Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Maturitní otázky-20 (1.část)

2. března 2007 v 9:19 |  Maturitní otázky z chemie
20. ZÁKLADY BIOCHEMIE
- metabolismus tuků, cukrů, bílkovin
- Krebsův cyklus
- významné fyziologické děje - dýchání, fotosyntéza

Základní pojmy

Biochemie

Ø nauka o chemických sloučeninách a jejich reakcích v živých objektech ve vztahu k biostrukturám a jejich funkcím
Ø buňky, tkáně, orgány i celé organismy jsou složeny ze sloučenin, z nichž některé se vyskytují i v neživé přírodě, studiem vztahu struktury a funkce jednotlivých molekul se zabývá molekulární biologie

Bioprvky a jejich sloučeniny

Ø v organismech je vázáno 27 z 90 prvků, které se vyskytují v přírodě, ve všech organismech je O, C, N, H, P, S
Ø další prvky jsou důležité jen pro některé, ale ne pro všechny organismy: Na, K, Mg, Ca, Cl, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, B, Al, V, Mo, I, Si, Sn, Ni, Cr, F, Se
Ø čtyři biogenní prvky - bioprvky (vodík, kyslík, uhlík a dusík) vázané ve sloučeninách se na složení živých objektů podílejí 99 %
Ø vazebná schopnost těchto prvků (u uhlíku zvláště schopnost řetězení atomů) je příčinou existence ohromného množství organických sloučenin
Ø důležitou složkou živých objektů jsou minerální soli, biologicky důležité kationty jsou Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+ a Fe3+, z aniontů jsou nejvýznamnější: Cl-, HCO3-, NO3-, H2PO4-, SO42- a I-
Ø tyto prvky mají různou funkci:
a) jsou stavební složkou některých sloučenin a biostruktur (např. fosfát v molekule ATP, jod v molekule hormonu tyroxinu, Ca2+ jako složka rostlinných membrán
b) jsou důležitou složkou některých bílkovinných molekul (např. Fe v hemoglobinu nebo Zn v inzulínu)
c) fungují jako metabolické regulátory (např. Mg2+ aktivuje některé enzymy)
d) udržují iontovou rovnováhu (např. při přenosu nervového vzruchu ionty Na+, K+, Cl-)
e) udržují osmotický tlak buňky
Ø převažující složka všech organismů je voda, lidská buňka obsahuje asi 80 % vody, celé tělo více než 60 %
Ø mezi základní biogenní sloučeniny patří sacharidy, aminokyseliny, bílkoviny, lipidy a nukleové kyseliny

Molekulová organizace buňky

Ø bioprvky a jejich sloučeniny jsou v buňkách organismů uspořádány do různých struktur a systémů, podle jejich složitosti lze v buňce rozlišovat:
a) organely (jádro, mitochondrie, chloroplasty,…)
b) supramolekulární systémy o relativní molekulové hmotnosti 106 až 109 (ribozómy, enzymové komplexy,…)
c) makromolekuly o Mr 103-106 (nukleové kyseliny, proteiny, polysacharidy,…)
d) stavební jednotky vyšších struktur o Mr 50 - 250 (např. pyruvát, glyceraldehydfosfát, citrát)
e) prekurzory biomolekul z prostředí o Mr 18 až 44 (CO2, H2O, NH3, N2, O2, H2S)

Metabolismus

Ø metabolismus - všechny chemické reakce probíhající v organismu a katalyzované enzymy
Ø katabolismus - část metabolických reakcí, při nichž jsou látky štěpeny na jednodušší složky
Ø anabolismus - druhá část metabolických reakcí - reakce syntetické, jsou to reakce, jimiž sloučeniny vznikají (buňky rostou a množí se), i reakce, jimiž se živiny přeměňují na zásobní formy organismu
Ø tyto reakce jsou zcela rozdílné - chemicky i místně - mnoho katabolických reakcí probíhá např. v mitochondriích, zatímco reakce anabolické v cytoplazmě

Energetika biochemických procesů

Rozdělení organismů podle typu metabolismu

Ø organismy se dělí podle druhu dodávané energie na fototrofní organismy - fototrofy (využívají světlo) a chemotrofní organismy - chemotrofy (získávají energii oxidací makroergických substrátů - živin)
Ø chemotrofi se dále dělí podle povahy oxidovaných látek
Ø chemoorganotrofi vyžadují organické látky (např. glukosu) jako donory elektronů
Ø chemolitotrofi využívají jednoduché anorganické donory H2, H2S, NH3, nebo síru
Ø jiným kritériem dělení organismů je forma uhlíku, ve které ho organismus získává z okolí
Ø autotrofi využívají jako jediný zdroj uhlíku CO2, heterotrofi vyžadují uhlík ve formě složitých sloučenin
Ø zelené buňky rostlin na světle jsou představitelem autotrofů, fotolitotrofů, zatímco živočichové, mikroorganismy nebo rostlinné buňky ve tmě jsou reprezentantem heterotrofů, chemoorganotrofů

Fotosyntéza

Ø CO2 v zemské atmosféře je jediným zdrojem pro tvorbu ostatních uhlíkatých sloučenin, je to sloučenina energeticky chudá, která nemůže být dále oxidována (aerobní buňky, tj. buňky dobře zásobené kyslíkem, CO2 vylučují jako odpad)
Ø pouze organismy obsahující v buňkách chlorofyl (zelené barvivo) jsou schopny na světle (tj. s využitím energie slunečního záření) přeměňovat CO2 na energeticky bohaté sloučeniny
Ø CO2 přitom podléhá hydrogenaci vodíkem vzniklým fotolýzou vody, zjednodušeně lze fotosyntézu vyjádřit rovnicí:


6 CO2 + 12 H2O světlo C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Ø fotosyntéza probíhá v chloroplastech, obsahujících chlorofyl, má dvě fáze: světelnou (probíhá jen na světle) a temnostní (nepotřebuje světlo)
1. světelná fáze - v této fázi je zachycena energie fotonů a využita k tvorbě ATP a k fotolýze vody, tj. k jejímu rozkladu na kyslík a vodík, kyslík se jako vedlejší produkt fotosyntézy uvolňuje do okolí a vodík se váže ve formě redukovaného nikotinamidadenindikleotidfosfátu NADPH, světelnou fázi fotosyntézy vystihuje schéma: H2O + NADP+ + P + ADP světlo O2 + NADPH + ATP + H+
2. temnostní fáze - v této fázi jsou produkty světelné fáze (ATP + NADPH) využity k hydrogenaci (redukci) CO2 na glukosu, souhrnně tento proces vystihuje rovnice: 6 CO2 + 12 NADPH + 12 H+ + 18 ATP C6H12O6 + 12 NADP + 18 ADP + 18 P + 6 H2O
sluneční záření zachycované fotosyntézou poskytovalo donedávna veškerou energii užívanou člověkem, neboť i fosilní suroviny - uhlí, ropa nebo zemní plyn - vznikly přímo nebo nepřímo z rostlinného materiálu

Energetika heterotrofních buněk

Ø heterotrofi získávají energii potřebnou k životu oxidací živin, tj. specifických substrátů - sacharidů, tuků, bílkovin
Ø energie uvolněná oxidačním štěpením není využívána přímo, ale slouží nejprve k syntéze molekul bohatých energií (jakýchsi energetických konzerv), jimiž jsou především molekuly adenosintrifosfátu (ATP), vznikající fosforylací adenosindifosfátu (ADP)
Ø fosfátové vazby v ATP (tzv. makroergické vazby) se mohou snadno hydrolyzovat, čímž se vázaná energie opět uvolňuje (průměrně 20,3 kJ . mol-1), energie konzervovaná v těchto vazbách je využívána v anabolických procesech
Ø buňka musí zachovávat rovnováhu mezi tvorbou ATP a jeho spotřebou, je¨li produkce ATP vysoká, je jeho přebytek použit pro anabolické - syntetické reakce (tvoří se látky potřebné pro růst a dělení buňky
Ø při nedostatečné výživě je všechen vytvořený ATP použit k zachování života, za této situace syntetické reakce neprobíhají, buňky nerostou a nemnoží se
Ø katabolismus ATP produkuje, anabolismus spotřebovává
Ø proces přenosu energie z živin do ATP za předpokladu, že má buňka dostatečný přísun kyslíku, má tři fáze:
a) v první fázi se vodík ze substrátu přenáší na koenzymy dehydrogenas, vznikají NADH a FADH a substráty se oxidují, cesta, kterou se anaerobně oxidují sacharidy, se nazývá glykolýza, tuky se aerobně oxidují tzv. β-oxidací
b) ve druhé fázi se vodík z redukovaných koenzymů přenáší na kyslík a vzniká voda, tento aerobní proces se nazývá respirační (dýchací) řetězec
c) třetí fázi tvorby ATP je tzv. oxidační (aerobní) fosforylace, při přenosu vodíku z redukovaných koenzymů až na kyslík se uvolňuje energie, která je využita k fosforylaci ADP na ATP

Respirační řetězec

Ø přenos vodíku z redukovaných koenzymů na elementární kyslík probíhá stupňovitě "štafetou" několika přenašečů v respiračním (dýchacím) řetězci
Ø složky tohoto řetězce jsou uspořádány na mitochondriálních membránách buněk podle zvyšující se afinity k elektronům
Ø prvním článkem je nikotinamidadenindinukleotid, v jeho struktuře je v této souvislosti důležitá nikotinamidová část, která vystupuje v oxidované (NAD+) i redukované formě (NADH)
Ø flavoprotein (FAD) je enzym s prostetickou skupinou flavinového typu
oxidovaná forma FAD redukovaná forma FADH
Ø cytochromy jsou hemoproteiny, které přinášejí elektrony, v neproteinové části jejich molekul je hemově vázané železo
Ø jednotlivými složkami respiračního řetězce jsou proteiny, zabudované v membráně mitochondrie, nesoucí neproteinovou složku, která funguje jako přenašeč elektronů nebo vodíku
Ø NAD+ přenáší atomy vodíku, na úrovni flavoproteinu se atomy vodíku odebrané substrátu štěpí na protony a elektrony
Ø na úrovni konečného článku řetězce - cytochromoxidasy - se opět protony spojí s redukovaným kyslíkem na molekuly vody
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 Dubový Dubový | E-mail | 10. září 2012 v 11:28 | Reagovat

Velmi dobrý vysvětlující článek.Patří do zjednodušených vysvětlení. VD

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama