BIOGENNÍ PRVKY
    – prvky nezbytné pro život, tzv. živototvorné
a/ MAKROBIOGENNÍ
 H, O, C, N, P, S
– ve všech proteinech a nukleových kyselinách, cukrech, v buněčných lipidech

• ionty K+, Na+, Cl-, Mg2+, Ca+, Fe

b/ MIKROBIOGENNÍ (obligobiogenní prvky, stopové prvky)

•  Zn v mnoha proteinech často s enzymatickou aktivitou
• Mn přenos elektronů při fotosyntetickém vývoji kyslíku
• Co součást B12
• Mb součást nitogeneázy (redukce N2 na NH3)
• Se, Cu, Cr, V, Ni, B (růst rostlin), Si, Se, F, I

 ANORGANICKÉ LÁTKY
    VODA
        – většina hmoty buněk (6O – 90%)
        – reakce probíhající ve vodném prostředí
        – vlastnosti dány strukturou molekul

elektrická asymetrie (2 póly)

•  hydratační obal molekul vody – rozpustnost elektrolytů ve vodě
• díky asymetrii: schopnost tvořit vodíkové vazby
• organické skupiny podílející se na vazbě: –OH, -NH2, >CO, -COOH, -CONH2

ANORGANICKÉ IONTY

• K+ hromadí buňky
• Na+, Mg2+, Cl-, Ca+: malý podíl
• fosfáty: HPO2-4 a H2PO4-
• bikarbonáty: jedna se složek soustavy kyseliny uhličité
  – fosfáty a bikarbonáty: stabilizace pH v buňce

osmotický tlak (π): je tlak toku rozpouštědla pronikajícího přes semipermeabilní membránu do roztoku, ve kterém je vyšší koncentrace rozpuštěných molekul nebo iontů

• membrána propouští molekuly rozpouštědla
• molekuly pak nasávány do koncentrovanějšího roztoku značnou silou
• díky π se nasává voda
• krevní plazma 700 Pa

koloidně osmotický tlak (tlak proteinů) (onkotický tlak):

• membrány nepropustné pro bílkoviny
• umožnění vzniku a následné resorpce tkáňového moku
• udržování objemu tekutin v krevním řečišti

NEROZPUSTNÉ ANORGANICKÉ LÁTKY

• opěrné a ochranné struktury
• o bezobratlí: jejich schránky uhličitan vápenatý
• o kostry obratlovců: fosforečnan vápenatý

ORGANICKÉ LÁTKY

•  NÍZKOMOLEKULÁRNÍ ORGANICKÉ LÁTKY
  – látky do relativní atomové hmotnosti 1000
  – nelze hydrolyzovat
  – základem: řetězce atomů uhlíku (otevřené, cyklické)
  –  nejjednodušší: uhlovodíky (C,H: Van der Waalsovy síly)
  
  • nepolární látky
  • nízký bod varu i tání
  • měkké
  • nerozpustné ve vodě, v organických rozpouštědlech ano

       –  polarity funkčních skupin

• • •  schopnost tvořit vodíkové vazby
    • karboxyl a aminoskupina: schopnost elektrolýzy

1) polární organické látky v buňce

JEDNODUCHÉ CUKRY (GLYCIDY)

•  5 – 6 uhlíkových sloučenin
• skoro na každém C skupinu – OH a jednu skupinu aldehydickou a ketonickou
  • tato skupina s –OH na konci: poloacetalová vazba
  • na původní karbonylové vazby: reaktivní poloacetalový hydroxyl

 GLYKOSIDY

• vznik kondenzací reaktivního hydroxylu s jinými látkami
• váží se jako cukerné zbytky a vznikají: disacharidy, trisacharidy až polysacharidy
• rostliny: necukerná složka AGLYKON
• glukosamin: vzniká z glukózy náhradou hydroxylové skupiny v poloze 2 za skupinu –
  NH₂. např. chondroitinsulfát je jednou z hlavních složek kloubních chrupavek, kde váže vodu a propůjčuje pružnost

HEXÓZY

 

• substráty energetického metabolismu
  • glukóza, fruktóza (galaktóza)
  • karboxylové kys. odvozené z hexóz: oxidace na posledním uhlíku
  • kys. glukuronová

PENTÓZY

• ribóza a deoxyribóza (součást nukleové kyseliny)

ORGANICKÉ KYSELINY

• skupina COOH
• hydroxykyseliny, ketokyseliny, di- a trikarboxyolové kyseliny
• meziprodukty základních metabolických drah

AMINOKYSELINY A JEJICH DERIVÁTY

• stavební kameny proteinů
• neurotransmitery: glycin, kyselina glutamová

ALKALOIDY

• u řady rostlin
• dusíkaté sloučeniny toxicky působící na živočichy
• vznik z aminokyselin
• nikotin, meziproduktem: amid kyseliny nikotinové
• NAD, NADP = přenáší vodík v buňce

PEPTIDY

• tvořené aminokyselinami spojenými peptidovými řetězci
• oligopeptid(peptid): peptid 20 a více řetězců
  •  hormony, antibiotika, jedy
• polypeptidy: 100 a více řetězců = PROTEINY

NUKLEOTIDY

• nízkomolekulární sloučeniny
• stavební kameny nukleových kyselin a kofaktorů (přenašeči energie) = buněčná komunikace
• části
  • dusíkaté cyklické báze
  • pentózy (ribóza, deoxyribóza)
  • kyseliny trihydrohenfosforečné
• složky:
  • AMP (adenoyinmonofosfát)
    – složkou NAD, NADP
  • ADP (adenozindifosfát)
  • ATP (adenozintrifosfát)
    – vazby mezi nimi: makroergické
    – jejich hydrolýzou se uvolňuje spoustu energie

2) nepolární organické látky v buňce
UHLOVODÍKY

•  rostliny
• vznik z izoproteinů (z izoproteinů odvozeny):
  • karotenoidy (pomocná fotosyntetická barviva)
    – jejich štěpením = zisk vitaminu A
  • steroly
    – v membránách všech eukaryotických buněk
    – jedna skupina –OH
    – málo polární
    • CHOLESTEROL
      • odvozují se z něj steroidní hormony, žlučové kyseliny

             – vitamín D

TUKY (TRIGLYCERIDY)

• estery glycerolu s vyššími mastným kyselinami
• 16 – 18 atomů uhlíku
• nasycené/nenasycené
• pro buňku zásobní látka pro metabolismus
• tepelná izolace
• nenasycené kyseliny: oliva, řepka, sója, mák, slunečnice

 MEMBRÁNOVÉ LIPIDY

•  podobné tuků
• 2 dlouhé nepolární řetězce, + silně polární skupina
• schopnost tvořit biomembrány
• u fosfolipidů: zbytek kyseliny trihydrogenfosforisté (esterifikován polární org. molekulou)
• u glykolipidů: polární skupina: hexóza, (hexózy, aminohexózy, kys. neuraminovaná)
  o polysacharidové skupiny na povrchu membrány = antigenní specifita
            –  A, B (krevní skupina erytrocytů)

VYSOKOMOLEKULÁRNÍ ORGANICKÉ LÁTKY

• polysacharidy, proteiny, nukleové kyseliny
• vznikají v buňce kondenzací z látek nízkomolekulárních
• kondenzace spojená:
  • s vyloučení H2O
  • se vznikem glykosidické, peptidové, esterové vazby

INFORMAČNÍ MAKROMOLEKULY

• přenašeči informace
• proteiny a nukleové kyseliny
  – složeny z aminokyselin, nebo z nukleotidů

KOLIDNÍ ROZTOKY

• vysokomolekulární látky – mnoho polárních skupin
  • silně hydratovány, ve vodě rozpustné, roztoky = KOLIODNÍ
  • malý osmotický tlak
  • dialýza: je děj, při kterém jsou od sebe odděleny látky s různou rozpustností a velikostí molekul
    –  podobný princip: umělá ledvina, alkohol, koncentrované roztoky soli (vážou
    vodu)
    –  mohou vysrážet koloidy
    –  jsou-li molekuly koloidu v jednom směru značně protáhlé = roztoky (viskozita)           – stav tekutý – stav sol
             – stav polotuhý – stav gel

POLYSACHARIDY

• vznik kondenzací monosacharidů za vznik glykosidické vazby
• škrob (rostliny)
• glykogen (živočichové)
• strukturní polysacharidy: tvoří stěny, ve vodě nerozpustné (celulóza, chitin, agar)
• polyglykany: v buněčných stěnách a MH bakterií
  • části aminocukry:
    – kyselina glukuronová a její analogy
    – esotericky vázaná kyselina sírová

PROTEINY (BÍLKOVINY)

• vznik kondenzací aminokyselin (navzájem spojeny peptidovými vazbami)
  • základem polypetidový řetězec,
    – na konci skupinu NH2 N-konec
    – na druhém konci –COOH C-konec
  • postranní řetězce aminokyselin = různé, rozdílné pořadí (R1, R2…)

PRIMÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ

• 20 základních aminokyselin (standardní, kódové)
• poloha určena genetickým kódem
• posloupnost aminokyselin v polypeptidovém řetězci = primární struktura

SEKUNDÁRNÍ STRUKTURA PROTEINŮ

• vodíkové vazby mezi skupinami >C=O a -NH-
• opakované – stabilní
  • (alfa) helix – řetězec šroubovitě stočen, vodíkové vazby: jednotlivé závity
  • (beta) struktura (skládaný list) – 2 vedle sebe ležící přímé úseky řetězce

TERCIÁLNÍ STRUKTURA PROTEINŮ

• prostorové uspořádaní jednotlivých úseků
• udržováno:
  • vodíkovými vazbami
  • elektrostatickými vazbami (NH2)
  • disulfidovými vazbami
• nepolární skupiny: do nitra molekuly a udržují tvar hydrofobními interakcemi
• chaperony: pomocné proteiny pro výstavbu struktury proteinu
  • pomocí ATP opravit porušené uspořádaní
• ligandy: na povrchu místa schopná vázat nejrůznější organické látky
  • enzymy
    – ligandem je substrát (látka, jejichž přeměnou je schopen katalyzovat)
    – substrát: váže se na aktivní centrum
                 = zde dojde ke změně substrátu na enzymový produkt
  • protilátky – antigeny
  • hormony – receptory
  • buňky – MH
• prostetické skupiny (vazba kovalentní vazbou)
• sekreční a membránové proteiny – navázané polysacharidové skupiny
• DENATURACE PROTEINŮ
  • změna prostorové struktury molekuly proteinu
  • protein ztrácí specifické vazebné a katalytické schopnosti vlastnosti
  • denaturace vysokou teplotou: nevratné poškození
    • 40-50°C většina buněk nesnese
    • využití při sterilizaci teplem
    • při zvýšené teplotě: zvýšení množství chaperonů (proteinů tepelného
      šoku)

 NUKLEOVÉ KYSELINY

• nerozvětvený řetězec
• vznik kondenzace nukleotidů
• v páteři řetězce střídaní:
  – zbytky pentózy a HPO3
• postranní: dusíkaté báze, glykosidicky vázané na zbytky pentóz
• DNA – pentóza: deoxyribóza
• RNA – pentóza: ribóza
• HPO3 se váže diesterovou vazbou
  • na hydroxyl uhlíkového atomu 3‘
  • na hydroxyl uhlíkového atomu 5‘
•  dusíkaté báze vždy 4
  • 2 purinové: adenin A, guanin G
  • 2 pyramidové: cytosin C, uracil U (v RNA) tymin (v DNA)

DEOXYRINONUKLEOVÁ KYSELINA

• jednořetězová až čtyřetězová
• viry: jednořetězová i dvořetězová
• buňky: pouze dvouřetězová (dvoušroubovice) DNA
  • oba řetězce vázány k sobě vodíkovými vazbami mezi komplementárními bázemi
  • A tvoří 2 vodíkové vazby s T
  • G tvoří 3 vodíkové vazby s C
  • řetězce jsou antiparalelní
  • jeden závit: 10 párů bází
  • denaturace: řetězce se oddělí

 RIBONUKLEOVÁ KYSELINA

• většinou jednořetězové
• některé viry: dvouřetězové

materiály ke stažení: