====== Chemické složení živých systémů ====== ===== Biogení prvky ===== ==== Makrobiogenní prvky ==== * nejvíce zastoupené * tvoří až 99% hmotnosti živých buněk * nejčastější: C,H,N,O,P,S, dále pak: Ca,K,Na,Cl,V ==== Oligobiogenní prvky ==== * mají nižší zastoupení * Mn,Fe,Cu,Zn,F ==== Mikrobiogenní prvky ==== * nejméně zastoupené * Co,Se,Si,Mo,J,Cr,Al,V ===== Voda a anorganické látky ===== * tvoří velkou část buňky, kolem 70% **Funkce vody** * rozpouštědlo látek * prostředí pro průběh chemických reakcí * reakční složka (hydrolýza) * regulátor teploty ==== Anorganické ionty ==== * anoraganické látky jsou v buňkách většinou jako soli disociované na ionty * K^+, aniontem Cl^- hlavní kationt a aniont intercelulárních (nitrobuněčných) tekutin * Na^+ hlavní kationt extracelulárních (mimobuněčných) tekutin * Ca^2+ kationt tělních tekutin (obsažen v tvrdých tkáních) * Mg^2+ kationt, který je součástí některých enzymových systémů * fosfáty a bikarbonáty - podílejí se na stabilizaci pH v buňce * fosfáty (H_2PO_4)^-, (HPO_4)^2- * bikarbonát HCO^3- === Sodíkodraslíková pumpa === * čerpá sodík z buněk do extracelulárního prostoru a zároveň draslík dovnitř * je přítomna v membránách všech buněk * proces spotřebovává energii ve formě ATP * výsledkem je sodíkodraslíkový gradient na buněčné membráně a vytvoření elktrického potenciálu (-70mV u nueronů) * v případě podnětu vznikají změy v propustosti buněčné membrány -> dojde k vyplavení K iontů ven a Na iontů dovnitř -> vzniká vzruch ==== Nerozpustné anorganické látky ==== * součást ochraných a oporných struktur * fosforečnan a uhličitan vápenatý - kostra obratlovců * uhličitan vápenatý - schránky bezobratlých * oxid křemičitý - schránky jednobuněčných živočichů * uhličitan vápenatý a oxid křemičitý - zpevnění buněčné stěny rostlin ===== Organické látky ===== * skládají se z řetězců C a H * cyklické a acyklické ==== Nízkomolekulární organické látky ==== * relativní molekulová hmotnost do 1000 * jednoduché cukry, sacharidy, aminokyseliny, nukleotidy === Cukry, sacharidy, glycidy === * jsou to organické látky tvořené při fotosyntéze * složení: C,H,O * obecný vzorec: (CH_2O)_n * monosacharidy - jednoduché cukry * aldózy (glyceraldehyd,ribosa,glukosa) (-COH) * ketózy (dihydroxyaceton,ribulosa,fruktosa) (C=O) * disacharidy, trisacharidy, ... polysacharidy * **význam sacharidů** * okamžitý zdroj energie (monosacharidy, disacharidy) * stavební látka (celulóza) * energetická rezerva buněk {{:school:fbmi:bbblg:vypisky:aldosy.gif|}} {{:school:fbmi:bbblg:vypisky:ketosy.gif|}} === Mastné kyseliny === * karboxylové kyseliny s dlouhým uhlovodíkovým řetězcem * dělení: * nasycené - bez dvojných vazeb * nenasycené - s dvojnou vazbou (vazbami) == Nasycené mastné kyseliny == ^Symbol^ Název ^ Struktura^ |12 : 0 | laurová | CH3(CH2)10COOH | |14 : 0 | myristová | CH3(CH2)12COOH | |16 : 0 | palmitová | CH3(CH2)14COOH | |18 : 0 | stearová | CH3(CH2)16COOH | |20 : 0 | arachidová | CH3(CH2)18COOH | |22 : 0 | behenová | CH3(CH2)20COOH | |24 : 0 | lignocerová | CH3(CH2)22COOH | == Nenasycené mastné kyseliny == * vyskózní kapaliny získané lysováním rostlinných produktů (oleje) * lidský organismus je neumí vytvořit, ale musí je přijímat jako součást potravy ^Symbol^ Název ^ Struktura^ |16 : 1 | palmitoolejová | CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH | |18 : 1 | olejová | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH | |18 : 2 | linolová | CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH | |18 : 3 | linolénová | CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH | |20 : 4 | arachidonová | CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH | |24 : 1 | nervonová | CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH | {{:school:fbmi:bbblg:vypisky:mastnekyseliny.gif|}} === Lipidy a steroidy === * skupina organických látek nerozpustných ve vodě, ale v nepolárních rozpouštědlech (hexan, benzen) * dělení: * deriváty mastných kyselin * deriváty izoprenu == Lipidy == * označují se tak estery mastných kyselin * složené z alkoholů (nejčastěji glycerolu) a mastných kyselin (popřípadě některých dalších látek) * dělení: * jednoduché lipidy (vosky, acylglyceroli) * **Vosky** jsou jsou estery jednosytných vyšších alkoholů (cetylalkohol) s vyšší mastnou kyselinou (od 20C). \\ * **Tuky a oleje** - jsou estery vyšších karboxylových kyselin * složené lipidy (fosfatidy,sfingolipidy, glykolipidy) * **Fosfatidy** - v molekule mají kyselinu fosforečnou a dusíkatou látku. Jsou hlavní složkou biologických membrán. (kefalin, lecitin) * **Sfingolipidy** * **Glykolipidy** - vyskytují se v biomembránách, v pochvách nervových buněk. == Steroidy == * vznikají polymerací izoprenu * terpeny(karotenoidy,xantofyly) * steroly - cholesterol, žlučové kyseliny * steroidní hormony - testosteron, progesteron, kortizol === Aminokyseliny === * znamé především jako stavební kameny proteinů, vyskytují se však i volně * dusíkaté sloučeniny všech živých organismů a buněk * jsou to substituční deriváty karboxylových kyselin * každá AK má: * jednu karboxylovou skupinu COOH * jednu zásaditou aminoskupinu NH_2 * postranní řetězec R * AK se spojují **Peptidovou vazbou (-CO-NH-) ** a mohou vytvářet di-,tri-,tetra-,...,polypeptidy * Peptidová vazba vzniká kondenzační reakcí karboxylové skupiny jedné AK a aminoskupinou druhé AK za odštěpení vody {{:school:fbmi:bbblg:vypisky:629px-peptidovavazba.svg.png|}} **Aminokyseliny, které se vyskytují v proteinech** \\ \\ Aminokyseliny s alifatickým postranním řetězcem * Glycin Gly (G) * Alanin Ala (A) * Valin Val (V) * Leucin Leu (L) * Isoleucin Ile (I) S karboxylovou nebo amidovou skupinou na postranním řetězci (kyselé skupiny) * Kyselina asparagová Asp (D) * Asparagin Asn (N) * Kyselina glutamová Glu (E) * Glutamin Gln (Q) S aminovou skupinou na postranním řetězci (basické skupiny) * Arginin Arg (R) * Lysin Lys (K) S aromatickým jádrem nebo hydroxylovou skupinou na postranním řetězci * Histidin His (H) * Fenylalanin Phe (F) * Serin Ser (S) * Threonin Thr (T) * Tyrozin Tyr (Y) * Tryptofan Trp (W) Se sírou v postranním řetězci * Methionin Met (M) * Cystein Cys (C) Iminokyseliny * Prolin Pro (P) 21. aminokyselina * Selenocystein SeCys – nahrazuje cystein v lidském enzymu glutathionperoxidáze a v enzymech některých bakterií === Organické kyseliny === * jako meziprodukty základních metabolických drah jsou přítomny ve všech buňkách, ve větším množství v rostlinách. * kyselina mléčná, jablečná, citronová, pyrohroznová === Nukleotidy === * jsou stavebními kameny nukleových kyselin * složení: * nukleové báze (nejčastěji purinové nebo pyrimidinové) * pětiuhlíkatého monosacharid - pentóza (ribóza, deoxyribóza) * kyselina trihydrogenfosforečná H_3PO_4 == AMP == * adenozinmonofosfát * tvoří základ nukleotidů, častěji se vyskytují jeho deriváty == ADP, ATP == * adenozindifosfát,adenozintrifosfát * díky makroergickým vazbám jsou mezi fosfátovými skupinami energeticky bohaté * jejich hydrolýzou se v buňce uvolňuje velké množství energie ==== Vysokomolekulární organické látky ==== * vznikají kondenzací z látek nízkomolekulárních, označují se jako polymery * relativní molekulova hmotnost vyšší než 1000 === Polysacharidy === * vźynikají kondenzací monosacharidů za vzniku glykosidické vazby * olygogklikosidy: disacharidy: sacharóza - řepný cukr (glukóza+fruktóza), laktóza - mléčný cukr (glukóza+galaktóza) * polygklikosidy: škrob (glukóza), glykogen (glukóza), celulóza (glukóza) === Proteiny === * vznikají kondenzací aminokyselin při proteosyntéze * jsou spojeny peptidovými vazbami * proteiny všech organismů obsahují 20 základních aminokyselin * složení: * N-konec tvořený aminoskupinou -NH_2 * polypeptidový řetězec * C-konec tvořený kyselou skupinou -COOH * rozdílnost je dána postranními řetězci R_n * **Primární struktura** je tvořena posloupností aminokyselin v polypeptidovém řetězci. * **Sekundární struktura** tvořena vodíkovými vazbami mezi skupinami peptidové vazby (alfa-šroubovice,skládaný list). === Nukleové kyseliny === * jsou to heteropolymery tvořené opakujícími se jednotkami - nukleotidy * složení nukleotidu * pětiuhlíkatý cukr (pentóza) * fosfátová skupina (H_3 PO_4) kyselina trihydrogenfosforečná * dusíkatá purinová (G - guanin, A - adenin) nebo pyrimidinová báze (C - cyozin, T-thymin, U - uracil) * kondenzací nukleotidů vzniká polynukleotidové vlákno == DNA == * deoxyribonukleová kyselina * tvořena dvěma antiparaleními polynukleotidovými řetězci (5'->3'; 3'->5') * sacharidová složka je tvořena deoxyribózou * **Chargaffova pravidla** * adenin se páruje s thyminem (tvoří 2 vodíkové vazby) * guanin se páruje s cytosinem (tvoří 3 vodíkové vazby) * díky velkému množství vodíkových vazeb je relativně stabilní * sekundární struktura většinou alfa-helix - pravotočivá šroubovice konformace B * ssDNA single stranded DNA * dsDNA double stranded DNA * **denaturace DNA** jev, kdy vlivem okolních podmínek (teplota,pH) dojde k oddělení obou vláken DNA. Za vhodných podmínek mlže být reverzibilní (hybridizace). == RNA == * ribonukleová kyselina * tvořena většinou jen jedním polynukleotidovým vláknem * sacharidová složka je tvořena ribózou * dusíkaté báze tvoří (G - guanin, A - adenin, C - cyozin a U - uracil) * může vykonávat některé enzymatické funkce (štěpení esterové vazby, katalýza, polymerace) **mRNA** - messenger RNA (5-10%) - přenáši genetickou informaci o pořadí aminokyselin eukaryot z buněčného jádra do cytoplazmy k místu proteosyntézy.\\ **tRNA** - transferová RNA (10-20%) podílí se na proteosyntéze tím, že připojuje specifickou aminokyselinu do rostoucího polypeptidového řetězce při translaci.\\ **rRNA** - ribozomální RNA (50-80%) podílí se spolu specifickými bílkovinami na tvorbě ribozomu.\\ {{:school:fbmi:bbblg:vypisky:rna-comparedto-dna_thymineanduracilcorrected.png|}}