Biokeemia

AUTOR: liisatriin_sei (originaal Quizletist saadud)

Biokeemia (mõiste)

Teadus elava mateeria keemilisest koostisest ja biomolekulidega toimuvatest reaktsioonidest

Mille aluseks on biokeemia baasteadmised?

Immunoloogiale, füsioloogiale, farmakoloogiale, farmaatsiale, geenitehnoloogiale

Põhibioelemendid

H, C, O, N, P, S, biomolekulides aatomitena ja nende kombinatsioonidest koosnevad biomolekulid

Essentsiaalsed makrobioelemendid

- Vajatakse üle 100mg

- Päevas täidavad biofunktsioone valdavalt ioonsel kujul

- Ca2+, Na+, Mg2+

Essentsiaalsed mikroelemendid

Fe, Cu, Zn, Mn, Co, I, Mo, V, Ni, F, Cr, Se, Si, Sn, B, As

- Hädavajalik mikrobiogeensete elementide miinimum

Mis on peamised keemilised elemendid elusorganismides?

O, C, H, N

Mis on peamised anorgaanilised ühendid elusorganismides?

Vesi, anorgaanilised soolad

Mis on peamised orgaanilised ühendid elusorganismides?

Valgud, lipiidid, sahhariidid, nukleiinhapped

Mis koosnevad aminohapetest?

Valgud

Aminohapete klassifikatsioon

Vastavalt R asendajale

- Mittepolaarne (alifaatne)

- Polaarne laenguta

- Laenguga happelised

- Laenguga aluselised

Mittepolaarse kõrvalahelaga aminohapped

Glütsiin, Alaniin, Valiin, Leutsiin, Isoleutsiin, Metioniin, Fenüülalaniin, Proliin, Trüptofaan

Glütsiin

- Puudub kõrvalahel, puudub kiraalne C

- Peptiidahelas võimalikud anomaalsed nurgad

- H aatomi väikesed mõõtmed, tihe pakkumine

Alaniin

- Väike, mittepolaarne

- Võib paikneda nii valkude sisemuses kui pinnal

- Sageli esinev

- Kasutatakse sageli valkude muteerimiseks, minimaalse struktuurse efekti tõttu

Valiin, leutsiin, isoleutsiin

- Hargnenud, mahukad, hüdrofoobsed

- Paiknevad valkude sisemuses

- Piiratud liikuvusega, eriti kui hargnemine C beeta juures

Polaarse neutraalse kõrvalahelaga aminohapped

Seriin, Treoniin, Asparagiin, Glutamiin, Türosiin, Tsüsteiin

- Polaarsed kõrvalahelad on võimelised moodustama vesiniksidemeid olles nii doonoriks kui akseptoriks

Türosiin

Kõrvalahel sisaldab fenoolset OH rühma, mis moodustab vesiniksidemeid ja on võimeline dissotseeruma kõrgema pH juures

Laengut omavad kõrvalahelaga happelised aminohapped

Asparagiinhape, Glutamiinhape

Laengut omavad kõrvalahelaga aluselised aminohapped

Lüsiin, Arginiin, Histidiin,

Aminohapete omadused

???

Mille poolest erinevad aminohapete 20 erinevat kõrvalahelat üksteisest?

Suuruse, kuju, laengu, vesiniksidemete moodustamise võime, hüdrofoobsuse ja keemilise reaktiivsuse poolest ning mitmed neist sisaldavad funktsionaalrühmi

Funktsionaalrühmade järgi on aminohapped

Alkoholid, tioolid, tioeetrid, karboksüülhapped, karboksamiidid ja alused

Aminohapete keemilised omadused

- Hüdrofoobsed aminohapped mittepolaarsete R-rühmadega

- Polaarsed aminphapped neutraalsete R-rühmadega (laeng ebaühtlaselt jaotunud)

- Positiivselt laetud

- Negatiivselt laetud

Asendamatud aminohapped

Peab saama toidust, 9 kokku

Asendatavad aminohapped

Inimene suudab ise sünteesida, 11 kokku

Valkude üldtunnusjooned

- Biomakromolekulisus ehk nad koosnevad ühest või mitmest polüpeptiidahelast

- Individuaalsuse tagab aminohappelise koostise erinevus

- Peptiidside aminohappejääkide vahel ja mitmetasemeline struktuurne organisatsioon

- Omavad aktiivalasid ligandi(de) sidumiseks

Valgud (mõiste)

Elussüsteemide kõige mitmekesisemad makromolekulid, millel on oluline roll pea kõigis bioloogilistes protsessides.

Millest koosnevad valgud?

Nad on lineaarsed bipolümeerid, mis koosnevad monomeeridest (üksteisega liitunud aminohapped)

Tänu millele toimivad valgud organismis?

Tänu kolmemõõtmelisele struktuurile

Valkude ehituskivid

Ehituskivideks on ɑ-aminohapped. Koosnevad kesksest süsinikuaatomist, mille küljest lähtuvad aminorühm, karboksüülrühm, vesinikuaatom ja kõrvalahel ehk R-rühm

Valkude funktsioonid loomorganismides/valkude funktsionaalsed klassid

- Ensümaatiline- kiirendavad organismis toimuvaid reaktsioone

- Transport- ja säilitusfunktsioon- aitab edasi kanda erinevaid aineid, nt hemoglobiin kannab laiali hapnikku

- Koordineeritud liikumine- kontraktsioonvalgud, millest tuntumad on lihasvalgud, aitavad organismil teha liigutusi

- Strukturaalne- valgulise ehitusega on karvad, küüned, suled jne

- Immuunvastus- valgulised antikehad

- Närviimpulsi teke ja ülesanne- edastavad valguvälist infot raku sisemusse

- Rakkude, kudede, organismi kasv ja diferentseerumine- valgulised hormoonid reguleerivad talitlusi nt insuliin

Valkude primaarstruktuur

Polüpeptiidahelate moodustumisel seostuvad aminohapped omavahel peptiidsidemega, mille käigus vabaneb veemolekul

- Koosneb 50-300 aminohappejäägist

Millele on valkude primaarstruktuur molekulaaraluseks?

- Valkude spetsiifilisusele/mitmekesisusele

- Kõrgemate struktuuritasemete kujunemisele

- Molekulaarhaiguste patogeneesile

Millele annav valkude primaarstruktuuri avastamine infot?

Annab infot valgu kõrgemate struktuuritasemete kohta, aktiivalade ehituse kohta, võimalike molekulaarhaiguste kohta, liitvalkude puhul näitab ka mittevalgulise komponendi seostumiskohti

Mille määrab ära primaarstruktuur?

- Selle tertsiaalstruktuuri ja see omakorda valgu talitluse

Valkude spetsiifilisuses eristatakse

- Liigispetsiifilisust

- Organismispetsiifilisust

- Koespetsiifilisust

- Juba ühe aminohappejäägi asendus muudab valgu spetsiifilisust

Valkude sekundaarstruktuur

Polüpeptiidahel võib voltuda korrapärastesse struktuuridesse.

Peamiselt vesiniksidemetega fikseeritud ruumikujund, mille sisuline teke on primaarstruktuuri aminohappe-järjestuses

- Põhivormid: alfa heeliks ja beeta struktuur

Alfa- heeliks (sekundaarstruktuur)

- Keerdunud struktuur, mida stabiliseerivad ahelasisisesed vesiniksidemed.

- Seostub iga aminohappejäägi CO- rühm vesiniksideme vahendusel neli peptiidiüksust C-otsa suunas asuva aminohappejäägi NH-rühmaga

- Valkudes peamiselt paremakäelisena

Beeta-heeliks (sekundaarstruktuur)

- Tasapinnaline struktuur, mida stabiliseerib polüpeptiidahelatevahelised vesiniksidemed.

- Sisaldab kaks või enam peaaegu sirget peptiidahelat

- Võrreldes alfaga on täielikult välja venitatud

Tertsiaalstruktuur

- Tekib kui omavahel interakteeruvad üksteisest polüpeptiidahelas kaugel asuvate aminohappejääkide kõrvalahelad ning moodustavad mittekovalentseid interaktsioone või disulfiidsidemeid (müoglobiin)

Tertsiaalstruktuuri kaks tüüpi

Kerajas-ellipsoidne (gloobul) või niitjad (fibrill) kolmemõõtmeline koformatsioon

Kuidas saab enamus valke jaotada?

Globulaarseteks (enamus valke, nt ensüümid) või fibrillaarseteks (katte- ja tugikudede valgud, nt kollageenid)

Tertsiaalstruktuuri kujunemine

Valgumolekul püüab võtta stabiilseimat kuju. Baasinfo selleks on primaarstruktuuris, protsessi suunavad polüpeptiidahela seostusvalgud ning aminohappejääkide R-gruppide vastaktoimed omavahel ja veemolekulidega

Kvaternaarstruktuur

Mitmed polüpeptiidid võivad ühenduda üheks valguks. Neid üksikahelaid nimetatakse subühikuteks ja nende omavaheline paigutus moodustabki kvaternaarstruktuuri.

Kvaternaarstruktuuri põhiarusaamad

- Valgumolekulis on vähemalt 2 tertsiaalstruktuuriga polüpeptiidahelat ehk alaühikut/subühikut, neid seovad nõrgad sidemed

- Nad on oligomeersed valgud

Mida võimaldab kvaternaarstruktuur?

Võimaldab peenregulatsiooni ja täita spetsiaalseid ülesandeid.

- Nt kvaternaarstruktuuri ensüümvalgud on metabolismi võtmeensüümid

Valgumolekuli happelised omadused

Negatiivselt laetud aminohapetel on happelised kõrvalaehald (glutamiinhape). Ahelad seovad prootoneid, mis neutraliseerivad laengut

Valgumolekuli aluselised omadused

Positiivselt laetud aminohapped on hüdrofiilsed ja pH on u 7,4 (arginiin). veega interakteerudes kahepalgelised ning omavad vahel aromaatset tsüklit. Reaktsiooni käigus vabastab või seob prootoneid

Valkude isoelektriline täpp pI

See on keskkonna pH, mille korral valgu molekuli summaarne laeng on null. Valgud sadenevad kõige kergemini pI olekus. Valgulahus on kõige ebastabiilsem

- Valgud on üldjuhul neutraalsed (pH 7) või on seotud kergelt happeliste või aluseliste kõrvalrühmadega, mida reaktsiooni käigus neutraliseeritakse

Valkude füüsikalised omadused

- Vedelad (munavalge), poolvedelad (lihastes), tahked (küüned)

- Mõned lahustuvad vees, mõned hapetes, mõned leelistes

- Puudub sulamistemperatuur, kuumutades lagunevad

Valkude keemilised omadused

- Hüdrolüüsivad seedimisel- tekivad aminohapped

- Denatureeruvad välistingimuste mõjul (tempetatuuri tõus, pH mõjutamine)

Valkude klassifikatsioon

- Funktsionaalselt

- Lokalisatsiooni alusel

- Liht ja liitvalgud (glükoproteiinid, DNA ja RNA)

- Strukturaalselt ja vastavalt vees lahustuvusele (globulaarsed ja fibrillaarsed)

Valkude tähtsaimad esindajad. Albumiinid

Transportvalk, aitavad hoida osmootset rõhku ning heade puhveromadustegga

Valkude tähtsaimad esindajad. Globuliinid

COVID 19 tõttu immunoglobuliinid, antikehad

Valkude tähtsaimad esindajad. Kaseiin

Toitevalk piimas, piima kalgendamise järel saadakse valgurikas produkt, loomorganismile asendamatu

Valkude tähtsaimad esindajad. Ovalbumiin

Toitevalk munas, asendamatu loomorganismile

Valkude tähtsaimad esindajad. Fibrinogeen

Muutub vajadusel hübriiniks, kui avada kaltsiumiava, osaleb vere hüübimises

Valkude tähtsaimad esindajad. Kollageen

Nahavalgusisalduses, hoiab naha pinda tugevana

Valkude kromatograafia ja elektrofrees

- Valkude isoleerimise meetodite rakendamiseks tuleb esmalt valk lahusesse viia, st saada sobiv raku ekstrakt

- Valkude lahustuvus on erinev ja vastavalt sellele ka ekstrakti valmistamise meetodid erinevad

Valkude lahutamise meetodid

- Kromatograafilised

- Elektrofrees

Kromatograafia

- Kõik kromatograafilised meetodid baseeruvad biomolekulide korduval selektiivses jaotumises kahefaasilises süsteemis

- Biomolekulide puhastamisel kasutatakse: ioonvahetuskromatograafia, õhukese kihi kromatograafia, pöördfaaskromatograafia, geelfiltratsioonkromatograafia, afiinsuskromatograafia

- Valkude isoelektrilise täpi määramiseks kasutatakse geelelektrofreesi

Elektrofrees

Elektriliselt laetud osakeste liikumine vedelikus elektrivälja mõjul: positiivsed osakesed katoodile ja negatiivsed anoodile

- Rakendatakse kõrgmolekulaarsete ühendite segude analüütiliseks lahutamiseks

- Kasutatakse nt valkude ja DNA analüüsis

Nukleotiid

Riboosi või desoksüriboosi ja lämmastikaluse ning vähemalt ühe fosfüülrühma liitumisel tekkinud ühend. Moodustavad nukleiinhappeid (DNA ja RNA)

Nukleotiidide biofunktsioon

Salvestab ja kannab edasi energiat ATP molekulidesse

RNA põhitunnused

- Üheahelaline

- Koosneb ribonukleiinjääkidest

- N- aluseks on A, G, C, U

RNA põhitüübid

- mRNA

- rRNA

- tRNA

mRNA

- Informatsiooni RNA.

- Asukoht: tsütoplasma

- Põhifunktsioon: valgusünteesiks vajaliku geneetilise info ülekanne DNAlt ribosoomidele

- Sünteesikoht: nukleoplasma

rRNa

- Ribosoomi RNA

- Asukoht: ribosoomid

- Põhifunktsioon: ribosoomide koostisosa, osaleb AH-te lülitumises sünteesitavasse polüpeptiidahelasse; ribosoomide ehituskomponent

- Sünteesikoht: tuumake

tRNA

- Transpordi RNA

- Asukoht: tsütoplasma

- Põhifunktsioon: AHte transpot ribosoomidele, osavõtt AHte lülitumisest sünteesitavasse polüpeptiidahelasse; aminohapete transport ribosoomidele

- Sünteesikoht: nukleoplasma

RNA ehitus

- RNA primaarstruktuur. Nukleotiidide hulk ja järjestus RNAs. Tekib sünteesijärgselt

- RNA sekundaarstruktuur. Molekul, milles üksikahelalised lõigud vahelduvad kaksikahelaliste lõikudega. Omavahel paarduvad (A&U, G&C)

DNA ja RNA mõiste

Suhkurkomponendi moodustab desoksüriboos/riboos ja lämmastikalusjäägid (A, C, G, T, U)

DNA põhitunnused

- 2 komplementaarset ahelat

- Koosneb desoksüribonukleotiidjääkidest

- N-alusteks on A, G, C, T

DNA asukoht

- Tuum: põhifunktsioon: geneetilise info säilitamine ja edasiandmine tütar DNAdele (rakujagunemisel) ja mRNAle (valgusünteesil)

- Mitokondrid: põhifunktsioon: geneetilise info mitokondrite osade valkude sünteesiks

DNA ehitus

- Primaarstruktuur: nukleotiidijääkide hulk ja järjestus DNA üksikahelas. Üksikahelaline DNA esineb rakud sünteesiprotsessides ja teatud viirustes

- Sekundaarstruktuur: DNA levinuim esinemisvorm (biiheeliks ja kaksikspiraal)

- Tertsiaalstruktuur: tekib DNA ja valkude koosmõjul. DNA+ valgud= nukleoproteiin (kromosoomid)

Ensüümid (mõiste)

Ensüümid on valkude kõige olulisem klass ning on bioloogiliste protsesside olulisemad katalüsaatorid

- Kemikalid, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, jäädes seejuures keemiliselt muutumatuks

Ensüümide klassifikatsioon ja nomenklatuur

- Oksüdoreduktaasid- redoksreaktsioonid

- Transferaasid- funktsionaalsete rühmade ülekanne

- Hüdrolaasid- hüdrolüüs

- Lüaasid- kaksiksideme tekkega seotud eliminatsioon

- Isomeraasid- isomerisatsioon

- Ligaasid- ATP hüdrolüüsiga seotud sidemete moodustumine

Ensüümide üldomadused

- Neil on valkude ja katalüsaatorite üldomadused. Valkudena kõrgmolekulaarsed, hüdrofiilsed amfoteersed polüelektrolüüdid, denatureeruvad ja kristalliseeruvad

- Katalüsaatorite üldomadused kehtivad ka ensüümidele

- Ensüümkatalüsaatori toimemehhanism seisneb reaktsiooni kiirust limiteeriva energeetilise barjääri alandamises

Ensüümide roll looduses

Tagada bioloogiliselt oluliste protsesside kulgemine elusorganismidele sobiva kiirusega. Nende keerukas ruumiline struktuur võimaldab üksikute ainete või ainerühmade molekule väga suure selektiivsusega ära tunda

Substraat

Aine, mille muundumist ensüüm katalüüsib

Aktiivtsenter

Valgu molekuli piirkond, mis võtab katalüüsist otseselt osa

Koensüümid

Madalmolekulaarsed orgaanilised ühendid, mis on ensüümi valgulise osaga, ehk apoensüümiga enamasti mittekovalentselt seotud

- Sageli vitamiinide derivaadid

- Võtavad otseselt osa katalüüsist

Katalüsaatorid

Kemikaalid, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, jäädes seejuures ise keemiliselt muutumatuks

Ensüümide toimemehhanism

Ensüümid seovad substraadi kindlale alale oma pinnal, mida nimetatakse aktiivtsentriks ja suunavad seejuures substraadimolekuli selliselt, et kindla ensüümi spetsiifilisusele vastavate sidemete katkemine ja tekkimine substraadimolekulis on kiirendatud

Ensüümide aktiivsus

Seda mõjutavad temperatuur, keskkonna pH ja inhibiitorid (milleks on kindlad molekulid ning võib toimuda nii pöörduvalt kui ka pöördumatult ja neid saab eristada kineetika alusel)

I järku ensümaatiliste reaktsioonide kineetika

- Kineetika on õpetus reaktsioonide kiirusest

- Michaelise-Menteni mudel kirjeldab paljude ensüümide kineetikat

- Allosteerilised ensüümid

- Michaelise konstant

Kineetika on õpetus reaktsioonide kiirusest

Selle määravad reageerivate ainete kontsentratsioonid ning neid aineid iseloomustav võrdtegur, mida nimetatakse kiiruskonstandiks (temp, pH)

Michaelise-Menteni mudel kirjeldab paljude ensüümide kineetikat

Selle mudeli kohaselt moodustub ensüüm E kõigepealt substraadiga S pöörduva kompleksi ES, mis omakorda võib edasi moodustada produkti P või dissotsieeruda läheteaineks E ja S. Kiiruse leiab võrrandist V0=(S7S+Km)*Vmax

Allosteerilised ensüümid

On nii katalüsaatorid kui ka sensorid ning ei allu Michaelise mudelile. Need koosnevad mitmest subühikust ning neil on mitu aktiivtsentrit

Michaelise konstant

Kcat/Km näitab katalüütilist efektiivsust, mil reaktsiooni kiirus on 50% kiiruse maksimumist (Vmax)

Ensüümi inhibiitorid

Nendeks on kindlad molekulid ning võib toimuda nii pöörduvalt kui ka pöördumatult ja neid saab eristada kineetika alusel

Inhibiitori sõltuvus

Pöördumatu inhibeerimise puhul moodustab inhibiitor ensüümiga kovalentse sideme või seondub muul viisil tugevalt, et eraldumine ensüümilt on aeglane. Pöörduva inhibeerimise puhul saavutatakse kiiresti tasakaal, konkurentse inhibiitori puhul takistab substraadi sisenemist aktiivtsentrisse. Kontsentratsiooni suurendamine ei mõjuta

Ensüümide aktivaatorid

On kemikaalid, mis võivad suurendada ensüümide aktiivsust, inhibiitorid vähendavad ensüümide aktiivsust

Olulisemad ensüümide esindajad. Süljes amülaas

Katalüüsib süsivesikute esialgset lagundamist

Olulisemad ensüümide esindajad. Papaiin

Leidub liha kondensaatoris, mis lõhub valke koos hoidvaid sidemeid

Olulisemad ensüümide esindajad. DNA polümeraas

Katalüüsib DNA kopeerimist

Isoensüümid

Ensüümid, mida kodeerivad erinevad geenid, kuid mis katalüüsivad samu reaktsioone. Tavaliselt erinevad isoensüümid üksteisest nii kineetiliste näitajate kui regulatoorsete omaduste poolest

- Nt glükokinaas fosforüülib glükoosi vaid siis, kui seda on külluses, nt peale sööki

Sahhariidid ehk süsivesikud (mõiste)

Süsinikupõhised molekulid, mis on rikkad hüdroksüülrühmade (OH) poolest

Valem: (CH2O)n

Lihtsad süsivesikud ehk....

Monosahharidid (monomeerid, mis moodustavad polümeere)

Keerulised süsivesikud ehk....

Polüsahhariidid (kovalentselt seotud monosahhariidide polümeerid)

Monosahhariidid

Nende struktuuri mitmekesisus ja neid ühendavate sidemete suur vahelduvus tähendab seda, et süsivesikud varustavad rakke tohutu hulga erinevate ruumiliste struktuuridega, mis võivad täita väga erinevaid funktsioone, alates lihtsast energia salvestamisest kuni keeruka raku-raku äratundmiseni

- On aldehüüdid või ketoonid, mis sisaldavad vähemalt 2 OH rühma

Miks on lihtsuhkur oluline?

See on energiaallikas ja elussüsteemide oluline koostisosa. Nt on DNA ehitatud lihtsuhkrule- selle põhiskelett koosneb vahelduvatest fosforüülrühmadest ja viieliikmelistest desoksüriboositsüklitest