1 Dr Enzimologija

МЕДИЦИНСКИ ФАКУЛТЕТ УНИВЕРЗИТЕТА У КРАГУЈЕВЦУ

КАТЕДРА БИОХЕМИЈЕ

ШКОЛСКА 2011/2012

Проф. Др Томислав СтојановићДоц. Др Иванка ЗеленДоц. Др Марина МитровићАсс. Др Маријана СтанојевићАсс. Др Ивана НиколићАсс. Др Милан Зарић

План и програм теоријске и практичне наставе из Биохемије за школску 2011/2012. годину

Предмет се изучава у зимском семестру у 15 радних недеља и има 10 часова наставе недељно: 5 часова теоријске наставе и 5 часова практичних вежби

Предмет носи 15 ЕСПБ бодова

Образови циљ предмета

Упознавање студента са фундаменталним и практичним знањима у области опште биохемије човека

ОЦЕЊИВАЊЕ• Студент савладава предмет по модулима. Оцена је

еквивалентна броју освојених поена. Поени се стичу на два начина:

• АКТИВНОСТ У ТОКУ НАСТАВЕ: На овај начин студент може освојити до 30 поена и то тако што се његово показано знање вреднује од 0-2 поена по наставној јединици. Оцењује се припремљеност за рад у малој групи (на почетку наставе) као и праћење и разумевање градива (на крају наставе).

• ТЕСТОВИ ЗА СВАКУ НЕДЕЉУ НАСТАВЕ: На овај начин студент може стећи 30 поена односно 0–2 поена на сваком недељном тесту, а према критеријумима датим у шемама за оцењивање по модулима.

100403030Σ

2610885. БИОХЕМИЈА ХОРМОНА ,ОРГАНА, ТКИВА И ИНТЕГРАТИВНИ МЕТАБОЛИЗАМ

208664. ЕНЕРГЕТСКИ МЕТАБОЛИЗАМ 3 -НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ И ПРОТЕИНИ

146443. ЕНЕРГЕТСКИ МЕТАБОЛИЗАМ 2 – ЛИПИДИ

208662. ЕНЕРГЕТСКИ МЕТАБОЛИЗАМ 1 – РОС и УГЉЕНИ ХИДРАТИ

208661. ЕНЗИМОЛОГИЈА

ΣЗавршни тестНедељни тестовиактивност у току наставе

МАКСИМАЛНО ПОЕНА

МОДУЛ

Теоријска настава

ПРВИ МОДУЛ (прва, друга и трећа наставна јединица)

1. Увод у биохемију и Eнзимологија2. Ензимологија. Регулација ензимске активности, механизми активације и инхибиције. Алостерни ензими, клинички значајни ензими, номенклатура и класификација ензима 3. Биохемија витамина, хидросолубилни и липосолубилни витамини, кофактори ензима, косупстрати, простетичне групе.

ДРУГИ МОДУЛ (четврта, пета и шеста наставна јединица)

4. Оксидативна фосфорилација и РОС: Оксидо-редукциони процеси, једињења богата енергијом, респираторни ланац, реактивне врсте кисеоника 5. РОС и угљени хидрати: Антиоксиданти и антиоксидативна заштита. Метаболизам, анаболички и катаболички процеси. Варење и апсорпција угљених хидрата. Гликолиза и хексозо-монофосфатни пут. 6. Метаболизам угљених хидрата

ТРЕЋИ МОДУЛ (седма и осма наставна јединица)

7. Метаболизам липида8. Холестерол и липопротеини

ЧЕТВРТИ МОДУЛ (девета, десета и једанаеста наставна јединица)

9. Нуклеинске киселине. Метаболизам нуклеотида и нуклеинских киселина10. Амино киселине и протеини 11. Синтеза протеина

ПЕТИ МОДУЛ (дванаеста, тринаеста, четрнаеста и петнаеста наставна јединица)

12. Биохемија хормона13. Метаболизам воде и биоелемената14. Интегративни метаболизам: Повезаност метаболизам угљених хидрата и липида.15. Интегративни метаболизам. Повезаност ткива у метаболизму амино киселина.

РАСПОРЕД ПРЕДАВАЊА

БИОХЕМИЈА – ПРЕДАВАЊА

Предавања се одржавају у сали на 8. спрату Клиничког центра

УТОРАК13.30-17.15

БИОХЕМИЈА – ВЕЖБЕ

Практична настава се обавља у вежбаоницама Института Медицинског факултета

УТОРАК

17:30 – 21:15 часова I, II, и III група

ПЕТАК

09:30 – 13:15 часова IV, V, и VI група 13:30 – 17:15 часова VII, VIII и група

РАСПОРЕД ВЕЖБИ

ОЦЕЊИВАЊЕ ИСПИТА – ФОРМИРАЊЕ ЗАВРШНЕ ОЦЕНЕ

Максималан број поена који студент може да освоји на модулу 1 износи 20 поена (активност на вежби (макс. 6), недељни тестови (макс. 6), и завршни тест (макс. 8))

20.09.2011.ТЕСТ I

0-2 ПОЕНА*

27.09.2011.ТЕСТ II

0-2 ПОЕНА*

04.10.2011.ТЕСТ III

0-2 ПОЕНА*

14.10.2011.ЗАВРШНИ ТЕСТ модула

0- 8 ПОЕНА**

Максималан број поена који студент може да освоји на модулу 2 износи 20 поена (активност на вежби (макс. 6), недељни тестови (макс. 6), и завршни тест (макс. 8))

11.10.2011.ТЕСТ IV

0-2 ПОЕНА*

18.10.2011.ТЕСТ V

0-2 ПОЕНА*

25.10.2011. ТЕСТ VI

0-2 ПОЕНА*

28.10.2011.ЗАВРШНИ ТЕСТ модула

0- 8 ПОЕНА**

Максималан број поена који студент може да освоји на модулу 3 износи 14 поена (активност на вежби (макс. 4),

недељни тестови (макс. 4), и завршни тест (макс. 6))

01.11.2011.ТЕСТ VII

0-2 ПОЕНА*

08.11.2011.ТЕСТ VIII

0-2 ПОЕНА*

18.11.2011.ЗАВРШНИ ТЕСТ модула

0- 6 ПОЕНА**

Максималан број поена који студент може да освоји на модулу 4 износи 20 поена (активност на вежби (макс. 6),

недељни тестови (макс. 6), и завршни тест (макс. 8))

15.11.2011.ТЕСТ IX

0-2ПОЕНА*

22.11.2011.ТЕСТ X

0-2 ПОЕНА*

29.11.2011.ТЕСТ XI

0-2 ПОЕНА*

02.12.2011.ЗАВРШНИ ТЕСТ модула

0-8 ПОЕНА**

Максималан број поена који студент може да освоји на модулу 5 износи 26 поена (активност на вежби (макс. 8),

недељни тестови (макс. 8), и завршни тест (макс. 10))

06.12.2011.ТЕСТ XII

0-2ПОЕНА*

13.12.2011.ТЕСТ XIII

0-2 ПОЕНА*

20.12.2011.ТЕСТ XIV

0-2 ПОЕНА*

27.12.2011.ТЕСТ XV

0-2 ПОЕНА*

30.12.2011.ЗАВРШНИ ТЕСТ

модула0-10 ПОЕНА**

ЗАВРШНА ОЦЕНА

Да би студент положио предмет мора скупити минимум 55 поена, при чему на завршном тесту за сваки модул мора да освоји 50% плус 1 поен. Оцена се формира на следећи начин:

Укупан број бодова Оцена

55-64 6

65-74 7

75-84 8

85-94 9

95-100 100

Наставна јединица 1:

УВОД У БИОХЕМИЈУЕНЗИМОЛОГИЈА

МЕДИЦИНСКИ ФАКУЛТЕТ КРАГУЈЕВАЦИнтегрисане академске студије медицинеКатедра за општу и клиничку биохемију

Шта је то БИОХЕМИЈА и зашто је битна ?

•Биохемија је хемија живота, мост између биологије и хемије

•Проучава хемијске процесе у живим организмима, тачније структуру, организацију, и функцију молекула који су део живих организама

Дa ли су различити организми више СЛИЧНИ

или више РАЗЛИЧИТИ???

Три тотално различита организма, биљка, морски јеж, мачка. Свако би рекао скоро ништа заједничко, а опет

БИОХЕМИЈСКИ су итекако невероватно слични!!!

• Сви облици живота које на планети имају заједничко порекло, имају и сличне биохемије, као што су генетски код (ДНК) и стереохемија многих биомолекула (протеина, угљени хидрати, липиди итд).

• Сви организми на молекуларном нивоу су значајно изједначени; основни биохемијски процеси могу се применити како на људима тако и на микроорганизмима.

На основу биохемијских карактеристика

организми се могу поделити на: ПРОКАРИОТЕ Бактерије – нема одвојеног једра унутар ћелије и немају субцелуларне органеле. Сви биохемијски процеси се одвијају унутар цитоплазме.

ЕУКАРИОТЕ (укључујући микроорганизме до човека) – карактерише га дефинисано једро унутар ћелије, 10 су пута веће, и садрже субцелуларне органеле које обављају биохемијске процесе.

Биохемија се може поделити на неколико основних категорија:

• Структурна хемија компонената• Ензимологија• Метаболизам• Сигнална трансдукција

АТОМИ КОЈИ СУ ЕСЕНЦИЈАЛНИ У ИЗГРАДЊИ СВИХ БИОМОЛЕКУЛА

Биохемија проучава структуру и функцију ћелијских компоненти, као што су:

● ПРОТЕИНИ● УГЉЕНИ ХИДРАТИ● ЛИПИДИ● НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ (ДНК И РНК)● и остали биомолекули

ПРОТЕИНИ

Полимери настали спајањем 20 различитих АМИНОКИСЕЛИНА пептидним везама

Настали полимерски ланац се зове полипептид, док амино киселине представљају мономерне јединице.

Улоге протеина су:• градивна (изграђују ткива и органе)• транспортна – протеини крвне плазме• заштитна (антитела)• регулаторна – ензими и хормони ...

Да би један протеин био функционалан у организму мора да има 3 односно 4 нивоа структуре на молекуларном нивоу:

• примарну структуру • секундарну структуру • терцијалну структуру• кватерну структуру

УГЉЕНИ ХИДРАТИ

Деле се на: моносахариде, дисахариде и полисахариде.

Целулоза (један од главних компоненти ћелијског зида биљке) - полисахарид настао спајањем више мономерних

јединица моносахарида глукозе ковалентним везама

Скроб и Гликоген (користе се у исхрани)-полисахариди изграђени од молекула глукозе који су међусобно повезани

гликозидним везама

Улоге угљених хидрата: структурна и енергетска

Нуклеинске киселине (DNK и RNK)

Нуклеинске киселине су полимери нуклеотида који се састоје од: шећера, фосфата и азотних база (аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил) спојених фосфодиестарским везама тако да их другачије зовемо полинуклеотиди.

• DNK је генетски материјал и главна компонента хромозома

• DNK даје информације за синтезу и склапање неког протеина у облику шифре која се зове генетски код.

• RNK има улогу преносиоца генетских информација са DNK за синтезу протеина (mRNK или iRNK), преводиоца генетских информација (tRNK), директног учесника у синтези протеина (rRNK).

Масти - Липиди

• Липиди су неполарни молекули који укључују:

● просте масти =(глицерол + масне киселине повезане естарском везом), ● сложене (нпр. глицеролфосфолипиде- глицерол + масне киселине + фосфатну групу везану за глицерол + азотну базу или сфинголипиде - компоненте нервног система),● стероиде (холестерол и од њега изведене молекуле),● липосолубилне витамине • Липиди су саставни део ћелијске мембране и улазе у

састав адипоцита (ћелија које таложе масти као енергетске молекуле), имају улогу у синтези витамина, хормона, жучне киселине, сурфактанта плућа, секундарних гласника у сигналним путевима, маркера ћелијске смрти – апоптозе итд

ФОСФОЛИПИДИ- пример сложених липида

• У њихов хемијски састав улазе: алкохол+ масне киселине + фосфатна група + азотна база

• Они су амфиболички молекули тј. Имају и хидросолубилне (растварају се у води) и хидрофобне (не растварају се у води) карактеристике.

• Део молекула фосфолипида који се раствара у води потиче од фосфатне групе и азотне базе, а остали део молекула тј. Масне киселине везане за алкохол се не растварају у води односно растварају се у мастима (слично се у сличном раствара).

• Саставни су део ПЛАЗМА МЕМБРАНЕ

Масти

Дистрибуција биомолекула унутар субцелуларних органела еукаритоске

ћелије

Вода и типови веза

* Хемијске везе се формирају кретањем електрона у електронским љускама које су најближе површини атома

* У циљу постизања стабилније електронске конфигурације атом прима/отпушта електроне из својих орбитала

* Овај процес чини основну покретачку силу хемијских веза

ПОДЕЛА ХЕМИЈСКИХ ВЕЗА

•Примарне – – ковалентне– јонске и – металне везе

•Секундарне – – водоничне везе и – Van der Walls-ове силе

Ковалентна веза

Неметали, међусобно се сједињавајући граде ковалентну везу

атом хлора у природи не постоји као самосталан, овде се ковалентна веза обележава Cl-Cl

Неполарна ковалентна веза

Формирање ковалентне везе између супстанци једнаке електронегативности

Јонска (електровалентна) веза

Изразити метали граде са халогеним и халкогеним елементима јонску везу

Метали отпуштају (постају позитивно наелекрисани), док неметали примају електроне (постају негативно наелектрисани)

Оксидациони број

-Број електрона који елемент отпусти односно прими назива се оксидациони број

-Електронегативност нам говори да ли ће елемент примати или отпуштати електроне

-Већа електронегативност- лакше прима, мања лакше отпушта електроне

Водонична веза

Хидрофилност и хидрофобност

•Поларни и јонски молекули поседују позитивно и негативно наелектрисање

•Они су хидрофилни и растварају се у води

•Неполарни молекули су хидрофобни и као такви не раставрају се у води

Поларни и јонски

молекули су хидрофилни

Неполарни молекули су хидрофобни

ВОДА

• Поларни молекул

• Атом кисеоника је електронегативнији у односу на атом водоника

• Слично се у сличном раствара-поларно у поларном, неполарно у неполарном

• Јонски и поларни молекули се растварају у води

ЕНЗИМОЛОГИЈА

Е Н З И М И• специфични протеини или специфичне рибонуклеинске киселине

(РНК) РИБОЗИМИ • убрзавају хемијске реакције у биолошкој средини • биокатализатори

Сличности са неорганским катализаторима:• убрзавају хемијске реакције• не мењају константу равнотеже реакције• активни су у минималним количинама.

Особине ензима:• органског порекла• делују у организму • ефикаснији од катализатора• не улазе у састав производа реакције• активност ензима подлеже регулацији

• имају ограничено време трајања• подложни процесима денатурације• омогућавају економичан ток реакције• специфичност према супстрату и према врсти

хемијске реакције коју катализују

Специфичност ензима према супстрату:

1. Апсолутна (каталаза, аргиназа, уреаза, глукокиназа)2. Групна (липаза, фосфатаза, пепсин)3. стереохемијска

Е Н З И М И

СТРУКТУРА ЕНЗИМА• протеини или рибонуклеинске киселине (РНК)

Које врсте ПРОТЕИНСКИХ ЕНЗИМА ПОСТОЈЕ ?

По броју полипептидних ланаца, ензими се деле на мономерне и олигомерне.

МОНОМЕРНИ• Један полипептидни ланац• Најмање 100 АК• Има 3D структуру

• Phosphoglycerate mutaѕe (Фосфоглицерат мутаза) - Гликолиза

• Глицерол-3-фосфат је супстрат у активном месту

• Кобалт је кофактор у активном месту

• Натријум је стабилизатор ензима

ОЛИГОМЕРНИ

-Већи број полипептидних ланаца – идентичних - ХОМОМЕРИ-различитих - ХЕТЕРОМЕРИ

-Функционишу као целина

-Fumarate reductase (Фумарат редуктаза) Анаеробна респирација

Подела ензима по сложености: 

1. Протеин-ензими (садрже само протеинску компоненту)2. Сложени ензими или холоензими (БИОЛОШКИ АКТИВАН)

• ХОЛОЕНЗИМ=АПОЕНЗИМ (протеински део) + КОФАКТОР (непротеински део - јон метала или коензим)

• КОЕНЗИМИ - најчеће деривати хидросолубилних витамина- простетична група (чврсто и стално КОВАЛЕНТНО везан за апоензим)- косупстрат (лабилно и реверзибилно НЕКОВАЛЕНТНО везан за апоензим)

Међусобни односи метала, ензима и супстрата

металоензими – Cu2+, Zn2+, Mg2+, Ca2+, Fe2+, Co2+, Mn2+

Функција метала:•учествује у изградњи активног места ензима•одржава терцијерну структуру ензима•узима учешћа у каталитичком преображају супстрата•учествује у реакцијама оксидоредукције•учествује у повезивању ензима и супстрата•учествује у повезивању апоензима и коензима

СУПСТРАТ

• Органска материја која се везује за ензим и дејством ензима се претвара у производ ензимски катализоване реакције

Графички приказ односа брзине катализоване реакције

и КОНЦЕНТРАЦИЈЕ ЕНЗИМА

V

konc. E

Графички приказ односа брзине катализоване реакције и КОНЦЕНТРАЦИЈЕ СУПСТРАТА

Vmax [ S]V =--------------

Km +[ S]

Уколико је концентрација ензима константна

• При ниским концентрацијама супстрата брзина реакције је директно пропорционална порасту концентрације супстрата

• При високим концентрацијама супстрата промене концентрације супстрата немају утицаја на брзину реакције

Температура

Графички приказ односа брзине катализоване реакције и температуреОптимална Т је 370 C.

10 20 30 40 50 60

V

• Повећање температуре повећава брзину реакције повећавајући кинетичку енергију реагујућих молекула

pH

• Утиче на степен јонизације супстрата;

• Утиче на степен јонизације функционалних група аминокиселина које улазе у састав активног места ензима;

• Утиче на одржавање терцијерне структуре.

• Већина ензима делује у границама pH 4 – 8.

Активатори и инхибитори

Супстанце које утичу на активност ензима тако што се везујуза каталитичко место на ензиму мењајући његову конформацијуи омогућавају лакше (активатори) или теже (инхибитори) везивање супстрата за активно место

КИНЕТИКА ЕНЗИМСКЕ АКТИВНОСТИ

• Ензимска кинетика се бави проучавањем брзине ензимске реакције и фактора који на њу утичу

• Количина ензима у телесним течностима се одређује индиректно - мерењем брзине катализоване реакције.

• Брзина ензимске реакције се мери одређивањем количине супстрата која се трансформише у јединици времена под стандардним условима

• Брзина ензимски катализованих реакција је аналогна активности ензимског молекула.

• Активност ензима се изражава у међународним јединицама (U) или каталима (kat).

• Интернационална јединица (U) је она количина ензима која катализује трансформацију једног микромола супстрата у производ у једном минуту под стандардним условима.

• U = 1μmol S/min.

• Катал (kat) је количина ензима која катализује трансформацију једног мола (mol) супстрaтa у једној секунди под стaндaрдним условимa.

• kat = 1mol S/sec.

• Активност ензима у телесним течностима и ткивима изражава се U/L ili U/g

Графички приказ односа брзине катализоване реакције и

протеклог времена

vreme

V

Графички приказ односа брзине ензимски катализоване реакције и концентрације

супстрата

Vmax [ S]V =--------------

Km +[ S]Mihaels-Mentenova jednačina

• Михаелис-Ментен-ова константа (Км) – концентрација супстрата која је потребна ензиму да би се постигла Vmax/2

• Представља меру афинитета ензима према супстрату

• Уколико је Км већа, афинитет Е према S је мањи и обрнуто

• У физиолошким условима у ћелијама је концентрација S приближна вреднoсти Км за дати Е

• У ћелијама брзина реакција зависи од концентрације S

Зависност брзине ензимски катализоване хемијске реакције од концентрације супстрата у случају када је [S]<<Km

Vmax [ S] Vmax [ S] Vmax

V =-------------- = ------------- = -------------- [ S]

Km +[ S] Km Km

Зависност брзине ензимски катализоване хемијске реакције од концентрације супстрата у случају када је [S]>>Km

Vmax [ S] Vmax [ S]

V =-------------- = ------------- = Vmax

Km +[ S] [ S]

Зависност брзине ензимски катализоване хемијске реакције од концентрације супстрата у случају када је [S]=Km

Vmax [ S] Vmax [ S]

V =-------------- = ------------- = Vmax/2

Km +[ S] 2[ S]

• Графичка метода по Lineweavеr-Burku (двоструки реципрочни дијаграм) -за израчунавање Км и Vmax

1/V0 (mmol/min)-1

1/S (mmol/L)-1

nagib= Km /Vmax

-1/Vmax-1/Km

Значај Km и Vmax:

• Процена физиолошких концентрација S у ћелијама

• Поређење Е из различитих ткива

• Идентификација регулаторних Е у метаболичким процесима

• Одређивања типа ензимске инхибиције