biochemia-1-wprowadzenie

Wprowadzenie do Biochemii

  • Biochemia jest nauką zajmującą się różnorodnymi molekułami występującymi w żywych komórkach oraz związanymi z nimi reakcjami chemicznymi.

  • Przykłady ważnych prac:

    • Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L: Biochemia, PWN 2009.

    • Murray RK, Granner DK, Rodwell VW: Biochemia Harpera, PZWL 2012.

    • Praca zbiorowa pod red. Z.E. Sikorskiego: Chemia żywności, WN-T, Warszawa, 2007.

Znaczenie Biochemii

  • Słowo biochemia wywodzi się z greckiego bíos (życie) oraz chēmeía (magia).

  • Biochemia bada budowę oraz funkcje związków dostarczanych z pożywieniem i wytwarzanych w organizmie, ich przemiany, a także wpływ różnych czynników na te procesy.

  • Wyróżniamy dwa główne obszary biochemii:

    • Biochemia statyczna: gromadzi dane o składzie jakościowym i ilościowym żywej materii (białka, tłuszcze, polisacharydy, kwasy nukleinowe).

    • Biochemia dynamiczna: bada przemiany molekuł w organizmach (przemiana materii).

Cele Współczesnej Biochemii

  • Powiązanie różnorodnych szlaków metabolicznych w komórce, tkankach i całym organizmie.

  • Przykłady zastosowań praktycznych:

    • Wykrywanie metabolicznych odchyleń patologicznych (biochemia kliniczna).

    • Poszukiwanie leków (biochemia farmakologiczna).

    • Badanie żywności (biochemia żywieniowa).

Najważniejsze Osiągnięcia Biochemii

  • Odkrycie struktury DNA przez Watsona i Cricka (1951-1953).

  • Zrozumienie struktury i funkcji RNA.

  • Mechanizm przepływu informacji od genu do białka.

  • Ustalenie sekwencji nukleotydów genomów wielu organizmów, w tym genomu człowieka.

  • Analiza struktury i działania wielu cząsteczek białkowych.

Biochemia a Medycyna

  • Biochemia ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia podłoża biochemicznego chorób.

  • Badania biochemiczne:

    • Umożliwiają wyjaśnienie przyczyn i mechanizmów chorób.

    • Pomagają w diagnozowaniu i leczeniu chorób.

    • Wpływają na zasady zdrowego odżywania i medycyny prewencyjnej.

Przyczyny Chorób

  • CZYNNIKI:

    • Fizyczne: urazy, zmiany temperatury, promieniowanie.

    • Chemiczne: toksyny, leki.

    • Biologiczne: wirusy, bakterie, grzyby.

    • Genetyczne: wady molekularne.

    • Niedobory hormonów oraz reakcje immunologiczne.

Problemy Biochemiczne do Zbadania

  • Jak z pojedynczej komórki powstają różne typy komórek?

  • Jak komórki odnajdują się i rozpoznają tworząc złożone struktury?

  • Jakie są przyczyny raka?

  • Mechanizmy pamięci oraz molekularne podstawy zaburzeń psychicznych.

Powiązania Biochemii z Innymi Naukami

  • Genetyka: badania nad kwasami nukleinowymi, metody genetyczne.

  • Fizjologia: funkcjonowanie organizmu pokrywa się z biochemią.

  • Medycyna: analiza biochemiczna materiałów biologicznych oraz enzymów.

  • Farmakologia: synteza efektywnych leków.

  • Mikrobiologia i Botanik: metody biochemiczne w badaniach.

  • Rolnictwo: badania biochemiczne zwiększające plony.

Skład Chemiczny Organizmów

  • Żywe organizmy zawierają:

    • Związki nieorganiczne (woda, sole mineralne).

    • Związki organiczne (cukry, tłuszcze, białka, kwasy nukleinowe).

  • Procentowy skład chemiczny:

    • Woda: 75% (rośliny), 60% (zwierzęta), 65% (człowiek).

    • Sole mineralne: 2% (rośliny), 4% (zwierzęta), 2% (człowiek).

    • Cukry: 18% (rośliny), 5.8% (zwierzęta), 2% (człowiek).

    • Tłuszcze: 0.5% (rośliny), 11% (zwierzęta), 10% (człowiek).

    • Białka: 4% (rośliny), 19% (zwierzęta), 20% (człowiek).

    • Kwasy nukleinowe: 0.5% (rośliny), 0.2% (zwierzęta), 1% (człowiek).

Woda w Organizmie

  • Woda jako niezbędny składnik organizmu:

    • Stanowi ~60% masy ciała człowieka.

    • Jej zawartość zmienia się w różnych okresach życia.

  • Przestrzenie wodne:

    • Wewnętrzkomórkowe (2/3 wody) i pozakomórkowe.

    • Woda wewnątrznaczyniowa w osoczu.

Funkcje Wody

  • Składnik budulcowy komórek i tkanek.

  • Doskonały rozpuszczalnik, ważny w procesie trawienia.

  • Umożliwia transport substancji w organizmie.

  • Uczestniczy w procesach biochemicznych.

  • Regulacja temperatury ciała.

  • Funkcja ochronna dla narządów.

Ilość Wody w Organizmie

  • Źródła wody:

    • Spożywana z pożywieniem (2100-2300 ml dziennie).

    • Syntetyzowana przez organizm (200-300 ml dziennie).

  • Zmiany stężenia elektrolitów wpływają na gospodarkę wodno-elektrolitową.

Substancje Nieodłączne dla Funkcjonowania Organizmu

  • Energia: czerpana z lipidów, sacharydów, białek.

  • Materiał budulcowy: białka, składniki mineralne, lipidy oraz cukry.

  • Substancje regulujące: witaminy i minerały.

Hierarchia Molekularna w Komórkach

  • Wszystkie biomolekuły wywodzą się z prostych prekursorów.

  • Tworzenie cząsteczek pośrednich, które przekształcają się w makromolekuły.

  • Maksymalne organizacje zachodzą na poziomie organelli.

Różnice Materii Ożywionej i Nieożywionej

  • Materia ożywiona: skomplikowane związki, przetwarzanie energii.

  • Materia nieożywiona: proste związki chemiczne, brak funkcji.

  • Biologia wirusów: brak zdolności do samoreplikacji.

Biopierwiastki i ich Funkcje

  • Makroelementy: O, C, N, H, P, S.

  • Mikroelementy: Fe, Cu, Zn, Mn, I.

  • Biopierwiastki są niezbędne dla życia i odgrywają różnorodne funkcje.

Znaczenie Węgla, Wodoru, Tlenu i Azotu

  • Węgiel: podstawowy pierwiastek organiczny.

  • Wodór: ważny w fotosyntezie i oddychaniu.

  • Tlen: niezbędny do oddychania, tworzy wodę.

  • Azot: buduje białka i kwasy nukleinowe.