1Farmaceutsko-biokemijski fakultetZavod za biokemiju i molekularnu biologiju

Bioloka kemija

prof. dr. sc. Sanja Dabeli

prof. dr. sc. Jerka Dumipredstojnica Zavoda

dr. sc. Sonja Obrani

Marija anjug, tehniarka

doc. dr. sc. Sandra upraha Goreta

doc.dr. sc. Olga Gornik

doc.dr.sc. Gordana Maravi Vlahoviek

prof. dr. sc. Gordan Lauc

doc. dr. sc. Sanja Dabeli

Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju

Toma Keser, mag. pharm.

2 Farmaceutsko-biokemijski fakultet, A. Kovaia 1, tavan (drugi kat, desno, stepenicama lijevo do tavana)

praktikum FBF, A. Kovaia 1, 2. kat lijevo (pored Zavoda za biofiziku)

studenti se primaju od 11-12 sati, osim ako drukije nije navedeno na oglasnoj ploi

www.pharma.hr (Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju...) i oglasna ploa Zavoda na drugom katu, odmah nasuprot stepenicama

e-kolegij na sustavu Merlin

Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju

Obavijesti o kolegiju Bioloka kemija i nastavni materijali vezani uz navedeni kolegij od

sada se nalaze u sklopu sustava za e-uenje Merlin. Za pristup kolegiju pratite sljedee

naputke:

uitajte stranicu http://merlin.srce.hr koristei Mozzilla, Google Chrome(ne Internet

Explorer!)

prijavite se koristei svoj AAI@EduHr elektroniki identitet (primjer jednog takvog

elektronikog identiteta ihorvat@pharma.hr). Studenti koji nemaju elektroniki

identitet trebaju se javiti informatikoj slubi FBF (gosp. Berislavu Cvetniu)

Uredite svoj profil. Obavezno upiite valjanu SLUBENU e-mail adresu (primjer:

ihorvat@student.pharma.hr), a poeljno je da profil upotpunite svojom fotografijom.

Primijetite da je oblik elektronikog identiteta i slubene e-mail adrese slian, ali nije

identian (e-mail adresa sadri rije student)

Studenti koji kao e-mail adresu navedu ne-slubenu adresu biti e ispisani iz e-

kolegija.

Pod dijelom Popis kolegija odaberite Sveuilite u Zagrebu, potom

Farmaceutsko biokemijski fakultet, zatim podkategoriju 2013-2014, a nakon

toga kolegij Bioloka kemija

unesite lozinku kolegija koju ste dobili od predavaa i upiite se u kolegij

Zavod za biokemiju i molekularnu biologiju

31. Nelson, Cox: Lehninger-Principles of Biochemistry

2. Voet, Voet Biochemistry,

3. Stryer - Biochemistry

4. Mathews, van Holde - Biochemistry

5. Hames, Hooper, Houghton Instant notes in Biochemistry

6. Devlin Biochemistry

7. Cooper, Hausman Stanica: molekularni pristup

8.

Murray, Bender, Botham, Kennely, Rodwell, Weil: Harperovailustrirana biokemija (ne preporuujemo!)

Udbenici

sebe (dolazak na vjebe je obavezan!)

skripta

biljenicu (ili papire) i olovku

radne listove

kutu

krpu

Na vjebe je potrebno ponijeti...

Vjebe za pojedine grupe poinju u puni sat (bez akademske etvrti)!!!

Raspored studenata za vjebe bit e objavljen na sustavu Merlin.

41. Bioloka kemija

Biokemija je kemijska znanost Biokemija je bioloka znanost Znaenje biokemije za razvitak drugih znanosti

(razvitak molekularnih znanosti o ivotu) iroka primjenjivost biokemije

Prouavajui prirodu elimo saznatiTO JE MATERIJA?

(to je energija?)TO JE IVOT?

Fizike znanosti Znanosti o ivotu

FIZIKA BIOLOGIJAKEMIJA

to je ivot? (znanost ne zna odgovoriti)Znanost prouava ivu tvar.

Svojstva ive tvari Sloenost Pokretljivost Reprodukcija Stvaranje reda i usmjerenost Ustaljeno stanje

BIOKEMIJA

5Dvojnost studija biologije

Raznolikost ivih bia

Zajednika svojstva (jedinstvo) ivih bia

Stanina struktura Nasljeivanje (geni) Evolucija (zajedniko podrijetlo) Molekularna osnova svih ivihprocesa

Biokemija je bioloka znanost koja se slui kemijskim jezikom

Biokemijsko znanje hrani sve znanosti o ivotuBiologijaEkologijaGenetikaEvolucija

BioenergetikaImunologija

MikrobiologijaFiziologija

Molekularna medicinaEndokrinologijaDijetetikaFarmakologijaToksikologijaAntropologijaPsihologijaBiotehnologija

6Tra

dici

on

aln

o o

dvo

jene

disc

iplin

e BI

OK

EMIJ

A,

GEN

ETIK

A I S

TAN

IN

A BI

OLO

GIJ

Asr

asle

su

na

m

ole

kula

rno

j ra

zin

i u su

vre

men

u bi

oke

miju

i/ili

mo

leku

larn

u bi

olo

giju

Sredinja dogma molekularnebiologije

Sredinja dogma molekularnebiologije

RNARNA

proteiniproteini

DNADNA

??

7Biotehnoloka revolucijaBioteh-industrija (uporabom staninih i molekularnih procesa za uklanjanje

problema u proizvodnji) otvara sjajne mogunosti na korist drutvu:(1) Uspjenija briga za zdravlje(2) Poveana poljoprivredna proizvodnja(3) ii okoli

Industrija proizvodi lijekove protiv raka, sranih bolesti, dijabetesa, AIDS-a idrugih fatalnih ili ozbiljnih ivotnih prijetnji

Genska terapija moe stanicama pacijenta ponuditi zdrave kopije defektnog gena da sprijei rak i druge bolesti.

Poljoprivredna biotehnologija poveava proizvodnju i hranidbenu vrijednost usjeva jaajui rezistenciju prema prirodnim neprijateljima uz smanjenu potrebu za pesticidima.

Biotehnologija okolia proizvodi sredstva za ienje opasnog otpada i nadzire zaraze poljoprivrednih povrina uz smanjenu uporabu kemikalija.

GM Tehnologija izazovi i napredakGM proizvodi: lijekovi i cjepiva, hrana i dodaci jelima,

stona hrana i vlakna

Rezistencija prema antibioticima Alergije usavriti testove za alergene Okoli (transgeni losos: strah od dominacije) GM mikrobi (za ienje toksinih izljeva, ie gorivo, i vezanje vika C) Napredak Nahraniti svijet, produiti ivot i smanjiti nevolje bolesnika Dijeliti dobrobiti sa zaostalim svijetom

Vana zadaa: obrazovati sredineu kljunim etikim i znanstvenim pitanjima oko genomike radi informirane rasprave o prihvatljivosti tehnolokih rizika koje nude nevienu pomo za budunost ovjeanstva.

8Uzroci graanskog nepovjerenjaUzroci graanskog nepovjerenja Neznanje Izoblieni prikaz znanosti putem medija Pomanjkanje komunikacije Neprihvaanje bilo kakvog rizika Sumnja u etinost i prihvaene vrijednosti

Naravno da su moje gljive zdrave: nisu genetiki modificirane, nema u njima konzervansa,

nema umjetnih bojila niti bilo kakvih aditiva!

ivot traje vie od 3 miljarde godina.

Sve ivo potjee od istog izvora.

ivot je materiji dao smisao.

ivot utjee na okolinu:tijekom evolucije

reduktivna se atmosfera preobrazila u oksidativnu.

Elektrineiskre

Volframoveelektrode

S. Miller&H.Urey (1953)Uz refluks vode u reduktivnoj atmosferi sintetizirale su se topljive biomolekule

REDUKTIVNA ATMOSFERA, TOPLINA I MUNJE

9Prema elementarnom sastavu organizmi su sliniji Svemiru nego zemljinoj kori

0

10

20

30

40

50

60

70

80

H He O C Ne Fe N Si Mg Si Al Ca Na K

Svemir

Zemljina kora

Ljudsko tijelo

ud

io b

roja

ato

ma

Kem

ijski

el

emen

ti i

vih

o

rga

niz

am

a KEMIJSKI ELEMENT ZASTUPLJENOST U ORGANIZMIMAUgljikVodikDuikKisik

"Prvi red" elemenata:najzastupljeniji elementi u svim organizmima

SumporFosforKalcijKlorMagnezijKalijNatrij

"Drugi red" elemenata:znatno slabije zastupljeniu svim organizmima

eljezoBakarKobaltManganCink

"Trei red" elemenata:metali neophodni u malimkoliinama za ivot svihorganizama

Aluminij ArsenBor BromKrom FluorGalij JodMolibden SelenSilicij Vanadij

etvrti red" elemenata:u malim koliinama potrebnipojedinano samo nekim organizmima

S N O P S N O P S N O P S N O P

C HC HC HC H

10

2. Stanini sadraj i ustroj Voda Kemijski sastav ive tvari Osobitosti biolokih makromolekula Znaenje nekovalentnih sila Stanina organizacija prokariota Stanina organizacija eukariota

11

Ugljik izgrauje raznolike molekularne oblike

90% od 13 milijuna su organski spojevi

Biomolekule su spojevi ugljika

Energije kovalentnih veza u biomolekulama malo se razlikuju

12

Kovalentne veze biomolekula

Vani brojevi!Nekovalentne veze Energija, kJ/mol van der Waals 0.4-4.0 vodikove veze 12-30 ionske veze 20 hidrofobne interakcije < 40Kovalentne veze H-H 436 C-H 414 C-C 343 C-O 351

13

Tipovi nekovalentnih sila

Jakost nekovalentnih sila

14

imaju kljunu ulogu u

biolokim strukturama

Biokemija se odvija putem kontroliranih

ikoordiniranih

reakcija malobrojnih

funkcionalnih skupina

15

Reakcije funkcionalnih skupina

Karboksilni esteri su sastojci triacilglicerola i drugihlipida

Fosfatni esteri su esti metaboliki intermedijari.Prisutni su u fosforiliranim proteinima.Fosfodiesteri su sastojci nukleinskihkiselina i fosfolipida

Tioesteri imaju svojstvoaktiviranja acilne skupine,primjerice u acil-CoA

Eteri su sastojci nekih membranskih lipida

Rea

kcije

fu

nkc

ion

aln

ih sk

upi

na

Reakcijom amina i karboksilnekiseline nastaje peptidna vezakoja povezuje aminokiseline uproteine.

Acetal nalazimo u oblikuglikozidne veze u di-, oligopolisaharidima.

Izomerizacija je esta reakcija u metabolikim putovima

Fosfoanhidridi su sastojci nukleotida. Posebna uloga ATP.

16

ivot se odvija u vodi

Struktura i svojstva vode Velika latentna

toplinaisparavanja

Visoko vrelite Visoko ledite Veliki toplinski

kapacitet Velika gustoa Visoka napetost

povrine Ionizacijska

svojstva Reagens

17

Ionizacijska svojstva vode ovise o temperaturiH2O H+ + OH-

Kw=Kd=10-14 (kod 25oC) pH=-log[[[[H+]]]]oC Kw 10-14 pH neutralni0 0.12 7.97

25 1.03 7.00

37 2.51 6.8040 2.95 6.77

75 16.90 6.39

100 48.00 6.16

stanini pH 8% vie H+

Promjena pH od 7.4 na 6.8

uetverostruuje [[[[H+]]]].

Hidratacija utjee na mnoga svojstva biomolekula

Zamjena internih H-veza unutar proteina H-vezama s vodom olakava otapanje

proteina u vodi.

Hidratizirani ioni postupno naputaju kristal.

Interakcijom polarne vode s ionima kristala stvara se hidratacijska ovojnica.

Osloboena energija pomaekidanju veze naboj-naboj u

kristalu.

18

proteini polisaharidi nukleinske kiseline lipidi kombinirane makromolekule

lipoproteini peptidoglikani glikoproteini virusi

MAKROMOLEKULE, Mr 103-1012Sadre jedan polimerni lanac ili vie udruenih lanaca u odreenom stehiometrijskom odnosu

20 aminokiselina5 nukleozidnih bazaD-glukozaD-ribozapalmitatgliceratkolin

Makromolekule su izgraene od

30 molekula pretea

Hijerarhija molekularne organizacije staniceStanica

Organele

Supramolekularnenakupine (Mr 106-109)

Graevni blokovi(Mr 50-250)

Intermedijari(Mr 50-250)

Makromolekule(Mr 103-109)

Pretee iz okoline

jezgra, mitohondriji,kloroplasti i dr.

enzimski kompleksi, ribosomi, kontraktilni sustavi

Nukleinskekiseline Proteini Polisaharidi

Lipidi

Mono-nukleotidi

Amino-kiseline

Mono-saharidi

Masne kis.glicerol

Riboza, karbamoil fosfat

-Keto-kiseline

Fosfo-piruvat,malat

Acetat,malonat

CO2, H2O, N2

19

Svojstva biomolekula su prilagoena uvjetima ivota

Biomolekule su svrhovite graesadre i prenose informacijuobavljaju velebnu kemiju metabolizmapodeavaju brzine reakcija nadziru i koordiniraju sve procese

Biomolekule su usmjerene stabilna modularna struktura

dinamina funkcionalna konformacija

Usmjerenost Monomeri

imaju zajednikai posebnasvojstva.

Ponavljanjeveze inikostur polimera

Informacijudonose posebnasvojstva monomera

Polimeri su linearni ili razgranati, homo- ili heteropolimeri

20

Stanica je osnovna jedinica ivog organizma

Stanica je vodeni odjeljak omeen ovojnicom (ovjek ima oko 1015 stanica)

Stanina membrana je selektivno propusna i regulira stanini sastavPovrinski receptori reguliraju interakciju s okolinom

Polarizirane stanice (npr. epitelne) imaju razliite apikalne i bazolateralne povrine

PROKARIOTI EUKARIOTI

organizmimikoplazme, bakterije,

cijanobakterijeprotisti, gljive, biljke i ivotinje

veliina stanice 1 do10 m 10 do 100 m

DNAkrunog oblika, smjetena u citoplazmi (nukleoid), nema

histona

duge linearne molekule organizirane u kromosome i obavijene jezgrinom ovojnicom (nukleus)

metabolizam aerobni i anaerobni aerobni

organeli vrlo malo ili nitajezgra, mitohondriji, kloroplasti, ER, Golgijev

aparat, lizosomi

RNA i proteinisinteza RNA i proteina u istom

reakcijskom prostorusinteza i sazrijevanje RNA u jezgri; sinteza proteina

u citoplazmi

citoplazmanema citoskeleta,

citoplazmatskog strujanja, endocitoze i egzocitoze

citoskelet se sastoji od proteinskih niti; strujanje citoplazme; endocitoza i egzocitoza

ribosomi manje veliine (70S)veliki (80S), manji (70) su prisutni u nekim

organelima

stanina membrananema ugljikohidrata i veinom

nema sterolasadri sterole i ugljikohidrate koji esto slue kao

receptori

glikokaliksprisutan u obliku kapsule

(ovojnice)prisutan na nekim stanicama koje nemaju staninu

stijenku

dioba stanice binarno cijepanje mitoza i mejoza

spolno razmnoavanje

nema mejoze, mogu prijenos fragmenata DNA

ukljuuje mejozu

bievijednostavni, od dva gradivna

elementasloeni, od vie gradivnih elemenata

stanina organizacija jednostanini organizmijednostanini ili viestanini organizmi s

diferenciranim stanicama

21

Eukariotske stanice

Stanica je poput tvornice: kontrolira ulaz

i izlaz, ima svoju

administraciju ispecijaliziranepogone,

unosi sirovinei distribuiraproizvode,

funkcionira nasolarni ilikemijski pogon.

Staninapodjelaglavnih metabolikih zbivanja

22

Stanine membrane odravaju razliitost staninih i izvanstaninih koncentracija tj. koncentracijske i elektrokemijske gradijente.

Za ivot je

potrebna energija

23

Protok energije, ugljika i kisika u biosferi tijesno su povezani

glukozaO2

CO2

FOTOAUTOTROFI

H2O

HETEROTROFI

Bioreakcije su organizirane u metabolike putove

24

Farmaceutsko-biokemijski fakultetZavod za biokemiju i molekularnu biologiju

Bioloka kemija

prof. dr. sc. Sanja Dabeli