Biokemija pt.1

Lakukan tugas rumah & ujian kamu dengan baik sekarang menggunakan Quizwiz!

Kaj dela OH-lizin pri kolagenu

4-OH-prolin omogoča sploh nastanek kolagenske vijačnice (prolinske vijačnice). HyLis in Lys pa omogočata povezave tropokolagenskih vlaken in njihovo stabilizacijo. Za ustrezno strukturo kolagena sta pomembna hidroksiprolin in hidroksilizin. Hidroksiprolin omogoča vzpostavitev ustrezne konformacije α verige ter posledično vpliva tudi na sekundarno, terciarno in kvartarno strukturo. Hidroksilacija prolina poteka z encimom prolil hidroksilaza in gre za posttranslacijsko modifikacijo, v katero je vključen tudi vitamin C. Kolagenska vlakna stabilizirajo kovalentne povezave preko Lys in HLys

ABC in CFTR

ABC transporterji so prenašalni proteini, ki so vključeni v primarni aktivni transport. Iz celic črpajo AK, peptide, proteine, kovinske ione, lipide, žolčne kisline in ksenobiotke. Vsi imajo 2 domeni za vezavo nukleotidov in 2 transmembranski domeni s po 6 alfa vijačnicami. Večina ABC transporterjev se nahaja na plazmalemi. Lahko delujejo kot črpalke ali kanački. Primer črpalke je MDR1 (multi drug resistance), ki ima široko substratno specifičnost za hidrofobne spojine. V normalnih celicah je pomemben za detoksifikacijo, v rakavnih celicah pa izloča kemoterapevtike in povroča rezistenco tumorjev na kemoterapijo. CFTR ABC transporter deluje kot kanalček. Vključen je v cistično fibrozo, okvarjen CFTR ne prenaša kloridnih ionov skozi apikalno membrano, posledničo celice ne zapušča niti vode. V dihalnih poteh zato nastaja gosta sluz, ki povroča težave z dihali in infekcije (respiratorni in gastointestinalni trakt). CFTR uravnava vezava ATP in fosforilacija serina. Ima 3 domene, domeno R, ki vsebuje serin, in dve domeni NBD, ki vežeta ATP. Če serinski ostanek na domeni R ni fosforiliran, se domena vrine med obe NBD domeni in kanalček je zaprt. Če pa je serin fosforiliran, je omogočena vezava ATP na NBD domeni, vezava ATP pa povroči odprtje kanalčka in prehajanje kloridnih ionov iz celice.

ATP in fosforilacijski potencial

ATP je adenozil trifosfat. To je molekula, ki jo sestavljajo adenin, riboza in tri fosfatne skupine. Adenin se na ribozo veže preko N-glikozidne vezi, riboza na fosfat preko fosfoestrske vezi, fosfati pa so med sabo vezani s fosfoanhidridnimi vezmi. ATP je energijsko bogata molekula, ki ima v telesu številne funkcije. Ena izmed njih je prenos fosfatne skupine in posledično prenos energije. ATP je namreč zelo nestabilna, ampak njeno spontano hidrolizo preprečuje visoka Ea. Direktna hidroliza po navadi povroči le sproščanje toplote, razen v primerih, ko se ATP prej veže na protein. Dejanska hidroliza ATP pa poteka v dveh stopnjah. Najprej se s fosfatom poveže na substrat, nato pa se fosfat odcepi in ostane vezan na substrat. ATP se lahko cepi na 3 skupine: fosforilno, pirofosforilno in adenililno. Fosforilacijski potencial je realna prosta entalpija hidrolize ATP, ki je odvisna tudi od koncentracije ATP in v bistvu upošteva tudi to, da je ATP večinoma vezan na Mg2+. G°' hidrolize ATP je negativna zaradi odbojev na fosfatih, ker so produkti bolj resonančno stabilizirani, ker produkt sprošča H+ in ker sta Pi ter ADP bolj hidratizirana kot ATP. Vseeno pa tudi standardna fiziološka prosta entalpija za hidrolizo ATP ne sme biti najnižja, saj mora ATP nastajati tudi na ravni substrata, nastaja pa iz fosforiliranih spojin, ki imajo G°' še nižjo od ATP. ATP lahko poleg v dihalni verigi nastaja tudi preko fosfokreatina (zaloga ATP v mišici, regenerira se med počivanjem), fosfoenolpiruvata in 1,3-bisfosfoglicerata. Da ATP ohrani visok potencial prenosa skupin, mora biti njegova koncentracija nad ravnotežnimi koncentracijami. To zagotavljajo katabolični procesi, predvsem oksidativna fosforilacija. Razcep vezi med fosfatom in ATP pa sam po sebi ne povzroči sproščanja energije. Razcep energije je namreč endotermen proces, potrebujemo vnos energije. Standardna prosta entalpija hidrolize ATP pa je vseeno negativna. Vzroki so štirje: - odboj naboje na fosfatih, s hidrolizo namreč ustvarimo več negativnih nabojev - produkti so resonančno stabilizirani (Pi ima štiri resonančne oblike, fosforilna skupina na ATP pa le tri) - produkt sprošča H+, ki pa ni povezan na nobenega izmed kisikov in se lahko nanj veže voda - Pi in ADP sta bolj hidratizirana kot ATP.

Adrenalin

Adrenalin je hormon in živčni prenašalec, ki ga izloča nadledvična žleza. Nastane iz tirozina, ki se najprej oksidira in nastane dopa. Ta se preko PLP dekarboksilira do dopamina. Dopamin se zopet hidroksilira in nastane noradrenalin. Noradrenalin se preko S-adenozilmetionina metilira in nastane adrenalin. Adrenalin spada med kateholamine (derivati tirozina). Ti zvišujejo srčni utrip in krvi tlak, usmerjajo kri k mišicam, povečajo razgradnjo glikogena in zmanjšajo njegovo sintezo. Prav tako povečajo glukoneogenezo in razgradnjo TAG.

Znižanje aktivacijske energije

Aktivacijska energija je najmanjša energija, ki je potrebna, da neka reakcija poteče. Prvi jo je opisal Arrhenius v svoji teoriji hitrosti kemijskih reakcij. Trdil je, da je hitrost kemijske reakcije (oz. hitrostna konstanta) odvisna od aktivacijske energije in temperature. Arrhenius je predpostavil, da hitrostno konstanto poveča višja temperatura, saj je tako več aktivnih molekul (imajo E≤Ea) in več uspešnih trkov. Hitrostno konstanto poviša tudi nižja Ea. Če je Ea previsoka, reakcija ne bo potekala, čeprav bi zgolj s termodinamskega stališča lahko potekla spontano. Aktivacijsko energijo znižamo s katalizatorji (encimi) in tako pospešimo reakcijo.

Albumin

Albumin je serumski protein. Njegova funkcija je prenos MK in steroidnih hormonov. Na eno molekulo albumina se lahko nekovalentno veže do 10 MK. Predstavlja 50% vseh plazemskih proteinov. Vzdržuje ustrezno osmolalnost in razporeditev telesnih tekočin med ožiljem in tkivi. Ker ima veliko histidinskih ostankov, lahko deluje tudi kot pufer, saj ima histidin pKa približno 6,1.

Alzheimerjeva bolezen

Alzheimerjeva bolezen je lokalna amiloidna bolezen. Je nevrodegenerativna bolezen, pri kateri so v ospredju znaki demence. Povzroči jo agregacija amiloid beta peptida in proteina tau v možganih. Amiloidni peptid beta se lahko sprosti iz membrane s cepitvijo prekurzorskega proteina amiloida s proteazama sekretaza beta in gama. Amiloidnemu peptidu beta se spremeni konformacija (iz alfa vijačnice v beta strukturo). V možganih se kopiči v obliki amiloidnih vlaken..

Aromatske AK

Aromatske A. kisline so: triptofan, tirozin in fenilalanin. So edine aminokisline, ki so sposobne absorbirati svetlobo. Absorbanco merimo s spektrofotometrom. Velja Beer-Lambetov zakon (A= l x c x ɛ). Absorbanca je lastnost le AK z aromatičnim radikalom. Absorbanca označuje absorpcijo energije svetlobe (in posledično zmanjšanje energijskega toka svetlobe).

Atomi in molekule

Atom je najmanjši del snovi, katerega kemijsko ne moremo več razstaviti. Sestavljen je iz jedra in elektronske ovojnice. V jedru so protoni in nevtroni, v elektronski ovojnici pa se gibljejo elektroni. Protoni in nevtroni se skupaj imenujejo nukleoni. Protoni imajo osnovni električni naboj, nevtroni pa so električno nevtralni. S številom protonov je podano vrstno število atoma. Atomi so električno nevtralni, saj vsebujejo enako število protonov in elektronov. Atomi z določenim vrstnim številom se imenujejo elementi. Elemente razvrščamo v periodni sistem glede na njihovo maso in lastnosti. V človeškem telesu najdemo le nekaj elementov (30), izmed katerih 99 % mase predstavljajo: C, O, N, H. Orbitale so prostori, kjer se 95 % nahaja elektron. Modela atomov sta 2: Bohrov in Schodingerjev (elektroni so valovanje). Heisenbergov princip nedoločljivosti pa nam pove, da ne moremo hkrati vedeti položaja in hitrosi elektrona. Vemo tudi, da se morata elektrona razlikovati vsaj v spinskem kvantnem številu. Atomska orbitala je matematična funkcija, orbitale pa imajo različne oblike, vendar standardne orbitale niso primerne za tvorbo vezi. Zato se orbitale hibridizirajo, hibridizirane orbitale pa imajo vmesne energije orbital, iz katerih so nastale. Atomi se povezujejo v molekule, ki predstavljajo nastabilnejše stanje za njih, v molekule pa se povezujejo s kemijskimi vezmi. Te atomi se povezujejo v molekule z močnimi in šibkimi vezmi. Med močne (200-500kJ/mol) štejemo kovalentne, ionske in kovinske, med šibke (1-30kJ/mol) pa vodikove, Van der Waalsove, ionske v raztopini in hidrofobne interakcije.

Kemijske vezi

Atomi se povezujejo v molekule, ki predstavljajo za njih najstabilnejše stanje, v molekule pa se povezujejo s kemijskimi vezmi. Njihova narava je odvisna od elektronegativnosti atomov, ki sta povezana. Elektronegativnost je lastnost elementa, ki opisuje afiniteto atoma do elektronov v molekuli. Elektronegativnosti se ne da meriti, temveč se jo da le izračunati na podlagi drugih lastnosti. Sega od 0.7 - 3.93 Paulingovih enot. Kemijske vezi razdelimo glede na energijo na močne (200-500 kj/mol) in šibke (1-30 kJ/mol). Močne vezi so kovalentne, ionska vez v kristalu in kovinska vez. Šibke vezi so Van der Waalsove interakcije, vodikove vezi, ionske interakcije v raztopini in hidrofobne interakcije. Kovalentna vez predstavlja skupni elektronski par atomov, ki v vezi sodelujeta. Skupni elektronski par pa imata zato, da imata oba polne svoje zunanje oble, ker je takšno stanje najbolj stabilno. Jakost vezi je velika, lahko pa so polarne ali nepolarne (odvisno od el. neg.). Koordinativna vez je posebna oblika močne kovalentne vezi: en atom daje elektronski par, drugi ga sprejme na prazno orbitalo. Pogosto je donor elektronov dušik, akceptor pa ioni prehodnih kovin. Primer je koordinativna vez v hemu. Če sta A in B enako elektronegativna, vez ni polarna. Če je A manj elektronegativen kot B, je vez polarna. Če pa je A veliko manj/bolj elektronegativen kot B, je vez ionska (nastane, ko je razlika v elektronegativnosti dveh atomov prevelika; ni usmerjena). Najmanjši elementi, se povezujejo z najmočnejšimi kovalentnimi vezmi. Skupne značilnosti šibkih vezi: šibke interakcije med molekulami ali znotraj njih, zelo pomembne so za stabilnost in interakcije biomolekul, navadno jih je veliko. Van der Waalsove interakcije nastanejo med: dipol-dipol (orientacijske), dipol-inducirani dipol (indukcijske) in inducirani dipol-inducirani dipol (disperzijske). Medmolekulske sile so med vsemi molekulami, ki so si dovolj blizu. Vodikova vez nastane med dvema molekulama, kjer je ena donor vodikove vezi (vodik je vezan na močno elektronegativen atom - F, O, N), druga pa je akceptor (močno elektronegativen atom - F, O, N). V biomolekulah sta donor in akceptor pogosto kisik in dušik. Vodikova vez je oblika elektrostatskega privlaka in je precej močnejša od drugih šibkih interakcij. Hidrofobne interakcije - nastanejo med nepolarnimi molekulami (lipidi)

Biogeni amini

Biogeni amini so vrsta nevrotransmiterjev, ki pa spadajo pod peptidne hormone. So biološko aktivni in nastanejo z dekarboksilacijo aminokisline. Primeri biogenih aminov: dopamin, noradrenalin, adrenalin, GABA, histamin in serotonin. Dopamin, noradrenalin in adrenalin so kateholamini in nastanejo iz tirozina. Tirozin se najprej hidroksilira na benzenskem obroču in tako nastane L-DOPA. L-DOPA se nato dekarboksilira in nastane dopamin. Dopamin se ponovno hidroksilira in se pretvori v noradrenalin, ta pa se z metilacijo pretvori v adrenalin. Pomanjkanje dopamina v možganskem deblu povroča Parkinsovo bolezen. Za terapijo se uporablja L-dopa, ker lahko prečka možgansko bariero (dopamin pa ne). V možganih se nato L-dopa dekarboksilira do dopamina. Kateholamini zvišajo srčni utrip in krvi tlak, usmerjajo kri k mišicam, povečajo razgradnjo glikogena, glukoneogenezo in razgradnjo TAG. GABA oz. gama-aminobutanojska kislina nastane z dekarboksilacijo glutamata in je inhibitorni nevrotransmiter CŽS. Histamin nastane z dekarboksilacija histidina in je udeležen v alergično reakcijo, ker se veže na histaminske receptorje. zdravila se imenujejo antihistaminiki. Serotonin nastane iz triptofana, ki se oksidira, nato pa oksidaciji sledi dekarboksilacija. Serotonin je hormon sreče, znižuje krvni tlak, povzroča evforijo, razgrajuje pa ga monoamino oksidaza (inhibitorji tega encima so antidepresivi). Serotonin je prekurzor melatonina (v reakcijo sta vključena AcCoA in S-adenozilmetionin), ki je hormon, ki uravnava cirkadiani ritem, največja koncentracija je ponoči, s starostjo pa pada. Če se sproža daljše obdobje ob napačnem času, prispeva k hormonsko odvisnim vrstam raka in metaboličnim boleznim. Še en razred biogenih aminov pa so poliamini, ki so pri fiziološkem pH pozitivno nabiti, vežejo se na DNA in jo stabilizirajo. So nujni za celično rast. Izhodni spojini sta metionin in ornitin (podoben lizinu, a je nestandardna L-AK, sodeluje v ciklu sečne kisline). Dekarboksilacija vedno poteka pod vplivom PLP (piridoksal fosfata).

Biokemijske reakcije

Biokemijske reakcije so lahko eksotermne ali endotermne. Eksotermna reakcija je kemijska reakcija, pri kateri se toplota sprošča, okolica se pri tem segreva. Njej nasprotna je endotermna reakcija, pri kateri se toplota porablja, okolje pa se ohlaja. Pri eksotermni reakciji je energija produktov manjša kot energija reaktantov, sprememba entalpije je zato negativna (ΔH<0). Najpogostejši primer eksotermne reakcije je gorenje. Pri endotermni reakciji je energija reaktantov manjša od energije produktov (ΔH>0). Razpad vezi je endotermna reakcija, nastanek vezi pa eksotermna reakcija. Spontanost biokemijske reakcije določamo s prosto entalpijo, ki pa je odvisna od spremembe entalpije in spremembe entropije. Da reakcija poteka spontano v smer produktov, mora biti G<0, da pa poteka spontano v smer reaktantov, mora biti G>0. Če je G=0, je reakcija v ravnotežju. To ne pomeni, da je stacionarna, temveč sta takrat hitrosti pretvarjanja reaktantov v produkte in obratno enaki. Biokemijske reakcije oz. procesi so lahko tudi kinetično ujeti, čeprav so termodinamsko spontani. To pomeni, da je reakcija sicer spontana, vendar vseeno ne poteka, ker poteka prepočasi. Reakcija se konča, ko entalpija doseže minimalno vrednost oz. entropija maksimalno vrednost.

Biomolekule

Biomolekule so osnova biokemije in so organske molekule, ki jih najdemo v živem svetu. Nastanek biomolekul razlagamo evolucijsko. Pred 14 milijardami let je nastalo vesolje zaradi eksplozije vročih, z energijo bogatih subatomskih delcev. Nastali so preprosti elementi (H in He). Vesolje se je nato širilo in ohlajalo, material se je kondenziral in nastale so zvezde in supernove, ki so ob eksplozijah omogočile nastanek kompleksnejših elementov. Preko bilijonov let so se tvorili različni atomi in molekule ter biomolekule, ki jih na zemlji najdemo še danes. Pred 4 milijardami let pa se je na Zemlji pojavilo življenje. To je bilo možno zato, ker so se v vročem okolju nahajale pravilne molekule. Millerjev poskus je pokazal nastanek biomolekul iz plinov v laboratorijskih pogojih, ki simulirajo prajuho. Dokazal je, da iz malega števila molekul primarne atmosfere dobimo biomolekule. Dokazal je vrsto organskih molekul, med drugim tudi AK, sladkorje, lipide in nukleotide. Najpomembnejša lastnost pri kreaciji življenja je nastanek funkcionalnih biomolekul (makromolekul). Osnovne značilnosti biomolekul: kompleksnost, pogosto velika molekulska masa, majhno število elementov, osnovi gradniki so v vsej živi naravi enako, gradniki imajo več funkcij. Gradijo jih predvsem atomi C, H, N, O, P in S, ostali pa so bolj redki. Te atomi se povezujejo v molekule z močnimi in šibkimi vezmi. Med močne (200-500kJ/mol) štejemo kovalentne, ionske in kovinske, med šibke (1-30kJ/mol) pa vodikove, Van der Waalsove, ionske v raztopini in hidrofobne interakcije.

Bioelementi in biomolekule

Biomolekule so osnova biokemije. To so molekule, ki jih najdemo v živem svetu in so kompleksne, pogosto imajo veliko molekulsko maso. Gradi jih majhno število elementov - najpogostejši so C, H, N, O, P in S. Življenje na Zemlji temelji na ogljiku. Pri nekaterih molekulah se sicer pojavljajo tudi drugi elementi, vendar so ti veliko bolj redki. Biomolekule so si v vsej živi naravi precej podobne in v še tako različnih organizmih lahko najdemo molekule, ki opravljajo zelo podobne funkcije. Ena molekula ima lahko tudi več različnih funkcij. Za biomolekule je tudi značilno, da imajo številne funkcionalne skupine, ki določajo njihove lastnosti in funkcije. V biomolekulah so najpogostejše funkcionalne skupine s kisikom, dušikom, fosforjem in žveplom, ter ogljikovodikove funkcionalne skupine. Glede na funkcijo in strukturo delimo biomolekule na različne skupine kot npr. proteine, lipide, sladkorje itd. Te se med sabo lahko razlikujejo po naboju, masi, strukturi, funkciji itd. Večina biomolekul lahko svojo funkcijo opravlja funkcionalno le, če se nahajajo v okolju z ustreznimi pogoji kot so pH, temperatura in tlak. OGLJIK: izvor v CO2, je gradnik organskih skeletov- KISIK: del vode, tvori različne funkcionalne skupine, pomemben pri medmolekulskih povezavah (H-vez, naboj, polarnost...)- VODIK: del vode, tvori H-vez in ima pomembno vlogo pri strukturi organskih spojin- DUŠIK: izvor v zraku in nitratih, je pomembna strukturna enota (oblikuje skupine -NH2, H-vez)- ŽVEPLO: pomemben pri dihanju- FOSFOR: ioni pomembni pri tvorbi kosti

Denaturacija beljakovin

Denaturacija pomeni razpad sekundarne, terciarne ali kvartarne stukture (ne vpliva na primarno). Vzroki za denaturacijo so: povišana temperatura (prekine šibke interakcije, H-vezi), sprememba pH (spremeni elektrostatske interakcije), organska topila npr. Etanol (porušijo hidrofobne interakcije) in urea ali gvanidijev-hidroklorid (porušijo hidrofobne interakcije). Ker je informacija za zvitje proteina zapisana v primarni strukturi, se lahko v nekaterih primerih po denaturaciji zopet vzpostavi nativna struktura. Če proteinu dodamo ureo in reducent (merkaptoetanol) protein denaturira, če pa odstranimo ureo in oksidiramo, pa se zopet vzpostavijo disulfidni mostični in protein pridobi nazaj nativno strukturo ter katalitično sposobnost.

Derivati AK

Derivati AK so biogeni amini, poliamini in porfirini. Biogeni amini so: adrenalin, serotonin, GABA, histamin. Serotonin je hormon sreče in znižuje krvni tlak, njegovo izločanje poveča ekstazi, je prekurzor v sintezi melatonina. GABA je gama aminobutanojska kislina in je inhibitorni nevrotransmiter. Histamin se veže na histaminske ostanke in sodeluje v alergični reakciji, zdravila se imenujejo antihistaminiki. Poliamini so pri fiziološkem ph pozitivno nabiti, vežejo se na DNA in jo stabilizirajo. Izhodni spojini za njih sta ornitin in metionin. Porfirini je hem in njegovi derivati, najdemo jih v hemoglobinu in citokromih.

Dihalna veriga

Dihalna veriga je pomemben oksidoredukcijskih proces za aerobne organizme, ki poteka v mitohondrijih. Gre za kup proteinov, ki so vloženi v notranjo membrano mitohondrijev in so sposobni prenašati elektrone, nekateri od njih pa tudi protone. Vsak od teh prenašalcev je lahko v dveh oblikah - oksidirani ali reducirani in predstavlja oksidoredukcijski par. V dihalni verigi, jih je mnogo, ki si smiselno sledijo eden za drugim. Naloge dihalne verige so prenašanje elektronov in črpanje elektronov iz matriksa v medmebranski prostor. Končni namen je, da se nastali gradient izkoristi za to, da iz ADP in Pi nardimo ATP in na ta način obnavljamo svoje zaloge ATP. Glukoza se s procesom glikolize spreminja v piruvat. Poteče proces oksidativne dekarboksilacije - piruvat se za en C atom skrajša, nastane acetat, ki se združi s koencimom A, ta vstopi v Krebsov cikel. Na koncu dobimo NADH in FADH2, ogljiki pa se sproščajo v obliki CO2. Koencimi potujejo v dihalno verigo, koencimi so prenašalci elektronov, ki so vezani večinoma na proteine. Organizirami so v več kompleksov, vsak kompleks pa vsebuje več proteinov. Vsak od členov verige in določen oksidoredukcijski potencial in s tem določeno afiniteto do sprejemanja elektronov. V verigi so členi razvrščeni po naraščajočem oksidoredukcijskem potencialu - vsak naslednji člen v verigi ima večjo afiniteo za elektrone in ga zato lahko sprejme od prejšnega člena. Na koncu se proton združi s kisikom in nastane voda. Energija se izkorišča za črpanje protonov iz matriksa v medmembranski prostor, ti protoni silijo v skladu z gradientom nazaj v matriks. To je bistvo in se izkorišča skozi ATP sintazo, kjer protoni spontano potujejo nazaj v matriks in s tem dovajajo energijo za sintezo ATP iz ADP iz Pi. Samo citokrom a3 je sposoben oddati elektrone kisiku, da se združita v vodo. največji potencial ima kisik (prejemnik elektronov), ki se nato reducira v H20. Proteinski kompleksi Fe/Cu (v dihalni verigi) so sposobni sprejemati oks. št. le za 1, NADH pa lahko odda le 2e-. Zato so nujni vmesni flavinski prenašalci in koencim Q, ki so sposobni sprejeti par elektronov in jih potem posamično oddajati. Dihamo zato da dovajamo kisik ki je koncni prejemnik elektronov.

Disaharidi

Disaharidi nastanejo s kondenzacijo dveh monosaharidov. Kondenzacija ne poteče preprosto z eliminacijo vode, ampak se mora predhodno aktivirati. -OH je namreč slabo izstopajoča skupina, zato jo je potrebno predhodno zamenjati z boljšo izstopajočo skupino, npr. z UDP. Poimenovanje: monosaharidu z glikoziliranim anomernim C atomom dodamo končnico -il, monosaharidu s prosto anomerno skupino pa končnico -oza ali končnico -zid, če drugi monosaharid z glikozilacijo izgubi prosti anomerni C-atom. Pomembnejši disaharidi: laktoza (βD‐galaktopiranozil‐(1‐4) αD‐glukopiranoza; je tako kot maltoza reducirajoči sladkor, imamo prost anomerni C-atom), maltoza (α‐D‐glukopiranozil‐(1‐4)‐αD‐glukopiranoza; ima reducirajoče lastnosti - prosta anomerana skupina, je hemiacetal), trehaloza (α‐D-glukopiranozil-(1-1)α-D-glukopiranozid; nima redudirajočih lastnosti) in saharoza (α-D-glukopiranozil-(1-2)β-D-fruktofuranozid; ni reducirajoč sladkor). Možna pa je tudi N-glikozidna vez, ki je značilna za nukleotide in tudi za njo je potrebna predhodna aktivacija. Na ribozo se z ATP uvede pirofosfat, ki se nato zamenja z aminsko skupino glutamina. Po hidrolizi se odcepi glutaminska kislina in dobimo prekurzor za sintezo purinov. Disaharidi se lahko povezujejo v polisaharide.

Distrofin

Distrofin je citoplazemski protein, pri normalnih osebah je prisoten od zarodka naprej v skeletnih, srčnih in gladkih mišicah ter v nekaterih živčnih celicah. Je ključni del proteinskega kompleksa DAP, ki povezuje sarkomere mišic s celično membrano. Opravlja vlogo stabilizacije sarkoleme in ščiti mišična vlakna pred nekrozo in poškodbami ob krčenju mišic. Bolezni: Duchennova mišična distofija, ki je ena izmed oblik mišične distrofije. Povroči degeneracijo mišičnega tkiva ter sčasoma smrt. Prenaša se recesivno spolno vezano na kromosom X in prizadene fante. Do neprevilnosti pride zaradi mutacije gena na kromosomu X, ki kodira beljakovino distrofin.

Purini in pirimidini

Dušikove baze delimo na purine (adenin, gvanin) in pirimidine (uracil, timin, citozin). Purini imajo dva obroča, pirimidina pa enega. Oboji vsebujejo dušik, razlikujejo se pa po funkcionalnih skupinah, ki so vezane na obroče. Dušikove baze nastopajo v tavtomernih oblikah. Uracil lahko nastopa v oblika laktam, laktim in dvojni laktim, ki se med sabo razlikujejo po tem, kako močno je molekula reducirana. Pri citozinu pa prihaja do imin/enamin tavtomerije. Najbolj stabilna je laktam tavtomera pri uracilu oz. enamin tavtomera pri citozinu. Predhodnik pirimidinskih dušikovih baz je orotinska kislina (2 ATP, asparaginska kislina, hidrogenkarbonat, amonijak). Prekurzor purinskih baz je 5-fosforibozilamin. V nizu reakcij nastane inozin-5-fosfat, ta pa se aminra do AMP. AMP se lahko oksidira do GMP (amino skupino nadomesti karbonilna).Dušikove baze se na sladkorje povezujejo z N-glikozidnimi vezmi, za kar je potrebna predhodna aktivacija. Pirimidinske baze se lahko pretvarjajo ena v drugo. UTP CTP (aminacija), CTP UTP (hidroliza), dUMP dTMP (metilacija). Pirimidini se lahko izločajo v obliki sečnine, purini pa v obliki sečne kisline. To je lahko problematično, če presežemo topnostni produkt sečne kisline - nastanek uratnih kamnov. + Pod vplivom UV svetlobe (predvsem UVB med 280 in 320 nm) se lahko v DNA molekuli tvorijo dimeri pirimidinov, najpogosteje gre za timidinske dimere. Vzpostavita se lahko dve kovalentni vezi med sosednjima C5 in C6 atomoma (ciklobutan - pirimidinski dimer) ali med C4 in C6 (6-4 fotoprodukt).

Eikozanoidi

Eikozanoidi so avtokrini ali parakrini hormoni, ki nastanejo iz polinenasičenih maščobnih kislin z 20C atomi, ponavadi iz arahidonske kisline (C20:4 Δ5,8,11,14). Ta se v membrani odcepi s fosfolipida s pomočjo encima fosfolipaza A2. Preko različnih reakcij se pretvori v eikozanoide. Ti se sintetizirajo v različnih tkivih in imajo vloge pri reprodukciji, vnetnem odzivu, vročini, bolečini, krvnih strdkih, izločanju želodčnega soka. Ločimo jih na prostaglandine, prostacikline, tromboksane in leukotriene. Pri sintezi prostaglandinov, prostaciklinov in tromboksanov sodelujejo encimi ciklooksigenaze (COX), pri sintezi leukotrienov pa lipooksigenaze. Eikozanoidi lahko nastanejo tudi iz drugih polinenasičenih maščobnih kislin. Eikozanoidi serije 1 nastanejo iz eikozatrienojske kisline (α-linolenska kislina), eikozanoidi serije 3 pa iz eikozapentaenojske kisline (EPA). Prostaglandine prepoznamo po petčlenskem obroču v strukturi. Če je poleg petčlenskega obroča še dodaten furanski obroč, so to prostaciklini. Poimenujejo jih s PG in črko (A, D, E, F, G, H), ki označuje substituente (povejo funkcijo). Dodamo tudi številko (1,2,3), ki označuje število dvojnih vezi (povejo jakost). PGE2 in PGF2α stimulirata krčenje maternice med menstruacijo in porodom, PGE2 tudi znižuje izločanje želodčnega soka in povzroča vnetni odziv. Tromboksane prepoznamo po šestčlenskem obroču v strukturi. Sintetizirajo se v trombocitih in sodelujejo pri nastanku strdkov. Delovanju tromboksanov nasprotujejo prostaciklini, ki se sintetizirajo v endoteliju. PGI namreč preprečujejo agregacijo trombocitov in stimulirajo vazodilatacijo. Sintezo prostanglandino in tromboksanov zavirata aspirin in NSAID. Asipirin se veže na aminokislino serin v encimu COX in jo acetilira, acetiliran COX pa ni aktiven. Posledično se prostaglandini in tromboksani ne morejo sintetizirati. Zadnja skupina eikozanoidov so leukotrieni. Prepoznamo jih po treh konjugiranih dvojnih vezeh. Prekomerna sinteza LTD4 (stimulira krčenje mišic v pljučih) lahko povroči astmatični napad. Pri zdravljenju astme se uporabljajo sintetični kortikosteroidi, ki zavirajo delovanje PLA2A in s tem sintezo leukotrienov.

Elektroliti

Elektroliti so snovi, ki v vodi disociirajona ione in zato njihove raztopine prevajajo električni tok. Ločimo jih na kisline, baze in soli. Elektroliti so lahko močni (skoraj ali celo popolnoma disociirajo) ali šibki (le deloma disociirajo). Močni elektroliti so: HCl, HBr, HI, KOH, NaOH... šibki elektroliti pa so: HF, NH3. Pri elektrolitih določamo Van't Hoffov faktor i, ki je enak izmerjeni lastnosti/izračunana lastnost. Opisuje nam, na koliko delcev disociira neka snov in ga uporabljamo pri računanju koligativnih lastnosti. Za določevanje le-tega se uporablja sprememba ledišča. Odvisen je od koncentracije in vrste elektrolira. Pri šibkih elektrolitih je i skoraj celo število, če so zelo razredčeni, pri močnih je pa skoraj celo tudi če imajo veliko koncentracijo. Pri elektrolitih namesto koncetracije uporabljamo aktivnost, ki nam predstavlja delež molekul oziroma ionov v 1L raztopine, ki ne reagira z drugimi delci oz. se obnašajo kot idealni. Izračunamo jo s pomočjo aktivnostnega koeficienta (a =γ*c/c0). Aktivnostni koeficient določimo s pomočjo koligativnih lastnosti: izmerjena lastnost/izračunana lastnost, vendar tokrat upoštevamo disociiacijo. Ker so fiziološke raztopine močno razredčene, lahko uporabljamo kar molarno koncentracijo namesto aktivnosti, saj je aktivnosti koeficient skoraj 1( (x)->[x]). Odvisen je od ionske moči raztopine. Ta pa je merilo koncentracije ionov v raztopini, saj koncentracija elektrolitov vpliva na disociacijo in topnost soli. Pri veliki ionski moči nabiti ioni senčijo naboje velikih molekul, kar vpliva na reaktivnost in topnost. Senčenje zmanjša elektronski privlak med nabitim delci. V telesu se glavni elektroliti med notranjostjo in zunanjostjo celic razlikujejo. V celicah imamo visoko koncentracijo kalijevih in hidrogenfosfatnih ionov, imamo tudi pa tudi veliko negativno nabitih proteinov, zato je notranjost negativno nabita. Zunaj celice imamo presežek natrijev in kloridnih ionov. Močni elektroliti imajo veliko disociacijsko konstanto, šibki pa majhno. Stopnja disociacije nam izraža procent disociiranih delcev. ---> alfa= š𝑡. 𝑑𝑖𝑠𝑜𝑐𝑖𝑖𝑟𝑎𝑛𝑖h 𝑑𝑒𝑙𝑐𝑒𝑣 𝛼/š𝑡. 𝑣𝑠𝑒h 𝑑𝑒𝑙𝑐𝑒𝑣 . Ionsko moč izračunamo po enačbi: 𝜇 = 1/2∑𝑐𝑖𝑧𝑖*2 z aktivnostnim koeficientom pa je v povezavi preko formule: log𝛾=−0,51∙𝑧*+ ∙𝑧*- ∙√𝜇.

Acetilholin

Ena izmed skupin nevrotransmitorjev. Njegova kemijska formula je CH3COOCH2CH2N+(CH3)3.Nastane iz alkohola in karboksilne skupine. Med njima je peptidna vez. Funkcija prenosa signalna med živčnimi celicami in mišičnim vlaknom na motorični ploščici. Kot živčni prenašalec deluje pri prenosu signala med nevroni vegetativnega živčevja (parasimpatičnega in simpatičnega). Pri Alzheimerjevi bolezi pride do propada celic v osrednjem živčevju, ki sintetizirajo acetilholi. Simptomi bolezni so posledica pomanjakanja acetilholina. Koncentracijo acetilholina povišamo z zdravili, ki delujejo kot inhibitorji acetiholin esteraze. To je encim, ki katalizira hidrolizo acetilholina v sinaptični špranji na ocetno kislino in holin. Če encim inhibiramo se koncetracijo živčnega prenašalca v sinapsah poviša. ---> pesticida parathion in malathion - inhibitorja acetiloholin esteraze - živčna bojna strupa sarin in tabun - inhibitorja acetilholin esteraze

Vpliv dejavnikov na hitrost kemijskih reakcij

Ena možnost vpliva na hitrost kemijske reakcije je z encimsko katalizo, saj encimi znižajo aktivacijsko energijo. Nasprotno od delujejo inhibitorji, ki reakcijo upočasnjujejo. Na hitrost kemijskih reakcij vpliva tudi koncentracija. Višja kot je koncentracija, krajše so razdalje med molekulami, posledično je več trkov in reakcija je hitrejša. Vpliv na reakcijo ima tudi ionska moč raztopine, saj ioni zasenčijo naboj topljenca (večja hitrost pri enako nabitih, manjša pri nasprotno nabitih) Naslednji dejavnik je agregatno stanje snovi. Reakcije, kjer so molekule reaktantov in produktov v istem agregatnem stanju, imenujemo homogene reackije. Molekule so v tekočem ali plinastem stanju, gibanje molekul je olajšano, neurejenost gibanja je velika, s tem je tudi velika možnost trka. Reakcije, kjer pa so molekule reaktantov in produktov v različnih agregatnih stanjih, imenujemo heterogene reakcije. Reakcija je pri tem omejena na fazno mejo. Velja, da večja kot je površina, na kateri pridejo molekule v medsebojni stik, hitrejša je reakcija. Velja tudi, da so reakcije med ioni in kislinami ter bazami hitre, reackije, kjer nastajajo kovalentne vezi pa počasnejše. Hitrost kemijskih reakcij pa lahko povečamo tudi s povišanjem temperature, saj se tako veča kinetična energija reaktantov, kar povzroči več in uspešnejše trke ((d ln k/dT)=1/T * H/RT2). Poznamo tri teorije o hitrosti kemijskih reakcij: arrheniusovo, ki govori, da je hitrost odvisna od Ea in T (k=A*e-Ea/RT). Višja kot bo aktivacijska energija, manjša bo hitrostna konstanta in reakcija bo počasnejša. Pokazal je tudi, da je hitrostna konstanta odvisna od temperature. Z višanjem temperature ima namreč več molekul energijo, ki je enaka ali večja od aktivacijske energije, zato reakcija poteka hitreje. Nadgradnja te teorije je teorija trkov, ki poudarja še pomembnost pravilne orientacije molekul (k=P*A*e-Ea/RT, 0≤P≤1), Koeficient P je sterični faktor in nam opisuje orienatacijo molekul. Če so vsi trki uspešni je P=1 in če so vsi neuspešni je P=0. zadnja teorija pa je teorija prehodnega stanja, ki govori o aktiviranem kompleksu (R -> AK -> P). Upošteva 3 dejavnike in sicer koncentracijo AK, hitrost razpada AK in smer razpada AK (k=RT/Na*h * e-Ea/RT oziroma k=RT/Na*h * e-G°/RT, ki upošteva standardno aktivacijsko prosto entalpijo). Velikost ∆𝐺°∗ je torej merilo za hitrost reakcije. Majhne ∆𝐺°∗ pomenijo hitro reakcijo, velike ∆𝐺°∗ pa počasno reakcijo. Na hitrost reakcije pa vpliva še več dejavnikov okolja.

Lastnosti strukture encimov

Encimi so proteini, lahko tudi ribocimi, ki imajo veliko katalitično moč in so substratno specifični. Ne spremenijo ravnotežja reackije, pač pa jo samo pospešijo. Na svoje aktivno mesto vežejo substrat in zmanjšajo energijo PS ter substrat pospešeno pretvorijo v produkt. Encim se pri tem ne spremeni. Neaktiven encim imenujemo apoencim, aktiven encim (s kofaktorjem) pa holoencim. Aktivno mesto encima je le majhen del encima. Encimi morajo biti dovolj veliki, da vzdržujejo ustrezno konformacijo, na katero se lahko z vezavno energijo veže substrat v prehodnem stanju. Substrat in encim se z vezavo inducirano prilagajata drug drugemu. Aktivno mesto se prilagodi encimu. Obstaja tudi ključ-ključavnica, kjer ima aktivno mesto obliko, ki je komplementarna strukturi zanj specifičnega substrata. Fischerjev koncept (narobe!): popolno ustrezanje substrata in encima. To ni realistično, ker bi to stabiliziralo osnovno stanje substrata in ta bi težje prešel v prehodno stanje. --> Substrat se mora prilagoditi, če se pa prilagoi, to pomeni da se njegove vezi (v osnovnem stanu) morajo destabilizirati - to je naloga encima --> da privede substrat v prehodno stanje saj če se hoče S vezati se mora destabilizirati (zakaj se hoče vezat? --> če nastane šibka interakcija se deltaG v tem primeru zmanjša. Kohlandov koncept ..> encim le delno ustreza S, a se oba prilagodita - pri tem E vsili S konformacijo prehodnega stanja v kateri se ta najbolje veže na E in zaradi tega lažje (hitreje) se pretvori v P.

Encimska regulacija --> zapiski?

Encimi z različnimi katalitičnimi mehanizmmi spremenijo reakcijsko pot in jo pospešijo, a poleg katalize je ključna tudi regulacija na posameznih mestih. Metabolizem predstavlja mrežo skopljenih reakcij po katerih se pretaka snov in energija. Pri vsaki reakcija predstavlja aktivacijska energija bariero, ki omogočajo, da so metaboliti kinetično ujeti pod stacionarnimi pogoji, ki so daleč od ravnotežnih pogojev. Z regulacijo višine aktivacijskih barier je mogoče vplivati na smer toka snovi in energije v metabolizmu. Človeško telo je večnivojsko reguliran sistem in se mora kot tak primerno odzvati na spremembe okolja. V regulacijo so pogosto vključeni encimi. Za olajšano difuzijo velja zakon o delovanju mas, ravnotežje se vzpostavi če transport ne predstavlja hitrost omejujočega dejavnika. Primer tega je GLUT2 prenašalec glukoze v β-celicah pankreasa. Ta prenašalec je izjemno občutljiv, zato se že pri majhnih spremembah koncentracije glukoza transportira v pankreas in povzroči sintezo inzulina. Podobno velja tudi za reverzibilne reakcije (reakcije blizu ravnotežja - npr. ATP/CrP). Celice pa so po navadi v stacionarnem stanju, to je stanju, kjer ni ravnotežnega transporta. Ireverzibilni procesi (tj. procesi daleč od ravnotežja) morajo zato biti kinetično kontrolirani. Kinetična kontrola označuje visoko energijsko bariero, ki pa jo lahko zmanjšamo in premagamo s pomočjo encimov. eri takšnih reakcij so reakcije heksokinaz, PFK-1, piruvat kinaze in piruvat karboksilaze. S kinetično kontroliranimi intermedaiti lahko metabolno pot tudi obrnemo, če je regulacija ustrezna - npr. če povečamo koncentracijo glukoze se le ta ne bo pretvarjala v G-6-P. Reakcije daleč od ravnotežja namreč pogosto žene ravno ta razlika v koncentracijah, če pa koncentracije izenačimo, izgine težnja po pretvorbi. Kinetično kontrolirani intermediati po navadi vstopajo v različne metabolne poti. Zaradi tega pa pride do tekmovanja za skupen substrat med različnimi encimi. Da anabolizem in katabolizem ne tekmujeta ravno za isti substrat, se substrate po navadi označi - npr. glukoza-6-fosfat je označena za katabolizem, UDP-glukoza pa za anabolizem (tvorbo glikozidnih vezi). + GLEJ ALOSTERIČNO INHIBICIJO

Bisubstratne reakcije

Encimsko katalizirane reakcije, kjer se na en enicm vežeta dva substrata. Dvosubstratne reakcije potekajo po različnih mehanizmih: ternarni kompleks ali ping pong mehanizem. Pri mehanizmu s ternarnim kompleksom se na encim naprej veže en substrat, nato pa še drugi, poteče reakcija in z encima se odcepi produkt. Primera encimov: dehidrogenaze in kinaze. Encimi s tem mehanizmom so lahko tudi specifični, najprej se mora vezati en substrat, nato šele drugi, obratno ne gre. Drugi mehanizem je ping pong mehanizem. Pri sem se na encim veže substrat, poteče neka reakcija in odcepi se prvi produkt, ki pa na encimu pusti vezan del (funkcionalno skupino). Na modificiran encim se nato veže drug substrat, ki prejme funkcionalno skupino in odcepi se drugi produkt. Primeri encimov: hidrolaze, transaminaze, transketolaze. Te mehanizme lahko prikažemo tudi na Lineweaver-Burkovem diagramu, če se premice sekajo, gre za mehanizem ternarnega kompleksa, če so vzporedne pa za ping pong mehanizem.

Energijski profil reakcije

Energijski profil reakcije nam pove, kakšno je energijsko stanje reaktantov in produktov. Če opazujemo spremembo entalpije, lahko določimo ali je reakcija eksotermna (ΔH<0) ali endotermna (ΔH>0). Če pa opazujemo spremembo proste entalpije, pa lahko določimo v katero smer reakcija poteka spontano (ΔG<0 spontano v smer produktov oz. eksergonska, ΔG>0 spontano v smer reaktantov oz. endergonska). Da reakcija poteka spontano v smer nastanka produktov, mora biti torej prosta entalpija reaktantov (Greak) večja od proste entalpija produktov (Gprod). Pomembna je tudi energijska bariera (EA), ki ne sme biti prevelika. + slika!!!!

Estradiol

Estradiol je glavni predstavnik estrogenov. Je hkrati tudi najbolj biološko aktiven estrogen. Sintetizirajo se predvsem v jajčnik, pa tudi v dojkah, maternici in maščevju. Skupne značilnosti estrogenov so: 18 C-atomov, aromatski A obroč, na C17 nimajo stranske verige. Estradiol je pomemben pri reprodukciji, saj vpliva na razvoj ženskih spolovil, uravnava menstrualni cikel in razvoj dojk. Poleg tega ima tudi sistematične učinke, znižuje koncentracijo lipidov v krvi in poveča zaloge podkožnih maščob. Sinteza estradiola v jajčnih se žačne z vezavo LH na receptorje Theca celic folikla. LH aktivira adenilat ciklazo, koncetracija cAMP naraste, to pa povroči aktivacijo protein kinaze A. Ta sintetizira androstendion, ki je prekurzor estradiola. Androstendion difundira v granulozne celice, na receptorje granuloznih celic deluje FSH, ki zopet aktivira adenilat ciklazo in poveča koncentracijo cAMP in aktivira PKA. PKA v graulozih celicah pretvarja androtendion v estradiol.

Delovanje F0 F1 črpalke

F0F1 črpalka oz. ATP-sintaza je ATP-aza tipa F. Je molekularni motor, ki izkorišča gradient protonov za sintezo ATP. Sestavljata jo F0 in F1 domena. F0 domeno gradi več podenot c in podenota a. Ta se preko povezovalnih podenot b povezuje z domeno F1. F1 je iz podenot alfa, beta, gama, delta in epsilon. Podenota a F0 domene vsebuje kanal, skozi katerega se črpajo H+ ioni v mitohondrijski matriks. Protoni protonirajo arginin na podenoti a in tako prekinejo elektrostatske interakcije med Arg podenote a in Asp podenote c, Arg podenote a se odkloni in poveže z Asp sosednje podenote c. To zavrti podenote c in s tem tudi podenoto gama. To povzroči rotacijo alfa in beta podenot za 120°. Beta enote se torej nahajajo v treh konformacijah: v prvi vežejo ADP in fosfat, v drugi ju združijo v ATP, v tretji pa se ATP odcepi.

FAD in FMN

FAD in FMN sta elektronska prenašalca in derivata riboflavina, vitamina B2. V molekuli FAD sta dva nukleotida povezana preko fosfatnih skupin, aktivni del pa je riboflavinski del. Pomanjkanje vitamina B2 se kaže kot zaostajanje v rasti in različnih vnetjih (ustna votlina, oči, genitalni trakt). FAD in FMN sta tudi prostetični skupini v nekaterih dehidrogenazah. Elektrone lahko prenašata posamično, zato se nahajata v treh oblikah - kinonska (oks.), semikinonska in hidrokinonska (red.).

Inzulinski receptor

GLUT4 je transporter, ki igra pomembno vlogo v prenosu glukoze v miocite in posledično pretvorbo glukoze v glikogen oz. potek glikolize. Prisotnost GLUT4 uravnava inzulin. Najprej imamo glukozo skladiščeno v celici, znotraj membrane. Ko inzulin vstopi v interakcijo s svojim receptorjem, sproži znotrajcelično signalno pot in vezikli se premaknejo na površje in združijo z plazmalemo, kar povzroči povečanje GLUT4 na plazmalemi celic. Pri diabetesu tipa 1 inzulin ne nastaja, posledično pa tudi GLUT4 transporterjev ni na membrani celic. Glukoza tako ne more v celice, kar pomeni, da je povečana koncentracija glukoze v krvi.

GTP kot energijska molekula

GTP (gvanozin trifosfat) je nukleotid in derivat gvanozina.

Človeški genom

Genom je dedna informacija celotnega organizma. Zapisan je v DNA, pri virusih pa tudi v RNA. Ta je določena z zaporedjem baz, po tri baze (en kodon) kodirajo eno aminokislino. Genski kod je degeneriran, kar pomeni, da je večina AK (razen triptofan in metionin) zapisana z več kot enim kodonom. Vključuje gene in nekodirajoče predele DNA in RNA. Človeški genom ima približno 21.000 genov, ki se nahajajo na 22 parih avtosomnih kromosomov in enem paru spolnih kromosomov. V genom vključujemo tudi mitohondrijski genom. Velikost haploidnega človeškega genoma je 3200 milijonov baznih parov. Genom vsebuje vse informacije, ki jih organizem potrebuje za razvoj, izgradnjo, rast in reprodukcijo. Človeški organizem vsebuje milijone različnih celic, od katerih vsaka celica z jedrom vsebuje enak genom, vendar različne celice ta genom drugače berejo (izražajo drugačne gene). Izražanje genov v genomu lahko določamo z reverzno transkriptazo in DNA mikromrežami. Posamezniki znotraj iste vrste nimajo vsi istega genoma, razlikujejo se namreč zaradi polimorfizmov DNA. Polimorfizem predstavlja DNA lokus, ki ima dve ali več različic, od katerih se vsaka pojavlja vsaj s frekvenco 1%. Mutacija je katerakoli sprememba v DNA, ki se razlikuje od normalne DNA. Najpogostejši polimorfizmi pri človeku so SNP (single nucleotide polymorphism), kjer se določena lokusa posameznikov razlikujeta le v enem nukleotidu. Polimorfizmi so prisotni tudi v satelitni DNA (mini- in mikrosateliti). Mutacije lahko povzročijo bolezen. Večina bolezni pri človeku je poligenskih, povzroči jih kombinacija sprememb genoma. Pri monogenskih boleznih je za izražanje bolezni dovolj že ena sprememba.

Signalni lipidi

Glavni lipid, udeležen pri prenosu signala, je fosfatidil inozitol 4,5- bisfosfat. Inozitol je cikloheksan- 1,2,3,4,5,6-heksol. Ob vezavi liganda na receptor se aktivira trimerni G- protein, ki razpade na tri podenote. α podenota aktivira fosfolipazo C, ki razgradi fosfatidil inozitol 4,5- bisfosfat na inozitol trifosfat (IP-3) in diacil glicerol (DAG). IP-3 sprosti zaloge Ca2+ kalcijevi ioni pa skupaj z DAG aktivirajo protein kinazo C, ki lahko fosforilira (aktivira) tarčne proteine. Vir signalnih molekul pa predstavlja tudi sfingomielin (sfingozin + MK + fosfoholin). Sfingomielinaza lahko odcepi fosfoholin, s čimer dobimo ceramid, na katerega deluje ceramidaza. Ceramidaza odcepi še MK, tak oda dobimo sam sfingozin, ki ga lahko fosforilira sfingozin-kinaza v sfingozin-1-fosfat. Te signalne molekule (ceramid, sfingozin, sfingozin-1-fosfat) so vključene v uravnavanje procesov kot so: celična senescenca, diferenciacija, apoptoza, migracija, mitogeneza, proliferacija itd.

Glikolipidi in glikoproteini

Glikolipidi in glikoproteini so strukture, ki nastanejo s povezovanjem sladkorjev in lipidov oz. sladkorjev in proteinov. Njihova vloga je medcelična komunikacija, označevanje, signalizacija itd. Pri glikolipidih je sladkorni del vezan na lipidno komponento. Ponavadi so vezani na ceramid (sfingozin + MK) in tvorijo glikosfingolipid. Glede na to, koliko sladkornih komponent je vezanih na ceramid, ločimo različne vrste glikosfingolipidov. Če je vezan monosaharid je to cerebrozid, če so vezane 2-4 sladkorne podenote, je to globozid, če pa je vezanih več podenot govorimo o gangliozidu (če je vključena sialična kislina). Primer je označevanje krvnih skupin (Glc-Gal-GlcNAc-Gal-Fuc-0/Gal/GalNAc). Glikoproteini pa so proteini, na katere je vezan manjši sladkorni del. Sladkorni del je razvejan in raznolik. Z aminokislinami se povezuje preko O- ali pa N-glikozidnih vezi. Uporabni so za označevanje proteinov. Mucini so topni ali membranski glikoproteini z velikim številom O-glikozidov. Pacienti z rakom proizvajajo protitelesa proti nenormalnim glikoproteinom tumorjev, nenormalni mucini so možni označevalci raka. Pogosta derivata v glikoproteinih sta fukoza in sialična kislina.

Glutation

Glutation je primer neribosomskega peptida (ne sintetizira se na ribosomih, ampak v citosolu). Nastane iz povezovanja treh AK: najprej se na γ C atomu glutamata aktivira COOH, ki se poveže s cisteinom. Nato se povežeta še z glicinom. Pri povezovanju AK sodeluje še ATP in encim γ-glutamil-cistein sintetaza. Glutation deluje kod redoks pufer, ker prepreči neželene oksidacije v celici, tako da se sam oksidira. Oksidiran glutation se preko disulfidnega mostička poveže še z eno molekulo glutationa v GSSG. Oksidiran glutation se z encimom glutation reduktaza pretvori nazaj v reducirano obliko. Posebnost je, da je prva peptidna vez med AK na gama mestu radikala na glutamatu in amino skupino cisteina. + formula!!!!

Termodinamski vidik prenosa skozi membrano

Gonilna sila pasivnega transporta je kemijski potencial (µ=µ0+RTlnC). Neto tok določa gradient, torej razlika v elektrokemijskih potencialih Δµ=µ1-µ2=RTln(C1/C2)>0. Delci namreč potujejo od višjega k nižjemu kemijskemu potencialu. Pri pretoku Δn molov se sprosti prosta entalpija ΔG=(µ1-µ2)Δn<0, ki se lahko pretvori v različne oblike energije (kemijska, električna, mehanska). To npr. izkorišča Na+/Glc simporter, ki transport Na+ v smeri gradienta izkorišča za transport Glc proti gradientu. Vendar je pri nabitih delcih treba upoštevati še naboj, zato govorimo o elektrokemijskem potencialu (µ*=µ0+RTlnC+zFE), tok pa določa razlika v elektrokemijskih potencialih (Δµ*=RTln(C1/C2)+zFΔE). Želja je torej po µ*in=µ*out, iz tega pa lahko izpeljemo difuzijski potencial ΔE=RT/zF*ln(Cout/Cin). Težnja celice je po vzpostavitvi Gibbs-Donnanovega ravnotežja, torej ravnotežje med koncentracijo in nabojem snovi zunaj in znotraj celice [K+]in*[Cl-]in=[K+]out*[Cl-]out, to pa se ne zgodi, saj bi prišlo do prevelikega osmotskega tlaka. Zato so se razvili aktivni prenašalci, ki porabljajo energijo, da ione prenašajo proti gradientu. Z aktivnimi prenašalci je prenos torej nespontan, zato mora biti sklopljen z bolj eksergonskim procesom (npr. hidroliza ATP), katerega vir je metabolizem hranilnih snovi.

Henryjev zakon

Henryjev zakon govori o tem, kako je topnost določenega plina odvisna od njegovega parcialnega tlaka: S=K*p*α. S... topnost plina (V plina, ki se raztopi na enoto V topila) k... konstanta α... absorbcijski koeficient (količina plina v L, ki nasiči 1L tekočine) Pparc... delni tlak plina nad tekočino Zakon je limitni, kar pomeni, da velja tem bolj, čim bolj se približujemo koncentraciji c=0 in se delci obnašajo vedno bolj kot idealni. Pri visokih koncentracijah oz. pri plinih, ki močno reagirajo, Henryjev zakon ne velja. Parcialni tlak je tisti tlak, ki bi ga plin imel, če bi zavzemal celotni volumen, ki ga zavzema mešanica. Tlak mešanice je torej vsota posameznih parcialnih tlakov komponent mešanice. Parcialni tlak je premo sorazmeren s koncentracijo plina p2=kh x c2 . V izrazu se pojavlja Henryjeva konstanta, ki je za različne pline različna. Se pa razmerje med parcialnim tlakom in koncentracijo ohranja (če se spremeni tlak, se spremeni tudi koncentracija). --> Stopnjo topnosti poda absorpcijski koeficient α, ki nam pove, koliko plina se pri standardnih pogojih raztopi v enem litru tekočine (nasičena raztopina). Topnost nepolarnih plinov se z višanjem temperature manjša. Pri višjih temperaturah se namreč poveča kinetična energija molekul plina, povečana kinetična energija pa poveča tendenco plina, da prehaja v plinasto fazo. Z večanjem parcialnega tlaka plina pa se topnost povečuje.

Hessov zakon

Hessov zakon govori o tem, da je entalpija aditivna količina, njena vrednost za celotno reakcijo pa je vsota sprememb entalpij delnih (vmesnih reakcij). Po tem principu lahko izmerimo spremembo entalpije za vsak posamezni korak, vse skupaj seštejemo in tako dobimo spremembo entalpije za celotno reakcijo. Entalpija je funkcija stanja, kar pomeni, da je odvisna le od začetnega in končnega stanja. Pot ni pomembna. Reakcije lahko potekajo po različnih mehanizmih, o reakcijski entalpiji pa odločata končno in začetno stanje. Hessov zakon velja tudi za entropijo in Gibbsovo prosto entalpijo.

Bakterijska celična stena

Heteropolisaharidi so del zunajcelične podpore v različnih organizimih, in sicer jih najdemo tudi v celičnih stenah bakterij (peptidoglikan) in alg (agar). V celični steni bakterij najdemo peptidoglikan. To so heteropolimerne verige iz N-acetilglukozamina in N-acetilmuraminske kisline, med katerimi je O-glikozidna povezava β14. Je v obliki razvejanih verig, ki se povežejo s kratkimi peptidnimi vezmi pripetih AK. To omogoča tvorbo močne ovojnice. Struktura je različna in odvisna od vrste bakterij. Encim lizocim lahko cepi glikozidne povezave in posredno varuje oči pred infekcijami. Penicilin pa inhibira transpeptidaze, da se ne morejo tvoriti peptidne povezave med verigami. Z razvojem beta laktamaze bakterije postanejo rezistenčne na penicilin.

Hipovitaminoze

Hipovitaminoze so stanje pomanjkanja vitaminov v organizmu. Pojavljajo se predvsem v nerazvitem svetu, kjer je prehrana lahko pomanjkljiva kar se tiče vitaminov. V razvitem svetu je vzrok za hipovitaminoze motnja v absorpciji lipidov. Hipovitaminoza vitamina A vodi v nočno slepoto, keratinizacijo dihalnega in gastrointestinalnega epitelija, hipervitaminoza pa v cirozo jeter. Hipovitaminoza vitamina D vodi v rahitis ali osteomalacijo, hipervitaminoza pa v hiperkalcemijo, nalaganje kalcija v arterijah in ledvicah. Hipovitaminoza vitamina E vodi v neplodnost in nevrološke motnje. Hipovitaminoza vitamina K vodi v neustrezno strjevanje krvi in hemoragično anemijo. Hipervitaminoza vitamina K pa vodi v hemolitično anemijo in zlatenica. Pomanjkanje vitamina B1 vodi v beriberi (utrujenost, nemoč). Pomanjkanje vitamina B2 se kaže v zaostajanju v rasti in različnih vnetjih. Pomanjkanje vitamina B3 vodi v pelagro (dermatitis, demenca). Pomanjaknje pantotenske kisline vodi v nevrološke motnje, vnetja, itd. Pomanjkanje biotina vodi v dermatitis, živčno-mišične motnje, prav tako pomanjkanje vitamina B6. Pomanjkanje B9 vodi v anemije, živčne probleme itd. Pomanjkanje B12 pa vodi v perniciozno anemijo in duševne motnje. Pomanjkanje vitamina C pa vodi v skorbut.

DNA vezavni proteini

Histoni so proteini, ki skupaj z DNA formirajo nukleosome. Pri evkariontih poznamo 5 različnih histonov - H1, H2A, H2B, H3 in H4. Histoni so evolucijsko ohranjeni, kar pomeni, da se med organizmi ne razlikujejo veliko. 25-40% aminokislin v histonih predstavljajo pozitivno nabite AK - Arg, Lys. Pozitivni naboj histonov pa omogoča povezovanje histona z DNA preko elektrostatskih interakcij (pozitivno nabiti histoni - negativno nabito ogrodje DNA (fosfati)). Histoni se povezujejo v dimere, ti v tetramere, ti pa v oktamere. Povežeta se histona H2A in H2B ter H3 in H4. Ti dimeri se povežejo v tetramer, dva tetramera pa v oktamer. Okoli oktamera se navija DNA vijačnica, ki na histonskem oktameru naredi 1,7 zavoja. Povezavo med DNA in histoni dodatno stabilizira histon H1, ki omogoča formacijo rozet (po 6 histonskih oktamerov skupaj) → bolj kompaktno pakiranje DNA in večja stabilnost. Za histone je značilna sekundarna struktura α vijačnice. Na N-terminalnih koncih histonov lahko potekajo tudi kovalentne modifikacije, ki vplivajo na aktivnost gena DNA. Te modifikacije so: acetilacije Lys (povzročijo odprto konformacijo DNA), metilacije Arg/Lys (zaprta konf.) in fosforilacije Thr/Ser (odprta konformacija). Acetilacije lizina na histonskih repkih povzročijo, da lizin izgubi svoj pozitivni naboj, s tem pa se histon manj trdno veže na DNA in se zato DNA bolj razrahlja. Na razrahljano DNA se lahko vežejo transkripcijski faktorji in geni se prepišejo v mRNA. Metilacije pa imajo po navadi nasproten učinek. Metilacije lizina/arginina doda pozitiven naboj in omogoča še tesnejše pakiranje. Taki geni so zato prepisno neaktivni. V nekaterih primerih pa lahko metilacija vseeno sproži prepis gena. Fosforilacije dodajo negativen naboj na histone, ki se odbija z negativno nabitimi fosfati DNA in tudi povzroča bolj razrahljano DNA. Transkripcijski faktorji so proteini, ki prepoznajo specifično zaporedje DNA in sodelujejo v transkripciji s tem, da omogočijo vezavo transkripcijskega kompleksa. TF imajo značilne domene. Tri glavne domene transkripcijskih faktorjev so: - DNA vezavna domena - domena za interakcijo z drugimi proteini - aktivacijska domena TF lahko vsebujejo tudi domene, ki so namenjene vezavi liganda - znotrajcelični receptorji, npr. za steroidne hormone, retinojsko kislino, tiroidne hormone. Najpogostejši DNA vezavni domeni TF sta cinkov prst in homeodomena (vijačnica-zavoj-vijačnica). Najpogostejši domeni za interakcije z drugimi proteini pa sta levcinska zadrga in vijačnica-zanka-vijačnica. Transkripcijski faktorji prepoznajo določeno zaporedje na DNA. Njihova afiniteta za vezavo na te specifične vezavne domene je veliko večja od afiniteta za vezavo na naključno mesto DNA. TF prepoznajo funkcionalne skupine dušikovih baz, v veliki brazdi iščejo donorje/akceptorje vodikovih vezi. Vezava na majhno brazdo je manj ugodna. V nekaterih primerih se lahko TF z aminokislinami povežejo kar neposredno na nukleotidno bazo. Glutamin ali asparagin lahko tvori vodikove vezi na 6' in 7' mestih adenina, arginin pa s 6' in 7' gvanina. Te vezave so specifične.

Holesterol

Holesterol spada med sterole, ki so membranski lipidi. Steroli imajo skupne strukturne značilnosti: -OH skupina na C3, steroidni ciklopentano-perhidro-fenantrenski skelet, nepolaren alifatski rep na C17 in dvojna vez na obroču B. Steroli so amfipatične molekule, saj -OH skupina na C3 predstavlja nepolarno glavo, skelet in alifatski rep pa nepolarni rep. Največji in pri človeki edini sterol je holesterol, ki ima 27 C atomov. Steroli so značilni samo za evkarionte, bakterije imajo hopanoide, rastlinski steroli pa so fitosteroli. Za glive je značilen ergosterol. Holesterol je pogost v lipidnih raftih, skupaj s sfingolipidi in integralnimi membranskimi proteini. Lipidni rafti so rigidne mikrodomene membran, kar jim omogoča vsebnost sfingozina in holesterola. Lipidne rafte s holesterolom najdemo tudi v kaveolah, ki so posebna vrsta lipidnih raftov, ki vsebujejo proteine kaveoline. To so dimerni proteni, ki se povezujejo v notranjosti celice na membrano preko šestih MK (palmitoilacija = nastanek tioesterske vezi med cisteinom kaveolina in palmitinsko kislino C16:0) in osmih holesterolov. Prekomerna koncentracija holesterola v krvi poveča verjetnost za razvoj kardiovaskularnih bolezni. Celice holesterol namreč pridobivajo preko LDL, ti pa se lahko začnejo nabirati na steni žil in tvoriti aterosklerozni plak. Iz holesterola nastanejo tudi ostali steroidi - oksisteroli, žolčne kisline, vitamin D in steroidni hormoni.

Hormoni ščitnice

Hormoni ščitnice nastanejo na tiroglobulinu v ščitnici, ki ima veliko tirozinskih ostankov. Jodidni ion v celico vstopi preko membrane (dostavijo ga jodidne črpalke z aktivnim transportom) nato pa se z vodikovim peroksidom oksidira do joda. I2 je oksidant, ki tirozinske ostanke tiroglobulina oksidira do monojodotirozina (MIT) in dijodotirozina (DIT). Dva DIT se združita v T4 (tiroksin). MIT in DIT pa v T3 (trijodotironin). Iz ščitnice se sicer sprosti 93% T4, a ker je T3 bolj biološko aktiven se T4 v tarčnih celicah preko dejodinaze pretvori v T3. Sproščanje tirotropina iz hipofize povzroči sproščanje hormonov žleze ščitnice (tiroksina in trijodtironina) ! delujejo na mišice in jetra; imajo hormonsko aktivnost (uravnavajo metabolizem) - veliko tiroksina (hiperaktivne osebe).

inhibicija

Inhibicija je lahko ireverzibilna (inhibitor se veže s kovalentnimi vezmi) ali reverzibilna (inhibitor se na encim veže s šibkimi interakcijami). Poznamo kompetitivno, akompetitivno in mešano inhibicijo. Pri kompetitivni inhibitor s substratom tekmuje za vezavno mesto, zveča se Km, zato se zmanjša afiniteta encima do substrata. Pri akompetitivni se inhibitor veže na kompleks ES, zniža Em (poveča afiniteto) in Vmax. Pri mešani inhibiciji pa se lahko inhibitor veže na E ali pa ES, sposoben pa je tudi vezati substrat kot EI. Pri mešani se torej zniža Vmax, spremeni pa se tudi afiniteta. Posebna oblika je nekompetitivna inhibicija, kjer pa se spremeni (zniža) le Vmax. Mehanizem inhibicije lahko ugotovimo glede na Lineweaver-Burkov diagram (1/V0(1/[S])).

Ireverzibilna inhibicija

Inhibitor lahko deluje ireverzibilno, na ta način delujejo inhibitorji, ki se na encim vežejo s kovalentnimi vezmi, npr. aspirin. Aspirin (acetilsalicilna kislina) acetilira serin na encimu COX, acetiliran COX pa ni aktiven. To je primer inhibitorja, ki deluje kot zdravilo, podobno deluje tudi NSAID. Ireverzibilni inhibitorji pa lahko delujejo tudi kot stupi. DIFP se veže na serin v esterazah, deluje nevrotoksično, encim je trajno okvarjen. Pesticida pathion in malathion sta inhibitorja acetilholin esteraze, živčna bojna strupa sarin in tabun prav tako. Acetilholin esteraza je encim, ki katalizira hidrolizo acetilholina v sinaptični špranji na ocetno kislino in holin. Inhibitorji tega encima so smrtonosni, lahko pride do zadušitve. Poznamo pa tudi samomorilske inhibitorje, ki so nereaktivni, dokler jih ne aktivira encim sam. Inhibitor torej izrabi mehanizem encimske reakcije, da se aktivira in inhibira isti encim. Primer je DFMO, ki se uporablja v terapiji spalne bolezni. Spalno bolezen povroča putrescin, ki nastane z dekarboksilacijo ornitina. DFMO ponema ornitin in se vključuje v reakcijo ornitin dekarboksilaza. Po dekarboksilaciji inhibira encim. Ireverzibilni inhibitorji so tudi analogi prehodnega stanja. Ti se na encim vežejo s šibkimi interakcijami, ki pa so vseeno močnejše kot tiste, ki jih z encimom tvori substrat. Primer je fosfoglikolohidroksimat, ki je inhibitor enicma aldolaze. Z analogom prehodnega stanja so želeli zdraviti tudi odvistnost od kokaina.

Inzulin in glukagon

Inzulin in glukagon sta hormona, ki se ne sproščata pod vplivom hipotalamusa in hipofize, ampak sta odvisna neposredno od koncentracije glukoze v krvi. Inzulin se sprošča, ko je v krvi povišana koncentracija glukoze - to zveča koncentracijo ATP, ki blokira K kanalčke, poruši se membranski potencial, v celico vdre kalcij in inzulin se sprosti iz celice. Aktivni inzulin (veriga A in veriga B) nastane iz preproinzulina v dveh stopnjah s pomočjo peptidaz in proteaz. Najprej ima 103 AK, verigo A, B in C ter signalno sekvenco. V prvi stopnji se ta sekvenca odcepi in dobimo proinzulin s 79 AK. Nato se odcepi še C veriga in dobimo inzulin z 51 AK. Inzulin poveča absorpcijo glukoze, tako da povzroči premik GLUT4 na plazmalemo. Poveča tudi glikolizo, ker aktivira PFK2, ki sintetizira F26BP, ta pa spodbuja PFK1, ki pretvarja F6P v F16BP, ki se porablja v glikolizi. Poveča še sintezo TAG, zmanjša pa glukoneogenezo, razgradnjo TAG in občutek lakote. Inzulinu nasproten je glukagon, ki se sprošča ob nizki koncentraciji glukoze v krvi. Je peptid z 29 AK in je antagonist inzulina. Njegova 3D struktura v raztopini ni stabilna, stabilizira se ob vezavi na receptor. Glukagon povzroči sproščanje glukoze iz celice, zveča glukoneogenezo, tako da aktivira FBPazo 2, ki razgrajuje F26BP, zato je zmanjšana inhibicija FBPaze 1, posledično je več F6P, ki pa se pretvori glukozo (glukoneogeneza). Poveča tudi razgradnjo glikogena.

Izoelektrična in izoinska točka beljakovin

Izoelektrična točka je aritmetična sredina med obema pKa, kjer ima AK neto naboj enako nič (takrat je skoraj vsa aminokislina v obliki iona dvojčka). Izoionska točka je pH, ki bi ga imela AK kot raztopina v čisti vodi. V realnosti med njima ni velikih razlik.

Encimi kot bolezenski markerji

Izoencimi kreatin kinaze - srčni infakrt, ala-aminotransferaza, gama glutamin transferaza - bolezni jeter, PSA in CA-125, ki so označevalci raka. Tropnin se začne izločati iz miocitov dve do štiri ure po srčnem infarktu, skupaj s kliničnimi znaki in elektrokardiogramamom velja za zlati standard diagnostike infarkta. Encimi aminotransferaze imajo pomembno vlogo pri metabolizmu aminokislin in so prisotni v večji količini v jetrig. V primeru bolezni jeter se lahko sprostijo v kri. Gre za encima ALA (alanin aminotrasferaza) in AST (aspartat aminotransferaza). V jetrih najdemo tudi gama glutamin transferazo in alkalno fosfatazo. Rak označuje PSA, ki je 34 kDa velik glikoprotein. Je označevalec raka na prostati. CA125 je glikoprotein, ki se nahaja v epitelijskih celicah reproduktivnega trakta, je označevalec raka jajčnikov.

Cinkovi prsti

Je DNA vezavna domena. Vsebuje beta strukturo in alfa vijačnico. Gre za 30 AK dolg del polipeptidne verige. Cinkov(II) ion je povezan s polipeptidno verigo prek 2 Cys in 2 His, lahko pa tudi preko 4 Cys, v primeru jedrskih receptorjev. Cinkov prst vključuje tudi nepolarne AK, ki se dodatno stabilizirajo s hidrofobnimi interakcijami. Alfa vijačnica cinkovega prsta se veže v veliko brazdo DNA, kjer prepozna 4 nukleotide ali več. Spadajo med najpogostejše domene TF, poleg homeodomene. Jedrski receptor dopiši!

Na+/K+ ATP-aza

Je prenašalni protein, značilnost prenašalnih proteinov so: stereospecifičnost, saturacijska kinetika (prenašalci se nasičijo z topljencem), hitrost prenašalcev je manjša od hitrosti difuzije. Delujejo podobno kot enicmi, vežejo se le na določen topljenec. Pride do koncentracije nasičenja (makismalna hitrost transporta), imajo svoj Ktransport. Na+/K+ ATP-aza je črpalka, ki je vključena v primarni aktivni transport. Aktivni transport je lahko sklopljen s hidrolizo ATP ali pa s prej vzpostavljenim ionskim gradientom. Ta črpalka spada med P črpalke (enako kot Ca2+ črpalka). P črpalke imajo značilno strukturo, saj imajo 3 citoplazemske domene (A,N,P) in dve transmembranski domeni (T,S). Na P domeni se mora fosforilirati Asp, kar omogoča domena N, ki veže ATP in Mg2+. Domena A ima fosfatazno aktivnost in odstrani Asp v vsakem ciklu. T domena ima 6 vijačnic, S domena pa je podporna domena s 4 vijačnicami. Na+/K+ ATP-aza združuje fosforilacijo Asp s prenosom Na+ in K+ v nasportni smeri koncentracijske gradienta. Vzdržuje nizke koncentracije natrija in visoke koncentracije kalija znotraj celice in posledično mirovni transmembranski potencial. Ob hidrolizi ene molekule ATP se preneseta 2 kalijeva iona v celico in 3 natrijevi ioni iz celice. Vzpostavi se membranski potencial, ki je ključen za preos živčnih impulzov v nevron. Poleg membranskega potenciala se vzpostavi tudi gradient natrijevih ionov, ki se lahko uporablja za sekundarni transport.

Kalcijev kanalček

Kanalčki so skupina membranskih proteinov, udeleženih v transport skozi membrano. Za njih je značilna manjša stereospecifičnost, nesaturacijska kintetika (ne nasičijo se s topljencem), hitrost je zelo blizu difuzijski limiti). Kalcijev kanalček torej prenaša kalcijeve ione. Lahko je napetostno ali pa ligandno odvisen. Kalcijevega kanalčka nismo podrobno obravnavali, obravnavali pa smo kalcijevo črpalko. To je ATP-aza tipa P, ki črpa kalcijeve ione proti gradientu in sicer izven celice ter v lumen ER. Sestavljajo jo domene N, P, A, T in S. Najprej je vezavno mesto za kalcij odprto v notranjosti celice in kalcij se nanj veže (E1). Nato domena N veže ATP in Mg2+, kar povzroči fosforilacijo Asp na domeni P (E1-P). To povzroči odprtje vezavnega mesta na drugi strani ter zmanjšano afiniteto za kalcij, tako da se ta odcepi (E2-P). Domena A nato defosforilira domeno N (E2) in domene se vrnejo v prvotni položaj. Natrijev kanalček je vključen v uravnavanje transmembranskega potenciala. Vsi Na+ kanalčki imajo alfa podenoto iz 4 homolognih domen, ki vključujejo po 6 transmembranskih vijačnic. Vijačnica 4 predstavlja senzor napetosti. Ob depolarizaciji se poruši membranski potencial, zato se pozitivne vijačnice 4 premaknejo navzgor k zunanjosti. Kanalček se odpre, natrijevi ioni pa hitro prehajajo v smeri gradient (v celico). Odprt kanalček ima izpsotavljeno mesto za vezavo inaktivacijske domene, ki kanalček zapre (kanalček je zato odprt le kratek čas, par ms). Od repolarizaciji se potencial zopet vzpostavi, vijačnia 4 se spusti navzdol in kanalček se zapre. Kalijev kanalček omogoča pretok ionov s hitrostjo približno 107 ionov/s, kar je blizu difuzijski limiti. Kanalček je tudi selektiven, ne prepušča namreč Na+ ionov. Kanalček se najprej zoži, s kalijevega iona pa se odstrani vodni plašč (molekule vode tvorijo interakcije s karbonilnimi skupina aminokislin kanalčka). Ker je Na+ ion manjši, takih interakcij ne more tvoriti in posledično tudi ne more prehajati skozi kanalček. Nekateri kalijevi kanalčki so tudi napetostno regulirani. Imajo S4 domeno, ki zazna spremembe v membranskem potencialu. Če se - naboj v celici poruši, se pozitivno nabita S4 domena premakne k zunanosti in spremeni konformacijo kanalčka. Rok Košiček, 2015/2016 Mogoče povej o kalijevem kanalčku??

Sekundarna struktura DNA

Katerakoli običajna in stabilna oblika, ki jo tvori lokalno ali celotno zaporedje nukleotidov (dvojna vijačnica, križ, lasnica). Dvojna vijačnica DNA je sicer tridimenzionalna struktura, a po hierarhiji predstavlja sekundarno strukturo DNA. Značilno sekundarno strukturo imajo tudi nekatere RNA. V DNA prevladuje B oblika z malim in velikim žlebom. Strukturo stabilizirajo interakcije med bazami, negativni naboj fosfatov se nevtralizira s kationi. Samo ogrodje NK je fleksibilno. Fleksibilnost omogočajo različne konformacije sestavnih delov NK. Sekundarna struktura DNA obstaja v različnih vijačnih strukturah. A oblika DNA je desnosučna, 11 bp/zavoj vijačice, nastane v okolju, ki ima relativno malo vode, baze niso pravokotne na os vijačnice, ni dokazana v celici. Standardna, najbolj stabilna je B oblika, ki je tudi desnosočna, ima 10,5 bp/zavoj vijačnice, baze so pravokotne na os vijačnice. Tretja oblika je Z oblika, ki je levosučna, ima 12 bp/ zavoj vijačnice, je bolj razpotegnjena, cik-cak struktura. Značilna je za GC bogata zaporedje, izmenjujeta se purin (syn) in pirimidin (anti), dokazana je pri prokariontih in evkariontih. Nekatera zaporedja DNA imajo nenavadne sekundarne strukture - palindromi, dvojna simetrija. Lahko tvorijo križ ali lasnico. Prepoznajo jih regulatorni proteini in restrikcijski encimi.

Kinetika

Kemijska kinetika se ukvarja s proučevanjem hitrosti kemijskih reakcij, z vplivom pogojev na hitrost kemijske reakcije in njenim dejanskim potekom (mehanizmom). Kemijske reakcije praviloma ne potečejo le v eni stopnji ampak v nizu zaporednih molekularnih dogodkov, ki jih imenujemo elementarni procesi. Elementarni procesi lahko potekajo z različnimi hitrosti, najpočasneji med njimi pa v največji meri vpliva na hitrost celotne reakcije. Če je reakcija elementarna, torej poteka direktno, je njen red enak molekularnosti (številu udeleženih reaktantov). Hitrost kemijske reakcije je definirana s spremembo (odvodom) koncentracije produkta oz reaktanta (takrt je v enačbi minus) po času. Enota hitrosti kemijske reakcije mol/Ls. Koncetracijske odvisnosti hitrost različnih kemijskih reakcij zapišemo z enačbami. Faktor k je konstanta reakcijske hitrosti, vsota eksponentov nad koncentracijami pa red reakcije (v=k[a]n[b]m, red=n+m). Enota konstante reakcijske hitrosti je odvisna od reda reakcije. Red reakcije nam v elementarnih reakcijah predstavlja število reaktantov, ni pa vedno celo število. Poznamo reakcijo ničtega reda, prvega in drugega. Pri reakcijah 0. reda koncentracija ne vpliva na hitrost, kar vidimo pri saturacijski kinetiki. Pri reakcijah 1. reda je hitrost premo sorazmerna s koncentracijo, razpolovni čas pa je ln2/k. Pri reakcijah 2. reda je hitrost eksponentno odvisna od koncentracije. Red reakcije določimo tako, da merimo hitrost pri različnih koncentracijah in računalniško določimo najboljšo krivuljo skozi točke in vrenosti n in k (v=k[A]n). Enačbo pa lahko logaritmiramo in jo tako lineariziramo ter n in k grafično določimo. Poznamo tudi reakcije psevdo reda - če je psevdo prvega reda, pomeni, da je dejansko drugega reda, ampak da je en reaktant v velikem prebitku in se njegova koncentracija praktično ne spreminja. Na hitrost kemijskih reakcij vplivajo še ionska moč (zasenčenje nabojev delcev), pH (če sta H3O+ ali OH- udeležena v reakciji) in temperatura (več molekul z E, ki je večja ali enaka Ea in večje število trkov).

Bolezni zaradi raztapljanja plinov v krvi

Kesonska bolezen je problem predvsem potapljačev. Pri hitrem dvigu iz večjih globin, se raztopljeni dušik iz krvi sprošča v obliki mehurčkov in lahko zamaši kapilare, kar prizadene tkiva, predvsem živčevje. Vzrok je visoka koncentracija dušika v zraku (80%) in pomanjkanje drugih mehanizmov za transport dušika. Kesonsko bolezen se tretira z dekompresijsko komoro, kjer se najprej močno poviša pritisk, ki se nato postopoma zmanjšuje, odvečni dušik pa bolnik izdiha. Če je koncentracija dušika v krvi visoka, pride do dušikove pijanosti. Dušik se namreč veže na nekatere receptorje in s tem učinkuje podobno kot droge. Vzrok so velike globine, saj je tam pritisk visok, zaradi visokega pritiska pa se dušik bolje raztaplja. Na večjih globinah se poveča tudi koncentracija kisika, ki lahko povzroči oksidativne poškodbe tkiv - kisikova toksičnost. Problem pa so lahko tudi velike višine. Z večanjem višine se namreč zmanjšuje pritisk. Zato vdihnemo manj kisika, kar povzroči višinsko bolezen. Ta se po navadi pojavlja na višinah nad 3000 m, vendar je kazanje znakov odvisno od posameznika. Simptomi pri spustu izginejo, s časoma pa se zaradi aklimatizacije (več eritrocitov, več transportnih molekul...) tudi omilijo oziroma izginejo.

Motnje pri prenašanju kisika s hemoglobinom

Kisik se veže na hemoglobin kooperativno. To pomeni, da vezava kisika poveča afiniteto hemoglobina do vezave novega kisika. Na to pa lahko vpliva tudi BPG(2,3-bisfosfoglicerat), višja koncentracija BPG, povroči, da se krivulja hemoglobina pomakne k višjim koncentracijam. Hb ima zato manjšo afiniteto do vezave kisika. Stabilizira konformacijo T in je negativni heterotropični modulator vezave kisika na Hb. BPG se sintetizira iz intermediatov glikolize in se vrine med podenote Hb ter interagira s pozitivno nabitimi aminokislinskimi ostanki podenote β. Manja afiniteta vezave kisika pri povečanih koncentracijah BPG pomeni,da se več kisika sposti v tarčna tkiva. Po krvi pa prenaša tudi ogljikov dioksid in hidridne ione. Ogljikov dioksid se veže predvsem na N-terminalni konec in tako dobimo karamino terminalni konec. Vodikovi protoni se vežejo na histidnske ostanke. Vplivata na oksigenacijo/deoksigenacijo, kar imenujemo Bohrov efekt. Če se na hemoglobin veže veliko CO2 ali H+ se s Hb sprosti več kisika. Oba sta negativna heterotropična modulatorja in stabilizirata T konformacijo. V odikov proton stabilizira deoksigenirano obliko hemoglobina. Pri nizkem pH se histidin na C-terminalnem koncu protonira in lahko zato interagira z asparaginom na isti podenoti. To pa omogoča interakcio med terminalnim histidinom in lizinom na drugi podenoti. S tem se povežeta α in β podenota in stabilizira T konformacija. Vezava CO prepreči sproščanje kisika na Hb. Ima namreč veliko afiniteto do vezave na hemoglobin kot jo ima kisik. Zasede vezavna mesta za kisik in stabilizira R konformacijo, tako da se kisik še težje sprošča s Hb. Veže se tudi na metaloproteine, ki so pomembni v dihalni verigi

Vrste encimske katalize

Kislinsko-bazna kataliza je vrsta katalize, kjer kisline in baze stabilizirajo nukleofile/elektrofile in izstopajoče skupine. Primer je mutarotacija, ki poteka hitreje pri nizkih in visokih pH. Če sta katalizatorja H+ ali OH- govorimo o specifični kislinski oziroma bazni katalizi. Če je katalizator kislina ali njej konjugirana baza, ki pa ni topilo, govorimo o splošni kislinsko-bazični katalizi. Mutarotacija poteče hitreje, če sta kislinsko-bazični funkcionalni skupini na isti molekuli, saj je pravilna orientacija dveh molekul verjetnejša (bolj entropijsko ugodna) kot pravilna orientacija treh molekul. Temu pravimo usklajena kislinsko-bazna kataliza. --> Iz eksperimentalnih podatkov lahko sklepamo na mehanizem katalize. Če spremljamo kkat v odvisnosti od pH lahko sklepamo na kislinsko-bazno katalizo. V aktivnem mestu kimotripsina je ključna formacija katalitične triade, ki nastane s povezovanjem His57 z Asp102 in Ser195 preko kratkih-močnih H-vezi. To zniža pKa serina in ga pripravi na nukleofilni napad (izboljša nukleofilnost). Za formacijo triade mora biti histidin deprotoniran. pH vpliva tudi na samo aktivacijo kimotripsina. Kimotripsin nastane z izrezom dipeptida na kimotripsinogenu, pri čemer nastane N-terminalni konec na Ile16, ki se poveže z Asp194 - nastane solni mostiček iz ionskih interakcij. To povzroči konformacijsko spremembo in aktivira kimotripsinogen. Pri povišanem pH se solni mostiček prekine, kimotripsin pa ni aktiven. Pri povišanem pH se namreč deprotonira amino skupina Ile16, ta pa se zato ne more vezati z Asp194. Spremeni se konformacija aktivnega centra, poviša se Km encima, zmanjša se aktivnost. Iz predstacionarne kinetike encima lahko sklepamo na kovalentno katalizo in ping-pong kinetiko. Kimotripsin je vključen tudi v hidrolizo p- nitrofenilacetata v p-nitrofenol. V predstacionarnem stanju koncentracija p-nitrofenola hitro naraste, saj je sama hidroliza hiter korak v mehanizmu. Ko pa se vzpostavi stacionarno stanje, omejuje hitrost reakcije počasna deacetilacija encima, zato takrat koncentracija p-nitrofenola narašča linearno. Ta sprememba v krivulji kaže na to, da se je v reakciji encim kovalentno povezal s substratom (vezava acetilne skupine) in se mora regenerirazi, kar pa je počasen (in zato tudi hitrost-omejujoč) korak. Heksokinaza je encim, za katerega je značilna kataliza z induciranim prilagajanjem. Najprej se mora heksokinaza pravilno orientirati in približati -OH na C6 atomu ter ATP, da lahko poteče fosforilacija glukoze. Je torej bisubstratni encim. ATP lahko hidrolizira tudi ob prisotnosti kakšnega drugega sladkorja, ne le glukoze, vendar pa heksokinaza s svojimi konformacijskimi spremembami favorizira fosforilacijo glukoze. Heksokinaza je sprva v neaktivni konformaciji - vanjo lahko vstopata ATP in voda, vendar hidroliza ne poteka. Heksokinaza lahko sprejme tudi glukozi strukturno soroden sladkor in se aktivira (npr. ksiloza), vendar pa se ksiloza veže na tako mesto, da je encim ne more fosforilirati, zato fosforilira vodo. Ob vezavi glukoze se heksokinaza popolnoma aktivira in fosforilira glukozo na C6 atomu. Enolaza je primer encima, ki vsebuje mehanizem katalize s kovinskimi ioni. Katalizira reakcijo pretvorbe 2-fosfoglicerata v fosfoenolpiruvat. Kofaktor enolaze je Mg2+ ion. Magnezij katalizira eliminacijo vode s senčenjem negativnega naboja na karboksilni skupini. V reakciji najprej Lys345 odcepi proton s C2 mesta, vendar pa se ta proton nerad odcepi. Magnezij zmanjša pKa protona na C2, zato se ta raje odcepi. V drugem koraku Glu211 katalizira eliminacijo -OH skupine. Vse zgoraj naštete oblike mehanizma so prisotne pri encimu kimotripsin, ki spada v družino hidrolaz. V prvi stopnji se morata encim in substrat pravilno orientirati in približati, da se lahko povežeta. V naslednji fazi mora biti histidin v aktivnem centru deprotoniran (kislinsko-bazna kataliza, pravilen pH), da se lahko poveže s serinom v aktivnem mestu preko vodikovih vezi (elektrostatska). V encimski reakciji pride tudi do prehodnih kovalentnih povezav - kovalentna kataliza. Za kimotripsin je značilen ping-pong mehanizem delovanja. Kataliza s kovinskimi ioni: kovinski ioni so lahko ali trdno vezani na E (prostetična skupina) ali pa pridejo v encim iz raztopine (modulatorji encimske aktivnosti). Pride do povezave X -E. Entropijski učinek (učinek bližine): E lovi S in ga pripelje v pravilno orientacijo - poveča se št.pozitivnih trkov. Sterična stabilizacija prehodnega stanja: konformacija S v prehodnem stanju je bolj ustrezna E, ki ga upogiba v pravilno obliko

Koencim A

Koencim A nastane iz vitamina pantotenske kisline. Je osrednji koencim metabolizma. Vključen je v prenos acetilne skupine (acetil-CoA), pa tudi v prenos in biosintezo maščobnih kislin itd. Reaktivna skupina v CoA je tiolna skupina. - tiolna skupina lahko tvori tioestrsko vez z aktiviranimi karboksilnimi skupinami - zato je tudi tioestrska vez relativno "energijsko bogata"

Kolagen

Kolagen je fibrilarni protein zunajceličnega matriksa, obstaja 28 tipov kolagena, najpogostejši pa je kolagen tipa 1. Najdemo ga v vseh tkivih, celicam daje oporo in trdnost. Ima značilno strukturo, GLY-X-Y, pogosto je X-prolin, Y-hidroksiprolin. Sekundarna in terciarna struktura je levosučna prolinska vijačnica, ni alfa vijačnica, ker kolagen vsebuje veliko prolina, prolin pa destabilizira alfa vijačnico. Kvartarna struktura je desnosučna trojna vijačnica, ki nastane ko se tri verige povežejo v desnosučno vijačnico, ki jo imenujemo tropokolagen. Molekule tropokolagena pa se povezujejo s kovelentnimi vezni med lizinom in hidroksilizinom. Za ustrezno strukturo sta pomembna hidroksiprolin in hidroksilizin. Hidroksiprolin omogoča vzpostavitev ustrezne konformacije alfa verige ter posledično vpliva na sekundarno, terciarno in kvartarno strukturo. Sinteza kolagena s staranjem spreminja, zmanjša se količina kolagena, med molekulami tropokolagena nastja več prečnih povezav, ki povročijo krhkost vezivnega tkiva. Sinteza kolagena se poveča pri poškodbah, saj brazgotine vsebujejo veliko kolagena. Nekatere bakterije lahko vsebujejo encime kolagenze, ki vsebujejo nekrozo tkiva. Neustrezna struktura kolagena je povezana z: skorbutom, osteogenesis imperfecta, Ehlers-Danlosov sindrom.

Koligativne lastnosti

Koligativne lastnosti so lastnosti raztopin, ki so odvisne le od števila delcev na volumsko enoto raztopine, ne pa od narave delcev. Uporabljamo jih le pri trdnih topljencih. Koligativne lastnosti so: znižanje parnega tlaka topila zaradi topljenca, zvišanje vrelišča, znižanje zmrzišča in osmozni tlak. Osnovna koligativna lastnost je parni tlak topila ali ravnotežni parni tlak. To je tlak pare snovi, ki je para v ravnotežju s kondenzirano fazo. V bistvu je to tlak, s katerim para pritiska na kondenzirano fazo. Opiše nam tendenco delcev, da iz kondenzirane faze prehajajo v plinasto - večji kot je parni tlak, več snovi je v plinasti fazi, snov je torej bolj hlapna. Parni tlak je odvisen od temperature, s temperaturo namreč raste število molekul, ki imajo dovolj veliko kinetično energijo, da zapustijo kondenzirano fazo in prehajajo v plinsko fazo. Ker se parni tlak spreminja s T, obstaja za vsako snov določena T, kjer sta zunanji tlak in parni tlak enaka - to je temperatura vrelišča. Na parni tlak topila vplivajo morebitni topljenci, ki so v topilu raztopljeni. Ob prisotnosti topljenca se parni tlak topila zmanjša. To pojasnemo s kemijskimi potenciali. Razlika med kemijskima potencialoma vode v tekoči in plinasti fazi je za raztopine manjša kot za čisto vodo, zato manj molekul prehaja v plinasto fazo, kar označimo z nižjim parnim tlakom raztopine. Kako se parni tlak spreminja zaradi prisotnosti topljenca, nam opiše Raultov zakon. Če znižamo parni tlak ob prisotnosti topljenca, se zviša temperatura vrelišča, hkrati pa se zniža temperatura zmrzišča. Temperatura vrelišča se poveča, ker potrebujemo več energije, da znižan parni tlak doseže vrednost, ki je enaka zunanjemu tlaku. Spremembo vrelišča izračunamo s pomočjo ebulioskopske konstante in molalne koncentracije raztopine. Drugače je pri ledišču. Zaradi znižanja parnega tlaka pri zamrzovanju zmrzne samo voda, topljenci ostanejo v raztopini. Zato lahko že pri nižjih temperaturah dosežemo parni tlak vode, ki je enak parnemu tlaku raztopine. To izračunamo s pomočjo krioskopske konstante. Še zadnja pomembna koligativna lastnost je osmozni tlak, ki nastane kot posledica razlik v koncentraciji topljenca na obeh straneh polprepustne membrane. Voda prehaja z območja, kjer je topljenca manj, na območje, kjer je topljenca več. Osmozni tlak je tisti tlak, s katerim moramo delovati na raztopino, da jo držimo v ravnovesju s čistim topilom, če je med njima polprepustna membrana. V telesu pa imamo tudi membrane, ki nekatere delce prepuščajo, druge pa ne. Takrat govorimo o toničnosti, ki nam opiše del osmoznega tlaka, ki je posledica delcev, ki ne morejo prehajati membrane. Ker pa je za koligativne lastnosti ključno le število delcev, moramo upoštevati tudi disociacije elektrolitov. Van't Hoffov faktor nam pove, na koliko delcev disociira elektrolit. Za popolne disociacije je Van't Hoffov faktor celo število, vendar pa je v praksi manjši zaradi nepopolnih disociacij in interakcij med ioni. Pri računanju sprememb tališča in zmrzišča ter osmotskega tlaka moramo Van't Hoffov faktor upoštevati. Neravnovesje elektrolitov lahko povzroči bolezni. Ena izmed takih bolezni je diabetes insipidus, ki je posledica nepravilnega delovanja vasopresina (ADH) ali nepravilnega delovanja nefronov. Telo izloča prekomerne količine urina, ki pa je zelo razredčen.

Kortikosteroidi

Kortikosteroidi so steroidni hormoni, ki nastajajo v skorji nadledvične žleze. Mineralokortikoidi nastajajo v zunanje sloju - zoni glomerulosi. Glukokortikoidi pa v notranjem sloju - zoni fasciculati. V nadledvični žlezi nastajajo tudi androgeni. Glavni predstavnik glukokortikoidov je kortizol. Skupne značilnosti: 21 C atomov, 3-keto-4-en na strukturi A, 11-beta OH in stranska veriga na C17 -COCH2OH. Kortizol ima poleg teh osnovih značilnosti še alfa -OH na C17. Je hormon stresa in sodeluje v metabolizmu OH in proteinov. Stimulira glukoneogenezo v jetrih in razgradnjo proteinov in maščob v mišicah. Zavira imunski odgovor, vnetne procese in alergijske odzive. Previsoke koncetracija kortizola so značilne za Cushingov sindrom. Glavni predstavnik mineralokortikoidov je aldosteron. Značilnosti: 21 C atomov, 3-keto-4-en na strukturi A, 11 beta OH, na C17 je -COCH2OH in aldehidna skupina -CHO na C18. Aldosteron uravnava koncetracijo elektrolitov in zadrževanje vode v telesu ter s tem viša krvni tlak. Koncetracija mineralokortikoidov je znižana pri adrenalnih insuficiencah in povišana pri hiperalaldosteronizmu. Aldosteron uravnana angiotenzinski sistem. Ledvice izločajo renin, ki deluje na angiotenzinogen v jetrih in ga pretvarja v angiotenzin I. Ta se v pljučih preko encima ACE pretvori v angiotenzin II, ki deluje na adrenalke in povroči izločanje aldosterona. Aldosteron nato povrči vazokonstrikcijo, povišanje krvnega tlaka in zadrževanje natrija ter vode

Kvartarna struktura proteinov

Kvartarna struktura označuje povezovanje različnih podenot v prostoru. Podenote se lahko povezujejo na različne načine - s hidrofobnimi ali ionskimi interakcijami. Kvartarna struktura ima biološki pomen. Ima regulatorno vlogo: vezava liganda sproži konformacijsko spremembo, ki se prenese na sosednje podenote, velika sprememba v aktivnosti proteina kot posledica majhne spremembe v koncentraciji regulatornih molekul; in strukturno vlogo: združevanje fibrilarnih proteinov v višjo strukturo. Primer: hemoglobin 2 alfa verigi, 2 beta verigi, ovita vijačnica keratina itd.

Laktozna intoleranca

Laktozna intoleranca je nezmožnost prebavljanja laktoze, zato ker telo ne proizvaja dovolj laktaze ali pa ker je poškodovana črevesna sluznica, kjer ta encim nastaja. Laktoza je disaharid, ki nastane s povezovanjem galaktoze in glukoze. Natančno jo poimenujemo kot β-D-galaktopiranozil-(1-4)-α-D-glukopiranoza. Laktaza cepi β(1-4) vezi med glukozo in galaktozo. Ljudje, ki so intolerantni na laktozo, lahko jejo trde sire ter kozje izdelke; vse kar ne vsebuje laktoze. Laktozna intoleranca je pogosta pri starejših ljudeh zaradi zmanjšane aktivnosti laktaze; več laktozne intolerance je na primer pri Italijanih in Grkih, ki imajo manj mleka v svoji prehrani, sploh pa je pogosta pri Azijcih. Pri Evropejcih ni tako pogosta, ker smo bili v preteklosti močno odvisni od mleka in mlečnih izdelkov. Avtosomna recesivna dedna bolezen. Pri tej bolezni laktoza prehaja v debelo črevo, kjer jo črevesne bakterije presnovijo v mlečno kislino, vodik (H2) in metan (CH4). Prisotnost teh metabolitov v črevesnem lumnu poruši osmotsko ravnotežje, zato več vode prehaja v lumen, kar vodi v diarejo. Laktozna intoleranca lahko nastane zaradi:- primarnega vzroka - dedne napake v encimu laktaza v tankem črevesu (primarna laktozna intoleranca)- sekundarnega vzroka - posledica poškodbe sluznice tankega črevesa, kjer se encim laktaza nahaja pritrjen na mikrovilij - sekundarna laktozna intoleranca. Je lahko posledica Chronove bolezeni (kronična vnetna bolezen črevesja), gastroenteritisa (vnetje prebavil).

Metode za preučevanje lipidov

Lipide proučujemo s kromatografskimi metodami in masno spektroskopijo. Kromatografija je proces ločevanje zmesi na komponente. Vse kromatografske metode vsebujejo stacionarno in mobilno fazo, vendar so te lahko različnih vrst. Na stacionarno fazo nanesemo vzorec, ta pa nato potuje skupaj z mobilno fazo. Snovi se ločijo po afiniteti do mobilne oz. stacionarne faze. Glede na prepotovano razdaljo lahko določimo retencijski faktor Rf, ki opisuje razmerje med prepotovano razdaljo snovi in topila - bližji kot je 1, bolje je snov topna v mobilni fazi. Glede na mobilno fazo ločimo tekočinsko in plinsko kromatografijo. Pri tankoplastni kromatografiji je mobilna faza mešanica organskih topil, stacionarna pa je tanka plast gela ali pa aluminijevega oksida. Masna spektroskopija omogoča identifikacijo posameznega lipida. Določitev strukture MK na osnovi m/z omogoča določitev dolžine maščobne kisline, števila in položaja dvojnih vezi, ne pa njihove konfiguracije (cis/trans).

Raztapljanje lipidov v vodi

Lipidi so biomolekule, ki so netopne v vodi in so nepolarne oz. amfipatične. Maščobne kisline so slabo topne v vodi, čeprav je karboksilna skupina polarna in pri fiziološkem ph celo deprotonirana. Razlog za to je dolg alkanski/alifatski rep, ki je nepolaren. Večji del je torej nepolaren, zato so topni v nepolarni topilih. Membranski lipidi so vsi amfipatični, imajo polarno (hidrofilno) glavo in nepolarni (hidrofobni) rep.

Lipidotopni vitamini

Lipidotopni vitamini spadajo med biološko aktivne lipide. Sem spadajo vitamini A, D, E in K. Nastanejo s kondenzacijo enot izoprena (2-metilbutadien). Še prej se mora izporen aktivirati s pirofosfatom. Lipidotopni vitamini imajo v telesu več vlog: so predhodniki hormonov (A, D), so oksidanti (E), predhodniki vidnega pigmenta (A) in koencimi (K). Neustrezne količne vitaminov vodijo v hipovitaminoze oz. hipervitaminoze. Hipovitaminoze v razvitem svetu niso pogoste, po navadi je vzrok za njih motnja v absorpciji lipidov. Hipervitaminoze nastanejo kadar se lipidotopni vitamini ne morejo izločiti iz telesa z urinom. Vitamin A nastane iz β-karotena v reakciji, ki jo katalizira b-karotena dioksigenaza. Pri tem nastane najprej vitamin A1 (retinol), ki se oksidira v 11-cist-retinal (vidni pigment). Ta se lahko oksidira v retinojsko kislino (hormon), ali pa se pod vplivom vidne svetlobe izomerizira v trans-retinal. Cis retinal se z aldehidno skupino lahko poveže z aminsko skupino na lizinu proteina opsina. Pod vplivom vidne svetlobe se cis-retinal izomerizira v trans-retinal, kar je prvi rok v vidnem ciklu. Izomerizacija retinala namreč povroči tudi konformacijsko spremembo rodopsina in nastanek živčnega signala.

Lipoproteini

Lipoproteini so kompleksi, sestavljeni iz lipidov in proteinov, katerih glavna vloga je transport lipidov do tarčnih tkiv. Po velikosti od največjega do najmanjšega si sledijo: hilomikroni, VLDL, LDL, HDL. Večji kot je lipoprotein, manjšo ima gostoto in manjša je njegova vsebnost proteinov. Zunanji sloj je zgrajen iz amfipatičnih lipidov - fosfolipidov in holesterola, notranjost pa vsebuje netopne lipide, npr. zaestrene holesterole in TAG. Hilomikroni imajo največ TAG, LDL pa imajo največ holesterola. Lipoproteine zunaj ovijajo apolipoproteini. Poznamo 10 vrst in 1 slabše raziskano vrsto apolipoproteinov. Razlikujejo se po vlogah, velikosti in porazdelitvi med lipoproteini. Določajo v katera tarčna tkiva se bodo lipidi prenesli, saj se specifično vežejo na receptorje, aktivirajo encime metabolizma lipidov, nekateri so esencialne strukturne komponentne lipoproteinov, nekateri prosto prehajajo med lipoproteini. ApoC-II aktivira lipoprotein lipazo, ki se nahaja v kapilarah maščevja, skeletnih mišič in srčne mišice. Ta povzroči hidroliza TAG do glicerola in prostih MK, ki se nato skladiščijo v maščevju oz. uporabijo kot vir energije v mišicah. ApoB-100 je največji apolipoprotein poleg Apo(a) in je glavni označevalec LDL. Veže se tudi na VLDL, vendar pri njih ni aktiven. Omogoča vezavo na LDL receptorje v perifernih tkivih in povzroči endocitozo LDL, s tem omogoča usmerjen transport lipidov, predvsem holesterola. ApoA-1 je glavni označevalec HDL, aktivira LCAT (lecitin-holesterol acil transferazo), ki povzroči esterifikacijo holesterola. Ta postane nepolaren in se prenese v notranjost, kar povzroči zorenje HDL. ApoA-1 hkrati interagira z ABC transporterjem, ki omogoča prehod holesterola iz perifernih tkiv v HDL. Apo(a) se veže na lipoprotein(a), ki ga povezujejo z večjim tveganjem za kardiovaskularna obolenja, ker se veže na fibrin in preprečuje razgradnjo strdkov. Lipoproteini lipide transportirajo po treh možnih poteh: pri eksogeni poti se zaužiti lipidi absorbirajo v črevesju in tvorijo hilomikrone, ki se nato transportirajo do tarčnih tkiv in tam preko lipoprotein lipaze oddajo MK. Hilomikronski ostanki se nato prenesejo do jeter in se s pomočjo ApoE absorbirajo v jetra, kjer se sprosti holesterol, hilomikroni pa se razgradijo v lizosomih. V endogeno pot so vključeni VLDL in LDL. Če zaužijemo preveč MK, se te pretvorijo v TAG in pakirajo v VLDL. Nato se prenesejo do maščobnega tkiva, kjer se MK sproščajo. Tako se VLDL pretvori najprej v IDL in nato LDL, ki imajo veliko holesterola. Ti se potem absorbirajo v jetra oz. makrofage. V reverzno holesterolno pot pa so vključeni HDL. Ti nastanejo v jetrih iz proteinov in holesterola ter presežka LDL. HDL nato zorijo, potem pa se prenesejo do jeter, kjer se holesterol absorbira v jetra preko SR-BI. Prazni HDL lahko potem privzamejo holesterol iz perifernih tkiv s pomočjo ABCA1 transporterja.

Maščobne kisline so karboksilne skupine z dolgo verigo (4-36 C-atomov). Lahko so nasičene (samo enojne vezi) ali nenasičene (tudi dvojne vezi). Nasičene imajo višje tališče, saj se lahko v kristalu bolj tesno zlagajo in tvorijo več van der Waalsovih vezi. Nenasičene imajo zaradi dvojnih vezi pregibe, ki onemogočajo tesno pakiranje in posledično tudi tvorbo manj VDW vezi. Čeprav je pri karboksilna skupina polarna in pri fiziološkem pH celo deprotonirana (nabita) so MK slabo topne v vodi, saj prevlada dolg alkanski/alkenski rep. Maščobne kisline lahko poimenujemo/označimo na štiri načine: - navedemo število C-atomov in število dvojnih vezi, ter mesta dvojnih vezi (npr. 20 C-atomov, s petimi vezmi se lahko zapiše kot 20:5(Δ5,8,11,14,17)) - sistematsko ime, na osnovi števila C-atomov, števila dvojnih vezi in položaja dvojnih vezi (npr. eikozanopentaenojska kislina) - trivialno ime, npr. EPA, DHA, oleinska kislina... - poenostavljeno, ki je mogoče le za polinenasičene maščobne kisline, navedemo mesto zadnje dvojne vezi glede na oddaljenost od končne -CH3 skupine (npr. ω-3 ali ω-6 maščobne kisline) Omega tri in omega šest maščobne kisline spadajo vse med polinenasičene maščobne kisline, nekatere pa so celo esencialne. Esencialna omega tri maščobna kislina je α-linolenska maščobna kislina (ALA), s kater lahko dobimo najprej EPA (elongaza doda 2 C-atoma, desaturaza doda dve dvojni vezi), iz EPA pa nato še DHA (zopet elongaza + desaturaza). Esencialna omega šest maščobna kislina je linolna kislina (LA), iz katere lahko sintetiziramo arahidonsko kislino (AA), zopet s pomočjo desaturaze in elongaze. Omega tri maščobne kisline so 'dobre', delujejo protivnetno, najdemo pa jih v ribah, zelenjavi in oreščkih. Omega šest maščobne kisline so 'slabe', najdemo jih v mesu, oljih, delujejo pa provnetno. Razmerje med omega 6 in omega 3 naj bi bilo v prehrani 1:1 oziroma največ 4:1. Od nasičenih maščobnih kislin sta najpomembnejši miristinska (14:0) in palmitinska (16:0), saj sta udeleženi v posttranslacijskih modifikacijah proteinov, kjer po vezavi proteinom omogočita vsidranje v membrane (tvorita hidrofoben repek). Miristinska kislina se veže na N-terminalni konec aminokislin, palmitinska pa na -SH radikala cisteina. Od nenasičenih maščobnih kislina pa sta najpomembnejši linolna (18:2(Δ9,12), ω-6) in α-linolenska kislina (18:3(Δ9,12,15), ω-3), ki sta esencialni, iz njih pa lahko pridobimo tudi večino ostalih. V naravi so nenasičene maščobne kisline v cis konfiguraciji, kar nam omogočajo encimi, ki lahko sintetizirajo specifične izomere (enako kot pri aminokislinah vedno v L- konfiguraciji ali pa pri monosaharidih vedno v D-konfiguraciji). V industriji pa se uporabljajo olja, kjer so maščobne kisline hidrogenirane, saj jim to poveča stabilnost. Dehidrogenacija pa lahko povzroči tudi spremembo cis konfiguracije v trans konfiguracijo. Trans maščobne kisline povečajo tveganje za kardiovaskularna obolenja in količino LDL holesterola ('slab' holesterol). Po telesu se maščobne kisline prenašajo po krvi s serumskim proteinom albuminom. Albumin vzdržuje tudi ustrezno osmolalnost krvi, prenaša nekatere steroidne hormone, zaradi svojih histidinskih ostankov pa lahko deluje kot pufer.

Biološko aktivni lipidi

Med biološke lipide uvrščamo nekatere steroide, lipidotopne vitamine in eikozanoide. Od steroidov k biološko aktivnim lipidom spadajo žolčne kisline, vitamin D in steroidni hormoni. Žolčne kisline so derivati holesterola. Imajo 24 C-atomov in hidroksidno skupino na mestih C3, C7 in C12. So amfipatične in sodelujejo pri emulgaciji TAG ter absorbciji lipidov. Vitamin D nastane iz 7-dehidrokalciferola, ki se po nekaj korakih pretvori v kalcitriol oz. vitamin D3. Ta sodeluje pri mineralizaciji kosti, imunskem sistemu, uravnava transkripcijo itd. Steroidne hormone delimo na kortikosteroide in spolne hormone. Glavni so kortizol, aldosteron, estradiol, testosteron in progesteron. Uravnavjo lahko transkripcijo in posledično imunski odziv, razvoj spolnih organov, nosečnost itd. Regulira jih os hipotalamus-hipofiza preko različnih hormonov. Lipidotopni vitamini so vitamini A, D, E in K. Nastanejo s kondenzacijo enot izprena, prej pa se mora le-ta aktivirati s pirofosfatom. Lipidotopni vitamini imajo v telesu več vlog: so predhodniki hormonov (A, D), antioksidanti (E), predhodniki vidnega pigmenta (A) in koencimi (K). Neustrezne količine vodi v hipovitaminoze in hipervitaminoze. Eikozanoidi pa so derivati arahidonske kisline. Mednje uvrščamo prostaglandine, prostacikline, tromboksane in leukotriene. Pri sintezi sodelujeta ciklooksigenaza in lipooksigenaza. Eikozanoidi so vključeni v vnetni odziv in strjevanje krvi, kar pa zavira aspirin, ki inhibira encima COX1 in 2.

Skladiščni lipidi

Med skladiščne lipide prištevamo triacilglicerole (TAG) in voske. TAG so spojine, kjer je glicerol (propan-1,2,3-triol) zaestren s tremi maščobnim kislinami. Triacilgliceroli so maščobe in olja. Primer TAG je ester glicerola s stearinsko kislino (18:0), palmitinsko kislino (C16:0) in linolno kislino (C18:2(Δ9,12)). Triacilgliceroli služijo kot zaloga energije. V primerjavi z glikogenom dobimo z oksidacijo TAG več energije, saj so vodikovi atomi v maščobnih kislinah še popolnoma neoksidirani, medtem ko so v glikogenu delno oksidirani v -OH skupinah. Poleg tega je TAG v telesu tudi več kot je glikogena. TAG poleg skladiščenja energije služijo tudi kot termo izolacija. Za metabolizem lipidov je ključna aktivacija maščobnih kislin. Na maščobno kislino se preko ATP najprej veže AMP (adenilacija), s čimer dobimo adenilat maščobne kisline. S pomočjo encima se adenilat pretvori v acil koencim A, ki pa lahko nato vstopa v reakcije (npr. skladiščenje v obliki TAG, razgradnja za energijo v β-oksidacijah, ketogeneza, tvorba fosfolipidov, sfingolipidov...). Poleg TAG spadajo med skladiščne lipide tudi voski. Voski so estri med maščobnimi kislinami (C14- C36) in dolgoverižnimi alkoholi (C16-C30).

Transport skozi membrano

Membrane celici omogočajo izmenjavo snovi, snov se v celici izmenjuje med anabolizmom in katabolizom. Membrane morajo biti sposobne opravljati naslednje funkcije: selektivni transport snovi, prenos informacij in skladiščenje energije. Prepustnost neke membrane za neko snov je odvisna od fizikalno-kemijskih snovi. Nekatere membrane so bolj prepustne kot je prepusten čisti lipidni dvosloj. Vzrok za to so prenašalni proteini. Vrst transporta je več: pasivni (difuzija, transport skozi ionske kanalčke, olajšana difuzija, prenos z ionofori) in aktivni (sekundarni in primarni). Pasivni transport vedno poteka v smeri elektrokemijskega grafienta in ni sklopljen z energijo iz katabolične reakcije. Lahko poteka s pomočjo proteinov ali pa ne. Aktivni transport je sklopljen z energijo in transportira molekule proti elektrokemijskemu gradientu. Lahko je primarni ali sekundarni ter uniport ali kotransport. Pasivni transport žene razlika kemijskih potencialov, transport nabitih delcev pa elektrokemijski potencial. Za nenabite delce je neto tok določen z gradientom, za nabite delce pa z gradientom, ki upošteva še naboj. V celicah je posledica gradienta osmotski tlak, saj voda lahko prehaja membrano, medtem ko veliko snovi ne more. Če imamo v celici nabite snovi, ki ne morejo prehajati membrane (npr.proteine), membrano prehajajo še ioni. Ioni prehajajo dokler se kemijski potenciali ne izenačijo. Pri aktivnem transportu mora snov premagati elektrokemijski gradient, proces pa mora biti sklopljen z metaboličnim procesom, da je skupni proces eksergonski. Z difuzijo lahko snovi prehajajo neposredno ali posredno. Difuzija preko kanalčkov ne vpliva na elektrokemijski gradient, saj kanalčki le znižajo aktivacijsko energijo in posledično pospešijo transport skozi membrano. Pri kanalčkih ne pride do saturacije. Kanalčki so selektivno prepustni in imajo vrata, ki se odpirajo zelo hitro in za kratek čas ter tako omogočajo veliko hitrost transporta. Vrata se odpirajo pod vplivom liganda, napetost ali meganskega delovanja. Primer delovanja kanalčkov je nevron. Ionoforji so prenašalci, ki zamaskirajo naboj iona in omogočajo prosto difuzijo ionov. Dokler je število ionoforjev večje od števila ionov, sledi proces kinetiki prvega reda - na hitrost vpliva koncentracija. Ko so vsi ionoforji zasedeni, je hitrost maksimalna, nanjo pa ne vpliva koncentracija. Primera ionoforjev sta: valinomicin in monenzin.

Membranski lipidi

Membranski lipidi so amfipatične molekule s polarno (hidrofilno) glavo in nepolarnim (hidrofobnim) repom. Delimo jih na fosfolipide, kjer je alkohol lahko glicerol ali sfingozin, ter na glikolipide, kjer je alkohol vedno sfingozin. Sfingozin je aminoalkohol, ki je podoben glicerolu. Na C1 ima -OH skupino, na C2 ima namesto -OH skupine -NH2 skupino, na C3 pa ima najprej CH=CH, nato pa še 13 C-atomov (skupaj 15 C-atomov). Glicerofosfolipidi so fosfolipidi, kjer je glicerol zaestren z dvema maščobnima kislinama (ena je po navadi nasičena, druga pa nenasičena), tretji C-atom pa je vezan na fosfatno skupino, ki je lahko še dodatno vezana na neko polarno molekulo. Če je vezan samo fosfat, se fosfolipid imenuje fosfatidna kislina. Če je vezan alkohol (npr. etanolamin, holin, serin, glicerol), se imenuje fosfatidilX (npr. fosfatidiletanolamin). Posebni vrsti glicerofosfolipidov sta fosfatidil inozitol 4,5-bisfosfat, ki je vključen v prenos signala, in kardiolipin, ki je membranski lipid v mitohondrijih. Na glicerol je lahko namesto ene aminokisline lahko etrsko vezan tudi dolgoverižni alkohol, kar imenujemo plazmalogen. Plazmalogeni imajo na C1 etrsko vezan dolgoverižni alkohol, na C2 maščobno kislino (lahko tudi polinenasičeno), na C3 pa fosfoetanolamin (mielin) ali fosfoholin (srčna mišica). Med etrske lipide spada tudi aktivator trombocitov (PAF), ki je po zgradbi podoben plazmalogenom, le da ima na C2 namesto maščobne kisline vezano etanojsko kislino. Na C3 ima vezan fosfoholin. Je signalna molekula, ki povzroči povezovanje trombocitov, aktiven pa je že pri pikomolarnih koncentracijah. Pomembni membranski lipidi so tudi sfingolipidi. Sfingolipidi so iz aminoalkohola sfingozina, ki je z amidno vezjo povezan na eno maščobno kislino. Na -OH skupino C3 atoma pa se povezujejo različne skupine. Če na C3 atomu ni povezave, se tak sfingolipid imenuje ceramid. Če je to fosfoholin/fosfoetanolamin, je sfingolipid sfingomielin. Če je to glukoza, je cerebrozid, če je di-, tri- ali tetrasaharid je globozid, če pa je kompleksnejši oligosaharid je to gangliozid. Med glikosfingolipide torej spadajo cerebrozidi, globozidi in gangliozidi. Pri cerebrozidih je na mielin vezan monosaharid, pri globozidih disaharid, pri gangliozidih pa kompleksen oligosaharid, ki vsebuje sialično kislino. Sfingolipidi v celicah opravljajo različne naloge. Sestavljajo celične membrane, v živčnih celicah tvorijo mielinsko ovojnico (sfingomielin (fosfoholin)), omogočaji prepoznavanje celic (cerebrozidi, globozidi, gangliozidi) in sodelujejo pri prenosu signala. Glikosfingolipidi tudi določajo krvno skupino. Če pride do motenj v metabolizmu sfingolipidov, pride do bolezni skladiščenja. Med njimi sta najbolj znani Tay-Sachsova bolezen (okvarjena heksoaminidaza A, skladiščenje GM2 gangliozida) ter Niemann-Pickova bolezen (okvarjena sfingomielinaza, skladiščenje sfingomielina). Pri obeh pride do skladiščenja sfingolipidov predvsem v živčevju (tudi v jetrih, vranici), posledica pa je mentalna zaostalost ter zgodnja smrt.

Membranski proteini

Membranski proteini so ključni sestavni deli membran, ki omogočajo marsikatere funkcije membran: - prenos organskih molekul in ionov - komunikacija med celicami - celični stiki - kataliza reakcij - dihalna veriga Membranski proteini so lahko integralni (neposredno v membrani, povezani z močnimi hidrofobnimi interakcijami, odstranljivi le z detergentom), periferni (na membrano vezani s šibkimi interakcijami - elektrostatske interakcije in H-vezi) ali amfitropični (vezani na membrano, lahko se sprostijo v citosol). Integralne membranske proteine razdelimo na šest tipov. Tip I in II prečkata membrano enkrat in se razlikujeta le po tem, kateri konec gleda ven in kateri v citosol. Tip III membrano prečka večkrat. Tip IV je na membrano pripet preko nekega sidra. Tip V sestavlja več polipeptidnih verig, ki prečkajo membrano. Tip VI prečka membrano in se hkrati pripenja nanjo preko sidra. Primer integralnega proteina tipa I je glikoforin. To je protein v membranah eritrocitov, ki služi za medcelično prepoznavanje. V membrani se nahaja 19 aminokislin verige, ki so organizirane v obliki α vijačnice. Zunanji del proteina je glikoziliran s tetrasaharidom iz 2 sialičnih kislin, galaktoze in N-acetilglukozamina. Tetrasaharid se povezuje preko O-glikozidnih vezi na serin in treonin. Primer integralnega proteina tipa III je protonska črpalka bakteriorodopsin in vidni pigment rodopsin. Oba sta iz sedmih hidrofobnih transmembranskih α vijačnic. Na meji med membrano in zunanjosto/notranjosto se pogosto nahajata triptofain in tirozin, ki vstopata tako v interakcije z vodnim okoljem kot v interakcije z membrano. Na citoplazemski strani pa prevladujejo bazične aminokisline - arginin, histidin, lizin. Membranski proteini lahko vsebujejo tudi β strukture in zavzamejo obliko beta sodčkov. Ti vsebujejo 20 ali več transmembranskih segmentov z β verigami v obliki cilindra. To omogoča maksimalno število vodikovih vezi med CO in NH v peptidnih vezeh. V primarni strukturi se izmenjujejo polarne in nepolarne aminokisline. Proteini se lahko z membrano povezujejo tudi z lipidnimi sidri. Sem spadajo: - acilna sidra - palmitoilacija (vezava s cisteinom znotraj proteina) in miristoilacija (vezava z amino skupino na amino terminalnem glicinu) - izoprenoidna sidra (npr. farnezil, ki se veže s karboksilno skupino karboksi terminalnega cisteina; geranil geranilna sidra) --> Polizoprenilacija je vezava na izprenoidni lipid s farneziltransferazo ali geranigeranil tipa I na cisteinski ostanek CAAX. Prenilna skupina se s tioestrsko vezjo poveže na Cys ostanek C-terminalnega zaporedja CAAX. CAAX ostanek nato proteolizira prenil protein peptidaza da se sprosti -AAX. Metilacija karboksila pa poveča hidrofobnost C-koncev CAAX spremenjenih proteinov. - glikozil fosfatidil inozitolna sidra (GPI sidra, dva repka v membrani → fosfatidil inozitol → oligosaharid). ---> domene GPI sidra so ( fosfoetanolaminska povezava, ohranjeno glikansko jedro, fosfolipidni rep, ki lahko vsebuje različne lipide

Metionin

Metionin spada med nepolarne AK z alifatskimi radikali. Metionin je pomemben v reakcijah metilacijah, ki potekajo v povezavi z ATP. Metilna skupina se prenese z metionina na ATP, pri čemer nastane S-adenozilmetionin, ki lahko najprej metilira alkohole in amine (metil se aktivira in postane dober elektrofil). Metionin je tudi izjema, saj ga ne kodira več kodonov, ampak samo 1. Kodira ga START kodon - AUG. Metionin najdemo v jajcih, brazilskih oreščkih, ribah, mesu...

Prenos O2 po telesu (mioglobin in hemoglobin)

Mioglobin in hemoglobin sta trasportna proteina, ki prenašata kisik. Spadata v družino globinov - proteinov, ki prenašajo kislik. Med njima je nekaj razlik. Mioglobin je zgrajen iz ene polipeptidne verige, ima eno prostetično skupino hem in skladišči kisik v mišicah. Hemoglobin je tetramer, ima štiri prostetične skupine hem, njegova naloga je prenos kisika po krvi do tkiv. Kisik je nepolaren plin in je zato v vodi slabo topen, vendar pa vezava kisika na hemoglobin v krvi poveča njegovo topnost. V mioglobinu in hemoglobinu se kisik veže na prostetično skupino hem, ki vsebuje Fe2+, ki je s štirimi koordinativnimi vezmi povezano z dušiki na pirolovih obročih hema. Šesto vezavno mesto je rezervirano za kisik. Ko se kisik veže na železo v hemu, to povroči konformacijsko spremebno proteina. Deoksihemoglobin se tedaj pretvori v oksihemoglobin. Kisik je neke vrste ligand za železo na hemoglobinu. Mioglobin je protein, ki ima 8 segmentov (A-H), vsebuje tudi beta zavoje, ki vsebujejo prolin. Hidrofobni AK ostani so obrnjeni v notranjost proteina, hidrofilni pa navzven. Hem je vezan na mestu med E in F. Ker je P50 mioglobina nizek, ni primeren za prenos kisika po krvi. Razlika v nasičenosti s kisikom pri parcialnem tlaku kisika v pljučih in parcialnem tlaku kisika v tkivih je pri mioglobinu namreč nizka. Hemoglobin je tetramer iz podenot dveh vrst. Nase lahko veže 4 molekule kisika s kooperativnimi vezmi. Je alosteričen protein, kar pomeni, da vezava kisika na eno podenoto, povroči spremembe tudi na ostalih podenotah. Vezava kisika stabizilira druge podenote - pozitivna kooperativnost. Prenaša tudi ogljikov dioksid in hidridne ione iz tkiv v pljuča. Afiniteta do vezave kisika je odvisna od parcialnega tlaka, krivulja je sigmoidna. Hemoglobinske podenote lahko zavzamejo konformacijo T ali R. Kislik ima večjo afiniteto do vezave na R konformacijo. Vezava kisika spremeni T R, pri čemer kisik potegne Fe2+, premakneta se His92 in celotna vijačnica F, znotraj beta podeote se prekine povezava med F in H vijačnico, povezave beta podenote z alfa se prekinejo. - Hb ima izmed vseh (Mb,Cb,Nb) najmanjšo afiniteto do kisika. - afiniteta molekul do kiska/drugih sorodnih malih molekul je odvisna od 3d strukture molekul, ki so odvisne od zaporedja AK ostankov; narave liganda;naravekoordinativnega iona na katerega se vežejo ligandi

Nemišični molekularni motorji

Molekularni motorji so gibalni proteini, ki pretvarjajo kemijsko energijo v mehansko enegijo in omogočajo: kontrakcijo mišic, potovanje proteinov, veziklov, organelov, premikanje celic, replikacijo in transkripcijo. Vsi vsebujejo NTP-azno domeno s P zanko, ki omogoča hidrolizo ATP. Energija ATP povroči konformacijske spremembe urejenih protonskih agregatov, te spremembe se ciklično ponavljajo. Nemišični molekularni motorji so kinezini in dineini. Kinezini omogočajo potovanje veziklov, organelov in proteinov. Dienini pa premikajo bičke in migetalke. Vsebujejo katalitske globularne domene, ki imajo ATPazno aktivnost. Poznamo tudi proteine, ki drsijo po DNA ob replikaciji in transkripciji - helikaze, DNA in RNA polimeraze. Migetalke/bički so priveski/podaljški celic, obdani z membrano. Gibajo se utripajoče,vrtinčasto. Migetalke se nahajajo na mnogih epitelijskih celicah; v respiratornem traktu/sapniku, v nosnih sinusih.. Edini bički v človeškem telesu so celice spermijev.

Molekularnost in red reakcij

Molekularnost nam pove, koliko molekul reaktantov mora sodelovati pri trku, da pride do pretvrobe reaktantov v produkte. Molekularnost je za razliko od reda vedno celo število. Za elementarne reakcije je molekularnost enaka redu reakcije. Poznamo monomolekularne, bimolekularne in trimolekularne reakcije, višje reakcije so zelo redke (saj je možnost, da trčijo 4 molekule, majhna). Elementarne reakcije imajo torej molekularnost enako redu reakcije. Za njih je tudi značilno, da komponente reakcije reagirajo do tvorbe produktov v eni sami stopnji z enim samim prehodnim stanjem. V biokemijskih reakcijah pa pogosto najdemo reakcije, ki so prvega reda, čeprav bi sami pričakovali, da bojo drugega reda - reakcije pseudo prvega reda. To so reackije, kjer je eden izmed reaktantov v velikem pribitku (navado je to voda). Primer reakcije je hidroliza estra v kislino in alkohol. Za to reakcijo bi rekli, da je reakcije drugega reda, saj imamo en mol estra in en mol vode. V resnici pa je reakcija prvega reda, saj je koncentracija vode tako velika, da količina vode, ki se pri reakciji porabi, ne vpliva na koncetracijo vodo. Red reakcije za vodo je zato nič, skupni red reakcije pa ena. Med reakcije pseudo prvega reda spadajo predvsem hidrolize. Red elementarne reakcije nam lahko tudi razjasni mehanizem reakcije. Če reakcija poteka po več stopnjah, nam najpočasnejša stopnja določa hitrost in red celotne reakcije. Preko reda lahko zato določimo, po katerem mehanizmu reakcija poteka. Hitrost reakcije je drugače podana s hitrostno konstanto k. v=k+1[A]nx[B]m v tem primeru sta n in m delna reda reakcije, njuna vsota pa je red reakcije. Red pa ni nujno celo število. Če se red reakcije ujema s stehiometričnimi koeficienti, pravimo, da je reakcija elementarna. Vidimo lahko tudi, da je hitrost reakcije premo sorazmerna koncentraciji produkta/reaktanta na eksponent, ki ustrezna delnemu redu reakcije. Za reakcijo ničtega reda velja, da ni odvisna od koncetracije. Hitrost prvega reda je s koncentracijo v linearni odvisnosti, rekacije drugega reda pa v kvadratni odvisnosti. Pri reakciji prvega reda lahko tudi preprosto določimo razpolovni čas t1/2 , saj le-ta za reakcije prvega reda, ni odvisen od koncentracije. Radioaktivni razpadi spadajo med reakcije prvega reda.

Monosaharidi

Monosaharidi Monosaharide delimo glede na glavno funkcionalo skupino v dve skupini: ketoze in aldoze. Lahko jih poimenujemo tudi po številu C-atomov (trioza, heksoza...). Aldoze z več kot 3 oz ketoze z več kot 4 C-atomi imajo centre kiralnosti in imajo 2n stereoizomerov. Stereoizomere ločimo s poimenovanjem glede na relativno konfiguracijo, za kar je osnova gliceraldehid. Konfiguracijo molekule določa smer najbolj oksidirane skupine (-OH) na zadnjem kiralnem C-atomu. Aldoze imajo več stereoizomerov kot ketoze pri istem številu C-atomov. D in L sladkorja sta drug drugemu enatiomera, kar pomeni, da sta si zrcalni sliki. Če se dva monosaharida ne razlikujeta v vseh kiralnih C-atomih, sta diastereoizomeri. Če pa se razlikujeta samo v konfiguraciji enega kiralnega C-atoma, pa sta epimeri. Epimere D-glukoze so: D-manoza, D-aldoza in D-galaktoza. Monosaharidi se lahko tudi izomerizirajo, preko keto-enol tavtomerije. Izomerizacije katalizirajo encimi, razmere v ravnotežju pa je odvisno od stabilnosti strukture izomer in od topila. Reakcijo katalizirajo baze, poteka pa preko enediola. Lahko se razreši na dva načina, lahko se protonira z dveh različnih strani, kar vodi v nastanek dveh različnih izomer. Monosaharidi se ponavadi nahajajo v cikličnih oblikah. -OH skupina je dober nukleofil in napade karbonilno C=O skupino, pri čemer nastanejo ciklični hemiacetali oz. hemiketali. Pri tvorbi cikličnega hemiacetala/ketala nastane novi C-atom, saj sta aldehidna in ketonska skupina prokiralni. Ta novi kiralni center se imenuje anomerni C atom. Pri pretvorbi Fischerjeve v Haworthovo projekcijo velja, da so D-skupine v ciklični obrnje navzdol, L pa dol. Lahko pride do mutarotacije: drugačna konfiguracija na C1 atomu (alfa pomeni da je - OH skupina na C1 dol, beta pa ravno obratno). Pri ciklizaciji pride ponavadi do tvorbe petčlenskega (furanoze) ali šestčlenskega (piranoze) obroča. To je odvisno od tega, kateri C atom bo napadel C1. Aldoheksoze so bolj stabilne v piranozni obliki, ketoheksoze pa v furanozni. Bolj stabilna je konformacija stola. Glukoza je bolj stabilna v beta anomerni obliki. Aldoze in ketoze pa se lahko tudi oksidirajo oz reducirajo. Pri aldozah se najlažje oksidira aldehidna skupina, pri čemer dobimo glikonske kisline. Monosaharidi s prosto anomerno skupino reagirajo reducirajoče, tudi ketoze delujejo reducirajoče, saj se lahko izomerizirajo do aldoz. Pri ciklizaciji glukonske kisline nastane lakton. Če anomerna skupina nima proste -OH skupine, ne deluje reducirajoče. V tem primeru oksidacija poteče na C6 pri čemer dobimu glikuronske kisline. Z redukcijo aldoz in ketoz dobimo aditole (sorbitol in manitol).

Acetatni pufer

Močna baza se pretvori v šibko: CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O (pri tem je močna baza OH- in se pretvori v šibko, ki je CH3COO-) Močna kislina se pretvori v šibko: CH3COO- + H+ CH3COOH + H2O (močna kislina je H+, šibka pa CH3COOH). Ob dodatki kisline se poveča koncentracija [H3O+] in zahteva po nespremenjeni vrednostii Ka (2) poskrbi, da CH3COO- ioni vežejo del H3O+ ionov. Ob dodatku baze OH- ioni vežejo H3O+ ione zaradi zahteve po nespremenjeni vrednosti K (4), zato tudi nekaj CH3COOH dodatno disociira. Tako je vpliv kisline ali baze na pH pufra veliko manjši kot na pH čiste vode. Acetatni pufer tvori nastali CH3COO- skupaj s preostalo kislino CH3COOH.

NAD+ in NADP+

NAD+ in NADP+ sta tudi elektronska prenašalca. Sta derivata vitamina B3, niacina. Njuna sestavina je AMP (kot pri FAD), ki služi za prepoznavanje in sidranje koencima v aktivno mesto encima. Za razliko od FAD/FMN lahko NAD+ in NADP+ prenašata le po 2 elektrona na enkrat.

Michaelis-Mentenova kinetika

Na hitrost encimsko katalizirane reakcije vpliva koncentracija substrata. Začetno hitrost reakcije predstavlja tangenta na krivuljo v času t=0, saj se na začetku koncentracija substrata le malo spreminja. Začetna hitrost reakcije pa se spreminja s koncentracijo substrata. To opisuje Vo=VmaxS/Km + S. Vmax je maksimalna hitrost reakcije, Km pa je Michaelisova konstanta, ki je enaka koncentraciji substrata ko je Vo=1/2Vm. Za encimsko katalizo je ključen nastanek encim-substrat kompleksa. Hitrost je proporcionalna kompleksu ES, saj je razpad kompleksa ES najpočasnejša stopnja in zato tudi omejujoč dejavnik. Brigss-Haldane sta dopolnila M.M. teorijo in sta vpeljala teorijo stacionarnega stanja. Ta pravi, da se po kratkem času vzpostavi raznotežje med razpadom in nastankom ES. Ko se hitrosti izenačita, je doseženo stacionarno stanje. S časoma se ves encim pretvori v obliko ES. Takrat reakcija doseže maksimalno hitrost. Encimska kintetika sledi saturacijski kinetiki, pri majhnih koncentracijah substrata se hitrost reakcije z dodatkom substrata močno spreminja, saj se substrat takoj poveže z encimom v kompleks ES. Ko je večina encima že v kompleksu, se ob dodatku substrata hitrost le malo spreminja, saj je večina encima zasičenega s substratom. Ko je ves encim v obliki ES, je dosežena maksimalna hitrost, ob dodatku substrata se hitrost ne spreminja več. Maksimalna hitrost je enaka 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑘2[𝐸]𝑇, kjer je [𝐸]𝑇[𝑆] [𝐸]𝑇 = [𝐸] + [𝐸𝑆]. V stacionarnem stanju lahko [ES] izrazimo kot [𝐸𝑆] = 𝐾𝑚+[𝑆]. MM krivulja nam poda kako je hitrost odvisna od koncentracije substrata. Pri nizkih koncentracijah substrata se reakcija obnaša po kinetiki prvega reda (𝑉0 = 𝑘[𝑆]). Takrat se reakcija obnaša kot da kompleks ES ne obstaja. Pri visokih koncentracijah substrata pa je praktično ves encim zasičen s substratom, reakcija pa zato ni odvisna od koncentracije substrata. Sledi kinetiki ničtega reda. Hitrost je 𝑉0 = 𝑘[𝑆] .

Krvne skupine

Na membrani eritrocita se nahajajo glikolipidi (cerebrozidi). Na sfingozin so pripeti oligosaharidi: Glukoza, Galaktoza, N-acetilglukozamin, Galaktoza, Fukoza. Ta oligosaharidni del je enak vsem krvnim skupinam. Pri krvni skupini 0 na ta oligosaharidni del, ki ga imenujemo tudi antigen H ni vezan nobeč monosaharid. Pri krvni skupini A je na ta oligosaharid pripet še N-acetilgalaktozamin, pri krvni skupini B pa Galaktoza. Pri krvni skupini AB sta na oligosaharid pripeta GalNac in Gal.

Vodotopni hormoni (delovanje adrenergičnega receptorja, narisat cAMP)**

Najprej se adrenalin veže na adrenergični receptor - vzpostavi interakcije z receptorjem --> povzroči konformacijsko spremembo receptorja. Ta konform. sprememba se prenese preko celega proteina do stika, ki ga ima GPCR z alfa podenoto. Ko je vezan GDP na alfa podenoto - protein neaktiven. Ko se GDP zamenja z GTP (do tega pride zaradi prenosa signala) se protein aktivira in ob membrani se prenese in trči v adenilat ciklazo - aktivira se adenilat ciklaza in njegova naloga je da ATP pretvori v cAMP -- ta aktivira protein kinazo. Ko je treba signalizacijo ustavit --> encim fosfodiesteraza cAMP pretvori v AMP.

Vodotopni koencimi

Nastanejo iz vodotopnih vitaminov. V aktivno mesto se vežejo le začasno, dokler ne poteče reakcija. Za reakcijo so potrebne le specifične funkcionalne skupine koencimov, preostali del je potreben za vezavo v aktivni center encima. Koencim tiamin pirofosfat (iz tiamina - B1, dekarboksilacija piruvata, transketolacija), FAD in FMN (iz riboflavina - B2, oksidoredukcije (vsak elektron posamezno v obliki vodika, možne oblike: semikinon, kinon, hidrokinon), NAD+ in NADP+ (iz niacina - B3, oksidoredukcije, 2 elektrona v obliki hidridnih ionov), koencim A (pantotenska kislina, prenos acilnih skupin), biotin (sam po sebi koencim, biosinteza MK in AK, glukoneogeneza, karboksilacije), piridoksal fosfat (B6, transaminacije, dekarboksilacije), THF (iz folne kisline - B9, prenos metilnih skupin, metabolizem AK in NK), metilkobalamin (B12, prenos acilnih skupin, biosinteza metionina, uravnavanje sinteza DNA), vitamin c (askorbinska kislina, antioksidant, regeneracija vitamina E, hidroksilacija prolina v kolagenu, skorbut) S-adenozilmetionin (metilacija) in lipojska kislina (prenos metilnih skupin) sta koencima, ki ne nastajata iz vitaminov

Nastanek žolčnih kamnov

Nastanek žolčnih kamnov je povezan s holesterolom in solmi žolčnih kislin. Žolčne kisline so vrsta steroidov, za katere je značilna struktura iz 3 šest- in 1 petčlenskega obroča z alifatsko verigo na C17 in nanjo pripeto COOH. Imajo 24 C atomov, razlikujejo pa se po številu OH skupin na mestih 3,7 in 12. Ločimo primarne (jetra) in sekundarne (črevesne bakterije), ki nastanejo iz primarnih z odcepom OH skupine na mestu 7. Holesterol pa je glavni sterol v našem telesu. Žolčni kamni nastanejo, če je v organizmu preveč holesterola ali pa premalo žolčnih kislin. To namreč povzroči, da se holesterol izloča kot trdna snov v obliki žolčnih kamnov. Holesterol se torej kristalizira in nalaga v žolčniku ali žolčevodu. Zdravljenje je kirurško ali pa z dodajanjem primarne henodeoksiholne kisline (OH na 3, 7), ki poveča koncentracijo žolčnih kislin in omogoča raztapljanje holesterola. Žolčni kamni iz holesterola predstavljajo 85% žolčnih kamnov, poznamo pa tudi žočne kamne iz bilirubina ali pa mešane žolčne kamne.

Metode za nukleinske kisline

Nukleinske kisline ločujemo z gelsko elektroforezo. Nukleinske kisline imajo namreč negativen naboj (zaradi fosfatov v ogrodju) in zato v električnem polju potujejo proti anodi (+). Hitrost potovanja je odvisna od naboja in jakosti električnega polja ter koeficienta trenja (velikost in oblika molekule). Najpogosteje ločujemo nukleinske kisline z agarozno gelsko elektroforezo. Naboj na enoto dolžine DNA je stalen, zato potuje v električnem polju le v odvisnosti od velikosti in oblike - velike molekule potujejo počasneje, krožna DNA potuje hitreje od linearne DNA enake velikosti. Z elektroforezo lahko določimo tudi maso DNA, če uporabimo DNA standarde (podobno kot pri proteinih). DNA pri elektroforezi vizualiziramo s fluorescentinimi barvili, ki se interkalirajo med bazne pare (npr. etidijev bromid). Gel je po navadi agarozni. Nukleinske kisline lahko ločujemo tudi s kapilarno elektroforezo, kjer nukleinske kisline vnesemo v kapilare, ki vsebujejo gel (gelska kapilarna elektroforeza). Najpogosteje se ta metoda uporablja za nukleotidno sekvenciranje (stare metode sekvenciranja). Princip stare generacije sekvenciranja: sintetiziramo označene dideoksinukleotide → ddNTP se vežejo na 3' konec med polimerizacijo verige DNA → zaustavitev polimerizacije (ni prostega 3' -OH za polimerizacijo) → dobimo fragmente različnih dolžin → gelska elektroforeza → vidimo, kako si sledijo fragmenti (kateri nukleotid je vezan na najkrajši fragment itd.) → razberemo zaporedje na matični verigi (komplementarno). S polimerazo (PCR), nam omogoča, da pomnožimo odseke DNA s pomočjo encima DNA polimeraza (Taq ali Pfu polimeraza). V vsakem ciklu PCR podvojimo odseke DNA. En cikel PCR izgleda tako: denaturiramo DNA → dodamo primerje, ki določijo, kateri odsek bomo pomnožili → prileganje primerjev na DNA → dodatek Taq/Pfu polimeraz, Mg ionov, nukleotidov → sinteza DNA. PCR se uporablja v določevanju nukleotidnih zaporedij, pripravi rekombinantnih proteinov, sodni medicini (pomnožitev STR), prenatalni diagnostiki... Posebna vrsta PCR je kvantitativna PCR (Q-PCR), ki omogoča merjenje produkta med pomnoževanjem preko merjenja fluorescenčnega signala. V zmes dodamo barvilo, ki se med sintezo interkalira v DNA, ko dosežemo določen prag (CT) zaznamo fluorescenčni signal. S tem lahko tudi na nek način določimo, kateri gen (izmed genov, ki jih pomnožujemo) je najbolj izražen. Najbolj izražen gen bo namreč imel največ komplementarne mRNA, to pa lahko pretvorimo v DNA. Ker bomo s tem dobili več DNA v krajšem času, bo najbolj aktiven gen najprej dosegel prag za fluorescenco - ima torej najnižji CT. Izražanje genov proučujemo z DNA mikromrežami. Z mikromrežami lahko preverimo izražanje vseh genov človeškega genoma - lahko naenkrat določimo celoten transkriptom. Princip določanja transkriptoma: izoliramo mRNA (mRNA namreč kaže na aktivnost gena) → mRNA pretvorimo v DNA (reverzna transkriptaza) → označimo DNA → nanesemo vzorce DNA na mikromrežo, ki vsebuje komplementarne oligonukleotide za gene → hibridizacija DNA → odčitavanja fluorescentnega signala. Bolj izražen gen pomeni več mRNA → močnejši fluorescenčni signal.

Sangverjeva metoda / nukleotidi

Nukleotid=nukleozid + fosfat Nukleozid=org.baza + sladkor Sangerjeva metoda temelji na dodajanju posameznih dideoksi nukelotidov (ddNTP) v mešanico deoksi nukleotidov (dNTP), kjer je prisotna tudi matrica DNA in encim DNA polimeraza, ki na podlagi matrice na 3' konec dodaja nukleotide. Ko je vstavljen ddNTP, ni več proste 3'OH skupine, zato polimerata ne more pripeti naslednjega dNTP in veriga se ustavi. Po verjetnostnem računu se v epruvetki, kjer smo dodali poleg vseh 4 dNTP še npr. ddATP, veriga ustavi na vseh mestih, kjer je bil dodan A. Podobno velja za epruvetke z dodanim ddCTP, ddTTP in ddGTP. Tako v vsaki od epruvet dobimo različno dolge fragmente novonastale verige DNA, kjer poznamo zadnji nukleotid. Fragmente nato ločimo s poliakrilamidno ali kapilarno elektroforezo in odčitamo zaporedje.

Nukleotidi - biološka vloga

Nukleotidi so monomeri nukleinskih kislin. Sestavljajo jih dušikova baza, (deoksi)riboza in fosfat. Baza se na sladkor veže z N-glikozidno vezjo na C1 sladkorja. Sladkor je s fosfatom povezan s fosfoestrsko vezjo, ponavadi preko C5. Fosfati pa so med sabo povezani s fosfoanhidridnimi vezmi. Nukleotide ločimo na pirimidine in purine. Med pirimidine uvrščamo citozin, timin in uracil, med purine pa adenin ter gvanin. Njihove vloge so različne. Gradijo DNA, ki je zapis za naš genom. Vplivajo torej na to, kakšni geni se izražajo in kako se izražajo. Po 3 nukleotidi namreč sestavljajo kodon, ki kodira AK. Poleg tega vplivajo tudi na strukturo DNA. ATP pa je nukleotid, ki ima še številne druge funkcije. Sodeluje v celičnem signaliziranju, saj se preko adenilat ciklaze lahko pretvori v cAMP, ki deluje kot znotrajcelična signalna molekula in aktivira različne protein kinaze. ATP je poleg tega tudi energijsko bogata molekula, ki s prenosom fosfatne skupine lahko aktivira različne molekule ali pa se na ta način sklopijo reakcije, ki sicer ne bi mogle spontano poteči - tako poteka sklopitev anabolizma s katabolizmom. ATP in UTP sta udeležena tudi v tvorjenju raznih vezi, saj npr. nadomestita slabo izstopajoče skupine (peptidne vezi, glikozidne vezi itd.). Nukleotidi se vključujejo tudi v različne koencime in tako sodelujejo pri raznoraznih reakcijah. Pirimidinske baze se lahko tudi pretvarjajo ena v drugo in sicer UTP se aminira do CTP, CTP pa hidrolizira v UTP, dUMP se lahko metilira do dTMP. Nukleotidi se vključujejo tudi v aktivacijo CO2/HCO3- in metilnih skupin. To omogoča sintezo nekaterih molekul kot je sečnina. V prenos metilnih skupin je vključen še metionin, ki se aktivira z ATP, s tem pa nastane S-adenozil-metionin (aktivirana metilna skupina). Kemijska energija shranjena v fosfoanhidridnih vezeh se lahko uporablja tudi za mehansko delo. Primeri so ionske črpalke (prenos živčnega signala, absorpcija glukoze, izločanje H+ ionov, prekomembranski potencial...).

Kataliza in katalizatorji

O katalizi govorimo, ko s kemijskimi dejavniki spremenimo reakcijsko pot in povečamo hitrost reakcije, saj zmanjšamo aktivacijsko bariero prehodnega stanja PS. Katalizator stabilizira nestabilen PS in iz reakcije izstopi nespremenjen. Vpliva le na kemijsko kinetiko, torej na hitrost reakcije. Ne vpliva na ravnotežje! Poznamo več različnih mehanizmov: kislinsko-bazna kataliza (specifična, splošna in usklajena), kataliza s približevanjem in orientacijo, kovalentna in elektrostatska. Vsi ti mehanizmi omogočijo povečanje hitrosti za nekaj velikostnih razredov, kar pa je premalo za biokemijske rekacije, ki so še substratno specifične. Biokemjske reakcije morajo biti tudi regulirane. So počasne, saj so reaktanti kinetično ujeti. Za potek biokemijskih reakcij potrebujemo katalitično moč encimov.

Receptorji s tirozin kinazno aktivnostjo

Ob vezavi liganda na receptorsko mesto se domena s tirozin kinazno aktivnostjo avtofosforilira. Ta domena se nahaja v citosolu. Tirozinska kinaza potem fosforilira še druge proteine, ki nadaljujejo signalno pot. Primer je inzulinski receptor: Inzulinski receptor je tetramer (2 alfa in 2 beta) zunajcelični del je alfa (2 vezavni mesti za 2 inzulina). Znotrajcelični del beta- kinazna encimska aktivnost. Inzulin povzroči konformacijsko spremembo alfa podenote ta sprememba se prenese na beta podenote, te podenoti sprejmeta prenešen signal in se avtofosforilirata (beta podenota se fosforilira in. sama sebi fosforilira tirozinske ostanke). Po fosforilaciji se odpre vezavno mesto receptorja za inzulin (IRS-1), ta se fosforilira in integrira z drugimi proteini. Preko G-proteina RAS se aktivira kaskada fosforilacij proteinov - kaskada MAP kinaz.

Mutarotacije sladkorjev

Obroč se lahko na C1 atomu tudi razpre in znova sestavi, pri čemer lahko na C1 atomu pride do drugačne konfiguracije. To imenujemo mutarotacija in jo označujemo z α in β, kjer α pomeni, da je -OH skupina C1 atoma obrnjena navzdol, β pa pomeni navzgor. Mutarotirajo lahko sladkorji z nespremenjenimi skupinami na anomernem C-atomu. Ker imata hemiacetal oz. hemiketal prosto -OH skupino, se lahko anomerni obliki pretvarjata iz ene obliko v drugo obliko. Vsi monosaharidi s prosto anomerno skupino reagirajo reducirajoče. Pri acetalu in ketalu mutarotacija ni več mogoča, saj ni več proste -OH skupine. Mutarotacije sladkorjev lahko merimo s polarimetrijo, saj različni a in b različno sučejo polarizirano svetlobo. Svetlobo spustimo skozi filter (polarizator), čez raztopino glukoze, in nato čez drugi filter (analizator). Analizator lahko obračamo. Svetloba pride do detektorja le takrat, kadar sta oba filtra vporedna. Odčitamo kot a za katerega smo morali zavrteti analizator. To nam poda sučnost. Preko sučnosti lahko določimo delež posamezne izomere v zmesi. Na koncu se vzpostavi ravnotežje z 62 % b oblike in 38 % a oblike. Nekaj malega ostane tudi aciklične oblike (Glukoza je bolj stabilna v β anomerni obliki).

Ogljik

Ogljik je temelj za življenje na Zemlji. V človeškem telesu zavzema ogljik kar 20 % vseh elementov. Ogljik tvori celo vrsto pomembnih organskih spojin. Ko je vezan s kisikom tvori ogljikov dioksid, ko je vezan z vodikom, tvori različne spojine, imenovane ogljikovodiki. Ko je vezan s kisikom in vodikom hkrati lahko tvori spojine kot so npr. maščobne kisline. Posebnost ogljikovega atoma je tudi v tem, da lahko tvori enojne, dvojne ali trojne vezi, prav tako pa se lahko povezuje v ciklične ali aciklične oblike. Vezi med ogljikovimi atomi so zelo močne. Ogljik se lahko pojavlja tudi v različnih strukturnih oblikah, lahko se pojavlja kot grafit, diamant ali kot fuleren. Pri prepoznavanju redukcije in oksidacije pa si lahko pomagamo s posplošitvijo. Oksidacijo in redukcijo lahko ugotavljamo s pomočjo oksidacijskega števila ogljika, ki ga dobimo s seštevanjem oksidacijskih števil vseh elementov, ki so na ogljik vezani. V organskih molekulah pride do hibridizacije orbital, natančno 2s in 2p orbital ogljika. S tem dobimo hibridizirane orbitale, ki imajo energijo, ki je nekje med energijama 2s in 2p orbital. S hibridizacijo štirih orbital dobimo štiri 2sp3 orbitale, treh tri 2sp2 in dveh dve sp orbitali. Hibridizirane orbitale se uporabijo za tvorjenje vezi. Pri čelnem prekrivanju hibridiziranih orbital nastane močna σ-vez. Te so značilne za vezi med ogljikom in vodikom in enojne vezi med ogljiki. Če pride do bočnega prekrivanja, nastajajo šibkejše π-vezi, ki so značilne za npr. dvojne ali trojne vezi med ogljiki (sp2 ali sp hibridizacija).

Razdelitev saharidov

Ogljikove hidrate delimo na saharide in polisaharide. Saharidi so sladkorji z majhno M, ki so topni v vodi in sladkega okusa. Delimo jih na monosaharide in disaharide. Monosaharidi so sladkorne molekule s splošno formulo CnH2nOn. Ločimo jih glede na število C atomov (trioze, pentoze, heksoze) ali pa glede na funkcionalno skupino (aldoze, ketoze). Monosaharidi so optično aktivne molekule in se nahajajo v različnih izomernih oblikah. Med sabo se lahko povezujejo s kondenzacijo v disaharide. Za disaharide velja splošna formula CnH2n-2On-1. Primeri monosaharidov: gliceraldehid, glukoza, fruktoza, galaktoza. Primeri disaharidov: maltoza, saharoza, trehaloza, laktoza. risanje!

Oksidoredukcije

Oksidoredukcijske reakcije so reakcije, pri katerih pride do prenosa elektronov. V živih organizmih predstavljajo vir elektronov hranila. Ti elektroni se prenašajo med metaboličnimi intermediati in končajo na elektronskih prenašalcih, s katerimi ti elektroni tudi potujejo. Redoks reakcije ponazorimo z dvema reakcijama, od katerih vsaka predstavlja polčlen. Prva reakcija je oksidacija - oddajanje elektronov. Snov, ki elektron odda, se oksidira in je reducent, pri oksidaciji iz njega nastane konjugirani oksidant. Druga reakcija je redukcija - sprejemanje elektronov. Snov, ki elektron prejme, se reducira in je oksidant, iz njega nastane konjugirani reducent. Oksidoredukcijsko dvojico oz. par predstavljata reducent/oksidant in njegov konjudiran oksidant/reducent. Pri organskih molekulah je princip redoks reakcije isti. Pri prepoznavanju redukcije in oksidacije pa si lahko pomagamo s posplošitvijo: pri oksidaciji se dodajajo kisikovi oz. odvzemajo vodikovi atomi (imamo večji delež kisika). Pri redukciji pa dodajamo vodik oz. odvzemamo kisik (imamo manjši delež kisika). Lahko ju ločimo tudi s pomočjo oksidacijskega števila ogljika, ki ga dobimo s seštevanjem oksidacijskih števil vseh elementov, ki so vezani na ogljik. CO2 je najbolj oksidirano stanje (C atom ima oks.št. +4). CH4 je najbolj reduciran (C atom ima oks. št. -4). V bioloških sistemih imamo 4 načine prenosa elektronov. Prvi način je direkto kot elektron, kar je redko, saj je za celico škodljivo, če bi elektroni prosto prehajali. Drugi način je kot vodikov atom - po navadi dva atoma skupaj preko prenašalca FADH2 oz. FMN2. Tretji način je kot hidridni ion, na ta način se preneseta dva elektrona (NADPH in NADH). Četrti način pa je preko direktne kombinacije s kisikom. Osnovna redoks reakcija je galvanski člen. V galvanskem členu elektroni potujejo od elementa z nižjo afiniteto do vezave elektrona (reducent) do elementa z višjo afinititeto (oksidant) torej od manjšega proti večjemu oksidoredukcijskemu potencialu. Napetost dobimo z odštevanjem oksidoredukcijskih potencialov posameznih elektrod preko enačbe ΔE°=E°oks-E°red. Oksidacije/redukcije z izstopanjem/vstopanjem vodika katalizirajo encimi dehidrogenaze. Oksidacije, ki lahko potekajo tudi z vstopanjem kisika katalizirajo encimi (mono/di)oksigenaze. reakcijo običajno spremlja kakšen reducent (vitamin C) da se del kisika reducira v vodo.

Osmoza in osmozni tlak

Osmoza in osmotski tlak sta pomembna za človeški organizem. Osmoza je spontano prehajanje molekul skozi polprepustno membrano, ki prepušča le molekule topila, iz raztopine z manjšo koncentracijo v raztopino z večjo koncentracijo. Moleule topila se sicer glibljejo v obeh smereh, a jih več prehaja iz raztopine z manjšo koncentracijo v raztopino z večjo koncentracijo. Gonilna sila pretoka je razlika v kemijskih potencialih vode v raztopinah različnih koncentracij. Voda potuje vzdolž koncentracijskega gradienta od večjega k manjšemu kemijskemu potenicalu. Osmozni tlak je definiran kot tlak, s katerimi preprečimo prehod topila skozi polpropustno membrano. Odvisen je od števila delcev v raztopini oz. od razlike v koncentracijah med dvema raztopinama. Nastane kot posledica razlik v koncetracijah topljenca na obeh strah polpropustne membrane. Izmerimo ga kot tlak, ki ga moramo izvajati na raztopino, da jo držimo v ravotežju s čistim topilom, ki je na drugi strani polprepustne membrane. Dejanski osmozni tlak nastane le zaradi topljencev, ki ne prehajajo skozi membrano. V tem primeru govorimo o toničnosti. Prepustni delci se bodo sami enakomerno porazdelili in zato ne bodo prispevali k efektivnem osmoznem tlaku.

Parni tlak

Parni tlak je osnovna koligativna lastnost. Je tlak pare snovi, ko je para v ravnotežju s svojo kondenzirano fazo (tekočo ali trdno) snovi. V bistvu je to tlak, s katerim para pritiska na svojo kondenzirano fazo. Opiše nam tendenco delcev, da iz kondenzirane prehajajo v plinasto fazo - večji kot je parni tlak, več snovi je v plinasti fazi (z večjim pritiskom pritiska na kondenzirano fazo), snov je torej bolj hlapna. Parni tlak je odvisen od temperature. Za vsako snov obstaja določena temperatura, kjer sta zunanji tlak in parni tlak enaka. Govorimo o temperaturi vrelišča. Na parni tlak topila pa vplivajo tudi morebitni topljenci, ki so v topilu raztopljeni. Ob prisotnosti topljenca, se parni tlak zmanjša. To pojasnimi s kemijskimi potenciali. Razlika med kemijskima potencialoma vode v tekoči in plinasti fazi je za raztopine manjša kot za čisto topilo. Zato manj molekul vode prehaja v plinasto fazo, kar označimo z nižjim parnim tlakom raztopine. Kako se parni tlak spreminja zaradi prisotnosti topljenca, nam opiše Raultov zakon (p1=p1º x X1). P1 je parni tlak, p1º je parni tlak čistega topila, X1 pa je molski delež topila. Vidim, da se zaradi topljenca molski delež topila zmanjša, zato se zmanjša tudi parni tlak. Znižanje parnega tlaka pa povroči zvišanje temperature vrelišča in znižanje temperature ledišča

Aktivni in pasivni transport s kanalčki in prenašalci

Pasivni transport vedno poteka v smeri elektrokemijskega gradienta in ni sklopljen z energijo iz katabolične reakcije. Primer prenašalcev, ki so vključeni v olajšano difuzijo, so prenašalci iz družine GLUT. GLUT1 je intergralni protein, ki omogoča transport glukoze v krvi. Poznamo tudi GLUT4, ki je pomemben za prenos glukoze v miocite. Uravnava ga inzulin, tako da spodbudi prenos GLUT4 iz celice na membrano in absorpcijo glukoze v celice. Še en primer prenašalca je kloridni/hidrogenkarbonatni izmenjevalec, ki omogoča prenos CO2 in HCO3- med pljuči ter periferijo in je odvisen od parcialnega tlaka CO2. V primarni aktivni transport so udeležene črpalke, ki izkoriščajo energijo ATP ali pa protonski gradient. Poznamo ATP-aze tipa P (Na/K ATP-aza in Ca črpalka), tipa V (prenos protonov v lizosome) in tipa F (ATP-sintaza, ki izkorišča gradient protonov). V primarni aktivni transport so udeleženi tudi ABC transporterji, ki prenašajo snovi s porabo 2 molekul ATP. Poznamo MDR1, ki deluje kot črpalka, in CFTR, ki deluje kot kanalček za klor. Sekundarni aktivni transport je transport, pri katerem se izkorišča že prej vzpostavljen gradient ionov. Tako deluje npr. Na/Glc simporter. V pasivni transport so udeleženi tudi različni kanalčki, ki so lahko ligandno ali pa napetostno odvisni. Sem štejemo akvaporine, ki so specifični za prenos vode, K kanalček, ki je selektiven za K in je lahko ligandno odvisen, če ima domeno S4, Na kanalček, ki je napetostno kontroliran in se začasno odpre ob depolarizaciji. Ligandno odvisni kanalčki pa so AcHr, ki ob vezavi AcH spremeni konformacijo in prepušča K, Na in Ca ter tako sodeluje v prenosu živčnega signala, GABA receptor (Cl-/HCO3- kanalček, sodeluje pri repolarizaciji), glicinski in serotoninski receptor (sodelujeta pri depolarizaciji).

Penicilin

Penicilin je peptidni antibiotik, ki spada v družino beta laktamskih antibiotikov. Vsebuje namreč beta laktamski obroč, ki je sterično zelo nestabilen (rišemo ga v obliki kvadrata), zaradi česar je karboksilni C atom v njem dober elektrofil. Penicilin je dober antibiotik zato, ker specifično tarči bakterije, saj inhibira encim transpeptidazo, ki je nujna v sintezi celične stene bakterij, ker omogoča povezovanje vlaken peptidoglikana. Penicilini so skupina antibiotikov iz Cys in Val. Če bakterije razvijejo beta laktamazno aktivnost, postanejo rezistentene na penicilin. Poleg penicilina obstajajo še ostali peptidni antibiotiki - gramicidin (peptidna dvojna vijačnica iz izmenjujočih se D-AK in L-A), ki se vgradi v bakterijsko membrani in tvori pore (podre membranski potencial), in valinomicin (ionofor iz D- in L-Val).

Peptidna vez

Peptidna vez je vez, ki povezuje dve aminokislini. Nastane med COOH in NH2 skupinama dveh aminokislin, vendar ni nujno da sta ti dve skupini vezani na alfa C atom. Primer je glutation, kjer se povezujeta COOH skupina gama atoma glutamata in cistein. Glutation je tudi primer neribosomskega peptida, saj peptidna vez nastane preko encima gama glutamil cistein sintetaza. Sicer pa proteini oz. peptidi nastanejo v ribosomih s pomočjo mRNa in tRNA. Nastanek peptidne vezi poteka s kondenzacijo, vendar se mora molekula najprej aktivirati, ker je OH skupina slabo izstopajoča skupina. Je enojna vez, vendar je za razliko od navadnih enojnih vezi rigidna in planarna, ker se po vezi med C in N razporedi elektronski par na dušiku. Peptidna vez se zato obnaša napol kot dvojna vez. Rotacija okoli peptidne vezi zaradi njene rigidnosti ni mogoča. Večina peptidnih vezi je v trans konfiguraciji. Možna pa je rotacija okoli vezi Ca-C in N-Ca, kot pa opisujeta dihedralna kota fi in psi.

Ph je definiran kot negativni desetiški logaritem koncentracije vodikovih protonov, pOH pa kot negativni desetiški logaritem koncentracije hidroksidnih ionov. Vsota ph in pOH je vedno enaka 14, ph lestvica pa se razteza od 0 (najbolj kislo) do 14 (najbolj bazično). Če sta koncentracija protonov in hidroksidnih ionov enaki, je raztopina nevtralna, kar pa ni nujno pri ph=7, saj je ionski produkt odvisen od temperature. Ionski produkt vode (Kw) je pri 25 stopinjah enako 1x10-14. 𝑝𝐻= −log[𝐻+] 𝑝𝑂𝐻=−log[𝑂𝐻−] 𝑝𝐻+𝑝𝑂𝐻=14

Ph in titracijske krivulje

Ph je negativni desetiški logaritem koncentracije oksonijevih ionov. Titracija je postopek, kjer raztopini z znanim volumnom in neznano koncentracijo dodajamo raztopino znane koncentracije do ekvivalentne točke. S titracijo določamo koncentracijo prve raztopine, če odčitamo volumen raztopine znane koncentracije in sicer po enačbi: c1 x V1 = c2 x V2. Pri titraciji močne kisline z močno bazo in obratno dobimo sol in vodo. Ekvivalentna točka je pri ph=7. S titracijo določamo tudi pKa šibkih kislin oziroma pKb šibkih baz. Pri titraciji šibke kisline z močno bazo je na polekvivalentni točki (točki, ko smo dodali polovico močne baze) pH enak pKa. Pri titraciji šibkih kislin z močno bazo dobimo pufre in vodo. Pri določanju ekvivalentne točke si pomagamo z indikatorjem. Pomembno je, da izberemo indikator, ki spremeni barvo v območju ekvivalentne točke. Ph lahko izmerimo tudi s pomočjo ph metra.

Kisline in baze

Po Bronsted-Lowryjeva definiciji kislin in baz je kislina je vsaka snov, ki odda protone, baza pa snov, ki protone sprejme. Vedno nastopata v paru - vsaka kislina ima svojo konjugirano bazo in obratno. Reakcijo prehoda protona iz kisline na bazo imenujemo protoliza. Pojem kislina/baza ni vezan na snov, ampak na lastnost. Ena in ista snov (voda) se lahko v kombinacijah z drugimi različnimi snovmi obnaša kot kislina ali pa kot baza, zato pravimo da je amfoterna. Jakost kislin opišemo s konstanto disociacije kisline Ka ali s pKa. Močne kisline dobro disociirajo, šibke kisline pa slabo. pKa je negativni dekadični logaritem konstante disociacije kisline. Močnejše kisline imajo manjšo vrednost pKa (analogija s ph) pKa = -logKa. Jakost baz analogno opišemo s konstanto disociacije baze Kb ali pKb. pKb je negativni dekadični logaritem konstante disociacije baze. Močnejše baze imajo manjšo vrednost pKb (analogija s pOH). Pri konjugiranih parih sta Ka in Kb povezani. Ka x Kb = Kw oz. pKa + pKb= pKw (pKa + pKb je pri T= 25 enaka 14). Šibke kisline niso popolnoma disociirane zato koncentracija kisline ca ni enaka koncentraciji oksonijevih ionov pH = ½ pKa - ½ log ca Tudi šibke baze niso popolnoma disocirane, zato koncentracija baze ni enaka koncentraciji hidroksidnih ionov pOH = ½ pKb - ½ log cb.

Kislinsko bazne lastnosti

Po Bronsted-Lowryjeva definiciji kislin in baz je kislina je vsaka snov, ki odda protone, baza pa snov, ki protone sprejme. Vedno nastopata v paru - vsaka kislina ima svojo konjugirano bazo in obratno. Reakcijo prehoda protona iz kisline na bazo imenujemo protoliza. Pojem kislina/baza ni vezan na snov, ampak na lastnost. Ena in ista snov (voda) se lahko v kombinacijah z drugimi različnimi snovmi obnaša kot kislina ali pa kot baza. V vodnih raztopinah je nosilec kislih lastnosti kratkoživ oksonijev ion. V bistvu si molekule vode neprestano izmenjujejo protone (štafetni meganizem, hitrejši od difuzije). Za kemikalije in snovi, ki imajo lastnosti kislin, pravimo da so kisle. Za kemikalije in snovi, ki imajo lastnosti baz, pa da so bazične. Kisline in baze delimo na močne, ki dobro disociirajo, in šibke, ki slabo disociirajo. Kislost in bazičnost določamo s pH lestvico: pH je pri bazah višji od nevtralnega (7 pri 25°C), pri kislinah pa nižji. pH računamo na različne načine glede na to, ali je snov močna ali šibka baza/kislina. Močne baze in kisline imajo tudi nizko (<2) pKa oz pKb. pKa/b pa je neg. dek. log. konstante disociacije. Pri konjugiranem paru velja pKa+pKb=pKw=14. 𝑝𝐾𝑎 =−log𝐾𝑎. 𝐾𝑎 = 𝐾𝑟𝑎𝑣[𝐻2𝑂] = [𝐻3𝑂+][𝐴−]/[𝐻𝐴] 𝐾𝑟𝑎𝑣 = [𝐻3𝑂+][𝐴−]/ [𝐻𝐴][𝐻2𝑂] 𝐾𝑤 = [𝐻3𝑂+][𝑂𝐻−] = 𝐾𝑎 ∙ 𝐾𝑏.

Toničnost

Poglejmo si toničnost in osmotskost še na primeru. V prvem primeru je raztopina A hipertonična (več saharoze, ki ne prehaja skozi membrano), raztopina B pa hipotonična (manj saharoze). Voda bo prehajala iz raztopine B v raztopino A. V isti smeri bo prehajala tudi urea, ki lahko prehaja membrano. Raztopini A in B sta izoosmotski, saj je na obeh straneh enaka količina topljenca. V drugem primeru imamo na obeh straneh (C in D) enako količino saharoze, zato voda ne bo prehajala skozi membrano (v povprečju), prehajala bo le urea iz dela D v del C. Raztopini sta izotonični (enaka konc. saharoze), vendar pa je raztopina D hiperosmotska, saj je v njej več topljencev. Posledica selektivne prepustnosti membrane je nastanek membranskega potenciala (Donnanovo ravnotežje). Sistem namreč poskuša zadovoljiti kemijskemu (enaki koncentraciji na obeh straneh) in električnemu (enaka naboja na obeh straneh) ravnotežju. Vendar pa prekomembranski potencial zaustavi prehajanje nabitih delcev. Donnanovo ravnovesje se vzpostavi, ko je produkt koncentracij kationov in anionov na obeh straneh membrane izenačen: [𝐶+]𝑧𝑢𝑛𝑎𝑗 ∙ [𝐴−]𝑧𝑢𝑛𝑎𝑗 = [𝐶+]𝑧𝑛𝑜𝑡𝑟𝑎𝑗 ∙ [𝐴−]𝑧𝑛𝑜𝑡𝑟𝑎𝑗.

HOMOPOLISAHARIDI

Polisaharidi so OH s splošno formolu CX(H2O)Y in nastanejo s povezovanje več enakih delov (homopolisaharidi) ali različnih monosaharidov (heteropolisaharidi). Med homopolisaharide uvrščamo polisaharide, ki so samo iz ene vrste monosaharidov. V organizmnih so pogosto zaloga hrane in strukturne komponentne. Škrob je homopolisaharid iz D-glukoz, ki se med seboj povezujejo z O-glikozidnimi vezmi α14 (amiloza) in α16 (amilopektin). Pri amilopektinu pride na približno 20 glukoz ena razvejitev, ki jo predstavljajo α16 vezi. V amilozi dihedralna kota v O-glikozidnih povezavah zavzemata tako vrednost, da se amiloza zvije v dvojno vijačnico (večja stabilnost zaradi vodikovih vezi). Glikogen je glavna zaloga hrane v živalskih celicah, zgrajen je iz D-glukoz, ki se povezujejo z enakimi vezmi kot škrob, vendar so pri glikogenu razvejitve pogostejše - na vsakih 8-12 podenot pride ena α16 vez. To omogoča več mest za vezavo encimov in hitrejšo razgradnjo glikogena. Celuloza je najpogostejši polisaharid v naravi, gradi jo D-glukoza z β14. V verigi je vsaka glukoza obrnjena za 180 zaradi teh povezav. To omogoča povezovanje sosednjih verig z vodikovimi vezmi in stabilizacijo (intra in inter molekularne H-vezi). Celulozo najdemo v celičnih stenah. Je polimer v obliki zelo dolgih in ravnih raztegnjenih vezi. Presnavljajo jo termiti, človek pa ne. Hitin nastane s povezovanjem glukoznih derivatov - N-acetilglukozaminov. Povezava je O-glikozidna β14. Je torej zelo podoben celulozi, razlika je le v tem, da je na mestu 2 namesto -OH skupine vezana acetilirana aminska skupina (-NH-CO-CH3). Hitinu je podoben hitozan, ki nastane z deacetilacijo hitina. Zgrajen je iz N-glukozaminov, ki se povezujejo z O-glikozidnimi vezmi β14. Uporablja se pri zaustavitvi krvavitev in celjenju ran ter v laboratoriju (premaz epruvet, da ne pride do koagulacije krvi). Dekstran je polisaharid, ki ga sintetizirajo bakterije. Monomer je D-glukoza, vez je α16 vez z α12 ali α13 ali α14 razvejitvami. So del zobnih. Inulin nastane s povezovanjem D-fruktoz s povezavami β12. V rastlinah ima enako funkcijo kot škrob. Pektin je zgrajen iz D-galakturonske kisline, ki se povezuje med seboj z α14 O-glikozidnimi vezmi. D-galakturonska kislina je derivate D-galaktoze, razlikujeta se v dveh stvareh: C6 atom je oksidiran do karboksilne skupine in na C4 je -OH obrnjen navzgor. Polisaharide telo razgrajuje s pomočjo encimov. Človeško telo lahko razgradi samo škrob in glikogen z encimom α-amilaza.

Methemoglobinopatije

Povečana koncentracija Met-hb ( > 1 %). Methemoglobin nastane ob oksidaciiji Fe2+ v Fe3+, ni sposoben vezati kisika. Lahko je pridobljena (oksidacijo povzročijo nitrati, ROS) ali pa dedna (mutacije, kjer pride do zamenjave proksimalnega/distalnega His z Tyr, pomanjkanje methemoglobin reduktaze --> prepreči oksidacijo do Fe3+). Značilna je cianoza (pomodrela koža). Eritrociti vsebujejo reducente (glutation, askorbinska kislina, ki preprečijo oksidacijo Fe3+. Zdravila so antioksidanti.

Signaliziranje z lipidotopnimi hormoni

Predhodnika hormonov sta vitamin A in D. Druga pomembna oblika vitamina A je retinojska kislina, ki deluje kot hormon v epitelijskih celicah. Receptorja sta RAR, RXR, ki dimerizirata. Retinojska kislina vzdržuje homeostazo epitelijskih celic, pomanjkanje pa vodi v povečano sintezo keratina - keratinizacija epitela. Uporabna je tudi za zdravljenje aken, akutne leukemije in psoriaze. Ima tudi teratogen učinek. Po telesu se prenaša v obliki estrov maščobnih kislin. Do tarčnih tkiv se prenese z RBP. V tarčnih tkivih deluje kot 11-cis-retinal in trans-retinojska kislina. Tudi vitamin D3 deluje kot hormon, ima svoje receptorje - VDR, RXR, ki tudi dimerizirata. Uravnava izražanje genov (poveča sintezo kalcijev kanalčkov, kalcijev prenašalnih proteinov in verjetno tudi Na+/Pi kotransporterja).

Alfa vijačnica proteinov

Predstavlja 25 % vseh proteinov, stabilizirajo jo vodikove vezi znotraj vijačice med C=O n-te AK in NH n+4-te AK. Destabilizirajo jo prolin in glicin, AK z velikimi stranskimi verigami, zaporedje negativnih oz pozitivnih verig. Stranske verige z nasprotnim nabojem se pogosto nahajajo na n-ti in n+3-ti ali n+4-ti AK. Na koncih zaporedja se po navadi vzpostavi delen naboj, ki se stabilizira z negativnim nabojem na C-koncu oz. pozitivnim nabojem na N-koncu

Sekundarna struktura proteinov

Predstavlja stabilne strukturne elemente. Pogosti sekundarni strukturi sta alfa vijačnica in beta struktura. Alfa vijačnica predstavlja 25 % vseh proteinov, stabilizirajo jo vodikove vezi znotraj vijačnice med C=O n-te kisline in N-H n+4-te aminokisline. Alfa vijačnico destabilizirata npr. prolin in glicin, pa tudi zaporedja nabitih AK. Stranske verige z nasprotnim nabojem se pogosto nahajajo na n-ti in n+3-ti/n+4-ti aminokislini. Tudi beta struktura je pogosta sekundarna struktura, gre za plastovito strukturo, stabilizirajo jo vodikove vezi med C=O ene in N-H druge skupine iste ali različne polipeptidne verige. Stranske verige so izmenično nad ali pod ravnino. Beta struktura je paralelna ali antiparalelna. Pogost je beta zavoj, ki povezujeje antiparalelne beta strukture. Vključuje 4 AK, vodikove vezi so med C=O prve in NH četrte AK. Pogosto vključuje glicin in prolin. Sekundarno strukturo določata tudi dihedralna kota, ki opisujeta možno rotacijo okoli vezi N-Ca (fi) in Ca-C (psi). Napake v sekundarni strukturi so povezane z nekaterimi obolenji: prionske bolezni, Parkinsova bolezen, Alzheimerjeva bolezen.

Prenašanje energije med organizimi

Prenos energije v organizmih poteka s prenosom fosforilne skupine z molekule ATP oz. elektronov z molekule NADH/FADH2. Prav ta prenos energije omogoča potek biokemijskih reakcij v organizmu, kljub dejstvu, da so te reakcije večinoma endergonske. Energijsko bogate molekule namreč donirajo dovolj energije, da premagajo endergonski del in nato omogočijo eksergonski proces.

DNA prenos informacij

Prenos genetske informacije: koda je določena z zaporedjem štirih nukleotidnih baz (A, C, G, T), kjer zaporedje treh baz določa posamezno aminokislino. Tripleti dušikovih baz v DNA določajo aminokislino preko posrednika mRNA. V procesu transkripcije se dedna informacija s kodogene verige DNA prepiše na mRNA ter se kasneje v procesu translacije prevede do proteina. Transkripcijo katalizirajo RNA polimeraze, sinteza mRNA pa poteka v smeri 5' → 3'. Pri transkripciji je važno, da promotor ni palindromsko zaporedje, saj drugače RNA polimeraza ne bi mogla prepoznati smeri, v katero se mora sintetizirati. Ker je za sintezo proteinov potrebna informacija kodogene verige, se mRNA sintetizira ob matrični verigi, ki je komplementarna kodogeni. Pri tem nastane mRNA, ki je praktično identična kodogeni verigi, le da je timin zamenjan z uracilom. mRNA se mora že med transkripcijo modificirati, dodatno pa se modificira še po transkripciji. Med transkripcijo se na 5' koncu naredi 5' kapa iz metiliranih gvaninov, donor metilne skupine je v tem primeru S-adenozilmetionin. Metilirajo se lahko tudi riboze. Po transkripciji se na 3' koncu naredi še polyA repek. Ti modifikaciji zaščitita in stabilizirata mRNA. Pred translacijo se morajo v procesu splicinga iz RNA izrezati introni. V procesu translacije poleg mRNA sodelujeta še tRNA in rRNA, ki vsebujeta tudi derivate dušikovih baz. Informacijo za posamezno aminokislino zapisuje kodon - trinukleotidno zaporedje na mRNA. Temu ustreza antikodon na tRNA, ki prepozna kodon mRNA in veže ustrezno aminokislino. Pri branju kodonov pa je pomemben bralni okvir. Isto zaporedje lahko kodira različne proteine, če se začne brati na različnih mestih. Bralni okvir nam lahko zamaknejo različne točkovne mutacije - insercije in delecije nukleotidov. Polipeptidno zaporedje se začne sintetizirati s START kodonom, ki zapiše modificirano aminokislino N-formilmetionin. Kljub temu da je metionin zapisan samo z enim kodonom, obstajata dve tRNA, ki ločujeta med START kodonom in kodonom za metionin. Podaljševanje verige med translacijo poteka od N-terminalnega proti C-terminalnemu koncu. Za podaljševanje so potrebni elongacijski faktorji in energija GTP. Translacija poteka do STOP kodona.

Prionske bolezni

Pri prionskih boleznih gre za agregate nepravilno zvitih proteinov prionov. Normalni prioni PrPC so z GPI sidrom pripeti v membrano nevronov. N-konec je nezvit, preostal del pa je urejen v 3 alfa vijačnice ter 2 beta strukturi. Pri prionskih boleznih se PrPC pretvori v PrPSC. Ta se akumulira v možganih in povzroči številne redke bolezni, ker propadajo nevroni. Bolezni so: Creutzfeld-jakobova bolezen (luknjičaste spremembe v možganovini), smrtonosna družinska nespečnost, kuru. Pravilno zviti PrPc (alfa vijačnica) je termodinamsko manj stabilen od nepravilno zvitega (beta list), vendar je energetska bariera (aktivacijska prosta entalpija) med njima velika. Zato je verjetnost za prehod PrPc v PrPsc majhna. Domnevni čas, v katerem bi se PrPc konformacijsko spremenil v PrPsc je 3000 do 4000 let, v primeru mutacije ali prisotnosti PrPsc pa tovrstna konformacijska sprememba poteče v času 30 do 40 let. Raziskovalni izsledki kažejo, da bi pri prtvorbi PrPc v PrPsc pomembno vlogo lahko imeli "kofaktorji". Ti naj bi znižali aktivacijsko prosto entalpijo in s tem povečali verjetnost (hitrost) prehoda PrPc v PrPsc.

Polinukleotidi

Primarna struktura nukleinskih kislin je zaporedje nukleotidov. Zaporedje nukleotidov se piše v smeri 5' → 3'. 5' konec predstavlja konec s prostim fosfatom (vezanim na C5 riboze), 3' konec pa konec s prostim sladkorjem (prosto -OH skupino na C3). DNA molekule sestavljajo A,G,C,T pri RNA pa je T zamenjan z U.

Primarna struktura proteinov

Primarno strukturo predstavlja zaporedje aminokislin. Določena je s kovalentnimi vezmi, in sicer disulfidnimi mostički med cisteini in peptidnimi vezmi med aminokislinami. Iz zaporedja AK lahko sklepamo na funkcijo in strukturo proteina in na njegovo lokacijo v celici, uporabna pa je tudi v proučevanju evolucije. Primarna struktura določa sekundarno in terciarno strukturo ter posledično biološko vlogo proteina. Spremembe vodijo v bolezenska stanja, kot so npr. Anemija srpastih celic (Glu->Val), hemolitična anemija, cistična fibroza (delecija v genu za CFTR). Zaporedje AK določimo z Edmanovo degradacijo ali z masno spektrometrijo, lahko tudi posredno z določanjem gena DNA.

Ciklični nukleotidi?

Primer cikličnega nukleotida je cAMP oz. ciklični adenozin 3', 5' monofosfat. Je signalna molekula, ki nastane v zunajceličnem matriksu kot posledica vezave hormona na receptor. Sintetizira se iz ATP, v notranjosti celice deluje kot sekundarni obveščevalec. cAMP aktivira protein kinaze, te pa aktivirajo proteine.

Prosta entalpija in kemijsko ravnotežje

Prosta entalpija je merilo za spontanost procesov v sistemu. Sestavljata jo entalpijski in entropijski člen (ΔG=ΔH-TΔS). Ugodno je, da se entropija čim bolj poveča in je torej entropijski člen čim večji. Ker so organizmi zelo urejeni (nizka entropija), se mora entropija okolice večati, ker se v vesolju entropija lahko zgolj veča. Prav tako pa je ugodno, da je entalpijski člen čim manjši. Za spontan potek reakcije v smeri nastanka produktov je torej nujno, da je sprememba G manjša od nič. Če je sprememba G večja od nič, je reakcija še vedno spontana, vendar poteka v smeri iz produktov v reaktante. Če je sprememba G enaka nič, potem je sistem v ravnotežju. Ravnotežje ne pomeni, da se v sistemu nič ne dogaja, pomeni le, da sta hitrosti pretvarjanja reaktantov v produkte in obratno enaki. V telesu pa ni vse odvisno zgolj od proste entalpije oz. spontanosti, ampak tudi od kinetike, saj je nek proces lahko spontan, a če poteka izjemno počasi, v bistvu deluje kot nespontan. Na kemijska ravnotežja pa vpliva tudi pH, temperatura in koncentracija reaktantov oz. produktov. Vpliv teh parametrov na ravnotežje je odvisno od vrste reakcije. Reakcija se po La Chatlierjevem načelu na spremembo okolja odzove tako, da poskuša to spremembo minimizirati -> ravnotežje se premakne v eno ali drugo smer. Kemijski potencial (μ) je enak prosti entalpiji (G) in je definiran kot μA = μ0 - RT ln[A]. V ravnotežju sta μ in G vsake komponente reakcije enaka (μreaktant. - μprodukt. = 0).

Prostaglandini

Prostaglandini so eikozanoidi, ki se sintetizirajo iz arahidonske kisline. So avtokrini ali parakrini hormoni. Sintetizirajo se iz ciklooksigenaze katero inhibira aspirin in NSAID. Prostaglandine prepoznamo po petčlenske obroču v strukturi, če je poleg petčlenskega obroča v strukturi še dodaten furanski obroč, so ti prostaglandini imenujejo prostaciklini. Poimenujemo jih s PG in črko, ki označuje substituente, ter številko, ki označuje število dvojnih vezi v verigi. To število nam pove tudi jakost delovanja. Substituenti nam povedo funkcijo. Prostaglandini se sintetizirajo v različnih oblikah glede na tkivo. Imajo tudi različne funkcije. PGE2 in PGF2a stimulirata krčenje maternice, PGE2 pa tudi izloča želodčni sok in poveča vnetni odziv.

Delitev proteinov po strukturi in funkciji

Proteine glede na strukture delimo na globularne in fibrilarne. Globularni proteini: terciarna struktura vključuje več vrst sekundarne strukture. Hidrofobni ostanki so v notranjosti, hidrofilni pa zunaj. Kvartarna struktura je dinamična, so topni v vodi. Funkcija: transport (mb, hb), regulacija DNA (histoni, TF), obramba (Ig), kataliza (encimi), signalizacija (receptorji, kanalčki). Fibrilarni proteini: terciarna struktura je iz ene same sekundarne strukture. Hidrofobni ostanki so v notranjosti in zunaj, kvartarna struktura je statična, so netopni v vodi. Funkcija: struktura in opora, znotrajcelični filamenti: keratini, zunajcelični matriks: kolagen

Proteini kot markerji, Elisa

Proteine lahko uporabimo kot diagnostične označevalce. Bolezen lahko diagnosticiramo tako, da opazujemo oz. ugotovimo, če je v krvi povečana vrednost določenih proteinov, ki so značilni za določeno bolezen, ali pa se v krvi ne bi smeli nahajati. Primer sta kreatin kinaza in troponin, katerih serumska koncentracija je po infarktu močno povečana. V primeru bolezni jeter se v kri sprostijo različne transferaze, npr. AST in ALT. Pri raku se poviša serumska koncentracija PSA in CA125. Kot markerje pa pogosto uporabljamo tudi imunoglobuline, npr. s postopkom ELISA. Uporabimo dve vrsti Ig, primarni pritrjujejo iskani protein na podlago oz. magnetne kroglice, drugi pa se na iskani protein vežejo in vsebujejo fluorokrom oz. kakšen drug barvni označevalec. Bolj intenzivna kot je barva, večja je prisotnost iskanega proteina.

Določanje proteinov

Proteine proučujemo glede na njihove lastnosti. Proteini se namreč med seboj razlikujejo glede na velikost, neto naboj in afiniteto do vezave ligandov. Osnovni potek ločevanja: homogenizacija celično frakcioniranje v centrifugi ločevanje glede na topnost ali glede na pH odstranjevanje soli ločevanje proteinov s kromatografijo. Kromatografija je fizikalno-kemijski proces, s katerimi ločujemo komponentne zmesi. Vsaka kromatografija ima stacionarno fazo in mobilno fazo. Zmes nanesemo na stacionarno fazo, komponentne pa potujejo z mobilno fazo glede na afiniteto komponentne na stacionarno oz. mobilno fazo. Tankoplastna kromatografija se uporablja se ločevanje manjših molekul, metabolitov, AK, OH, lipidov, vitaminov.acionarno fazo predstavlja tanka plast silica gela na steklu ali aluminiju, mobilno pa mešanica organskih topil. Mobilna faza zaradi kapilarnih sil potuje po stacionarni, snovi, ki so dobro topne v mobilni fazi pa potujejo daleč po stacionarni fazi. Topnost komponente v mobilni fazi izražamo z retencijskim faktorjem, ki je razmerje med dolžino poti komponente po stacionarni fazi in dolžino poti mobilne faze. Proteine ločujemo s tekočinsko kromatografijo. Mobilna faza je tekoča, stacionarna pa trda in se nahaja v kolonah. Nosilec je po navadi celulozni ali agarozni, mobilno fazo pa sestavlja pufer. Poteka lahko pri normalnem tlaku, lahko pa tudi pri povišanem tlaku do 340 atm - high performance liquid chromatography (HPLC). Proteine zaznavamo z absorbanco pri 200 nm, saj tam absorbira peptidna vez (aromatične aminokisline pri 280 nm). Za ločevanje proteinov po razlikah v naboju uporabljamo ionsko izmenjevalno kromatografijo. Proteini imajo pri različnih vrednostih pH namreč različen naboj (če je pH manjši od pI ima protein pozitiven naboj, če je večji od pI pa negativen). V stacionarni fazi imamo ionske izmenjevalce - polimere z nabitimi funkcionalnimi skupinami. Ločimo: - kationske izmenjevalce, ki imajo vezane negativno nabite funkc. skupine in vežejo pozitivno nabite molekule - anionske izmenjevalce, ki imajo vezane pozitivno nabite funkc. skupine in nase vežejo negativno nabite molekule. Iz stacionarne faze proteine nato ločimo z gradientom pH ali z gradientom ionske moči. Eluiranje (spiranje) proteina je odvisno od naboja proteina - večji kot je naboj, večjo ionsko moč potrebujemo. Primer eluiranje z NaCl - dodajamo NaCl, pri nizkih konc. se izločijo šibko vezani proteini, pri visokih koncentracijah pa eluiramo še močno vezane proteine. Če ločujemo proteine glede na razliko velikosti uporabljamo gelsko filtracijo. Stacionarno fazo predstavlja molekularno sito (npr. dekstran), ki je iz velikih polimernih kroglic. Majhne molekule se ujamejo v te polimerne kroglice, velike pa potujejo med njimi. Zato pri gelski filtraciji velike molekule potujejo dlje od majhnih. Z gelsko filtracijo lahko tudi določimo maso proteinov. Elucijski volumen (volumen, pri katerem eluiramo določen protein) je namreč obratno sorazmeren z desetiškim logaritmom molekulske mase. Veliki proteini se torej najprej sperejo, majhni proteini pa zadnji. Če ločujemo proteine glede na njihovo afiniteto do vezave liganda uporabljamo afinitetno kromatografijo. V stacionarni fazi imamo vezane skupine/ligande, ki specifično interagirajo z določenim proteinom, ki ga proučujemo (npr. interakcije antigen/protitelo, receptor/ligand, encim/substrat...). Afinitetno kromatografijo uporabljamo za čiščenje rekombinantnih proteinov. S pomočjo NaDS PAGE lahko določimo tudi molsko maso proteinov. Če na gel nanesemo proteinske standarde, lahko določimo, kako daleč so prepotovali določeni standardi znanih mas. Za ločevanje proteinov lahko uporabimo tudi naprednejšo metodo - dvodimenzionalno poliakrilamidno gelsko elektroforezo (NaDS 2D-PAGE). Tu proteine ločimo glede na naboj in glede na maso. Stacionarna faza je narejena kot pH gradient. Najprej v eni dimenziji ločimo proteine glede na naboj - vklopimo električno polje in proteini potujejo k tisti vrednosti pH, ki ustreza pI proteina. Pri nizkih pH je pozitivni pol polja, saj imajo proteini pri pH < pI pozitiven naboj in bodo zato potovali k negativni elektrodi. Obratno za visoke pH. V drugi dimenziji ločimo proteine še glede na velikost, enako kot pri metodi NaDS PAGE Pri masni spektrometriji lahko proteine ločimo in detektiramo. Protein najprej ioniziramo, nato pospešimo v električnem polju. Ko dosežejo zadostno kinetično energijo, izklopimo električno polje in vklopimo magnetno polje. V magnetnem polju se nabiti proteini odklonijo, glede na razmerje m/z. Lahki ioni in ioni z večjim nabojem (tj. ioni z nizkim m/z) se v magnetnem polju zelo odklanjajo in jih zato vidimo na začetku masnega spektra. Z masno spektrometrijo lahko določimo tudi zaporedje aminokislin v proteinu. Protein najprej tretiramo s proteazo, da dobimo krajše peptidne verige. Raztopino peptidov nato damo v napravo, ki je v bistvu zaporedje dveh masnih spektrometrov. Najprej peptide ioniziramo in jih z masno spektrometrijo ločimo, tako da nam ostane samo peptid, ki ga želimo proučevati. Izoliran peptid dobimo v celici za trke, kjer ga obstreljujemo z inertnim plinom (helij/argon) in ga še dodatno cepimo, večinoma po peptidnih vezeh. V drugem masnem spektrometru zopet izmerimo te fragmente, pri čemer dobimo vrhove, ki ustrezajo razmerju m/z za različna zaporedja različnih aminokislin. Z nižanjem razmerja m/z na masnem spektru lahko vidimo, katero aminokislino smo pri vsakem fragmentu 'izgubili' in s tem določimo zaporedje peptida. Pri tem izrabljamo dejstvo, da se pri odcepljanju aminokislin naboj peptida ohranja, zato se razmerje m/z spreminja samo na račun izgubljene mase zaradi odcepitve aminokisline. 3D strukturo proteina določimo z rentegnsko difrakcijo. Masovno lahko proteine identificiramo s proteinskimi mrežami.

Pufri

Pufri so snovi, ki se upirajo spremembi pH. So šibki elektroliti (šibke baze ali kisline) in zmanjšajo vpliv močnih baz in kislin na pH, tako da jih spremenijo v šibke kisline oz. baze. Pufer sestavljata dve namreč snovi: šibka baza in njena konjugirana kislina ali šibka kislina in njena konjugirana baza. Pufrom se ob dodatku močnih kislin oziroma baz pH zelo malo spremeni, saj pufri sami prevzamejo protone kisline ali pa oddajo protone bazi. Za računanje pH pufrov se uporablja Henderson-Hasselbalchova enačba (pH=pKa+log(A-/HA). Pufrom pripišemo pufrsko kapaciteto in pufrsko vrednost. Kapaciteta je kvalitativna mera in nam pove sposobnost pufra, da se upre spremembi pH. Pufer z večjo kapaciteto se bo pri dodatku enake količine močnega elektrolita bolj upiral spremembni pH. Pufrska vrednost je kvantitativna mera in nam pove, koliko H+ oz. OH- moramo dodati 1L pufra, da se mu spremeni pH za eno enoto. Največjo kapaciteto ima pufer v območju pH=pKa +- 1. Glavni znotrajcelični pufer je fosfatni pufer, ki je pri fizioloških pogojih večinoma v obliki H2PO4-/HPO42- in vzdržuje intracelularni pH približno 6,8. Sicer ima fosfatni pufer tri pufrska območja, saj fosfatna kislina lahko odda 3 protone. Glavni zunajcelični pufer je bikarbonatni pufer, ki vzdržuje pH pribižno 7,4. Je poseben pufer, saj kot pufer deluje le v odprtem sistemu, kjer se snovi izmenjujejo z okolico. Telo mora namreč neprestano vzdrževati stalno razmerje HCO3- /CO2 = 20/1 (kar je veliko, saj normalno pufri delujejo pri 32 razmerju 1:1). To naredi tako, da presežek ogljikovega dioksida izloči preko pljuč, presežek HCO3- pa preko ledvic. CO2 se v telesu pretvarja direktno v HCO3- (in ne v H2CO3) zaradi encima karboanhidraze. CO2 predstavlja kislinski del pufra, HCO3- pa njegovo konjugirano bazo. V tkivih nastaja CO2, presežek povzroči povišanje parcialnega tlaka, zato ta prehaja v kri. V krvi se ga del veže na hemoglobin, del pa se pretvori v hidrogenkarbonatni ion, ki se izloči v kri. V pljučih je nizek parcialni tlak ogljikovega dioksida, zato se izloči iz krvi in prehaja v pljuča. To prehajanje pa omogoča HCO3-/Cl- transporter. Ph krvi torej uravnavamo z dvema mehanizmoma, z dihanjem uravnavamo koncentracijo ogljikovega dioksida, hitro dihanje pomeni več izdihanega CO2 in povišanje pH, počasno dihanje pa znižanje pH. Preko ledvic pa uravnavamo HCO3-, če je ph previsok, se preko ledvic izloča hidrogenkarbonatni ion. Če je kri torej kisla, je koncentracija ogljikovega dioksida visoka, zato se ga mora več izločiti in je dihanje hitrejše. Če je kri bazična, imamo presežek hidrogenkarbonata, zato se mora izločiti manj ogljikovega dioksida in je dihanje počasnejše, poleg tega pa se presežek hidrogenkarbonata izloča preko ledvic. Za pojasnitev delovanja pufrov (npr.acetatnega pufra) si pomagamo z enačbami: 1. CH3COOH + H2O!CH3COO- + H3O+ 2. Ka = [CH3COO-][H3O+] / [CH3COOH] 3. 2H2O!H3O+ + OH- 4. K =[H3O+][OH-] / [H2O]2 Ob dodatki kisline se poveča koncentracija [H3O+] in zahteva po nespremenjeni vrednostii Ka (2) poskrbi, da CH3COO- ioni vežejo del H3O+ ionov. Ob dodatku baze OH- ioni vežejo H3O+ ione zaradi zahteve po nespremenjeni vrednosti K (4), zato tudi nekaj CH3COOH dodatno disociira. Tako je vpliv kisline ali baze na pH pufra veliko manjši kot na pH čiste vode.

RNA molekule

RNA so enoverižne molekule ribonukleinskih kislin (sladkor riboza), tvorijo raznolike sekundarne in terciarne strukture. Nalaganje v vijačnico oz. interakcije med bazami v dveh sosednjih vijačnic RNA, je glavna lastnost višjih struktur RNA. Struktura RNA je povezana z njeno biološko vlogo. Primarna struktura - zaporedje nukleotidov, kovalentne vezi med ribozo in fosfatom ter ribozo in dušikovimi bazami. Sekundarna struktura je katerakoli običajna in stabilna oblika, ki jo tvori zaporedje nekaterih ribonukleotidov. Terciarna struktura je kompleksno zvijanje sekundarnih struktur v prostoru. Molekula RNA omogoča dinamično življenje. Obstaja več različnih RNA (mRNA, tRNA, rRNA), v zadnjem času je tudi obilo majhnih nekodirajočih RNA. tRNA imajo značilno sekundarno in terciarno strukturo, antidokodon tRNA prepozna kodon na mRNA, na 3' koncu je vezana AK, ki ustreza kodonu. Znotraj ribosoma imamo številne rRNA, ki imajo lahko encimsko aktivnost (ribocimi). mRNA je enojna ribonukleotidna veriga, ki nastane po prepisovanju iz DNA, je desnosučna vijačnica ene verige RNA. Glavna lastnost višjih struktur RNA je ko-aksialno nalaganje. Poznamo tudi majhne RNA molekule. MicroRNA (miRNA) je majhna nekodirajoča RNA, ki vsebuje cca 22 nukleotidov. Deluje na ravni "utišanja" RNA ali na post-transkripcijski regulaciji izražanja genov. miRNA se s svojim komplementarni mzaporedjem poveže na tarčne kodirajoče molekule RNA in jih tako "utiša", da se npr. ne morejo prevesti do proteína. Zadnji izsledki kažejo, da je kar 60% kodirajočih genov uravnavanih tudi z miRNA. Mnoge miRNA so evolucijsko ohranjene, kar kaže na njihovo pomembno biološko vlogo. Male interferenčne RNA (siRNA) imajo podobno vlogo kot miRNA. Uporabljamo jih za utišanje genov in vitro. siRNA je dvojnovijačna RNA molekula z 20-25 baznih parov. S svojimzaporedjem komplementarnim posega v izražanje specifičnih genov, kar privede do razgradnje tarčne mRNA in preprečevanja prevajanja. Piwi-interakcijsske RNA (piRNA) predstavljajo največji razred majhnih nekodirajočih RNA, izraženih v živalskih celicah. Tvorijo RNA-proteinske komplekse s t. i. piwi proteini in so večinoma vključene v epigenetsko in post-transkripcijsko utišanje transpozonov. Vendar se lahko vključijo tudi v regulacijo drugih genetskih elementov v zarodnih celicah. Razlikujejo se od miRNA v velikosti (26 - 31 NT), nimajo ohranjenih zaporedij in so bolj kompleksne. Majhne jedrne RNA (snRNA) so dolge cca 150 nukleotidov. Njihova primarna funkcija je v obdelavi pre-mRNA (hnRNA) v jedru, imajo pa še druge vloge, povezane z zorenjem RNA in izrezovanjem intronov. Zunajcelične RNA (exRNA ali exosomalna RNA) opisuje RNA vrste, prisotne zunaj celic, iz katerih so bile prepisane. Pri človeku so bile exRNAs odkrite v telesnih tekočinah, kot so venska kri, slina, materino mleko, urin, seme, menstrualne krvi, in vaginalne tekočine. Njihova biološka vloga še ni v celoti razumljena. Nekatere exRNA igrajo vlogo v medcelični komunikaciji in regulaciji.

Biokemijske osnove rahitisa

Rahitis je bolezen kosti, ki se ponavadi pojavlja v državah, ki imajo mračnejše in bolj mrzlo podnebje. Tamkajšnji ljudje so manj izpostavljeni UV svetlobi, ki je nujna za pretvarjanje 7-dehidrokalciferola v holekalciferol (D3, predhodnik bolje aktivnega 1 alfa 25-dihidroksiholekalciferol oz. kalcitriol). Bolezen je torej posledica hipovitaminoze D. Zmanjšano je vsrkavanje kalcijev in fosforjevih soli iz hrane, kar povroči zmehčanje kostnega tkiva. Take kosti postanejo veliko bolj občutljive, kar povroči, da se kosti upognejo, lahko pa tudi prelomijo. Povezana je lahko tudi z nepravilnim delovanjem črevesa/jeter/ledvic in nepravilno prehrano.

Raultov zakon

Raultov zakon nam opiše, kako se spreminja parni tlak zaradi prisotnosti topljenca. Glasi se: p1 = p1°* X1 - p1 je parni tlak, p1° je parni tlak čistega topila in X1 je molski delež topila. Vidimo, da se zaradi topljenca molski delež topila zmanjša, zato se zmanjša tudi parni tlak. Raultov zakon je limitni, kar pomeni, da velja le za idealne topljence oz. da bolj kot se delci obnašajo kot idealni, bolj ta zakon velja. Znižanje parnega tlaka lahko izračunamo tudi s pomočjo Raultovega zakona, če upoštevamo zvezo med molskima deležema topila in topljenca (X1 + X2 = 1). Sprememba parnega tlaka je zato enaka: Δp = p1° * X2 (X2 je molski ulomek topljenca).

Funkcija različnih zaporedij DNA**

Različna zaporedja DNA nosijo različne funkcijske informacije. Eksoni so kodirajoča območja DNA in so po navadi krajši od intronov. Poleg intronov imamo v DNA tudi druga nekodirajoča zaporedja: 5' regulatorne regije (promotor, ojačevalec), 3' nekodirajoče regije (regulirajo stabilnost prepisov - kako obstojna je mRNA), medgenske regije itd. Večina DNA izven genov je sestavljena iz ponavljajočih se zaporedij, ki se med posamezniki zelo razlikujejo. To je satelitna DNA (SSR - short simple repeats) in predstavlja ~3% genoma. Nekodirajoča medgenska zaporedja sestavljajo transpozoni - molekularni paraziti, ki se vključijo v genom. Satelitno DNA najdemo predvsem v telomerah in centromerah. Telomere so območja na koncih kromosomov in vsebujejo ponovljiva zaporedja, ki pomagajo stabilizirati kromosom. Pri človeku je to zaporedje TTAGGG. Pomembna območja DNA so tudi palindromska zaporedja, ki jih prepoznajo regulatorni proteini in restrikcijski encimi. Palindromska zaporedja lahko tvorijo zanke (če odsek vsebuje en palindrom) ali križe (odsek vsebuje dva palindroma), te strukture pa prepoznajo transkripcijski faktorji. Palindromska zaporedja prepoznajo tudi restrikcijski encimi, ki na teh območjih cepijo DNA in so uporabni v forenziki in medicinski diagnostiki.

Razred proteinov, ki so vključeni v obrambo organizma, nadzorujejo jo imunski odgovor, ki ga sestavljata dva sistema - celični (uniči gostiteljske celice, osnova so limfociti T) in humeralni (uniči tujke v telesnih tekočinah, osnova so ig, ki jih izločajo limfociti B oz. plazmatke). Prepoznajo tuje mojekule (antigene), s svojim antigen vezavnih mestom, se vežejo na epitop. Sestavljeni so iz dveh težkih in dveh lahkih verih, verige so sestavljene iz konstanega in variabilnega dela, ki je ključen za vezavo antigena. Verige se med seboj povezujejo z disulfidnimi mostički). Ig razdelimo v 5 različnih vrst, vsaka ima enako vrsto lahkih verig, razlikujejo se v težkih verigah. Lahko se povezujejo v dimere (IgA) ali pentamere (IgM). IgG so glavni v sekundarnem imunskem odzivu, IgM so vključeni v primarni imunski odgovor, podobno delujejo tudi IgD. IgE igrajo vlogo v zaščiti pred paraziti in alergijskih reakcijah. IgA ščitijo na mestih vhoda. IgG so glikoproteini in predstavljajo glavno vrsto protiteles. Poznamo dve domeni: Fab in Fc .Imunoglobulini G so glikoproteini in predstavljajo glavno vrsto protiteles. Različne molekule IgG vsebujejo različna zaporedja aminokislin na N-terminalnem koncu in lahko zato vežejo različne antigene. To mesto imenujemo domena Fab, druga domena je še Fc domena, ki služi za vezavo na Fc receptorje na makrofagih. Za strukturo protiteles je značilno zvitje antipararelnih beta struktur (Tri konstantne domene težkih verig in konstantna domena lahkih verig imajo značilno imunoglobulinsko zvitje), polipeptidne verige se povezujejo z disulfidnimi mostički (tudi z nekovalentnimi interakcijami). Delujejo na več načinov, vsi pa vključujejo prepoznavo epitopa antigena in vezavo ig na antigen. Protitelso se veže na antigen, molekula se označi za fagocitozo. Z Fc domeno se veže na Fc receptor makrofaga, makrofagaa pa fagocitira patogen skupaj z ig. Ig lahko prepoznajo različne epitope, kar imenujemo poliklonski odziv. Za en antigen lahko limfociti B sintetizirajo več različnih protitels, ki se lahko različno vežejo na enak antigen. IgM je razred protiteles, ki se po navadi prva vključijo v imunski odziv. Sprva se nahajajo kot membranska protitelesa, vezana v membrani limfocitov B. Po vezavi na antigen se začnejo sproščati v obliki pentamerov oziroma heksamerov, vključujejo lahko tudi J verigo. Prekomerna sinteza je značilna za nekatere bolezni, npr. Amiloidoza in multipli mielom.

Raztapljanje trdnih topljencev v vodi

Raztopina je homogena zmes dveh ali več molekulskih ali ionskih vrst. Snov, ki je je največ je topilo (disperzni medij), druge snovi pa so topljenci (disperzna faza, lahko so plini, tekoče ali trdne snovi). Različne faze lahko opazimo, ko je toplenjece v vodi netopen ali kadar imamo nasičeno raztopino (presežena največja količina raztopljenega topljenca). Količino topljenca izrazimo s koncentracijo, ki določa tudi fizikalne lastnosti raztopine. V vodi se raztapljajo trdne snovi kot so sladkor, sol ali milo. Velja izkustveno pravilo, da se podobno topi v podobnem. formule!!

Reakcije AK

Reakcije aminokislin delimo na reakcije AK na a C-atomu in na reakcije aminokislin na radikalih. Reakcije na a C-atomu so (de)aminacije, transaminacije, dekarboksilacije in racemizacije. Aminacija je reakcija, kjer iz ketona dobima imin in v končni fazi (z redukcijo) celo amin. Najprej na keto skupino vežemo aminsko skupino, kjer se odcepi voda in dobimo imin. Z reducentom kot je NADH lahko imin reducirano v amin. Z aminacijo lahko alfa keto kislino pretvorimo v alfa aminokislino in obratno. Reakcijo katalizira glutamat dehidrogenaza, v reakcija sta udeležena tudi amonijak in NAD(P)H. Transaminacija je reakcija med alfa keto kislino in aminokislino. Pri reakciji sodeluje piridoksal fosfat. Piridoksal fosfat je vključen tudi v reakcije dekarboksilacij in razemizacij. Dekarboksilacija je odstranitev karboksilne skupine. Racemizacija je reakcija, kjer se L-AK pretvarjajo v D-AK. Zadnja reakcija je tvorba peptidne vezi. Druga skupina reakcij so reakcije na radikalih. Sem spadajo oksidoredukcije na cisteinu, oksidacije, hidroksilacije, kondenzacije, metilacije. Oksidoredukcije omogočajo nastanek disulfidnih mostičkov in redoks pufranje. Oksidacije potekajo na argininu, kjer z oksidacijami dobimo signalno molekulo NO, potekajo na amino skupini, kjer ima dušik oks. število 3+. Hidroksilacije so pogoste reakcije, kjer na AK vežemo -OH skupino. Potekajo na prostih AK in posttranslacijsko na proteinih. Reakcijo katalizirajo hidroksilaze. Kondenzacije potekajo s pomočjo ATP, pri tem se npr glutamat pretvori v glutamin. Zadnji tip reakcije so metilacije, ki prav tako potekajo s pomočjo ATP. Pogosta metilacija je prenos metilne skupine z metionina na ATP, pri čemer nastane S-adenozilmetionin, ki lahko naprej metilira alkohole in amine.

Koencimi pri oksidoredukciji

Redoks reakcije potekajo s pomočjo elektronskih prenašalcev. Z oksidacijami se namreč proizvedejo elektroni, ki se porabijo drugod v celici in ne smejo prosto plavati. Ti elektroni se zato vežejo na elektronske prenašalce (NADH, NADPH, FADH2, FMNH2), ki jih prenesejo do redukcijske reakcije. Nekatere stopnje glikolize so oksidoredukcijske reakcije, pri katerih nastajajo elektroni. Ti elektroni se prenesejo na koencime (NAD, NADP, FAD, FMN), ki jih nato prenesejo v mitohondrij. Ti koencimi so vodotopni in nastanejo iz niacina in riboflavina. NAD in NADP nase vežeta elektrone v dehidrogenacijah. Vežeta torej hidridne ione - vodik in dva elektrona. NAD in NADP lahko sodelujeta tako v oksidacijah ali redukcijah. Primer take reakcije je pretvorba piruvata v laktat. Pomembno je, da pri fizioloških pogojih NADH oddaja elektrone, ki jih prejme piruvat in nastane laktat. To reakcijo katalizira laktat dehidrogenaza. Piruvat (oksidant) se skupaj z NADH (reducent) veže na aktivno mesto encima. Nato NADH preda elektrona piruvatu. Druga skupina prenašalcev so riboflavinski prenašalci. FAD in FMN lahko nase vežeta dva vodikova atoma (dva elektrona). Prenos elektronov lahko poteka tudi preko Fe2+/Fe3+ v hemu. Hem ima lahko različne stranske verige in ima zato različne vrednosti standarnega redoks potenciala. Proteini s hemom se imenujejo citokromi

Feedback inhibicija

Reverzibilna alosterična inhibicija in aktivacija sistemov brez ojačitve lahko poteka na tri načine: z negativno povratno zanko (feedback), pozitivno povratno zanko in pozitivno zanko naprej (feedforward). Pri negativni povratni zanki po navadi končni produkt neke metabolne poti zavira eno izmed začetnik stopenj, ki ponavadi hkrati predstavlja tudi razvejišče metabolnih poti. Pri pozitivni povratni zanki kočni produkt spodbuja prejšnje produkte v reakciji, vendar mora biti ta reakcija samoomejujoča, drugače pride do porušitve ravnovesja. Pozitivna zanka naprej pospešuje naslednje korake v metabolizmu: fruktoza-1,3-bisfosfat spodbuja delovanje kinaze, ki pretvarja produkt metabolizma F16BP - fosfoetanolpiruvat - v piruvat.

Alosterična inhibicija

Reverzibilna alosterična inhibicija in aktivacija sistetom brez ojačitve, skopljena z reverzibilno kovalentno modifikacijo. Primer take regulacije sta encima fosfofruktofinaza 1 in fruktoza-1,6-bisfosfataza. Na oba encima deluje fruktoza-2,6-bisfosfat - PFK-1 aktivira, fruktozo-1,6-bisfosfatazo inhibira. PFK-1 katalizira korak v metabolizmu glukoze, ki glukozo ireverzibilno označi za razgradnjo. PFK-1 inhibira tudi povišana koncentracija ATP ali citrata, spodbujata pa jo povišani koncentraciji ADP ali AMP. Fruktoza-2,6- bisfosfat regulira aktivnost PFK-1 oz. FBP-aze 1 na poseben način. Ko pade koncentracja glukoze v krbi, se sprošča glukagon, ki signalizira jetrom, naj sprostijo glukozo v kri. V tem primeru se kompleks PFK-2/FBP-aza 2 aktivira, kar akvira FBP-azo 2. Ta zmanjša koncentracijo F26BP, zato je bolj aktivna FBP-aza-1, glikoliza pa se zmanjša. Obratno se pri povišanih koncentracijah glukoze izloča inzulin, ki povroči defosforilacio PFK-2/FBPaza kompleksa. Tak kompleks aktivira PFK-2 , ki sintetizira fruktozo-2,6-bisfosfat. Ta aktivira PFK1, metabolizem glukoze pa poteka v smeri razgradnje. Pri reverzibilni alosterični inhibiciji in aktivaciji sistemov z ojačitvjo gre za reverzibilne kaskade. Primer take regulacije je adrenalinska kaskada, ki akivira razgradnjo glikogena, podobno deluje tudi glukagon. Adrenalin povroči sintezo cAMP, ta aktivira protein kinazo A, ki fosforilira fosforilaza kinazo. Aktivirana fosforilirana fosforilaza kinaza fosforilira glikogen fosforilazo b, ki se aktivira in povroči degradacijo glikogena. Reverzibilna alosterična inhibicija in aktivacija sistemov brez ojačitve lahko poteka na tri načine: z negativno povratno zanko, pozitivno povratno zanko ali pozitivno zanko naprej (feedforward). Pri negativni povratni zanki po navadi končni produkt neke metabolne poti zavira eno izmed začetnjih stopenj, ki po navadi hkrati predstavlja tudi razvejišče metabolnih poti. Pri pozitivni povratni zanki končni produkt spodbuja prejšne korake v reakciji, vendar pa mora biti taka reakcija samoomejujoča, drugače lahko pride do porušitve ravnovesja. Pozitivna zanka naprej pospešuje naslednje korake v metabolizmu - fruktoza-1,6,-bisfosfat spodbuja delovanje piruvat kinaze, ki pretvarja produkt metabolizma F16BP - fosfoenolpiruvat - v piruvat.

Saharozna intoleranca

Saharozna intoleranca ("kongenitalna saharaze-izomaltazna deficienca", CSID) je avtosomno recesivno obolenje, kjer se v tankem črevesu ne proizvaja encim saharaza. To povzroči nepopolno prebavo disaharidov- Simptomi so krči prebavnega trakta, diareja, bruhanje, itd. - torej zelo podobni simptomi kot pri laktozni intoleranci.Zdravljenje: Tudi za prebavo saharoze se dobijo tablete z encimom saharaza. Ker je v nekaterih primerih saharozna intolerance povezana z laktozno, so na tržišču tudi tablete, ki vsebujejo tako laktazo kot saharazo, nekatere pa še druge prebavne encime, ki jih izloča trebušna slinavka (izvor saharaze in laktaze so pri človeku črevesne celice (enterociti) tankega črevesa (mikrovili).

Sekundarni sporočevalci

Sekundarni sporočevalci so signalne citosolne molekule, ki se sintetizirajo kot odgovor na signal. Najprej se v bistvu vežejo primarni obveščevalci (signalna molekula - npr. Insulin) na receptor, kar sproži aktivacijo citosolne encimske (tirozin kinazne) aktivnosti. Po autofosforilaciji sledi fosforilacija ti. Receptorskega substrata. Slednji lahko sproži hitre odzive preko ojačevalskih kinaznih kaskad in sekundarnih obveščevalcev. Encimi ki tvorijo sekundarne obveščevalce - adenilat ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaza... Različni sekundarni obveščevalci cAMP, cGMP, IP-3... - Andrenergični receptor - primer G proteini povezane signalizacije in sek. obveščevalca cAMP - Adrenalin preko adenilat ciklaze in cAMP aktivira protein kinazo A - signaliziranje preko Gproteinov in sek. obveščevalcev DAG, IP3, Ca2+ - sprejem svetlobe preko Gproteina transducina in sek. obveščevalca cGMP - receptorji z gvanilat ciklazno aktivnostjo in signalizacija preko cGMP

Serotonin

Serotonin nastane z oksidacijo triptofana in sledečo dekarboksilacijo (vedno poteka pod vplivom PLP). Je biogen amin in hormon sreče. Znižuje krvi tlak, njegovo izločanje poveča ekstazi, razkroj pa katalizira monoamino oksidaza. Inhibitorji monoamino oksidaze so razred antidepresivov. Serotnin je tudi prekurzor v sintezi melatonina, v reakcijo sta vključena AcCoA in S-adenozilmetionin. Melatonin je hormon, ki uravnava cirkadni ritem.

Sfingolipidi

Sfingolipidi so pomembni membranski lipidi. Sfingolipidi so iz aminoalkohola sfingozina (osnovno ogrodje sfingolipidov), ki je z amidno vezjo povezan na eno MK. Na -OH skupino C3 atoma pa se povezujejo različne skupine. Če na C3 atomu ni povezave, se tak sfingolipid imenuje ceramid. Če je to fosfoholin/fosfoetanolamin, je to sfingomielin. Če je to glukoza, je cerebroizid. Če je di-, tri- ali tetrasaharid je to globozid. Če pa je kompleksnejši oligosaharid, pa je to gangliozid. Sfingolipidi v celicah opravljajo različne naloge. Sestavljajo celične membrane, v živčnih celicah tvorijo mielinsko ovojnico, omogočajo prepoznavanje celic in sodelujejo pri prenosu signala. Če pride do motenj v metabolizmu sfingolipidov, pride do bolezni skladiščenja. Med njimi sta najbolj znani Tay-Sachsova bolezem (okvarjena je heksoaaminidaza A, skladišči se GM2 gangliozid) ter Niemann-Pickova bolezen (okvarjena sfingomielinaza, skladišči se sfingomielin). Pri obeh pride do skladiščenja sfingolipidov predvsem v živčevju, posledica pa je mentalna zaostalost in zgodnja smrt.

Sialična kislina

Sialična kislina je pogost derivat v glikoproteinih, ki imajo za razliko od proteoglikanov sladkorni del manjši, a je razvejan in strukturno raznolik. Glikolipidi imajo sladkorni del vezan na lipidno komponento- ceramid. Dobimo glikosfingolipide, če sladkorni del vsebuje vezano sialično kislino.

Gvanilil ciklazni receptor

Signalna molekula se veže in konformacijsko spremeni receptor, GC na notranji strani receptorja se aktivira (GTP-->cGMP), nastane sek. obveščevalec cGMP, aktivacija s cGMP-odvisno protein kinazo - fosforilacija tarč. Gvanilat ciklazna domena je lahko membransko vezana ali topna (z NO aktivirana gvanilat ciklaza je topna). Sintezo NO katalizira NO sintaza, aktivnost encima uravnavajo kalcijevi ioni (kalmodulin). NO aktivira topno GC. cGMP zmanjša moč kontrakcij srčne mišice (relaksacija, ublaži angino pektoris), saj cGMP aktivira Ca črpalke in tako zniža Ca. Viagra inhibira izoencim fosfodiesterazo tip5, ki hidrolizira cGMP v krvnih žilah penisa, sledi vazodilatacija. + formula!

Alosterični encimi

So encimi, ki so iz več podenot in lahko nase vežejo modulatorje. Modulatorji so snovi, ki po vezavi spremenijo afiniteto encima. Po vezavi modulatorja se alosterični encim namreč konformacijsko spremeni, ta sprememba pa se prenese na ostale podenote. Alosterični modulatorji so lahko pozitivni ali pa negativni, odvisno kako vplivajo na afiniteto encima do določene molekule. Pri alosterični modulaciji ponavadi govorimo o povratnih zankah in sicer pozitivni, negativni in pa povratni zanki naprej. Alosterični encimi so velikokrat na začetku metabolne poti in so regulirani s končnim produktom reakcije. Primer encima z neg. povr. zanko je aspartat transkarbamoiloza, ki sodeluje v sintezi pirimidinskih nukleotidov, sestavljena je iz dvanajstih polipeptidnih podenot - 6 jih je regulatornih, 6 katalizičnih. ATCaza se lahko nahaja v T ali pa R stanju - v T stanju je manj aktivna, njena afiniteta do substrata je majhna, v R stanju pa obratno. Alosterična modulatorja tega encima sta CTP in ATP. CTP je z encimom v negativni povratni zanki in sicer ob vezavi stabilizira T stanje in zmanjša afiniteto do substrata. ATP pa je pozitivni alosterični modulator, ki se veže na regulatorno domeno in izrine CTP. Stabilizira R stanje in povzroči visoko afiniteto do substrata. Fiziološki pomen tega je povečana sinteza pirimidinov ob neravnovesju med purini in pirimidini (ker je očitno več ATP). Primer je tudi hemoglobin, kjer vezava kisika poveča afiniteto do kisika in stabilizira R stanje, vezava BPG, CO2 in H+ pa obratno. Za alosterične encime je značilno odstopanje od M.M. kinteike in sigmoidna krivulja. Krivulja ima takšno obliko zaradi več podenot in več vezavnih mest. Strmina krivulje je odvisna od Hillovega koeficienta, večji kot je, bolj strma je krivulja. Alosterični encimi vplivajo na K0,5, pozitivni jo zmanjšajo, negativni pa povečajo. Lahko vplivajo tudi na Vmax, pozitivno jo povišajo, negativni pa zmanjšajo.

Konformacija, konfiguracija

Stereoizomerijo delimo na konformacijske izomere in konfiguracijske izomere. Konformacija je prostorska razdelitev atomov in atomskih skupin zaradi prostih rotacij okoli enojnih vezi. Konfiguracija je razporeditev atomov in atomskih skupin v prostoru, ne da bi pri tem upoštevali rotacije okrog enojnih vezi. Iz ene konfiguracije v drugo je možno pridi le z razcepom kovalentnih vezi. Molekula ima eno konfiguracijo in več različnih konformacij. Atomi se lahko okoli enojne vezi prosto vrtijo, z vrtenjem pa dobijo različne konformacije acikličnih spojim. Različne konformere lahko vidim s tako imenovano Newmanovo projekcijo. Pri acikličnih spojinah poznamo dve različni konformaciji: energetsko ugodno, zamaknjeno in nizko energetsko ter energetsko neugodno, poravnano in visoko energetsko. Pri cikličnh spojinah govorimo o dveh konformacijah: Stol in kad. Stol je favorizirana in nizko energetska. Konformacije so prisotne tudi pri proteinih, kjer so posledica delne vrtljivosti dvojne vezi. Na konformacijo vpliva temperatura, ionska moč, pH, ligand, sprememba naboja, električna napetost. Konfiguracija: molekule so lahko kiralne ali akiralne. Molekula in njena zrcalna slika predstavljata dve različni molekuli (enantiomeri), ki se razlikujeta po eni sami lastnosti; optični aktivnosti). Enantiomeri pa imata različne lastnosti v asimetričnem okolju (stereospecifičnost). Pri molekulah z večimi kiralnimi centri imamo enantiomere in diastereoizomere. Pri mezomerih obstaja notranja ravnina simetrije. Mezomeri niso optično aktivni. Akiralne molekule, ki postanejo kiralne s spremembo na samo enem mestu (npr.A) so prokiralne. V tem primeru sta skupini A enantiotopni. Etanol je prokiralna molekula. Kiralne centre prikažemo s Fischerjevo projekcijo. Gliceraldehid je relativni standard za D,L konfiguracijo. Druga vrsta konfiguracijske izomerije je geometrijska izomerija, ki je značilna za molekule, ki vsebujejo dvojne vezi med C-atomi oz. so ciklične. Govorimo o cis in trans izomerih

Vrste izomerije

Stereokemija se ukvarja s preučevanjem različnih razporeditev kovalentnih vezi v molekuli ali pa prostoru - izomerijo. Izomerije delimo na strukturne (različno zaporedje kovalentnih vezi v molekuli) in na stereoizomerije (enako zaporedje vezi, a drugačna razporeditev v prostoru). V strukturno izomerijo uvrščamo verižno izomerijo, položajno in funkcionalno izomerijo. Pri verižni gre za različno razporeditev kovalentnih vezi, pri položajni za različne položaje funkcionalnih skupin ali pa dvojnih/trojnih vezi, pri funkcionalni izomeriji pa za različne vrste funkcionalnih skupin. Stereoizomerijo pa delimo še dodatno na konformacijsko izomerijo (brez prekinitve vezi) in na konfiguracijsko izomerijo (pride do prekinitve vezi). Konformacijska izomerija je možna zaradi rotacije okoli enojne vezi, z vrtenjem pa dobimo različne konformacije acikličnih spojin. Različne konformere lahko vidimo z Newmanovo projekcijo, pri acikličnih alkanih poznamo dve različni konformaciji: nizko energetsko zamaknjeno, ki je energetsko ugodna, in visoko energetsko poravnano, ki je energetsko neugodna. Ciklične spojine imajo zaradi sklenjenosti manjšo gibljivost. Govorimo o dveh konformacijah: kad in stol. Kad je nefavorizirana in visoko energetska. Nizko energetska in favorizirana je konformacija stol. V konfiguracijsko izomerijo uvrščamo geometrijsko in optično izomerijo. Pri geometrijski izomeriji gre za cis/trans izomere, ki se ločijo po položaju atomov ob dvojni vezi (Cis- označuje, da so skupine, vezane na C-atoma enako orientirane. Trans- označuje prečno orientacijo.) Optične izomere pa obstajajo pri molekulah s kiralnim centrom. Kiralni center je C atom, ki ima nase pripete štiri različne skupine. Prokiralne so tiste molekule, ki nastanejo kiralne s spremembo ene same skupine na C atomu. Če sta izomeri zrcalni sliki druga druge, sta to enantiomeri. Za enantiomere je značilno, da polarizirano linearno svetlobo zasukajo v različni smeri, a za enak kot. Če pa se razlikujeta v položaju vsaj ene skupine, ne pa vseh, sta diastereoizomeri. Izomeri, ki se ločita v položaju le ene skupine, sta epimeri. Za prikaz kiralnih molekul uporabimo Fischerjevo projekcijo (na vrhu je najbolj oksidirana oblika, vertikalno poteka najdaljši skelet, veritkalna veriga poteka za ravnino projekcije, horizontalne verige potekajo pred ravnino projekcije. Gliceraldehid je relativni standard za D/L konfiguracijo. --> Konformacije so važne tudi pri proteinih, kjer so posledica delne vrtljivosti peptidnih vezi (ki so sicer 'dvojne vezi' zaradi delne donacije elektronskega para amino skupine v amidni vezi). Na konformacijo peptidov vplivajo temperatura, pH, ionska moč, ligand, sprememba naboja, električna napetost idr. S konformacijskimi spremembami prehajajo proteini iz aktivne v inaktivno obliko.

Sterodni hormoni

Steroidni hormoni so glavna skupina biološko aktivnih steroidov. Delimo jih na kortikosteroide (glukokortikoidi in mineralokortikoidi) in spolne hormone (gestagen, estrogen in androgen). Steroidni hormoni se sintetizirajo iz holesterola. Najprej se odcepi stranska veriga, dobimo progestagen iz 21-C-atomov (najprej prognenoion, ki z oksidacijo -OH skupine postane progesteron). Iz progesterona nastanejo kortikosteroidi in spolni hormoni. Glukokortikoidi nastanejo z vezavo OH skupin in oksidacijo CH3 v CH2OH. Iz progesterona lahko nastanejo tudi mineralokortikoidi, ki imajo še vezao aldehidno skupino na C3. Androgeni nastanejo iz progesterona z odcepitvijo dveh C-atomov, estrogeni pa nastanejo iz androgenov z odstanitvijo še ene metilne skupine in redukcijo ketonske skupine. Kortikosteroidi so steroidi hormoni, ki nastanejo v skorji nadledvične žleze. Mineralokortikoidi nastanejo v zunanjem sloju (zona glumerulosa), glukokortikoidi pa v notranjem sloju (zona fasciculata). Glavni predstavnih glukokortikoidov je kortizol (21 C atomov, 3-keto-4-en na obroču Am 11 beta OH in stranska veriga -COCH2OH na C17, -OH na C17). Kortizol je hormon stresa, uravnava metabolizem OH in proteinov, stimulira glukoneogenezo v jetrih in razgradnjo proteinov in maščob v mišicah. Previsoke koncentracije so značilne za Cushingov sindrom. Glavni predstavnik mineralokortikosteroidov je aldosteron (21 C atomov, 3-keto-4-en na A obroču, 11 beta OH, -COCH2OH na C17 in aldehidna skupina na C18). Aldosteron uravnava koncetracijo elektrolitov, zadržuje vodo v telesu in s tem viša krvni tlak. Progesteron vzdružuje nosečnost in uravnava menstruacijski cikel ter sodeluje pri razvoju dojk. Ima 21 C atomov, 3-keto-4-en skupina in stranska veriga - COCH3. Estradiol je glavni predstavnik estrogenov, ki se sintetizirajo predvsem v jajčnikih, dojkah, maternici in maščevju. Skupne značilnosti: 18 C atomov, aromatski A obroč, na C17 ni stranske verige. Pomemben je pri reprodukciji, saj vpliva na razvoj ženskih spolovil, uravnava menstrualni cikel in razvoj dojk. Androgeni se sintetizirajo v modih in nadledvični žlezi. Glavni predstavnik je testosteron, vendar je 5 alfa dihidrotestosteron najbolj aktiven. Skupne značilnosti: 19 C atomov, 3-keto-4-en struktura, 5 alfa povezava, na C17 pa ni stranske skupine. Pomembni so za razvoj moškega spola ter spermatogenezo. Vplivajo tudi na razvoj mišične mase. Mutacije v genih za sintezo androgenov lahko povzročijo motnje v spolnem razvoju (npr. ženski fenotip s kariotipom 46XY). Sintezo steroidnih hormonov nadzira os hipotalamus-hipofiza. Hipotalamus sprošča GnRH (gonadotropin releasing hormone) in CRH (corticotropin releasing hormone). Ta hormona pa povzročita sproščanje gonadotropinov (LH in FSH) oziroma adrenokortikotropina (ACTH). Ti delujejo na tarčne žleze (testisi/ovariji oziroma nadledvična žleza), ki začnejo sproščati steroidne hormone. Ti hormoni se po krvi prenašajo preko prenašalnih proteinov (SHBG, CBG, albumin). V celico lahko prehajajo direktno skozi lipidni dvosloj, v celici pa se vežejo na jedrne receptorje, ki so transkripcijski faktorji. Po vezavi hormona se receptor dimerizira in veže na od hormonov odvisna področja DNA (HRE). Sledi tvorba transkripcijskega kompleksa in prepis tarčnih genov.

Terciarna struktura proteinov

Terciarna struktura je prostorska struktura proteinov. Opisuje nam, kako se različne sekundarne strukture povezujejo oz. oblikujejo v prostoru v neko konformacijo proteina. Poznavanje terciarne strukture nam omogoča razumevanje mehanizma delovanja proteina in vpliva mutacij na funkcijo, zato nam omogoča tudi razvoj novih zdravil. Protein v terciarni strukturi zavzame določeno konformacijo, ki predstavlja razporeditev vseh atomov v prostoru. Prehod iz ene konformacije v drugo poteka brez prekinitve kovalentnih vezi. 3D strukuta je določena že s primarno strukturo, torej z zaporedjem AK, zato lahko mutacije oz. spremembe zaporedja spremenijo tudi terciarno strukturo. Protein običajo obstaja v eni ali le nekaj stabilnih oblikah. Stabilni konformaciji proteina, v katero se zvije, če je funkcionalen, imenujemo nativna konformacija. V nativni konformaciji je protein na najnižjem energijskem nivoju. Stabilizirajo jo šibke interakcije (hidrofobne, vodikove vezi, ionske interakcije), pri nekaterih proteinih tudi disulfidni mostički. Ker pa je nativna konformacija zelo urejena, ni potrebno dovesti veliko energije, da protein preide v nezvito stanje - denaturira.

Termodinamski sistemi in zakoni

Termodinamski sistem je opazovan del vesolja, ki ima natančno določene meje, ostalo pa je okolica. Poznamo 3 vrste sistemov: izolirani (preko meje sistema se med okolico in sistemov nič ne izmenjuje (niti snov, niti energija), takih sistemov ni, morda celotno vesolje, če ga prav definiramo), zaprti (med sistemom in okolico je možna prosta izmenjava energije, ne pa tudi snovi, so pogosti, vsaka zaprta posoda, ki ne dovoli prehoda snovi notri in ven), odprti (med sistemom in okolico se prosto izmenujeje snov in energija, organizmi). Prvi zakon termodinamike vpelje entalpijo. Celotna energija izoliranega sistema je konstanta, lahko pa prehaja iz ene oblike v drugo. Sprememba energije je enaka toploti in delu, ki jo sistem prejme oz odda. ΔE= Q + A. Pri tem je predznak vedno vzet iz stališča sistema. Če sistem toploto prejme je predznak pozitiven, če pa jo odda pa negativen. Če sta T in p konstantna je edino možno delo volumsko delo. Sprememba entalpije nam pove ali je reakcija eksoterma ali endoterma. Če je sprememba entalpije večja od nič je reakcija endoterma, obratno je eksotermna. Sprememba entalpije je odvisna tudi od kemijskih vezi: če se tvorijo, je reakcija ekstotermna; če razpadajo, je endotermna. Entalpija je funkcija stanja. ∆𝐻 = ∆𝑄 = ∆𝐸 + 𝑝∆𝑉. Drugi zakon termodinamike vpelje entropijo. V vseh izoliranih sistemih se entropija sistema spontano povečuje. Entropija je merilo za neurejenost, hkrati pa za spontanost reakcij v sistemu in okolici. Entropija je sprva definirana samo za reverzibilne procese (ni izgub), vendar taki procesi v naravi ne obstajajo, saj se energija vedno izgublja v obliki toplote. ∆𝑆=∫𝑑𝑄𝑟𝑒𝑣 [ 𝐽 ]. 𝑇 𝑚𝑜𝑙𝐾 Za reverzibilne procese velja, da je vsota sprememb entrop v sistemu in okolici enaka nič. Realni procesi so ireverzibini, ker se pri njih energija izgubi v obliki neuporabne toplote. Skupna sprememba entropije je zato večja od nič. ∆𝑆𝑠 = ∆𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 + ∆𝑆𝑜𝑘𝑜𝑙𝑖𝑐𝑎 > 0. Entropija nam pove tudi verjetnost določenega stanja. Manj urejena stanja so bolj verjetna, ker je možnih več porazdelitev. Tako entropijo nam opiše Boltzmannova enačba. Stabilni sistemi so torej neurejeni sistemi, neurejeno stanje je bolj verjetno, entropija se zato spontano le povečuje in ne znižuje. Tretji zakon termodinamike govori o entropiji idealnega kristala pri absolutni ničli. Pri absolutni ničli je entropija enaka nič, saj dosežemo popolno urejenost. Vendar pa ta zakon v splošnem ne vela in zato ni pravi zakon. Velja za kristale, kjer imajo molekul velike dipolne momente (vse molekule enako orientirane). Če želimo opazovati samo reakcije v sistemu, moramo uvesti prosto entalpijo. Gibbsova prosta entalpija je merilo za spontanost procesov v sistemu. Če je G<0, je reakcija spontana v smeri produktov. Če je G>0, je reakcija še vedno spontana, vendar pa poteka v smeri reagentov. Če je G=0, je sistem v ravnotežju. Gibbsova prosta entalpija predstavlja tisti del energije sistema, ki se lahko porabi za delo.

THF & metilkobalamin

Tertrahidrofolna kislina (THF) nastane iz folne kisline, vitamina B9. Vključena je v metabolizem aminokislin in nukleinskih kislin. Kot metilen-tetrahidrofolat sodeluje v reakcijah z enim C atomom. Metilkobalamin je koencim, ki nastane iz vitamina B12. Vpleten je v biosintezo metionina in posledično tudi S-adenozilmetionina. Vitamin B12 se vključuje v metabolizem vseh celic, predvsem v uravnavanje sinteze DNA in maščobnih kislin. Nujen je za normalno delovanje živčevja in za zorenje eritrocitov.

Tiaminpirofosfat

Tiamin pirofosfat (TPP) je koencim dekarboksilaz in transketolaz (ogljikovi hidrati). Nastane iz vitamina B1, tiamina. Pomanjkanje vitamina B1 povzroča beriberi, simptomi so še utrujenost, apatija, prizadetost mišičja, ožilja itd. TPP se lahko deprotonira na C-atomu med N in S, pri čemer nastane karboanion. Karboanion je dober nukleofil in napade karbonilni C-atom α- ketokisline, intermediat pa se dekarboksilira. TPP se regenerira z odcepom aldehida.

Družinska hiperholesterolemija

To je avtosomna dominantna bolezen, ki nastane zaradi mutacije v genu za LDL receptor. Ker je receptor mutiran, je absorpcija LDL manjša. LDL se zato nabirajo v krvi, kar lahko privede do zgodnjega razvoja ateroskleroze (nabiranje holesterolnih plakov na stene žil). Čim večja je raven LDL holesterola in čim dlje je zvišana, večja je verjetnost, da bo prišlo do okvare arterijske stene.

Točkovna mutacija DNA

Točkovna mutacija, pri kateri pride v DNA do zamenjave enega nukleotidnega para z drugim, se imenuje zamenjava (substitucijska mutacija). Npr. Par GC se zamenja s TC, posledica bo sprememba kodona CGC v CAC in s tem zamenjava ene AK v beljakovini, ki jo kodira ta gen. Taki mutaciji pravimo tudi tranzicija, saj je prišlo do zamenjave enega para purinsko-pirimidinska baza z drugim purinsko-pirimidinskim parom. Če bi se purinsko-pirimidinski par (GC) zamenjal s pirimidinsko-purinskim (CG), bi bila to transverzijska mutacija. Če je posledica mutacije zamenjava AK v beljakovini, taki mutaciji pravimo mutacija s spremeljenim pomenom (drugačna AK vpliva na strukturo beljkovine, se s šibkimi vezmi povezuje drugače, lahko ima vpliv tudi na njeno aktivnost). Če funkcija beljakovine ob zamenjavi AK ni prizadeta, govorimo o nevtralni mutaciji, če pa mutacija ustvari nov kodonn, vendar ta kodira isto AK, govorimo o tihi mutaciji. Sprememba enega nukleotidnega para lahko ustvari enega izmed STOP kodonov, v tem primeru gre za nesmiselno mutacijo.

Triptofan

Triptofan je aromatska aminokislina in zaradi tega absorbira svetlobo. Je osnova za neposredni nastanek nevrotransmiterja serotonina. Prav tako je prekurzor za nastanek melatonina. Triptofan je naravni relaksant, ki spodbuja spanec. Zmanjšuje napetost in depresijo. Največ triptofana se nahaja v mesu, mleku in jajcih.

Tromboksani, nariši arahidonsko kislino

Tromboksani so eikozanoidi, ki se sintetizirajo iz arahidonske kisline s pomočjo encima ciklooksigenaze, katerega inhibirata aspirin in NSAID. Eikozanoidi se lahko sintetizirajo tudi iz drugi MK, naprimer linolenske ali iz EPA. Tromboksane prepoznamo po šestčlenskem obroču v strukturi. Sintetizirajo se v trombocitih in sodelujejo pri nastanku strdkov. Delovanju tromboksanov nasprotujejo prostaciklini (širijo žile), ki se sintetizirajo v endoteliju. PGI namreč preprečujejo agregacijo trombocitov in stimulirajo vazodilatacijo.

Encimi kot zdravila

Trombolitiki: streptokinaza, urokinaza, tkivni aktivator plazminogena. Encimi za nadomeščanje genskih napak: primeri sfingolipidoz, dednega pomanjkanja saharaze-izomaltaze. Tromboliti so bili prvi rekombinanti encimi v medicinski uporabi. Nekatere genske bolezni pa zdravimo z rekombinantnimi encimi: Gaucherjeva bolezen tipa 1 (1/80 000, gre za pomanjkanje glukocerebrozidaze in kopičenje glukozilcerebrozidov v vranici, jetrih, kostnem mozgu, kosteh, zdravimo z Ceredase in Cerezyme), Fabryjeva bolezen (1/40 000, gre za pomanjkanje alfa galaktozidaze in kopičenje nepopolno razgrajenih globozidov v endoteliju, ledvicah, miokardu, nevronskih celicah, zdravimo z Fabrazym in Replagal), dedno pomanjkanje saharaze-izomaltaze zdravimo z Sucraid, cistično fibrozo zdravimo z Pulmozyme

Kovalentne modifikacije encimov + proteolizni razcep

Uravnavanjo aktivnost enicmov. Katalizirajo jih lahko drugi encimi. Gre za kovalentne modifikacije aminokislin, tako da se nanje vežejo različne funkcionalne skupine ali celo polipeptidi. Kovalentna modifikacija spremeni lastnost aminokislin (naboj, polarnost) in s tem tudi konformacijo in aktivnost encima. Vezavo in odstanitev funkcionalne skupine uravnavata dva različna encima, npr. kinaze in fosfataze. Med kovalentne modifikacije spadajo: fosforilacje tirozina, serina, treonina in histidina, miristoilacije N-terminalnih koncev, acetilacije lizina/N-terminalnih koncev, metilacije glutamata, ADP ribolizacija ariginina, glutamina, cisteina, adenilacija tirozina. Izmed peptidov, ki se kovalentno vežejo na encim, sta najpogostejša ubiktivin in sumo. Ubikvitinacija lizina označi protein za razgradjo v proteasomu. SUMO peptid sodeluje pri sumoilaciji pa uravnava transkripcijo, strukturo proteina in DNA popravljalne mehanizme tako, da se veže na nek večji protein in ga odvede do tarčnega tkiva. + Proteolizni razcep --> košiček (tripsin in kimotripsin) Proteolizna cepitev: - proteoliza je cepitev proteina s proteazami - E v neaktivni obliki (cimogen) razcepi specifična proteaza (alosterična aktivnost) in ga spremeni v aktivno obliko - proces je ireverzibilen - proteaze nadzirajo specifični proteinski inhibitorji - od [I] je odvisno št. razpoložljivih proteaz (peptidni hormoni, strjevanje krvi).

Funkcionalne skupine biomolekul

V biomolekulah so pogoste naslednje funkcionalne skupine: karbonilna skupina (aldehidi in ketoni), karboksilna skupina (karboksilne kisline), hidroksilna skupina (alkoholi), enol (oblika ketona, prehod preko keto-enol tavtomerije), eter (sladkorji, estrski lipidi), ester (lipidi, glicergolipidi/fosfolipidi), acetil (acetil koencim A), mešani kislinski anhidrid (1,3-difosfoglicerat), fosforil (nukleotidi), protoniran amin (aminokisline), kislinski amid (peptidna vez, proteini), substituiran imin (Schiffova baza, proteini), sulfhidril (cistein), disulfin (proteini, disulfidni mostički), tioester (acetil CoA

Raztapljanje plinov v krvi

V organizmih imamo sisteme, ki vplivajo na topnost plinov. Kisik se veže na hemoglobin, kar poveča njegovo topnost. Hemoglobin je v vodi topen globularni kvartatni protein, vsaka podenota vsebuje organski hem z vezavnim ionom železa Fe2+. Na te ione se v Hb s koordinativnimi vezmi vežejo molekule kisika. Vezava kisika ni mogoče, če se železo oksidira v Fe3+ ali če se na vezavno mesto veže ogljikov monoksid. Vezava kisika na hemoglobin je alosteričen pojav, zato so krivulje za Hb sigmoidne. V perifernih tkivih se kisik iz Hb prenese na monomerni mioglobin, ki imajo večjo afiniteto do kisika, a kaže hiperbolično odvisnost. Ogljikov dioksid se v krvi nahaja kot raztopljen plin, ki se pokorava Henryjevemu zakonu (7 %), vezan na aminsko skupino hemoglobina kot karbaminohemoglobin v eritrocitih (<5 %), večina pa ga je v obliki bikarbonatnega iona v plazmi (60 %) oz v eritrocitih (30 %). Zaradi raztapljanja plinov v krvi pa lahko pride do bolezni kot so: kesonska bolezen (potapljači, hiter dvig iz globin, dušik se sprošča v obliki mehurčkov), dušikova pijanost (visoka koncentracija dušika v krvi), kisikova toksičnost (povečana koncentracija kisika, ki lahko okvari tkiva) in višinska bolezen (znižan tlak, manj kisika).

Vodne raztopine v organizmih

V organizmih najdemo vodne raztopine plinov, tekočin in trdnih snovi. Lastnosti raztopine soodvisne od narave topila in topljenca ter njihove relativne količine (koncentracije): - MOLSKI ULOMEK: X1 = n1 / (n1+n2) in X2 = n2 / (n1+n2); X1 + X2 = 1 n1 ... št.mol topila, n2 ...št.mol topljenca - MOLARNA KONC. [M]: št.mol topljenca v 1L raztopine - MOLALNA KONC. [m]: št.mol topljenca v 1kg topila - PROCENTNA KONC.: utežna p.k. g topljenca na 100g raztopine; volumska p.k. mL topljenca na 100mL raztopine Raztopine plinov so ključnega pomena za življenje na Zemlji. Vsak plin je do neke mere topen v vsaki tekočini, njegova topnost pa je odvisna od temperature, tlaka in stopnje topnosti, ki je lastnost sistema. Vodni organizmi se oskrbujejo s kisikom, ki se v vodi raztopi v skladu s Henryjevim zakonom.

Izkoristek ionov za energijo

V organizmu se v številnih procesih izkorišča ionski gradient, ki se vzpostavi na različne načine. Tu se gre za izkoriščanje razlike v elektrokemijskih potencialih (Δ𝜇∗=𝑅𝑇ln(𝑐1/𝑐2)+𝑧𝐹Δ𝐸). Celice namreč želijo priti v Gibbs-Donnanovo ravnotežno stanje (koncentracija in naboj ionov enaka znotraj in zunaj celice), vendar to ni možno zaradi previsokega osmotskega tlaka. Zato so se razvili proteini, ki ione črpajo proti gradientu. Najpogosteje gradient vzpostavijo črpalke, ki za to porabljajo ATP. Tako delujejo npr. Na+/K+-ATP-aza, Ca2+ črpalka in ATP-aze tipa V. Gradient protonov pa izkorišča ATP-sintaza. Protonski gradient se vzpostavi zaradi prenosa elektronov preko membranskih proteinov do končnega akceptorja, kisika. Razliko v koncentraciji H+ potem izkoristi ATP-sintaza za rotacijo svojih podenot, kar omogoča sintezo ATP. Gradient Na+ pa izkorišča npr. Na+/Glc simporter, ki črpa Na+ v smeri gradienta, Glc pa proti gradientu. To omogoča prehajanje glukoze iz črevesja v kri.

Sklopljene reakcije

V organizmu so reakcije katabolizma in anabolizma povezane. S katabolizmom nastajajo molekule, ki vsebujejo veliko kemijske energije (ATP, NADH, FADH2) in se zato porabljajo v reakcijah anabolizma. Katabolične reakcije so eksergonske - v ravnotežju je veliko produktov, nastajajo energijsko bogate molekule. Te se uporabijo v anaboličnih reakcijah, ki so endergonske - da dobimo produkte potrebujemo vnos energije v obliki energetsko bogatih molekul. Anabolizem lahko torej poteka le če je sklopnjen s katabolizmom. Prenos energije v organizmih poteka s prenosom fosforilne skupine z molekule ATP ali elektronov z molekule NADH/FADH2. Prav ta prenos energije omogoča potek biokemijskih reakcij v organizmih, kljub temu, da so te reakcije večinoma endergonske. Energijsko bogate molekule donirajo dovolj energije, da premagajo endergonski del in nato omogočijo eksergonski proces. Pomen sklopitve je torej omogočiti potek reakcije, četudi je ta endergonska. Reakcija poteka zaradi sklopljenosti z eksergonsko reakcijo. Pogoji za uspešno sklopitev so: skupni intermediat, reakciji morata potekati v istem kompartmentu, vsota standardnih prostih entalpij mora biti manjša od nič. Primer sklopljene reakcije je sinteza glukoza-6-fosfata med glikolizo. Skupni intermediat je Pi, reakcija je eksergonska. Glukoza se s pomočja prenosa fosforilne skupine z ATP aktivira in lahko vstopi v nadaljne katabolične reakcije.

Peptidi

V telesu imamo več vrst biološko aktivnih peptidov. Sem spadajo: peptidni hormoni, nevropeptidi, peptidni toksini in peptidni antibiotiki. Peptidni hormoni so del endokrinega sistema človeka. Endokrin sistem vzdržuje homeostazo telesa in ima hierarhično strukturo. Ko pride signal iz okolja do našega CŽS se prenese do hipotamalusa, ki sproži odziv. Hipotalamus sprošča svoje hormone, imenovane liberini, ki povročajo spročščanje hipofiznih hormonov. Hipofiza ima dva dela, ki pa oba sproščata hormone različno. Lahko jih sprošča direktno ali pa delujejo na endokrine žleze, ki nato sproščajo hormone. Hormoni se lahko sproščajo tudi preko humeralnega odziva (inzulin) ali pa direktno iz CŽS. Peptidni hormoni se sintetizirajo iz polipeptidnih prekuzorjev v endokrinih tkivih. Liberini so hormoni, ki se sproščajo iz hipotalamusa in povzročajo sproščanje hormonov hipofize. Primer liberina je sprostitveni hormon tirotropina, ki je iz treh AK in povroči sproščanje tirotropina, ta pa sproščanje T4 in T3 iz ščitnice. Tropini so hormoni adenohipofize (anteriorni reženj hipofize), ki aktivirajo druge endokrine žleze. Posteriorni reženj hipofize se imenuje nevrohipofiza, sem spadajo hormoni oksitocin in vasopresin. Sem spadata oksitocin in vasopresin (ADH), ki imata spremenjen C-konec, saj vsebujeta glicinamid. Imata zelo podobni strukturi, razlikujeta se le v dveh AK (Ile3 → Phe3) in (Leu8 → Arg8). Oksitocin pri porodu povzroča krčenje gladkih mišic maternice in laktacijo. ADH pa pospešuje reabsorpcijo vode v ledvicah in krči arteriole (vpliva na tlak). Vrsta peptidnih hormonov so tudi nevropeptidi oz. nevrotransmitorji, ki prenašajo dražljaj preko sinapse od nevrona do nevrona. Nevrotransmitorje delimo v štiri skupine: acetilholin, biogeni amini, AK, dušikov oksid. Poznamo tudi ščitnične hormone. Neribosomski peptid je glutation. Petidni antibiotiki in toksini ter biogeni amini so tudi peptidi. + Peptidni hormoni nastanejo iz polipeptidnih prekurzorjev, ki se sintetizirajo v endokrinih tkivih. S transkripcijo v jedru najprej nastane mRNA, ki nosi zapis za preprohormon. Na ribosomih se ta preprohormon nato sintetizira, v zrnatem ER pa se še dodatno modificira, s čimer nastane prohormon. Prohormon se v GA dokonča in se z eksocitozo z vezikli izloči kot hormon.

Varfarin

Varfarin je inhibitor encima vitamin K epoksid reduktaze in na ta način zavira regeneracijo (redukcijo) vitamina K. Vitamin K sodeluje pri strjevanju krvi, zato varfarin deluje kot antikoagulant. Varfarin je kompetitivni inhibitor, kar pomeni, da je strukturno podoben substrau encima. Veže se na aktivno mesto encima, kamor bi se sicer vezal substrat. Kompetitivni inhibitor poveča Km encima (zmanjša afiniteto), ne vpliva pa na maksimalno hitrost. Veljajo enačbe: Km= α x Km, α= 1 + I/Ki, Ki=(E X I)/EI, Vo= (Vm x S)/ (Km α + s). Vitamin K se uporablja za zdravljenje venske tromboze preventivno pri bolnikih z atrijsko fibrilacijo. + Vitamin K (risanje naftakinonski obroč) + reakcija

Vitamin A

Vitamin A nastane iz beta karotena v reakciji, ki jo katalizira encim beta karoten 15-15' dioksigeneza. Pri tem nastaneta dve molekuli 11-cis-retinala, ki se lahko reducirata v retinol ali pa oksidirata v retinojsko kislino. Cis retinal se z aldehidno skupino lahko poveže z aminsko skupino na lizinu proteina opsina in tako z njim tvori protein rodopsin. Pod vplivom vidne svetlobe se cis retinal izomerizira v trans retinal, to pa povzroči konformacijsko spremembo rodopsina in nastanek živčnega signala. Druga pomembna oblika vitamina A je retinojska kislina, ki deluje kot jedrni hormon. Veže se na jedrne receptorje RAR in RXR, ki dimerizirajo in vplivajo na transkripcijo genov. Retinojska kislina vzdržuje homeostazo epitelijskih celic, pomanjkanje pa vodi v povečano sintezo keratina - keratinizacija epitela. Uporabna je tudi za zdravljenje aken. Ima tudi teratogeni učinek, povroča namreč razvojne nepravilnosti, če je zarodek izpostavljen retinojski kislini. Vitamin A se po telesu prenaša in skladišči v obliki estrov maščobnih kislin. Do tarčnih tkiv se prenese z RBP. V tarčnih tkivih deluje kot 11-cis-retinal ali kot trans-retinojska kislina. --> Konformacijska sprememba rodopsina aktivira heteromerni G-protein transducin. konformacijska sprememba rodopsina se prenese na G protein transducin, GDP vezan na transducin se zamenja z GTP--> aktiviran transducin aktivira cGMP fosfodiesterazo, ki katalizira hidrolizo sek. obveščevalca cGMP v GMP. Znižana konc. cGMP zapre kanalčke za Na in Ca - posledica je hiperpolarizacija membrane, ki sproži živčni impulz --> NaK ATPaza ustvarja membranski potencial, ta potencial pa zmanjšujejo Na in Ca ioni, ki prehajajo skozi od cGMP odvisen kanalček. ko rodopsin absorbira svetlobo, povzroči hidrolizo cGMP --> kanalček za Na in Ca ione se zapre. celica se zaradi aktivnosti NaK ATP aze hiperpolarizira, ta elek. signal pa potuje po vidnem živcu do vidnega centra.

Piridoksal fosfat

Vitamin B6 je predhodnik piridoksal fosfata. Piridoksal fosfat je koencim za encime transaminaze. Transaminaze prenašajo amino skupine z aminokisline na keto kislino. Reakcija poteka tudi v drugo smer, možen je prenos keto skupine s keto kisline na aminokislino. PLP se vključuje tudi v dekarboksilacije.

Vitamin C

Vitamin C je antioksidant in je pomemben za biosintezo kolagena. Kot kofaktor deluje v posttranslacijski hidroksilaciji prolina v kolagenu. Udeležen je tudi v celjenje ran in preprečitvi krvavitev kapilar. Pomanjkanje povzroči skorbut. Primati nimamo encima za sintezo vitamina C, zato ga moramo dobiti s prehrano.

Askorbinska kislina

Vitamin C oz. askorbinska kislina je antioksidant in je pomemben za biosintezo kolagena. V biosintezi kolagena sodeluje kot kofaktor sodeluje v posttranslacijski hidroksilaciji prolina v kolagenu, ki ga spremeni v 4-hidroksiprolin, sodeluje pa tudi pri nastanku 5-hidroksilizina. Hidroksilacijo prolina katalizira prolin hidroksilaza, kateri se v aktivnem centru Fe2+ spremeni v Fe3+ v poteku same reakcije. Encim z železom v 3+ pa ni zmožen hidroksilacije, zato encim regenerira vitamin C. Poleg tega je nujen za regeneracijo vitamina E, ker ga reducira. Vitamin E je pa pomemben antioksidant, ker prepreči poškodbe organizma zaradi prostih radikalov ROS - peroksilne radikale (LOO*) reducira v lipidne perokside (LOOH). Vitamin C je udeležen v celjenje ran in prepreči krvavitev kapilar. Pomanjkanje povroči skorbut (krvavanje dlesni, izpad zob), primati nimamo encima za sintezo vitamina C, zato ga moramo v telo vnesti s prehrano.

Vitamin D

Vitamin D nastane iz 7-dehidroholesterola, ki je prekurzor v sintezi holesterola. Najprej se v koži pod vplivom UV svetlobe 7-dehidroholesterol pretvori v vitamin D3 (holekalciferol), ta pa se v dveh korakih pretvori v 1α,25-dihidroholekalciferol (kalcitriol - najbolj aktivna oblika vitamina D3). Prvi korak poteka v jetrih (hidroksilacija na C25), drugi korak pa v ledvicah (hidroksilacija na C1). Obstaja tudi vitamin D2, ki je ergokalciferol, nastane iz ergosterola, ki je glivni sterol, ki tudi potrebuje UV, ampak ni tako aktiven kot D3. Vitamin D uravnava absorpcijo kalcija in mineralizacijo kosti. Po zaužitju oz. sintezi holekalciferola poteče hidroksilacija pri čemer nastane kalcitriol. Ta povzroči mineralizacijo kosti, poveča absorpcijo kalcija v črevesu, poveča diferenciacijo celic, deluje antitumorsko. Njegovo izločanje uravnava paratiroidni hormon (PTH), ki stimulira delovanje encima, ki v ledvicah povzroča hidroksilacijo 25-hidroholekalciferola, povezana sta z negativno povratno zanko (D3 povroči manjše izločanje paratiroidnega hormona). Vitamin D3 lahko deluje tudi kot hormon - ima svoje jedrne receptorje VDR in RXR, ki tudi dimerizirata. Uravnava izražanje genov (poveča sintezo kalcijevih kanalčkov, kalcijevih prenašalnih proteinov in verjetno tudi Na+/Pi kotransporterja). Pomanjkanje vitamina D povroča rahitis pri otrocih in osteomalacijo pri odraslih. Vitamin D se iz telesa izloči tako, da se najprej hidroksilira še na mestu 24, dobimo 1α,24,25-trihidroksiholekalciferol, ta se poveže z glukoronsko kislino, postane bolj topen in se uzloči iz telesa.

Biotin

Vitamin H, biotin (koencim R) je že sam po sebi koencim. Potreben je za biosintezo maščobnih kislin in nekaterih aminokislin ter za glukoneogenezo. Kot koencim je udeležen v reakcije karboksilaz (prenos karboksilne skupine). Pri karboksilacijah je treba CO2 aktivirati z biotinom. Karboksilna skupina se na biotin prenese z aktiviranega karboksifosfata, ki nastane s fosforilacijo HCO3-.

Molekula vode, njene značilnosti

Voda je najpogostejša molekula v živih bitjih, saj predstavlja 60-70 % teže. Udeležuje se številnih reakcij in življenje brez nje ne bi bilo mogoče. Gradijo jo atom kisika in dva atoma vodika. Vodik in kisik imata zelo različno elektronegativnost, zato je voda polarna molekula (kisik je dosti bolj elektronegativen od vodika - pritegne vodikov elektron, ustvari se dipol). Kisik ima v molekuli še dva prosta elektronska para, oblika molekule pa je zaradi teh odbojev tetraedična (ne čisto pravilen tetraeder, 104,5 namesto 109,5 stopinj). Zaradi visoke razlike v EN, ima voda drugačne lastnosti od njej podobnih molekul, saj voda tvori močne vodikove vezi. Vodikova vez je vez med elektronegativnim atomom (F, O, N) in vodikom, ki je vezan na elektronegativni atom (F, O, N). Ločimo akceptor in donor vodika. Zaradi vodikovih vezi ima voda višjo T vrelišča in tališča, ima višjo izparilno toploto in večjo toplotno kapaciteto. Teoretično lahko voda tvori 4 vodikove vezi na molekulo - to je doseženo v ledu. V tekoči vodi imamo 3,4 vodikove vezi na molekulo vodo, saj se v tekoči fazi molekule premikajo. Na stiku zrak-voda, je ena plast molekul, ki ne tvori vseh vodikovih vezi, kar pa je v nasprotju s teorijo, da stik zrak-voda uvede red dolgega dosega globoko v tekočino. Vodikove vezi so prisotne tudi v pari. Vodikova vez nastane med molekulo vode in dipolom. Dipolni moment je vektor, katerega velikost je enaka produktu naboja in vektorja razdalje. Jakost vodikove vezi določa orientacija. Najmočnejša je vodikova vez, ko so atomi, ki so udeleženi v vodikovi vezi, v ravnini.Voda je polarno topilo, v njej se raztapljajo polarne molekule, saj lahko le z njimi voda tvori vodikove vezi, pomembno pa je tudi, da se nekatere snovi (lipidi) ne topijo v vodi. Netopni plini so z višanjem temperature v vodi še manj topni. V vodi se raztapljajo tudi ioni, molekule vode pa tvorijo okoli njih hidratacijski ovoj. Če imamo v vodi nepolarne snovi, se te povezujejo s hidrofobnimi interakcijami, voda stisne nepolarne molekule, tako da zavzamejo čim manjšo stično površino z vodo, ker to zveča entropijo. V organizmih so pogoste reakcije, kjer voda deluje kot reagent - hidrolize. Hidrolizi nasprotna je kondenzacija. Voda je tudi sama po sebi rahlo ionizirana. Razpade namreč na hidronijev ion ali na proton in hidroksidni ion. 𝐻2𝑂 + 𝐻2𝑂 ⇌ 𝐻3𝑂+ (𝑎𝑙𝑖 𝐻+) + 𝑂𝐻− To pa pomeni, da je tudi destilirana voda rahlo prevodna. Voda je šibek elektrolit. pH vode je pri 25°C enak 7. Posebnost je tudi tako imenovani »proton hop«, ki označuje prehajanje protona s hidronijevega iona na molekulo vode in končno nastanek novega hidronijevega iona. Voda je torej šibek elektrolit, ionski produkt vode pa nam opisuje pH skalo in je enak: 𝐾𝑤 =[𝐻+ ][𝑂𝐻- ]=10 *-14 M*2, pri T=25st.C Voda tudi oslabi interakcije med nabitimi atomi, kar je uporabno pri proteinih. Če se nabiti atomi nahajajo znotraj proteina, je njuna interakcijska energija višja, kot pa če se nahajata na površini proteina. To, da je interakcijska energija majhna na površini, je pomembno za encime, saj lahko molekula vode prekine interakcije in omogoči vezavo. Nekateri kristali pa so v vodi netopni (hidroksiapatit, fluoroapatit), kar je tudi nujno za normalno funkcioniranje organizma. Anomalija vode je posebnost vode, da ima največjo gostoto pri temperaturi 4 °C, kjer je gostota 1000 kg/m3. Pri segrevanju od 4 °C do vrelišča pri 100 °C se voda obnaša "normalno" saj se gostota vode zmanjšuje, pri segrevanju od 0 °C do 4 °C pa se gostota vode povečuje, kar pri ostalih snoveh ni značilno, saj je znano, da se gostota snovi s segrevanjem zmanjšuje. !!!! (stojan) Do pojava anomalije prihaja pri vodi zaradi močnih orientacijskih in vodikovih vezi med molekulami vode. Pri 4 °C se molekule vode začnejo organizirati v strukturo, ki se dokončno oblikuje pri 0 °C, ko voda zmrzne in nastane led. V tej strukturi so med molekulami vode praznine, zato je gostota ledu manjša od gostote vode (9 %) in led plava na vodi.

H vezi v biomolekulah

Vodikova vez ima pomembno vlogo pri določanju tridimenzionalne zgradbe nekaterih ključnih biomolekul, npr. Proteinov in nukleinskih kislin. Pri teh makromolekulah lahko nastanejo vodikove vezi med deli iste makromolekule ali pa se različne verige makromolekul povežejo med seboj z vodikovimi vezmi, kar omogoča da dobi makromolekula povsem specifično obliko, od katere je odvisna njena fiziološka in biokemična funkcija v organizmu. Oblika dvojne vijačnice DNA nastane s povezovanjem dveh polimernih verih preko vodikovih vezi pripadajočih parov organskih baz. Sekundarna zgradba proteinov je prav tako posledica vodikovih vezi. Vodikova vez lahko nastane med vodo in alkoholi ter med vodo in karbonilno skupino. + spektrin, keratin, fibroin + periferni membranski proteini (na membrano vezani s šibkimi interakcijami - elektrostatske interakcije in H-vezi) + Štiri amfipatične vijačnice GLUT1 se orientriajo tako, da v sredino molijo polarne aminokisline, kar omogoča tvorbo H-vezi z glukozo in olajša prehod glukoze v celico. +Kvartarna struktura kolagena je desnosučna vijačnica iz treh α verig, stabilizirajo jo hidrofobne interakcije in vodikove vezi.

Vodikova vez

Vodikova vez nastane med dvema molekulama, kjer je ena donor vodikove vezi (ima vodik vezan na močno elektronegativen atom - F, O, N), druga pa akceptor (močno elektronegativen atom - F, O, N). Vodikova vez je v bistvu oblika elektrostatskega privlaka. Večja kot je elektronegativnost atoma, bolj bo privlačil elektrone - nastane dipol. Dipolni moment je vektorska količina, katere velikost je enaka produktu naboja in vektorju razdalje med nabojema. Usmerjenost je klasična ali Debye-Lewisova. Vodikovo vez si lahko razlagamo kot privlačno interakcijo med dvema dipoloma. En dipol nastane med vodikom in el-atomom, na katerega je vezan vodik (donor vezi), drugi dipol pa predstavlja drugi el-atom (akceptor), ki je vezan na manj el-atom V biomolekulah sta donov in akceptor najpogosteje kisik in dušik. Voda v ledu tvori 4 vodikov vezi, v tekoči obliki pa nekatere molekule tvorijo 3, druge pa 4 vezi, v povrečju torej 3,5 vezi. Vodikove vezi so prisotne tudi v pari, vodikova vez nastane med molekulo vode in dipolom. Vodikova vez je najmočnejša, ko so atomi, ki so udeleženi v vodikovi vezi, v ravnini. Močne vodikove vezi najdemo v Dna, alfa vijačnini in beta strukturi.

Nekompetitivna inhibicija

Vrsta mešane inhibicije, kjer se inhibitor lahko veže na encim ali ES kompleks. Pri tem se zniža Vm, afinititeta encima pa se tudi spremeni. Nekompetetivna inhbicija, je vrsta, kjer inhibitor vpliva le na maksimalno hitrost. Km se ne spremeni!!

Klasifikacija encimov

Vsak encim ima 4-številčno klasifikacijsko število (daje le stopenjsko informacijo) in sistemsko ime (identificira encimsko reakcijo). Encime pogosto imenujemo s končnico -aza, lahko pa tudi glede na vlogo v organizmu (npr. Pepsin). Encime razdelimo v 6 razredov glede na vrsto reakcije, ki jo katalizira. Oksidoreduktaze vključujejo: dehirogenaze (za oksidacijo potrebujejo oksidirane oblike koencimov, ki sprejemajo elektrone v obliki vodikovih atomov ali hidridnih ionov) , oksidaze in peroksidaze (za oksidacijo potrebujejo kisik ali vodikov peroksid kot končni akceptor elektronov, vsebujejo tudi prostetične skupine - hem), oksigenaze (oksidirajo snovi neposredno z vnosom kisika, ki pogosto vsebuje Fe komplekse). Transferaze se vključujejo v prenos funkcionalnih skupin, pomembni podrazredni so C1 transferaze, glikoziltransferaze, transaminaze, fosfotransferaze (kinaze). Transanimaze za prenos aminske skupine iz aminokisline ne keto kislino potrebujejo PLP kot kofaktor. Transketolaze imajo za kofaktor TPP. Kinaze katalizirajo prenos fosfatne skupine iz ATP. Aciltransferaze katalizirajo prenos acillne skupine, koencim je acetil koencim A. Metiltransferaze katalizirajo prenos metilne skupine, kjer sodeluje S-adenozilmetionin. Transferaze so bisubstrani encimi. Nato imamo hidrolaze, kjer se tudi prenašajo funkcionalne skupine, vendar gredo te na vodo. So edini razred, ki ne potrebuje koencimov ali prostetičnih skupin. V ta razed spadajo tudi esteraze, peptidaze, amidaze in glikozidaze. Četrti razred so liaze, ki katalizirajo tvorbo vezi brez potrebe po ATP. Pri tvorbi vezi lahko sodelujejo kofaktorji. Karboanhidraza katalizira nastanek C-O vezu med OH- in C02, kofaktor je cinkov (II) ion. Poznamo tudi izomeraze, ki delujejo kot intramolekularne oksidoreduktaze in katalizirajo tavtomerije, intramolekularne transferaze itd. UDP-glukoza-4-epimeraza katalizira UDP-glukoza UDP-galaktoza, sodeluje NAD+. Fosfoheksoze izomeraze katalizirajo pretvorbo glukoza-6-fosfat v fruktoza-6-fosfat, kofaktor je Mg2+. Zadnji razred so ligaze, ki katalizirajo tvorbo vezi, le da porabljajo energijo ATP. Pri katalizi sodelujejo kofaktorji. Reakcije so ponavadi večstopenjske, saj se mora reaktant najprej aktivirati z ATP. Glutamin sintetaza katalizira pretvorbo glutamata v glutamin. Piruvat karboksilaza poleg ATP potrebuje še biotin. Omogoča pretvorbo piruvata v oksaloacetat. reakcije!!!!

Aktivnost encima v odvistnosti od pH in temperature

Vsak encim ima pri različnih pogojih različno aktivnost. Na aktivnost encima vplivajo Ph, temperatura, ionska moč. Optimalna območja pH in T so odvisna od vrste encima. Višja temperatura pospeši encimsko katalizo, vendar pa previska temperatura povroči denaturacijo proteina (izguba sekundarne, terciarne in kvartarne strukture). pH vpliva na naboj radikalov AK in posledično na kkat in Km. Pri encimih lahko merimo hitrost reakcije v odvisnosti od pH, kjer opazimo zvonasto krivuljo (kimotripsin), pri merjenju kkat v odvisnosti od pH pa naraščujočo (večji pH, bolj narašča). + grafi!!! 3je!

Vpliv na encimsko aktivnost

Vsak encim ima pri različnih pogojih različno aktivnost. Na aktivnost encima vplivajo pH, temperatura, ionska moč. Ph vpliva na naboj radikalov AK in posledično na kkat in Km. Višja temperatura pospeši encimsko kataliza, vendar previska temperatura povroči denaturacijo proteina. Opitmalna območja pH in T so odvisne od vrste encima. Uravnavanje encimske aktivnost v celicah poteka na več ravneg in na več načinov. Uravnavanje koncentracije encim z biosintezo encima, aktivacija encima s proteolitičnim razcepom, sinteza inhibitorjev proteolitičnih encimov, alosterična modulacija encimske aktivnosti in kovalentne modifikacije encima.

Uravnavanje encimov

Vsak encim ima pri različnih pogojih različno aktivnost. Na aktivnost vpliva okolje s svojim pH (vpliva na naboj AK, posledično na kkat in Km), temperaturo, ionsko močjo. Višja T pospeši encimsko katalizo, vendar previsoka T povroči denaturacijo proteina. Uravnavanje encimov potema na več ravneh in več načinov. Uravnavanje lahko poteka preprosto z uravnavanjem koncentracije encima z biosintezo encima (poteka na ravni izražanja genov, torej gre za počsen odziv. Odziv je hitrejši če imamo v celice že cimogene). Prav tako je možno uravnavnje encimske aktivnosti s proteolitičnim razcepom. To poteka predvsem pri prebavnih encimih - z odcepom peptida od cimogena/proencima se pretvorijo v aktiven encim. Primer je kimotripsin, ki nastane, ko tripsin cepi kimotripsinogen. Tripsin je tudi primer uravnavnje encimske aktivnosti z inhibitorji proteolitične cepitve, saj se v pankreasu tripsinogen ne sme aktivirati v tripsin, ker bi to povzročilo akutni pankreatitis (inhibitor je pankreatični antitripsin). Sinteza takega inhibitorja pa je uravnavana na ravni izražanja genov. Še ena možnost uravnave encimov je uravnava z izoencimi. Izoencimi so encimi, ki katalizirajo isto reakcijo, vendar se razlikujejo kinetiki: primer sta heksokinaza I in IV (I je v negativni povratni zanki s svojim produktom (G6P), zato se ob povišani koncentraciji glukoze hitro inhibira, IV pa ima manjšo afiniteto, zato tudi ob povečani konc. Glc lahko pospešeno pretvarja G6P v, saj ni zasičena). Naslednji primer regulacije je alosterična modulacija, ki je možna pri encimih iz več podenot. Pri alosterični modulaciji vezava neke molekule na določeno regijo na encimu vpliva na afiniteto drugih regij do te molekule. To lahko poteka z negativno povratno zanko, pozitivno povratno zanko ali povratno zanko naprej. Primer je aspartat transkarbamoilaza, ki je sestavljena iz 6 regulatornih in 6 katalitičnih podenot in katalizira sintezo pirimidinskih nukleotidov (torej tudi CTP). Nahaja se v T (manj aktivna) ali R (bolj aktivna) stanju, kar pa je odvisno od vrste substrata, ki je nanjo vezan. CTP stabilizira T stanje, kar pomeni da je ATCaza s CTP v negativni povratni zanki. ATP pa izpodrine CTP in povzroči R stanje, zato se poveča afiniteta za substrat. Za alosterične encime je značilna sigmoidna krivulja (in enačba 𝑉0=𝑉𝑚𝑎𝑥[𝑆]𝑛/[𝑆]𝑛+𝐾0,5; n = Hillov koeficient, večji kot je, bolj strma je krivulja). Še ena možnost regulacije pa je s kovalentnimi modifikacijami encima, ki jih katalizirajo drugi encimi. So reverzibilne, spremeni se konformacija encima in s tem njegova lastnost. Med te modifikacije spadajo fosforilacije (serina, treonina, tirozina, histidina), miristoilacije (N-terminalni konci), acetilacije (N-terminalni konci, lizin), metilacije (glutamat), ADP ribozilacije, adenililacije. Primer fosforilacije je: adrenalin -> cAMP -> PKA -> fosforilaza kinaza -> glikogen fosforilaza a -> razradnja glikogena. Pogosta modifikaciji sta tudi ubiktivinacija in protein SUMO. Ubikvitiniacija označi protein za razgradnjo v proteasomu, SUMO pa uravnava transkripcijo in popravljalne mehanizme DNA.

Topnost plinov

Vsak plin se do neke mere raztaplja v vsaki tekočini. Hitrost je odvisna od temperature, tlaka in površine med plinsko ter tekočo fazo. Količna pa prav tako odvisna od temperature in tlaka, odvisna pa je tudi od stopnje topnosti. Stopnjo topnosti podaja absorpcijski koeficient: to je tista količna plina v litrih, ki pri standardnih razmerah (T, p) nasiti 1 liter tekočine. S povišanjem temperature, se poveča kinetična energija molekul plina, to pa poveča tendenco plino, da prehaja v plinasto fazo. Z večanjem parcialnega tlaka plina se topnost povečuje. Topnost plina nam poda Henryjev zakon, ki pravi, da je količina plina, ki se pri določeni konstantni temperaturi raztopi v tekočini, proporcionalna parcialnemu tlaku plina nad tekočinu. V celoti velja le za idealne topljence (dovolj razredčene raztopine, pri katerih zanemarimo interakcije). Henryjev zakon pravi S= K x P x α. Parcialni tlak plina v mešanici je tlak, ki bi ga plin imel, če bi sam zavzemal celotni volumen, celokupni tlak mešanice plinov predstavlja vsoto parcialnih tlakov (Daltonov zakon). Henryjeva konstanta je sorazmernostni faktor med parcialnim tlakom in deležem plina v mešanici in je drugačna za vsak plin, enaka je pri isti temperaturi in topilu. Parcialni tlak plina je premosorazmeren s koncentracijo, ki je v našem primeru izražena kot molski ulomek plina. Zapis je podoben zapisu Raultovega zakona, ki velja za topilo. Henryjev zakon je limitni, kar pomeni, da bolj kot je raztopina razredčena, bolj velja. Pri visokih koncentracijah pride do odstopanj in Henryjev zakon ne velja. Dušik mu popolnoma sledi, ogljikov dioksid in kisik pa ne. V organizmih imamo sisteme, ki vplivajo na topnost plinov. Kisik se veže na hemoglobin, kar poveča njegovo topnost, ogljikov dioksid pa tvori bikarbonanti pufer in s tem poveča svojo topnost. Raztapljanje plinov v krvi pa ima tudi negativne posledice: ksenonska bolezen, dušikova pijanost, kisikova toksičnost in višinska bolezen.

Hitrost reakcij

Vsaka reakcija poteka z določeno hitrostjo, pot reakcije pa pelje čez energijsko bariero, ki omogoča usmerjenost reakcije. Hitrost reakcije je definirana kot spreminjanje koncentracije reaktanta ali produkta v časovni enoti. Za reakcijo AB velja da je hitrost enaka v=d [B]/dt oz. v= - d [A]/dt. Pri hitrosti je potrebno upoštevati stehiometrične koeficiente. Če imamo naprimer reakcijo A2B, velja enačba v=0,5 x d [B]/dt. Pri določeni temperaturi, je hitrost odvisna le od koncetracije snovi, ki se reakcije udeležujejo. Glej uprašanje vpliv dejavnikov na hitrosti kem. reakcij

O- in N- glikozidne vezi

Z O-glikozidnimi vezmi se povežejo skupaj monosaharidi in nastanejo disaharidi. Z O-glikozidmi vezmi se med seboj povezujejo tudi polisaharidi. N-glikozidna vez pa je značilna za nukleotide. Z N-glikozidno vezjo je povezana baza na sladkor preko mesta 3 na bazi in C1 sladkorja.

Bolezni zvijanja proteinov

Z nepravilno konformacijo protenov je povezana vrsta bolezni. Amiloidoze: sistemska (neustrezna konformacija lahke verige imunoglobulinov agregacije zunajceličnih amiloidnih vlkaen v ledvicah, srcu, jetrih, vranici, ključno vlogo ima beta strkutura, nekateri proteini se izločijo v delno zviti obliki, z vzpostavljeno beta strukturo sledi agregacija z drugimi delno zvitimi proteini), Alzheimerjeva bolezen (lokalna amiloidoza, agregacija amiloid beta peptida in proteina tau v možganih,natančneje v citosolu nevronov, amiloid beta peptid se lahko sprosti iz membrane s cepitvijo prekurorskega proteima amiloida s proteazama sekretaza beta in gama, amioidnemu peptidu se spremeni konformacija, alfa vijačica beta strukturo), Parkinsova bolezen (zmanjšan nivo dopamina, agregacija alfa sinukleina v celicah nevronov, v zdravem stanju ima obilko alfa vijačnice, patološko spremenjeni pa zavzame beta strukturo in se povezuje v vlakna). Druge bolezni: cistična fibroza (okvarjen membranski protein, ki je odgovoren za prenos Cl- ionov, najpogosteje delecija neustrezno zvitje proteina razgradnja proteina), prionske bolezni (spongioformne encefalopatije, gre za spremembno konformacije proteina priona), bolezni vezivnega tkiva (okvarjena sta kolagen in keratin neustrezna konformacija)

Zdravilne učinkovine

Zdravilo = zdravilna učinkovina + pomožna snov. Razvoj zdravila je precej zapleten in dolgotrajen: najprej je potrebno identificirati biološko tarčo, na katero bo vplivala učinkovina, potem razvoj in optimizacija učinkovine, raznorazne študije in formulacija zdravila, nato pa še odobritev zdravila s strani organizacij. Kot zdravilne učinkovine lahko uporabljamo npr. encime in protitelesa. Encimi kot zdravilne učinkovine so lahko trombolitiki (streptokinaza, urokinaza, TAP), encimi za nadomeščanje genskih napak (sfingolipidoze). Protitelesa kot zdravilne učinkovine: zdravljenje alergij (proti IgE), preprečevanje hemolitične bolezni novorojenčkov (proti RhD), zdravljanje raka dojk (proti EGFR), zdravljenje revmatoidnega artritisa (proti TNFα). Alergije zdravimo z zaviranjem prekomerna delovanje IgE. Učinki: zmanjšana količina IgE, posledično manjša vezava IgE na receptorje in upočasnjenja alergijiska reakcija. Protitelesa so zelo uporabna zaradi svoje specifične vezave na določen protein. Na ta način lahko proteine označujemo, kar je uporabno v raziskovanju in diagnostiki, poleg tega pa omogočajo tarčen vnos citotoksičnih zdravilnih učinkovin. Zadnja leta se veliko raziskuje tudi nanotehnologija, kjer je glavni cilj tarčen vnos zdravilnih učinkovin preko nanodelcev.

Keratini

Zelo pogosti strukutrni proteini, najdemo jih v koži, nohtih, laseh... So proteini citoskeleta, spadajo med intermediarne filamente. Gradi jih desnosučna alfa vijačnica, ki vsebuje hidrofobne aminokisline. Alfa vijačnice se med seboje povežejo s hidrofobnimi interakcijami in disulfidnimi mostički v levosučno ovito vijačnico (coiled coil). Nastanek ovite vijačnice omogoča heptadna ponovitev. Zaporedje 7 AK, vsaka prva in četrta sta hidrofobni, peta in sedma so pogosto negativno oz pozitivno nabite, ostale pa so hidrofilne. Hidrofobne AK dveh vijačnic omogočajo povezovanje s hidrofobnimi interakcijami, med nabitimi AK pa lahko pride do ionskih interakcij tako znotraj ene aminokisline kot med obema vijačnicama v dimeru. Več coiled coil vijačnic se lahko poveže v protofilamente, ti pa se povežejo v protfibrile. Keratine stabilizirajo tudi disulfidne povezave, ki nastanejo med cisteini v zaporedju keratina. Keratinov je več vrst, delimo jih v tip 1 in tip 2. V dimer se poveže en keratin tipa 1 (kisli) in en keratin tipa 2 (bazični). Keratini se povezujejo v dimere paralelno, ti pa v tetramere antiparalelno. Mutacije v genih za keratine so povezane z nekaterimi boleznimi. Mutacije keratinov 5 in 14 povroči Epidermolysis bullosa simplex, ki se kaže kot mehurji na koži. Mutacije keratinov 1 in 10, povroči hiperkeratozo, ki se kaže kot rdeča in občutljiva koža.

Termodinamika

ermodinamika preučuje pretok in pretvarjanje energije. Pri termodinamiki obravnavamo termodinamske sisteme. Sistem je del vesolja z jasno določenimi mejami, ki ga opazujemo - ostalo je okolica. Pri biokemiji so sistemi večinoma biokemijske reakcije (reaktanti in produkti so sistem, čaša je okolica). Poznamo izolirane, zaprte in odprte termodinamske sisteme. Pri izoliranih se z okolico ne izmenjavata niti energija, niti masa (vesolje), pri zaprtih zgolj energija, pri odprtih pa energija in masa. Sistem je opisan s termodinamskimi spremenljivkami - tlak, temperatura, volumen in množina. Če poznamo vrednosti teh spremenljivk je stanje termodinamskega sistema določeno. T, p, V in n so tudi funkcije stanja, kar pomeni, da so odvisne le od začetnega in končnega stanja. Termodinamika obravnava makroskopske količine, obravnava je statična, saj velja le za celoten sistem, ne pa za vsak posamezen delec sistema. Pri določenih pogojih ima vsak sistem določeno notranjo energijo, ki je enaka vsoti vseh kinetičnih energij molekul (translacija, rotaicja, vibracija) in vsoti energij vezi med atomi. Prvi zakon termodinamike govori o tem, da je celotna energija izoliranega sistema konstanta. Opisuje nam termodinamsko količino entalpijo, ki je sprejeta oz. oddana toplota sistema pri stalnem tlaku in temperaturi. Drugi zakon nam opisuje entropijo, ki je lastnost neurejenosti sistema in se v izoliranem sistemu lahko le veča. Tretji zakon pa pravi, da je entropija idealnega kristala pri 0K enaka 0. Entropijo in entalpijo povežemo s t.i. prosto entalpijo oz. Gibbsovo energijo preko formule ΔG=ΔH-TΔS.

ASPIRIN

največji dnevni odmerek je 4000mg salicilne kisline (8 tablet) Je primer ireverzibilnega inhibitorja, ki deluje kot zdravilo proti vnetju. Ireverzibilni inhibitorji se na encim vežejo s kovalnetni vezmi - trajno. Aspirin je acetilsalicilna kislina, ki acetilira serin na encimih COX1 in COX2. Acetiliran encim ni več aktiven. To povzroči zmanjšano sintezo prostaglandinov, prostaciklinov in tromboksanov, kar zavira vnetni odziv in koagulacijo krvi. Podobno kot aspirin delujejo tudi NSAID (nesterodina protivnetna zdravila), ki pa se na aktivno mesto serina vežejo s šibkimi interakciji in delujejo kot hompetitivni inhibitorji. Ireverzibilni inhibitorji pa lahko delujejo tudi kot strupi: - DIFP (diizopropilfluorofosfat) se veže na serin v esterazah in deluje nevrotoksično. - pesticida parathion in malathion - inhibitorja acetiloholin esteraze - živčna bojna strupa sarin in tabun - inhibitorja acetilholin esteraze Acetilholin esteraza je encim, ki katalizira hidrolizo acetilholina v sinaptični špranji na ocetno kislino in holin. Inhibitorji acetilholin esteraze so smrtonosni, pride do smrti zaradi zadušitve. ---> struktura aspirina!

tRNA

tRNA je je poleg mRNA in rRNA vključena v transkripcijo in translcijo. Ima značilno sekundarno in terciarno strukturo. Antikodon tRNA prepozna kodon na mRNA, poleg tega ima tRNA na 3' koncu vezano AK, ki jo kodira kodon na mRNA.

Termodinamski vidik encimske katalize

Življenje poteka v celicah, ki so odprti fizikalno-kemijski sistemi. To pomeni, da absorbirajo, presnavljajo in porabljajo snov in energijo iz okolice, da lahko vzdržujejo stanje, ki je daleč od ravnotežja. Katabolizem in anabolizem ne smeta biti v ravnotežju, saj bi to pomenilo smrt za organizem. Da pa anabolizem sploh poteka, mora biti termodinamsko sklopljen s katabolizmom. Ker pa so na primer hidrolize različnih vezi spontane zaradi vodnega okolja v celici, bi bila tvorba takih vezi sizifovo delo, če ne bi bile reakcije hidrolize kinetično regulirane. Ker je stanje v celici ponavadi daleč od ravnotežja, morajo biti reakcije torej kinetično regulirane, da ne potekajo spontano brez regulacije. Da reakcije lahko potekajo, morajo imeti dovolj veliko aktivacijsko energijo, saj tako lahko preidejo kinetično bariero. ΔG reakcije določi smer reakcije pod termodinamskimi ravnotežnimi pogoji, ΔG# pa pove, kako hitro bo reakcija poteka pod določenimi pogoji. Energijske bariere so nujne za kinetično stabilnost eksergonskih rekacij, z njihovim ustreznim zmanjšanjem (katalizo) pa se hitro reakcije pospeši in kinetično regulira - to počnejo encimi. Kinetično regulirani intermediati velikokrat vstopajo v reakcije tako anabolizma kot katabolizma, zato morajo biti tudi ustrezno označeni, da ana/katabolizem ne tekmujeta za isti substrat (anabolizem: UDP-glukoza in NADP, katabolizem: G6P in NAD).

Žolčne kisline

Žolčne kisline so amfipatične molekule, ki imajo polarno stran s hidroksilnimi in karboksilno skupino, ter nepolarno stran iz ogrodja ogljikovodikov. V naravi se nahajo v cis konfiguraciji, kar pomeni, da sta CH3 na C19 in H na C5 v isti ravnini. -OH skupine žolčnih kislin so v alfa konfiguraciji. Žolčne kisline imajo torej skupne značilnosti - 24 C atomov, -OH skupine na C3, C7 in C12), ki so v alfa konfiguraciji in stranska veriga s -COOH, ki ima pH približno 6. Žolčne kisline so lahko primarne, kar pomeni, da se sintetizirajo v jetrih, ali sekundarne, ki so produkt delovanja črevesnih bakterij. Primarni žolčni kislini sta holna in henodeoksiholna kislina, sekundarni pa deoksiholna in litoholna kislina. Osnova teh kislin je holan = 24 C atomov. Žolčne kisline v telesu ne ostajajo v teh oblikah. Pri fiziološkem pH so COOH delno deprotonirane, žolčne kisline pa se že v jetrih povezujejo z glicinom ali tavrinom z amidnimi vezmi. Pri tem nastajajo soli kislin, ki imajo -COOH skupine z nižjim pKa (okoli 4) in so boljši detergenti. Te soli se izločajo v žolč. Soli žolčnih kislin torej nastajajo v jetrih in se izločajo v žolč. V telesu dnevno nastane ~800 mg holesterola, 50% pa se ga pretvori v soli žolčnih kislin. Žolčne kisline se z žolčem nato pri prebavi izločajo v dvanajstnik. V dvanajstnik se dnevno izloči 15-30g soli žolčnih kislin, ki emulgirajo lipide (delujejo kot detergenti) ter s tem povečajo površino za delovanje lipaz trebušne slinavke. Lipaza TAG razgradi na maščobne kisline in monoacilglicerole. Ti produkti se skupaj s solmi žolčnih kislin združijo v mešane micele, ki se nato lahko prenesejo skozi membrano enterocitov. Pri tem se soli žolčnih kislin ne porabijo, pač pa se v ileumu reabsorbirajo v jetra in žolč. To reabsorpcijo lahko uravnavamo z vlakninami, fitosteroli in različnimi zdravili.

Oksidoredukcijski potencial

∆𝐸 = ∆𝐸° −𝑅𝑇 𝑛𝐹 ln[𝑘. 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡][𝑘. 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑒𝑛𝑡] / [𝑜𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡][𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑒𝑛𝑡]= ∆𝐸° −𝑅𝑇 𝑛𝐹 ln 𝐾𝑟𝑎𝑣. Oksidoredukcijski potencial je mera za afiniteto vezave elektronov. Višji kot je ta potencial, višjo afiniteto ima snov za vezavo elektronov, boljši oksidant je. Določimo jih preko vodikove elektrode, ki ima potencial enak 0. če elektroni potujejo stran od vodikove elektrode, je snov boljši oksidant in ima potencial večji od nič. Če elektroni raje potujejo k vodikovi elektrodi, je snov boljši reducent in ima potencial manjši od nič. Za specifično oksidoredukcijsko reakcijo povezuje ravnotežno konstanto in oksidoredukcijski potencial - Nernstova enačba. Če je potencial povezan z ravnotežno konstano, lahko sklepamo, da lahko z ravnotežnimi koncentracijami vplivamo na potek redoks reakcije. Primer v organizmu: pri standardnih pogojih bi redoks reakcija 𝐹𝑒3+ + 𝐶𝑢+ → 𝐹𝑒2+ + 𝐶𝑢2+ tekla v desno smer. Pri fizioloških pogojih pa je koncentracija Fe2+ veliko večja od ostalih, zato reakcija dejansko teče v levo smer. Pri standardnih pogojih tako elektroni tečejo k železovi 'elektrodi', pri fizioloških pa k bakreni. Na redoks reakcije pa vpliva tudi pH, vendar le če so v reakcijo vključeni protoni. Vodikov proton je oksidant. Na redoks reakcije pa vpliva tudi pH, vendar le če so v redoks reakcijo vključeni protoni. Vodikov proton je oksidant (npr. v vodikovi elektrodi). Izkaže se, da je potencial na račun vodikovih protonov (pH) enak 𝐸 = −0,059 ∙ 𝑝𝐻. Za fiziološke reakcije zato uporabljamo drugo enačbo, ki upošteva še prispevek pH: 𝐸 = 𝐸°' + 0,059/𝑛 x log [𝑜𝑘𝑠𝑖𝑑𝑎𝑛𝑡]/ [𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑒𝑛𝑡].

Lihat semua set pelajaran

Biokemija pt.1

Set pelajaran terkait

PSYC 217 CH. 2 Where to start

Cervical and Thoracic Spine quizzes and unit test

Chapter 6

Chem113 14.4-14.5

История Казахстана БТЗ insta: moontheesq KazGASA

Unit 2 and 3 Exam: Competency

ACCT 322 Test 2

Chapter 19- Disorders of Cardiac Function

la 201 exam 2

Endocrine

IT Project Management - Ch 4

Digestive System

Ch 8: Credit Bureaus

Patho Midterm

Chapter 10

Ch. 20 Math Questions

unit 1 math logic practice exam

Business Communications

Study Island Civics

RNCM 109_Mid