1.Wyjaśnić pojęcia: katabolizm, anabolizm, fosforylacja oksydacyjna, fosforylacja substratowa.
METABOLIZM- całokształt reakcji biochemicznych zachodzących w komórkach związany z przepływem: materii, energii i informacji genetycznej, zapewniający organizmowi wzrost, ruch, rozmnażanie, wrażliwość.
KATABOLIZM- dysymilacja; rozkład; ogół reakcji chemicznych metabolizmu prowadzący do rozpadu złożonych związków chemicznych na prostsze cząsteczki; energia wyzwolona z tych związków jest kumulowana w przenośniku ATP. Reakcja egzoenergetyczna, uwalniająca energię, w substratach jest więcej energii niż w produktach; np. oddychanie wewnątrzkomórkowe.
ANABOLIZM-asymilacja; przyswajanie; synteza; grupa reakcji chemicznych, w wyniku których z prostych substratów powstają związki złożone, gromadzące energię. Reakcje te wymagają dostarczenia energii, w wyniku czego w produktach jest więcej energii niż w substratach; np. biosynteza białek, cukrów, tłuszczy.
FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA (UTLENIAJĄCA)- cykl reakcji przyłączania reszty kwasu ortofosforowego do związków chemicznych, połączone ze zmianą stopnia utlenienia atomu, do którego ta grupa bezpośrednio się przyłącza; przebiega w mitochondriom, wymaga obecności tlenu jako akceptora elektronów; energia uwalniana podczas utleniania zredukowanych nukleotydów przekształcana jest w energię ATP.
FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA- reakcja chemiczna, podczas której reszta fosforanowa zostaje przeniesiona ze związku ufosforylowanego – substratu – bezpośrednio na ADP przez enzymy, najczęściej z grupy kinaz. Ten sposób wytwarzania ATP nie wymaga udziału tlenu i zachodzi np. w glikolizie oraz cyklu Krebsa. Jest wykorzystywana np. w mechanizmach skurczu mięśni, aktywnego transportu przez błony, przekazywania sygnału w komórce. 2. Ciepło –bilans cieplny organizmu, jego znaczenie.
Aby wytworzyć ciepło człowiek musi pobierać pokarmy w postaci białek, tłuszczów i węglowodanów, które w procesach metabolizmu zostają spalone głownie do CO2 i H2O. W procesach tych wyzwalana jest energia, z której ponad 80% stanowi ciepło. Przemiana materii wymaga specyficznych katalizatorów – enzymów. Ich aktywność jest w znacznym stopniu uzależniona od temperatury - jeśli spadnie ona lub wzrośnie poza dopuszczalny zakres, wtedy enzymy przestają działać prawidłowo, zakłócając metabolizm. Bilans cieplny oznacza wypadkową między ciepłem endogennym i ciepłem egzogennym. Reakcje wymiany ciepła między organizmem a otoczeniem następują w wyniku promieniowania, parowania, przewodzenia i konwekcji. Ciepło powstałe w wyniku procesów metabolicznych zawsze równa się ciepłu oddanemu do otoczenia. Taki system działania zapewnia człowiekowi ciągłą, stałą temperaturę ciała.
3. Biologiczna rola wody w organizmie.
Woda stanowi główny końcowy produkt metabolizmu spalania pokarmów. Służy albo jako reagent, albo jako produkt w wielu reakcjach. Stanowi doskonały rozpuszczalnik. 2/3 całkowitej wody w organizmie to płyn wewnątrzkomórkowy, reszta to płyn pozakomórkowy. Regulacja równowagi wodnej zależy głównie od podwzgórza i czynności nerek. Dodatkowo woda odznacza sie dobrym przewodnictwem cieplnym i wysokim ciepłem parowania, co zabezpiecza organizm przed przegrzaniem i umożliwia sprawną termoregulacje; ma wysokie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że spełnia ważną role w tworzeniu błon cytoplazmatycznych; stanowi środek transportu wewnątrzustrojowego, np.: produktów przemiany materii, hormonów ,witamin, enzymów; uczestniczy w regulacji temperatury, ciśnienia osmotycznego, pH; stanowi płynne środowisko, niezbędne do usuwania końcowych produktów przemiany materii.
4. Biopierwiastki i ich rola w procesach biochemicznych: sód, potas, fosfor, wapń, żelazo, miedź, cynk, selen, mangan, magnez, molibden, chrom, nikiel, kobalt, bor – antagoniści i synergiści. Sód (Na) –chroni przed utratą płynów, ma właściwości zasadowe, równoważy w organizmie gospodarkę kwasowo-zasadową i wpływa na gospodarkę wodno-elektrolitową, utrzymywanie prawidłowego ciśnienia osmotycznego, wchodzi w skład osocza, bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych
Potas (K) - wpływa na gospodarkę wodną organizmu, ciśnienie osmotyczne, równowagę kwasowo-zasadową i pobudliwość nerwowo-mięśniową, podwyższa stopień uwodnienia koloidów komórkowych, aktywator wielu enzymów; jest niezbędnym składnikiem do syntezy białek w rybosomach. Fosfor (P) - jest składnikiem fosfolipidów (np. lecytyny), które budują błony erytrocytów i neuronów; niezbędny do syntezy substancji wysokoenergetycznych i przenośników protonów (np. ADP, NADP, ATP, GTP) i kwasów nukleinowych; jest czynnikiem utrzymującym równowagę kwasowo-zasadową ustroju. Wapń (Ca) – wpływa na utrzymanie równowagi elektrolitowej; reguluje funkcje błon komórkowych; składnik płynów ustrojowych; wpływa na pobudliwość nerwowo-mięśniową, krzepnięcie krwi, procesy sekrecyjne, transport przez błony plazmatyczne, reakcje enzymatyczne, uwalnianie hormonów i neuroprzekaźników
Żelazo (Fe) – składnik hemoglobiny i mioglobiny, cytochromów, katalaz i peroksydaz; umożliwia oddychanie kom.
Miedź (Cu) – znaczna część miedzi jest związana jest z ceruloplazminą – białkiem nośnikowym wytwarzanym przez hepatocyty; w połączeniu z białkami tworzy metaloproteiny; składnik enzymów oksydoredukcyjnych; zapobiega uszkodzeniu błon komórkowych; ważna w syntezie hemoglobiny
Cynk (Zn) – niezbędny do uruchomienia rezerw witaminy A z wątroby; jest składnikiem ok. 200 enzymów
Selen (Se) - stymuluje peroksydazę glutationową która zapobiega powstawaniu wolnych rodników, odpowiedzialnych za degeneracje organów, indukcję nowotworów i przyśpieszone procesy starzenia oraz powstawanie stanów zapalnych
Mangan (Mn) - jest składnikiem wielu enzymów (np. karboksylazy pirogronianowej, polimerazy DNA i RNA); uczestniczy więc w syntezie kwasów nukleinowych, wielocukrów, cholesterolu i białek; zwiększa tolerancję na obciążenie glukozą.
Magnez (Mg) - niezbędny do procesu translacji (syntezy białek), tworzenia rybosomów, syntezy kwasów nukleinowych, procesów detoksykacji i prawidłowego funkcjonowania układu immunologicznego
Molibden (Mo) - wchodzi w skład niektórych enzymów (oksydaz); uczestniczy w procesach odtruwania organizmu, hamuje rozwój nowotworów, wywiera wpływ przeciwtrądzikowy, przeciwwirusowy, przeciwbakteryjny Chrom (Cr)- zwiększa tolerancję na obciążenie glukozą; stabilizuje III-rzędową strukturę białek i kwasów nukleinowych; stymuluje przemiany energetyczne i syntezę kwasów tłuszczowych, pobudza transport aminokwasów do komórek Nikiel (Ni) - uczestniczy w transporcie tlenu do tkanek, w syntezie białek enzymatycznych, w przemianach węglowodanów, tłuszczy i białek, tworzeniu hormonów
Kobalt (Co) - jest składnikiem witaminy B12 – kobalaminy; pobudza procesy hemopoezy, syntezę kwasów nukleinowych i przeciwciał Bor (B)- wzmaga procesy mineralizacji kości, zapobiega utracie wapnia z kości. Zmniejsza utratę magnezu; hamuje rozwój osteoporozy; pobudza procesy miogenezy; nasila procesy regeneracji tkanki kostnej, chrzęstnej i łącznej właściwej; zwiększa masę mięśni.
ANTAGONIŚCI: potas-sód, magnez-ołów, magnez-wapń, miedź-cynk, miedź-molibden, cynk-ołów, żelazo-cynk
SYNERGIŚCI: miedź-żelazo, wapń-magnez
5. Biochemia wapnia, regulacja przemiany wapnia w organizmie.
Wapń występuje głównie w kościach, lecz mała jego część znajduje się w płynie pozakomórkowym, w którym połowa łączy się z białkiem, a druga połowa jest w postaci wolnej jako Ca2+. Biologicznie aktywny jest tylko wapń zjonizowany. W homeostazie wapniowej uczestniczą głównie 2 hormony: parathormon wydzielany przez przytarczyce i kalcytriol będący pochodną witaminy D3 powstający w nerkach. Nagły spadek Ca2+powoduje zwiększoną syntezę parathormonu, zaś wysoki poziom hamuje jego wydzielanie. Parathormon powoduje wzrost poziomu wapnia w surowicy krwi w wyniku uwalniania wapnia z kości. Dodatkowo pobudzając syntezę kalcytriolu w nerkach pobudza wchłanianie Ca2+ w jelitach., a także zmniejsza wydalanie wapnia przez nerki przez co wzrasta stężenie wapnia w płynie pozakomórkowym. Gdy dieta jest uboga w wapń, szczególnie obficie w nerkach powstaje kalcytriol, zaś wysoki poziom hamuje jego syntezę. Kalcytriol działa głownie na geny uczestniczące w regulacji transportu jonów wapnia do i z komórek kosmków jelitowych.
6. Fosfor – fityniany – fitazy - zwierzęta poli- i monogastryczne.
Fosfor to składnik kości, zębów, ATP, kwasów nukleinowych. Jego stężenie w surowicy jest regulowane resorpcją zwrotną w kanalikach nerkowych. Fityniany to sole kwasów fitynowych, które osłabiają wchłanianie minerałów (np. wapnia, magnezu, cynku) oraz uniemożliwiają ich wykorzystanie przez organizm. Fitazy to enzymy rozkładające wiązania fitynowe (organiczne połączenia kwasu fosforowego i alkoholu inozytolu), które są źle trawionym składnikiem pasz. Zwierzęta monogastryczne nie mając flory bakteryjnej nie mogą trawić włókna pokarmowego, fitynianów, tanin i substancji antyodżywczych. Należą do nich trzoda chlewna oraz drób. Zwierzęta poligastryczne mają żołądek składający się z czterech komór. Należą do nich bydło, kozy, owce.
7. Magnez – tężyczka pastwiskowa.
Za normę referencyjną przyjmuje się stężenie magnezu w surowicy krwi 0,78 – 1,23 mmol/l. Przy obniżeniu poziomu do 0,3 mmol/l może wystąpić lżejsza postać tężyczki, przy której obserwuje się zmniejszenie mleczności, spadek apetytu. Występują na przemian napady podniecenia, lękliwości z napadami depresji, którą cechują senność, a nawet śpiączka. Ostra postać tężyczki pastwiskowej występuje w przypadku stężenia magnezu we krwi do 0,2 a nawet do 0,1 mmol/l. Tutaj objawy są wyraźne w postaci drgawek i charakterystycznych ruchów wiosłowych kończyn.
8. Metabolizm żelaza.
Transferryna jest glikoproteiną syntetyzowana przez wątrobę. Odgrywa ona główną rolę w gospodarce ustrojowej żelazem, ponieważ transportuje je w układzie krążenia do miejsc, w których jest ono potrzebne, m. in. z jelita do szpiku i innych narządów. Wolne żelazo jest toksyczne, ale w połączeniu z transferryną jego toksyczność zostaje zmniejszona. Ferrytyna to kolejne ważne białko. W prawidłowych warunkach gromadzi żelazo, skąd może być ono pobrane w razie potrzeby. W przypadku nadmiaru żelaza więcej ferrytyny stwierdza się głównie w wątrobie i śledzionie. Synteza receptorów dla ferryty i transferryny jest zwrotnie uzależniona od zawartości żelaza w komórce.
9. Budowa, cechy i funkcje błony komórkowej.
Błony są złożonymi strukturami zbudowanymi z węglowodanów, lipidów i białek. Podstawowa strukturą jest dwuwarstwa lipidowa utworzona przez 2 warstwy fosfolipidów, w których hydrofilowe polarne główki są skierowane na zewnątrz, a hydrofobowe niepolarne ogony do wewnątrz. Błony są strukturami asymetrycznymi, a także zawierają białka integralne i peryferyjne. Błony plazmatyczne cechują się wybiórczą przepuszczalnością uwarunkowaną istnieniem kanałów i pomp dla jonów i substratów. Błony plazmatyczne wymieniają składniki ze środowiskiem pozakomórkowym, zaś złącza szczelinowe umożliwiają wymianę substancji między przylegającymi komórkami. Błony mogą również dzielić wnętrze komórki na kompartamenty lub wyspecjalizowane środowiska spełniające różne funkcje.
10. Cechy charakterystyczne błon biologicznych (płynność, asymetryczność, heterogenność).
Płynność błon jest ściśle zależna od tworzących je lipidów. Łańcuchy hydrofobowe KT mogą być bardzo wyrównane lub uporządkowane. Wraz ze wzrostem temperatury łańcuchy przechodzą w stan nieuporządkowany, tzn. że wyższe temperatury są wymagane do wzrostu płynności dwuwarstwy. Cholesterol modyfikuje płynność błon. W temperaturach niższych od temperatury przejścia fazowego powoduje wzrost płynności, a w temperaturach wyższych ogranicza stan nieuporządkowania. Wraz ze wzrostem płynności błony zwiększa się jej przepuszczalność dla wody i małych hydrofilowych cząsteczek, a także zwiększa się ruchliwość boczna białek integralnych.
Asymetryczność polega na tym, że strona cytoplazmatyczna błony ma z reguły inny skład niż strona kontaktująca się z otoczeniem. Cecha ta dotyczy zarówno składu lipidowego jak i białkowego obu połówek błony. Wewnątrzkomórkowa warstwa zawiera więcej fosfatydyloseryny i fosfatydyloetanoaminy, zaś zewnątrzkomórkowa warstwa błony zawiera więcej fosfatydylocholiny i sfingomieliny oraz cholesterolu. Białka powierzchniowe zlokalizowane są przede wszystkim po cytoplazmatycznej stronie błony, po stronie zewnętrznej często występuje duża ilość glikolipidów i glikoprotein (np. glikoforyna). W poprzek błony istnieje różnica potencjałów elektrycznych, różnica stężeń wielu substancji, transport określonych substancji odbywa się z reguły w jednym tylko kierunku itp.
Heterogenność - czyli występowanie niejednorodności w rozkładzie składników w płaszczyźnie błony. W płaszczyźnie błony można wyróżnić tzw. domeny, wyraźnie różniące się między sobą składem oraz własnościami. Przyczyną istnienia domen jest m. in. to, że białka integralne często otoczone są przez specyficzne rodzaje lipidów. Własności błony w rejonie takiej otoczki są zwykle odmienne od własności rejonów w których nie występuje oddziaływanie białkowo-lipidowe. Tworzeniu się domen sprzyja też fakt, że białka błonowe często tworzą agregaty. Heterogenność błon komórkowych umożliwia "specjalizację" różnych rejonów błon. Przykładem takiej specjalizacji jest płytka ruchowa. Tylko w rejonie płytki ruchowej występuje bowiem w błonie komórki mięśniowej nagromadzenie receptorów acetylocholiny i w związku z tym tylko ten rejon jest zdolny do przekazywania pobudzenia.
11. Funkcje błon komórkowych.
Stanowią granicę pomiędzy światem zewnętrznym a światem wewnętrznym komórki lub organellum.
Organizują komórkę i jej wnętrze: budują organella komórkowe i tworzą przedziały subkomórkowe.
Umożliwiają kontakt ze środowiskiem: odbieranie bodźców, pobieranie i wydalenia rozmaitych substancji i cząstek.
Przez błony odbywa się transport: na drodze dyfuzji, dyfuzji ułatwionej, transportu aktywnego oraz na drodze endocytoz i egzocytoz.
Odbierają i przewodzą bodźce.
W błonach odbywają się niektóre procesy biochemiczne jak: fosforylacja w fotosyntezie, łańcuch oddechowy w oddychaniu tlenowym.
12. Rodzaje transportu przez błony komórkowe – transport bierny:, filtracja, dyfuzja prosta, dyfuzja ułatwiona, osmoza; transport aktywny: endocytoza, fagocytoza, pinocytoza, egzocytoza – krótka charakterystyka.
Transport bierny- zachodzi zgodnie z gradientem stężeń, ładunków i ciśnień
Filtracja- polega na przedostawaniu się przez błonę wody i substancji w niej rozpuszczonych, których średnica jest mniejsza od średnicy porów w błonie; proces ten zachodzi dzięki różnicy ciśnień hydrostatycznych po obu stronach błony.
Dyfuzja prosta- przebiega zgodnie z zasadą dążności do wyrównania stężeń; cząstki przechodzą przez błonę z obszaru o większym stężeniu do obszaru o mniejszym stężeniu; dyfuzja ta zachodzi tym szybciej, im większa różnica stężeń.
Dyfuzja ułatwiona- biorą w niej udział białka zwane nośnikami; substancja przenikająca łączy się z nośnikiem i powstaje kompleks substrat-nośnik; po przeniesieniu substancji na drugą stronę nośnik zostaje uwolniony i może przenieść kolejną cząsteczkę; dyfuzja ułatwiona może zachodzić również za sprawą białek błonowych tworzących kanały przez które przechodzą jony nieorganiczne; kanały te wykazują selektywność jonową i nie SA ustawicznie otwarte. Osmoza- dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Zachodzi od roztworu o niższym stężeniu do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów. Roztwór z którego ubywa rozpuszczalnika nazywa się hipotonicznym, tego w którym przybywa nazywa się hipertonicznym. Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej, są wzajemnie izotoniczne względem siebie.
Transport aktywny- zachodzi wbrew gradientowi stężeń, ładunków i ciśnień; wymaga nakładu energii pochodzącej z rozkładu ATP.
Endocytoza- proces przenikania dużych cząsteczek (np. cholesterolu, polinukleotydów) do wnętrza komórki w wyniku powstawania wakuol, wraz z fragmentami błony komórkowej; dzięki niej odbywa się transport cieczy i cząsteczek; wyróżniamy w niej pino- i fagocytozę
Pinocytoza- podczas tego procesu pobierane są drobiny białek lub inne wielkocząsteczkowe substancje, które są rozpuszczalne w wodzie; ten sposób odżywiania polega na tworzeniu kanalików zakończonych banieczkami, w których znajduje się pobierana substancja - są to pęcherzyki pinocytarne; odrywają się one od błony komórkowej i poruszają się w cytoplazmie; pęcherzyki zostają wtedy w całości rozłożone enzymatycznie, przy udziale lizosomów, a następnie rozproszone w cytoplazmie; podczas pinocytozy transportowane są substancje płynne.
Fagocytoza- jest związana z wchłanianiem dużych cząsteczek (np. wirusów, bakterii); polega na pobraniu ze środowiska pokarmów stałych, odizolowaniu od cytozolu poprzez utworzenie wodniczki pokarmowej i trawieniu z udziałem lizosomów; w tym procesie nie następuje utrata błony komórkowej.
Egzocytoza- proces uwalniania metabolitów powstających wewnątrz komórki, a także produktów ubocznych metabolizmu i wydalin do przestrzeni pozakomórkowej; zachodzi na drodze fuzji pęcherzyków transportujących metabolity z błoną komórkową od wewnątrz, co skutkuje wyrzuceniem ich zawartości do środowiska pozakomórkowego.
13. Działanie i znaczenie pompy sodowo-potasowej. Pompa sodowo potasowa jest białkiem wbudowanym asymetrycznie w błonę komórkową. Ma ona za zadanie utrzymywanie odpowiedniego stężenia jonów potasu i sodu po obu stronach błony. Uczestniczy w aktywnym transporcie substancji (wbrew gradientowi stężeń), dlatego wymaga nakładu energii pochodzącej z hydrolizy ATP. Pompa sodowo-potasowa wypompowuje z komórki sód, a przenosi do wnętrza potas. W każdym cyklu działania pompy na każde 3 wypompowane kationy sodu przypadają 2 wprowadzone kationy potasu. Za każdym razem zużywana jest jedna cząsteczka ATP. Aby nastąpiła hydroliza ATP wymagana jest obecność kationów Mg2+. Znaczenie pompy: transport jonów przeciwko gradientowi stężeń, utrzymanie różnicy stężeń jonów po obu stronach błony, utrzymanie potencjału błonowego, utrzymanie stałej osmolarności wnętrza komórki i jej objętości, napęd do wtórnego transportu czynnego innych związków.
14. Zasady klasyfikacji enzymów.
Enzymy dzielimy na:
- enzymy proste zbudowane wyłącznie z białka
- enzymy złożone zbudowane z części białkowej (APOENZYMU) i części niebiałkowej (KOENZYMU), które razem tworzą HOLOENZYM
15. Podział enzymów ze względu na działanie.
1) hydrolazyà powodują rozkład substancji na prostsze, przy czym zostaje przyłączona woda; proteazy, lipazy, ureazy
2) dehydrazyà odszczepiające wodór
3) desmolazyà powodują przerwanie łańcuchów węglowych
16. Podział enzymów ze względu na typ związków pokarmowych.
...
grosheck