oxidační štěpení, při kterém vznikají aldehydy, ketony a nižší karboxylové kyseliny (ty způsobují zápach)
  poznámka: přepalování tuků – dehydratací glycerolu vzniká akrolein (propenal – CH₂=CH–CHO), ten zapáchá a je toxický
  
• ztužování tuků: olej (kapalný) → tuk (pevný)
  olej (sloučeninu, kde převažují nenasycené acyly) nasytíme vodíky, vznikne nám tuk (sloučenina, kde převažují nasycené acyly)
  
  katalytická hydrogenace (reakce s vodíkem za pomoci katalyzátoru) za vysoké teploty a tlaku, jako katalyzátor se nejčastějí používá niklový prášek

Mýdla

sodné nebo draselné soli vyšších mastných kyselin
vznik: hydrolýzou acylglycerolu v zásaditém prostředí

Vlastnosti

• rozpustnost:
  rozpouští se ve vodě, která není tvrdá
  tvrdost vody způsobují vápenaté a hořečnaté kationty
  v tvrdé vodě mýdlo reaguje s těmito kationty, vzniká sraženina
  
  C₁₇H₃₅COONa → (Ca²⁺) (C₁₇H₃₅COO)₂Ca (sraženina)
• zásaditost:
  ve vodě dochází k hydrolýze
  
  C₁₇H₃₅COONa + H–OHsrC₁₇H₃₅COOH (slabá kyselina) + NaOH (silná zásada)
  NaOH je silný hydroxid (téměř zcela se disociuje na Na⁺ a OH⁻ – ionty OH⁻ způsobují zásaditost), „přebije“ slabou kyselost C₁₇H₃₅COOH
• čistící účinek:
  detergenty – látky s čistícím a pracím účinkem
  mýdla jsou iontové sloučeniny, disociují se na R–COO⁻ a Na⁺
  R–COO⁻ má dvě části:
  
  • hydrofóbní – celý dlouhý řetězec, který je nepolární, tudíž odpuzuje vodu
  • hydrofilní – COO⁻, je polární a vodu přitahuje
  
  nečistota samotná je nerozpustná ve vodě (kvůli povrchovému napětí vody)
  molekuly R–COO⁻ nečistotu obklopí – natočí se hydrofóbní částí k ní a hydrofilní částí k okolí (vodě)
  nečistota je absorbována do micely („sněhové koule“ z molekul R–COO⁻), ta se jako celek dobře rozptýlí ve vodním prostředí

Výroba mýdla

metody:

• klasická
• moderní

Klasická metoda

princip: hydrolýza tuků v zásaditém prostředí
suroviny: tuk, hydroxid sodný / hydroxid draselný, chlorid sodný
tuk + hydroxid → (t, zmýdelnění) mýdlový klih (glycerol + mýdlo)
mýdlový klih → (vysolování (NaCl)) mýdlo (horní vrstva) + spodní louh (hydroxid, glycerol, NaCl)
NaCl je lépe rozpustný ve vodě než mýdlo

Moderní metoda

nevzniká mýdlový klih
tuk → (přehřátá vodní pára (t > 100 °C)) glycerol + VMK (ve vodě nerozpustné)
VMK → (neutralizace (NaOH, KOH, Na₂CO₃)) mýdlo

Vosky

definice: estery VMK a vyšších jednsytných alkoholů
zdroj: rostlinného původu (ochranná vrstva listů a plodů), živočišného původu (včelí vosk)
nepodléhají hydrolýze
užití: kosmetický průmysl, farmaceutický průmysl

Složené lipidy

• fosfolipidy
• glykolipidy
• lipoproteiny

VMK + alkohol + další složka

Fosfolipidy

další složka: kyselina fosforečná
alkohol: glycerol, sfingosin
význam: stavební složka biomembrán (fosfolipidová dvojvrstva)

Lecitiny

nejdůležitější skupina fosfolipidů
na glycerol jsou navázány dvě VMK a jedno –kyselina fosforená–cholin
cholin je dusíkatý alkohol

Glykolipidy

další složka: cukr (sacharid)

Lipoproteiny

další složka: bílkovina (protein)

Sacharidy

uhlohydráty, glycidy
dělění dle funkční skupiny:

• aldóza (polyhydroxyaldehydy): několik skupin –OH a jedna –CHO
• ketóza (polyhydroxyketony): několik skupin –OH a jedna –CO–

rozdělení dle počtu monosacharidových jednotek:

• monosacharidy: mají 1 monosacharidovou jednotku (aldózu, nebo ketózu), a to triózu, tetrózu, pentózu, nebo hexózu (tyto názvy odlišují, z kolika uhlíků se monosacharidová jednotka skládá)
  
• oligosacharidy: mají 2–10 monosacharidových jednotek
  disacharidy, trisacharidy, …
  
• polysacharidy: mají více než 10 monosacharidových jednotek, makromolekulární látky

monosacharadiy a oligosacharidy jsou cukry, jsou rozpustné ve vodě a sladké
význam:

• zdroj energie (glukóza)
• zásoba energie (škrob (rostliny), glykogen (člověk))
• stavební látky (celulóza)
• jsou obsaženy v nukleových kyselinách
• průmyslové suroviny
• specifické funkce

Monosacharidy

v přírodě převládají D-sacharidy
mají větší množství chirálních uhlíků, o tom, jestli je látka D-sacharid, nebo L-sacharid, rozhodují substituenty u nejspodnějšího uhlíku ve vzorci

počet stereoizomerů (látek lišících se pouze prostorovým uspořádáním): 2ⁿ, kde n je počet chirálních uhlíků

Vzorce

Pentózy

Hexózy

Cyklická forma

poznámka: furan, pyran, poloacetaly: viz obrázek

poloacetalový hydroxyl říkáme skupině –OH v poloacetalu
cykllická forma vzniká reakcí skupiny –CO se skupinou OH na posledním (nejnižším) asymetrickém („ohvězdičkovaném“) uhlíku
vzniká:

• nový asymetrický uhlík (ten z –CO)
• poloacetalová vazba
• poloacetalový hydroxyl (z –C=O se (mimo jiné) stává –COH)

vznik cyklické formy v glukóze (což je aldohexóza):

vznik cyklické formy v fruktóze (což je ketohexóza):

k zobrazování cyklických forem se používají Tollensovy vzorce
cyklická forma aldózy má poloacetalový hydroxyl na prvním uhlíku, cyklická forma ketózy na druhém
názvosloví:

Vzorce

• Fischerovy vzorce: lineární: viz optická izomerie
• Tollensovy vzorce: cyklické: viz výše (cyklické formy)
• Haworthovy vzorce: cyklické

Haworthovy vzorce

cyklus se nakreslí v podobě pěti-/šestiúhelníku, v místech lomu čáry jsou uhlíky (s případnými vodíky dopočítanými do čtyř)
pravidla:

• skupiny ležící vpravo v Tollensově vzorci se píší pod rovinu cyklu
• uhlík, který není součástí cyklu se píše nad rovinu cyklu

Chemické vlastnosti

• aldózy: reakce na skupině –CHO:
  pokud ignorujeme prostorové uspořádání, můžeme např. libovolnou aldohexózu psát jako CHO–(CHOH)₄–CH₂OH
  
  • oxidace:
    mírná oxidace: CHO–(CHOH)₄–CH₂OH (hexóza) → (+O) COOH–(CHOH)₄–CH₂OH: vzniká aldonová kyselina
    prudká oxidace: CHO–(CHOH)₄–CH₂OH (hexóza) → (+O) COOH–(CHOH)₄–COOH: vzniká aldarová kyselina
    
    oxidace D-glukózy: vzniká glukonová kyselina nebo glukarová kyselina
  • redukce:
    CHO–(CHOH)₄–CH₂OH → (+H₂) CH₂OH–(CHOH)₄–CH₂OH
    vznikají cukerné alkoholy
• reakce na poloacetalovém hydroxylu:
  
  • reakce s alkoholem:
    monosacharid + alkohol → glykosid
    vodík v poloacetalovém hydroxylu je nahrazen uhlovodíkovým zbytkem alkoholu
    
    reakce α-D-glukopyranózy s methanolem:
    
    glykosidy jsou tedy deriváty sacharidů
    
  • esterifikace H₃PO₄:
    podobné, vodík v poloacetalovém hydroxylu je nahrazen H₂PO₃
    
    esterifikace α-D-glukopyranózy
    
• reakce s Fehlingovým činidlem:
  Fehlingovo činidlo: skládá se ze dvou roztoků:
  
  • ☉CuSO₄ (modrá skalice)
  • roztok vinanu draselno-sodného a hydroxidu sodného
  tyto dva roztoky se bezprostředně před pokusem smíchají v poměru 1 : 1, výsledná směs má modrou barvu
  pokus: monosacharid + Fehlingovo činidlo (modrá) → oranžová
  princip: Cu²⁺ (modrá) → (redukce monosacharidem) Cu₂O
  monosacharid je redukčním činidlem, o takových sacharidech říkáme, že jsou to redukující cukry
  podmínka: přítomnost poloacetalového hydroxylu
  
• reakce s Tollensovým činidlem:
  Tollensovo činidlo se skládá ze dvou roztoků:
  
  • roztok dusičnanu stříbrného
  • roztok hydroxidu sodného
  tyto roztoky se bezprostředně před pokusem smíchají v poměru 1 : 1
  pokus: monosacharid + Tollensovo činidlo (bezbarvé) → stříbrné zrcátko
  princip: Ag⁺ → (redukce monosacharidem) Ag

Zástupci

pro přehled vzorců viz výše

D-ribóza

vyskytuje se v ribonukleových kyselinách (RNA)

2-deoxy-D-ribóza

je součástí deoxyribonukleových kyselin (DNA)

D-glukóza

významná
názvy: hroznový cukr, krevní cukr, dextróza
výskyt: ovoce, med, krev (normální koncentrace: 4 mmol/l)
hyperglykemie – nadbytek glukózy
hypoglykemie – nedostatek glukózy
glykolýza – enzymatické štěpení glukózy v organismu, hlavní zdroj energie
glukóza je pravotočivý cukr, vzniká při fotosyntéze
redukce: vzniká D-glucitol (sorbit) – cukerný alkohol
výroba: hydrolýza škrobu
užití: výroba:

• ethanolu (C₆H₁₂O₆ → (kvasinky) 2C₂H₅OH + 2CO₂)
• kyseliny citronové
• antibiotik
• sorbitu
• vitaminu C

D-fruktóza

názvy: ovocný cukr, levulóza
nejsladší cukr (o 30 % sladčí než běžný cukr)
levotočivá
výskyt: ovoce, med

Disacharidy

dvě monosacharidové jednotky spojené dohromady
C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ → (-H₂O) C₁₂H₂₂O₁₁
vznikají kondenzací dvou monosacharidových jednotek za odštěpení vody
vzniká glykosidová vazba

Vznik glykosidové vazby

reagují spolu dvě skupiny –OH, odštěpí se voda
vzniká dvěma způsoby:

• reakce dvou poloacetalových hydroxylů:
  vzniká neredukující cukr (oba poloacetalové hydroxyly spolu zreagovaly, žádný další nezbyl, neprobíhá tedy reakce s Fehlingovým činidlem)
  
  α-D-glukopyranóza + β-D-fruktofuranóza → sacharóza
  
• reakce poloacetalového a nepoloacetolavého hydroxylu: (tj. reakce poloacetalového hydroxylu s nějakým jiným hydroxylem (–OH), který poloacetalový není)
  vzniká redukující cukr (jeden poloacetalový hydroxyl zbyl a může tedy reagovat s Fehlingovým činidlem)
  
  α-D-glukopyranóza + α-D-glukopyranóza
  

Hydrolýza disacharidů

probíhá v kyselém prostředí nebo enzymaticky
vznikají základní monosacharidy

Zástupci

Sacharóza

řepný cukr, třtinový cukr, „normální cukr“
složení: D-glukóza + D-fruktóza, konkrétně α-D-glukopyranóza + β-D-fruktofuranóza

vzorec: C₁₂H₂₂O₁₁; glykosidová vazba 1 → 2
výskyt: cukrová řepa, cukrová třtina
rozpustná ve vodě
neredukující cukr
je pravotočivá (je opticky aktivní, stáčí rovinu polarizovaného světla doprava)
zahříváním vzniká karamel, který se používá v potravinářství jako E150
hydrolýzou vzniká fruktóza a glukóza

Maltóza

sladový cukr
složení: 2 × D-glukóza, konkrétně 2 × α-D-glukopyranóza
redukující cukr
vzniká při hydrolýze škrobu (klíčení semen)

Laktóza

mléčný cukr
složení: D-glukóza + D-galaktóza (α-D-glukopyranóza + β-D-galaktopyranóza)
redukující cukr
výskyt: mateřské mléko savců

Polysacharidy

nC₆H₁₂O₆ → (-H₂O) (C₆H₁₀O₅)n (polysacharid)
vznikají polykondenzací sacharidových jednotek za odštěpení vody, vzniká glykosidová vazba
jsou to makromolekulární látky
význam: zásobní látky (zásoba energie – škrob, glykogen), stavební látky (celulóza), fyziologické funkce (heparin)
poznámka: látky lišící se v poloze acetalového hydroxylu (např. α-D-glukopyranóza a β-D-glukopyranóza jsou anomery)

Škrob

složení:

• amylóza (20 %)
• amylopektin (80 %)

Amylóza

nerozvětvený řetězec stočený do spirály

při reakci s jódem (jodškrobová reakce) vzniká modrá látka, při zahřátí se modrá ztrácí

Amylopektin

rozvětvený řetězec, jehož základní stavební jednotkou je α-D-glukopyranóza (stejně jako amylózy)
význam: zásobní polysacharid rostlin – brambor, obilnin, luštěnin, rýže
hydrolýza probíhá v kyselém prostředí nebo enzymaticky
hydrolýza: škrob → dextríny (různě dlouhé štěpy) → maltóza → glukóza
užití:

• výroba dextrínů (lepidel)
• výroba glukózy
• základní složka potravy
• výroba ethanolu

Glykogen

živočišný škrob
zásobní polysacharid živočichů – uchovává se ve svalech, játrech
hydrolýzou se odštěpuje glukóza ve formě β-D-glukóza-1-fosfátu
struktura: podobná, jako amylopektinu, ale více rozvětvená

Celulóza

složení: základní stavební jednotkou je D-glukóza, konkrétně β-D-glukopyranóza
nerozvětvené řetězce β-D-glukopyranózy spojené vodíkovými můstky
poznámka: srovnání se škrobem: obojí se skládá z D-glukózy, škrob z α-D-glukopyranózy, celulóza z β-D-glukopyranózy
výskyt:

• hlavní stavební látka buněčných stěn vyšších rostlin (dřevo obsahuje ca 50 % celulózy)
  
• buničina – surová celulóza získávaná ze dřeva (vzhledem a konzistencí podobná vatě)
  
• bavlna – téměř čistá celulóza

nerozpustná ve vodě
rozpustná v ☉NaOH (roztrhnou se vodíkové můstky)
hydrolýzou vzniká nejprve disacharid celobióza, pak vzniká D-glukóza
užití: výroba papíru, buničiny, nitrátů celulózy (výbušniny), acetátů celulózy (acetátové hedvábí)

Heparin

snižuje srážlivost krve, rozpouští krevní sraženiny

Peptidy, bílkoviny a enzymy

Opakování: aminokyseliny

viz dřívější zápisek
definice: substituční derivát karboxylové kyseliny, kde substituentem je NH₂
amfoterita: jsou zároveň kyselinami (díky –COOH) i zásadami (díky –NH₂)
amfion: molekula aminokyseliny, ve které má kyselina –COO⁻ místo –COOH a NH₃⁺ místo NH₂
amfionu můžeme navázat H⁺ (do COO⁻) – tím získáme kyselejší látku – nebo naopak H⁺ odebrat (z NH₃⁺)
izoelektrický bod: značí se pI, je to hodnota pH, při které jsou všechny molekuly aminokyseliny ve formě amfionu
peptidová vazba: vazba –C(=O)–NH–, spojuje dvě aminokyseliny
peptidová vazba vzniká, když –COOH z jedné aminokyseliny reaguje s NH₂ z druhé kyseliny: R–COOH + NH₂–R’ → (-H₂O) R–CO–NH–R’

Proteinogenní aminokyseliny

20 (22) aminokyselin vyskytujících se v bílkovinách
vlastnosti:

• obecný vzorec: R–CHNH₂–COOH
  všechny proteinogenní aminokyseliny jsou α-aminokyselinami
  typicky se proteinogenní aminokyseliny kreslí tak, že do řádku nakreslíme NH₂–CH–COOH, uhlovodíkový zbytek R nakreslíme dolů
  
• opticky aktivní: všechny aminokyseliny mají chirální uhlík – výjimkou je glycin
  
• L-konfigurace: všechny aminokyseliny jsou L-formami

názvosloví: triviální, nematurující z chemie mohou používat tabulku

Peptidy

vznikají spojením nejméně dvou proteinogenních aminokyselin peptidovou vazbou (R–NH₂ + COOH–R’ → (-H₂O) R–NH–CO–R’)
dělení:

• oligopeptidy: z dvou až deseti aminokyselin
• polypeptidy: z deseti až sta aminokyselin
• bílkoviny: sto až více aminokyselin

Bílkoviny

proteiny
makromolekulární látky
relativní molekulová hmotnost: 10⁴–10⁶
velmi rozmanité (v organismu kolem 50 000 různých bílkovin)
biologický význam:

• stavební látky buněk a tkání
• zásoba energie (organismus z bílkovin čerpá energii až v případě nouze – extrémní hladovění)
• hormony
• katalyzátory biochemických reakcí – enzymy
• protilátky
• specifické funkce (např. hemoglobin: přenášení kyslíku)

Struktura

primární, sekundární, terciární a kvarterní

Primární struktura

pořadí aminokyselin v polypeptidovém řetězci
každá bílkovina má svou primární strukturu
primární struktura je zakódována v DNA
každá bílkovina je tvaru NH₂–CHR₁–CO–NH–CHR₂–CO–NH–CHR₃–…–COOH, kde R₁, R₂, … jsou jednotlivé zbytky aminokyselin

Sekundární struktura

geometrické uspořádání polypeptidického řetězce v prostoru (vodíkové můstky)
nejčastější jsou dvě sekundární struktury:

• α-helix: řetězec je uspořádán do spirály, mezi vrstvami spirály jsou vodíkové můstky –CO … HN–
  
• β-struktura: skládaný list

Terciární struktura

uspořádání sekundárních struktur do konečného tvaru molekuly
stabilizace terciární struktury:

• pomocí vodíkových můstků: –C=O … HN–
  
• pomocí disulfidických můstků: dostanou se k sobě –CH₂–SH a –CH₂–SH, odštěpí se vodíky, vznikne –CH₂–S–S–CH₂–
  
• pomocí iontové vazby: dostanou se k sobě např. COO⁻ a NH₃⁺
  
• van der Waalsova síla: působí mezi nepolárními molekulami

tvary molekul:

• fibrilární (vláknitý) ⇒ fibrilární bílkoviny (skleroproteiny)
  nerozpustné ve vodě
  odolné vůči kyselinám a zásadám
  mají stavební funkci
  zástupci: keratin (kůže, vlasy, nehty), kolagen (kůže, pojivové tkáně – kosti, šlachy), elastin (tepny)
  
• globulární (kulovitý) ⇒ globulární bílkoviny (sferoproteiny)
  rozpustné ve vodě nebo roztocích solí
  zástupci: albuminy, globulíny, histony (v buněčném jádře)

Kvarterní struktura

vyskytuje se u bílkovin složených z více polypeptidových řetězců (u bílkovin, které nejsou spojeny pouze peptidovými vazbami)
jednotlivým polypeptidovým řetězcům říkáme podjednotky
př.: hemoglobin má čtyři podjednotky

Vlastnosti

Denaturace bílkovin

změna sekundární nebo terciární struktury bílkoviny (primární struktura se nemění), změní se tedy geometrické uspořádání
irreversibilní (nevratný) děj
nastává např. při vaření (vajíčka, masa)
mění se účinnost bílkoviny
faktory: teplota, radiace, působení kyselin a zásad, působení roztoků solí těžkých kovů
význam:

• negativní: změna účinků bílkoviny
• pozitivní: úprava pokrmů, sterilizace (ničení choroboplodných zárodků)

Skupenství

pevné látky

Barevná reakce bílkovin

• xanthoproteinová reakce:
  bílkovina + koncentrované HNO₃ → žlutá
  
• biuretová reakce:
  zásaditý roztok bílkoviny + CuSO₄ → fialová

Rozdělení bílkovin

• jednoduché: obsahují pouze aminokyseliny
  
• složené: kromě aminokyselin obsahují nebílkovinnou složku, tzv. prostetickou skupinu

Složené bílkoviny

• lipoproteiny: prostetickou skupinou je lipid
  stavební složka buněčných membrán
  
• glykoproteiny: prostetickou skupinou je oligosacharid
  tvoří mezibuněčnou hmotu pojivových tkání, chrání žaludeční sliznici, tvoří zevní obal buňky, tvoří základ slin
  
• fosfoproteiny: prostetickou skupinou je kyselina fosforečná
  výskyt: mléko, vaječný bílek
  jsou zdrojem fosforu pro tvorbu nukleových kyselin
  
• metaloproteiny: prostetickou skupinou je kov
  transferin – přenáší železo
  
• chromoproteiny: prostetickou skupinou je barevná složka, např. chlorofyl, hemoglobin, myoglobin
  
• nukleoproteiny: prostetickou skupinou je nukleová kyselina
  materiální podstata jednodušších organismů

Enzymy

jejich základem jsou bílkoviny
biokatalyzátory
enzymologie – věda zabývající se enzymy
funkce katalyzátoru: aby proběhla nějaká reakce, je potřeba dodat jistou aktivační energii; katalyzátory snižují potřebnou aktivační energii ⇒ zrychlují reakci; po reakci zůstávají nezměněny
mechanismus: E (enzym) + S (substrát – reaktant) → [ES] → E + P
složení:

• bílkovinná část: apoenzym
  obsahuje aktivní centrum – místo, kam se naváže substrát
  toto centrum musí mít stejný tvar jako substrát
  substrátová specifita – enzym je schopen vázat pouze substráty určitého tvaru (zámek a klíč) – záleží i na tom, jestli je substrát D- nebo L-stereoizomer
  
• nebílkovinná část: kofaktor
  kofaktor může být dvojího typu:
  
  • prostetická skupina – je kovalentní vazbou pevně vázaná na apoenzym
  • koenzym – na koenzym je vázán slabě, snadno se štěpí
    přenáší skupiny atomů mezi substráty

reakční specifita: enzym je schopen katalyzovat jen určitý typ reakce určitého substrátu

Faktory ovlivňující aktivitu enzymu

aktivita enzymu – jak hodně enzymy ovlivňují rychlost reakce

• teplota – s rostoucí teplotou se aktivita enzymu zvyšuje
  teplotní optimum – teplota, kdy je aktivita enzymu nejvyšší
  při dalším zvýšení teploty dochází k denaturaci bílkoviny (ze které se enzym skládá), poté aktivita klesá
  při 0 °C je aktivita enzymu téměř nulová (⇒ mražení potravin)
  
• pH:
  optimální oblast pH: pH, při kterém je aktivita nejvyšší
  
  amyláza (ve slinách): optimální pH je kolem sedmi
  pepsin: optimální pH je 1–2
  při změně pH dochází ke změně tvaru aktivního centra (přidání nebo odebrání H⁺)
  
• koncentrace substrátu: při zvyšování koncentrace se zvyšuje aktivita enzymu, ale pouze dokud nejsou zaplněna všechna aktivní centr
  
• koncentrace enzymu: s rostoucí koncentrací enzymu roste aktivita enzymu
  
• efektory: látky ovlivňující aktivitu enzymu
  inhibitory: látky snižující aktivitu enzymu
  aktivátory: látky zvyšující aktivitu enzymu

Inhibitory

inhibice:

• irreversibilní (nevratná)
• reversibilní:
  
  • kompetitivní: inhibitor má podobný tvar jako substrát, může se tedy také navázat na aktivní centrum
    inhibitor a substrát tedy spolu „soupeří“ o aktivní centra
  • nekompetitivní: inhibitor se váže mimo aktivní centrum ⇒ změna tvaru aktivního centra

Názvosloví

• systematické: substrát + reakce + áza
  substrát: látka, se kterou enzym reaguje
  reakce: jaká reakce probíhá
  
  alkoholdehydrogenáza: enzym reagující s alkoholem, katalyzuje jeho dehydrogenaci
  glukózo-6-fosfátdehydrogenáza
• triviální:
  
  • bez vztahu k substrátu či reakci:
    
    pepsin, ptyalin
  • se vztahem k substrátu či reakci:
    
    amyláza – štěpí amylózu
    hydroláza

Třídění enzymů podle reakční specifity

• oxidoreduktázy: katalyzují redoxní reakce (přenos elektronů vodíku nebo kyslíku)
  
  dehydrogenázy (odebírají vodík)
  oxidázy
  nejznámější koenzymy oxidoreduktáz: NAD⁺, FAD, FMN
• transferázy: přenášejí (transportují) skupiny atomů mezi látkami
  
  karboxytransferáza – přenáší skupinu COOH
  aminotransferáza – přenáší skupinu NH₂
  methyltransferáza – přenáší skupinu CH₃
• hydrolázy: katalyzují hydrolytycké štěpení vazeb (za účasti vody)
  
  lipázy – štěpení tuků na glycerol a mastné kyseliny
  proteázy – štěpení proteinů na aminokyseliny
• lyázy: katalyzují nehydrolytycké štěpení vazeb
  
  dekarboxyláza
• izomerázy: katalyzují změny uvnitř jedné molekuly (tvorba izomerů – látek se stejným molekulovým vzorcem, ale jinou strukturou)
  
  cis-trans-izomeráza
• ligázy: katalyzují vznik složitějších sloučenin z jednodušších za účasti ATP
  ATP (adenozintrifosfát) – zásobárna energie

Nukleové kyseliny

(NA)
makromolekulární kyseliny obsažené v každé buňce
jsou nositeli genetické informace

• DNA – deoxyribonukleové kyseliny
• RNA – ribonukleové kyseliny

výskyt:

• DNA: v jádru buňky a v mitochondriích
• RNA: v citoplazmě a ribozomech

Nukleotid

základní stavební jednotka
skládá se z dusíkaté báze (N), sacharidové jednotky (S), fosfátu (P):
P–S–N

• dusíkatá báze:
  jsou pyrimidinové a purinové
  
  • pyrimidinové báze: uracil (U), thymin (T), citosin (C)
  • purinové báze: adenin (A), guanin (G)
  v DNA se vyskytují T, C, A, G
  v RNA se vyskytují U, C, A, G
  
• pentóza:
  v DNA: 2-deoxy-D-ribóza
  v RNA: D-ribóza
  
• fosfát: H₃PO₄

Polynukleotidový řetězec

skládá se z dlouhého řetězce …–P–S–P–S–P–S–…, na S je vždy navázáno nějaké N
P a S je vždy stejné (fosfát a jedna konkrétní monosacharidová jednotka), strukturu RNA/DNA určují báze (jejich pořadí atd.)
nukleosid: P–S (nukleotid je celé P–S–N)
mezi S a P je sterová vazba
mezi S a N je dfg vazba

DNA × RNA

• dusíkatá báze:
  DNA: T, C, A, G
  RNA: U, C, A, G
  
• sacharidová jednotka:
  DNA: 2-deoxy-D-ribóza
  RNA: D-ribóza
  
• fosfát:
  DNA i RNA: H₃PO₄

Struktura

tvořeny polynukleotidovým řetězcem
struktura může být primární a sekundární

Struktura DNA

• primární: základ tvoří polynukleotidový řetězec: …–P–S–P–S–P–S–…, kde P je H₃PO₄, S je 2-deoxy-D-ribóza
  na každé S je navázána jedna ze čtyř bází: C, A, T, G
  primární struktura – pořadí nukleotidů (bází) v polynukleotidovém řetězci
  tímto pořadím je dána genetická informace
  
• sekundární: geometrické uspořádání polynukleotidového řetězce v prostoru
  dva spojené polynukleotidové řetězce jsou stočené do dvojšroubovice (double helix)
  párování bází (C, T, A, G): páruje se vždy T s A a C s G
  
  
  mezi T a A jsou dva vodíkové můstky, mezi C a G jsou tři vodíkové můstky
  T s A (podobně C s G) jsou tedy komplementární báze

Struktura RNA

• primární: pořadí nukleotidů (bází) v polynukleotidovém řetězci
  základem je opět řetězec …–P–S–P–S–P–…, kde P je H₃PO₄, S je D-ribóza
  na každé S je navázána jedna ze čtyř bází: U, C, A, G
  
• sekundární: geometrické uspořádání polynukleotidového řetězce v prostoru
  jednovláknitá struktura se zdvojenými úseky

typy RNA:

• rRNA: ribozomální RNA
  vyskytuje se v ribozomech
  
• mRNA: mediátorová (messenger) RNA
  přenáší genetickou informaci z jádra buňky na ribozomy, kde probíhá proteosyntéza (tvorba bílkovin)
  genetická informace v jádře zůstane, mRNA informaci „kopíruje“
  
• tRNA: transferová RNA
  přenáší aminokyseliny na ribozomy, kde probíhá proteosyntéza
  každá aminokyselina má svoji tRNA

na ribozomech se tvoří bílkoviny; je zde rRNA
aby mohly ribozomy vyrobit bílkovinu, potřebují vědět, jak vypadá (jak jdou za sebou jednotlivé aminokyseliny), tuto informaci z jádra přenese mRNA
k výrobě bílkoviny jsou ale potřeba i samotné aminokyseliny, ty do ribozomu přenesou tRNA

Nukleotidy

• v nukleových kyselinách: viz výše
• volné

Volné nukleotidy

výskyt:

• polyfosfáty: např. ATP (adenozintrifosfát)
  struktura ATP: P~P~P–R–A, kde A je adenin, R je ribóza, P jsou fosfáty vázané makroergickými vazbami (~)
  makroergické vazby – vazby udržující velké množství energie
  
• cyklické nukleotidy: cAMP (cyklický adenozinmonofosfát)
  
• nukleotidové koenzymy:
  NAD⁺, FAD, FMN

Proteosyntéza

tvorba bílkovin

Replikace DNA

proces, při kterém z jedné molekuly DNA vznikají dvě identické molekuly DNA
komplementarita: T–A, C–G
mateřská DNA se rozvine (štěpí se vodíkové můstky; DNA se rozvine na dvě části)
napojí se komplementární volné nukleotidy (nukleotid s T k nukleotidu s A, G k C atd.)
volné nukleotidy se spojí

Transkripce

přepis genetické informace z DNA na mRNA
komplementarita DNA→RNA: T→A, C→G, A→U, G→C
rozvine se řetězec DNA
doplní se komplementární nukleotidy (nukleotidy RNA – jiná sacharidová jednotka, jiná dusíkatá báze)
volné nukleotidy se spojí, dojde k uvolnění molekul mRNA
mRNA prochází stěnou jádra do cytoplazmy

Translace

proces tvorby bílkoviny na základě mRNA na ribozomech
komplementarita RNA–RNA: U–A, C–G
kodon – trojice bází, tou je kódována jedna aminokyselina
každá aminokyselina má svou unikátní tRNA, na ní je antikodon – trojice bází komplementární ke kodonu
tRNA se naváže i s aminokyselinou
aminokyseliny se spojí, bílkovina se uvolní