5.Snovi,Ki Sestavljajo Celico

SNOVI, KI SESTAVLJAJO CELICO

Biogeni elementi

= življenjetvorni elementi

= kemijski elementi, ki gradijo organizme

C, H, O, N, P, S, K, Na, Ca, Mg

makroelementi >1%

C, H, O, N, P, S

mikroelementi Fe, B, Cl, Cu, Mn, Co, I, Mo, Zn, Na

Voda

najpomembnejša anorganska snov v celicah

biokemijske reakcije značilne za žive organizme potekajo v vodnem mediju

metabolna voda – voda v celični presnovi/metabolizmu kot reaktant ali produkt

prosta voda

Voda:

pomemben vir O2

vir H-atomov

Polarnost molekule vode

dva električna pola

dipol

neenakomerna porazdelitev e-

2-

++

Vodikova vez

zaradi polarnosti privlak med molekulami H2O

vodikovevezi

Voda kot topilo

odlično topilo polarnih molekul

sladkorji, aminokisline, ionske snovi (soli)

•z električnim privlakom razrahlja vezi med delci in se vrine mednje

•elektroliti = snovi, ki v vodi razpadejo/disocirajo

Hidratacijski ovoj

= ovoj vodnih molekul okrog nabitih molekul / vezana voda

zaradi privlaka električnih nabojev

večji ioni-vpliv pozitivnega jedra šibkejši >> šibkejša električna sila, ki privlači vodne molekule >> tanjši hidratacijski ovoj

ORGANSKE MOLEKULE

ogljikovi hidrati

ogljikovi hidrati & lipidi

aminokisline & proteini

nukleinske kisline

aminokisline & proteini

ogljikovi hidrati

beljakovine / proteini

jedrne / nukleinske kisline

maščobe / lipidi

molekule zgrajene iz manjših podenot – monomeri

monomeri se združujejo v polimere

polimerizacija kondenzacija –odcepljanje H2O med polimerizacijo

hidroliza – razpad polimera ob vezavi H2O

Ogljikovi hidrati

C : H : O = 1 : 2 : 1

Splošna formula:

Cm(H2O)n

monosaharidi - enostavni sladkorji

disaharidi – sladkorni dimeri

polisaharidi – sladkorni polimeri

monosaharid (glukoza)

disaharid (saharoza)

polisaharid (škrob)

Monosaharidi

trioze

pentoze

heksoze

gliceraldehid dihidroksiaceton

Pentoze

deoksiribozariboza

Heksoze

glukoza/grozdni sladkor fruktoza/sadni sladkor

galaktoza

Disaharidi

nastanejo ob vezavi dveh monosaharidov v procesu imenovanem kondenzacija

saharoza /pesni sladkor (Glu-Fru)

laktoza /mlečni sladkor (Glu-Gal)

maltoza /sladni sladkor (Glu-Glu)

saharoza

glukoza fruktoza

kondenzacijahidroliza

Polisaharidi

enostavne ali razvejane verige

škrob

glikogen

celuloza

hitin – polimer glukozaminskih enot

polimeri glukoze

Škrob

razvejan glukozni polimer

amiloza & amilpektin

Celuloza

celulozne

molekule

Hitin

iz glukozaminskih enot

Beljakovine / proteini

Aminokisline

= osnovne gradbene podenote beljakovin

- radikal

COOH – karboksilna skupina

NH2 – amino skupina

asparginska

kisl.glutaminska

kisl.

lizin

histidin

arginin

serin

tirozin

treonin cistein

aspargin glutamin

glicin alanin valin leucin izolevcin

metionin fenilalanin triptofan prolin

Peptidna vez

“hrbtenica”

stranske verige

peptidna vez

peptidna vez

Primarna struktura beljakovin

značilno zaporedje / sekvenca aminokislin

interakcije med AK –peptidna vez

določa obliko in delovanje beljakovine

Sekundarna struktura beljakovin

tvorba H-vezi med karbonilno skupino (–CO)peptidne vezi v enem zavoju/ pregibu in amino (-NH)skupino peptidne vezi naslednjega zavoja/pregiba

interakcije med elementi beljakovinske hrbtenice

H-vezi

α - vijačnica/heliks β – prepognjen list

Terciarna struktura beljakovin

interakcije med stranskimi verigami

hidrofobne

interakcjie

polipeptidna

veriga

disulfidna

vez

ionska

vez

H-vez

medsebojno povezanih več polipeptidnih verig

Kvartarna struktura beljakovin

Fe

α - vijačnica/heliks

β – prepognjen list

PRIMARNA

STRUKTURA

SEKUNDARNA

STRUKTURA TERCIARNA

STRUKTURA

KVARTARNA

STRUKTURA

Oblika beljakovin

Kaj določa obliko beljakovin?

nitaste

kroglaste beljakovine

aktin

kolagen

inzulin

mioglobin

porin

pepsin

alkohol

dehidrogenaza

K-kanal

Ca-črpalka

Denaturacija

porušenje 3D strukture beljakovin zaradi izpostavitve:

visokim temperaturam (>600)

pH

organskim topilom

detergentom

Povratna / reverzibilna denaturacija

> renaturacija beljakovine

denaturacija

renaturacija

Nepovratna / ireverzibilna denaturacija

> koagulacija beljakovine

Pravilno zvijanje beljakovin

“chaperonin”

Vloga beljakovin

encimi

tripsin

lizin

ali

arginin

mesto delovanje tripsina

strukturne beljakovine

založne beljakovine

albumin

feritin

Fe

transport

hemoglobin

rdeča krvnička

hormoni

inzulin

receptorji

gibanje

aktin miozin

miofibrila

mišično vlakno

obrambna

strupi

Nukleinske kisline

Najdemo jih v vseh živih celicah

v jedru/nukleusu

ribosomih

mitohondrijih

plastidih

Friedrich Miescher (1844-1895)

švicarski biolog

Izolacija nukleinskih kislin iz levkocitov.

Miescherjev laboratorij.

jedra

fiziološka

raztopina

alkalna

raztopina

NUKLEIN

Vloga nukleinskih kislin

omogočajo prenos dednih informacij

določajo, katere beljakovine bodo nastale v celici in kdaj

posredno nadzorujejo življenske procese

Zgradba nukleinskih kislin

sestavljene iz številnih podenot im. nukleotidi (mononukleotidi)

nukleinske kisline = polinukleotidi

Sestavni deli nukleotida:

ostanek fosforne kisline

pentoza (deoksiriboza v DNK, riboza v RNK)

organska dušikova baza

hrbtenica

nukleotid

ostanek fosforne kisline

pentoza

organske dušikove baze

ostanek fosforne kisline pentoza organska dušikova baza

Nukleotid:

V nukleinskih kislinah nastopa 5 različnih dušikovih baz:

adenin

gvanin

citozin

timin

uracil

adenin timin uracil

gvanin citozin

PURINSKI

BAZI

PIRIMIDINSKE

BAZE

Poimenovaje nukleotidov

adenin

(ime baze)

nukleotid

adenin nukleotid

Glede na to, katera pentoza je v nukleotidu, ločimo dve vrsti nukleinskih kislin:

deoksiribonukleinska kislina /DNK

deoksiriboza

ribonukleinska kislina / RNK

riboza

Zgradba DNK

1950

Erwin Chargaff (1905-2002)

avstrijski biokemik

Vir DNK adenin timin gvanin citozin

telečji priželjc

1,7 1,6 1,2 1,0

goveja vranica

1,6 1,5 1,3 1,0

kvasovke 1,81,9 1,0 1,0

Bacillus tuberculosis

1,1 1,0 2,6 2,4

Izoliral DNK iz različnih virov in meril koncentracijoposameznih dušikovih baz.

A = T

C = G

1952

Rosalind Elsie Franklin (1920-1958)

angleška biofizičarka

S pomočjo rendgenske kristalografije določilaobliko molekule DNK – dvojni heliks.

1953 Na podlagi raziskav Chargaff-a & Franklin-ovedoločila zgradbo DNK.

Francis Crick(1916-2004)

angleški molekularni

biolog

James Watson (1928)

ameriški molekularni

biolog

Nobelova nagrada 1962.

S

S

S

S

H-veziH-vezi

Komplementarni nukleotidi

sladkorno-fosfatna

hrbtenica

kovalentne

vezi

AN

TIP

AR

AL

EL

NO

AN

TIP

AR

AL

EL

NO

DVOJNA VIJAČNICA

Zgradba DNK

baze v parih

dvojna vijačnica

verigi sta nasprotno vzporedni/antiparalelni

5’ 3’

3’ 5’

verigi sta komplementarni

zaporedje baz v eni verigi avtomatsko določa zaporedje v drugi

Zgoščevanje DNK v kromosome

RAZVITA

DVOJNA

VIJAČNICA

DVOJNA

VIJAČNICA

SE NAVIJE

OKROG

HISTONOV

DVOJNA

VIJAČNICA

S HISTONI

SE ZBIJE V

KROMATIN

KROMATIN

KROMATINSKA

NIT SE ZGUBA

KROMATINSKA

NIT SE ZBIJE V

KROMOSOM

KROMOSOMDNK

Podvajanje DNK

DNK je nosilka dednih lastnosti

sporočila o sestavi in delovanju celice prenese od starševskih na potomske celice PODVOJEVANJE

STARŠEVSKA

VERIGA

HČERINSKA

VERIGA

HČERINSKA

VERIGA

1. prekinjanje

H-vezi

2. vezava komplementarnih

nukleotidov

SEMIKONZERVATIVNO

PODVAJANJE

replikacijske

vilice

DNK-polimeraza

Okazakijev fragment

DNK-ligaza

nova

veriga

starševska

veriga

helikaza

replikacijske

vilice

3’ 5’

5’ 3’

začetno mesto podvajanja DNA

(ORI = origin of replication)

originalna – starševska - veriga

podvojena verigareplikacijske vilice

začetno mesto podvajanja DNK

(ORI = origin of replication)

dvoverižna DNA

Sinteza beljakovin

DNK nadzoruje delovanje celic s sintezo beljakovin

katera beljakovina nastaja, je odvisno od zaporedja nukleotidov v DNK

Kodogen

= zaporedje treh nukleotidov, ki določa vgradnjo posamezne aminokisline v beljakovino.

1 .n

ukle

oti

d2. nukleotid

3. n

ukle

otid

Gen, genom

gen = zaporedje kodogenov, ki predstavlja kodiran zapis za sintezo ene beljakovine

genom = vsi geni v celici

Genski lokus, aleli

genski lokus = položaj določenega gena na kromosomu

aleli = alternativne oblike istega gena

genski

lokus

alelalel

DNA beljakovina

DNK• prepisovanje / transkripcija

RNK• prevajanje / translacjia

beljakovina

prepisovanje / transkripcija

sinteza RNK na podlagi informacij iz DNK

nastanek mRNK (obveščevalna RNK / messenger RNA)

prevajanje / translacija

sinteza polipeptidov / beljakovin po navodilih mRNK

poteka na ribosomih

PREPISOVANJE

PREVAJANJE

Kodon

Aminokislina

jedrna

memebrana

DNK

mRNK

beljakovina

ribosom

PREPISOVANJE

PREVAJANJE

Prepisovanje

Prevajanje

BELJAKOVINE

STRUKTURNE

BELJAKOVINEENCIMI

OGLJIKOVI

HIDRATILIPIDI

NUKLEINSKE

KISLINE

DRUGE ORGANSKE

SPOJINE

Vodijo v sintezo:

Homologni kromosomi

Homologna kromosoma sta enako dolga, imata centromero na istem mestu in nosita iste gene (ne nujno istih alelov teh genov) na istih mestih.

homologna

kromosoma

Homozigotnost, heterozigotnost

homozigotnost = na obeh homolognih kromosomih je enak alel

heterozigotnost = na kromosomih homolognega para sta različna alela

heterozigotnost homozigotnost

Lipidi

spojine rastlinskega in živalskega izvora

vir energije

sestavni del membran

niso topne v vodi

= hidrofobne / vodoodbojne

Delimo jih na:

enostavni lipidi

prave maščobe (masti, olja)

voski

sestavljeni lipidi

fosfolipidi

steroidi

Trigliceridi

prave maščobe so kemijsko estri glicerola in trehvišjih maščobnih kislin

med glicerolom & maščobnimi kislinami se tvorijo estrske vezi

glicerol

maščobna kislina

(palmitinska kisl.)

estrska vez

KONDENZACIJA

- H2O

triglicerid

Maščobne kisline

Maščobne kisline se razlikujejo:

po številu C atomov

ali so C atomi med seboj povezani z enojnimi ali dvojnimi vezmi

Nasičene maščobe

nasičene maščobne kisline

vse vezi med C atomi so enojne vezi

masti

trde že pri sobni temp.

nasičene & dolge MK

pretežno živalskega izvora

lažja metabolna pretvorba v holesterol

Nenasičene maščobe

nenasičene maščobne kisline

med C atomi vsaj ena dvojna vez

olja

tekoči

nenasičene & kratke MK

Lipidi kot energijska zaloga

Ker so v vodi netopni, se lahko v telesu shranjujejo v večjih količinah (ne potrebujejo večjih količin vode kot topila) in so primerni kot energijska zaloga.

energijska vrednost maščob je večja od energijske vrednosti ogljikovih hidratov (2-3x)

Fosfolipidi - zgradba

sestavljeni lipidi

dve karboksilni skupini glicerola sta zaestreni z maščobnima kislinama

tretja karboksilna skupina je zaestrena s fosfornokislino, ki je ponavadi zaestrena še z aminoalkoholom

CH2

O

PO O

O

CH2CHCH2

OO

C O C O

fosfat

glicerol

maščobni

kislini hidrofilni

del

hidrofobni

del

–

CH2

aminoalkohol+N(CH3)3

Hidrofilna in hidrofobna narava fosfolipidov

hidrofilni / vodoljubni del

lahko z vodo tvori h-vezi

hidrofobni / vodoodbijni del

orientacija na vodi:

hidrofilni del

hidrofobni del

orientacija v vodnem mediju:

micel

lipidni dvosloj

liposom

Uporaba liposomov za vnos snovi v celice