Otázka: Děje v živých soustavách (enzymy, vitamíny, hormony)
Předmět: Chemie
Přidal(a): Anna
Enzymy
- biokatalyzátory – nic v těle neproběhne bez enzymů ( i v těle prokaryotní buňky)
- poprvé byly nalezeny v kvasnicích
- většinou bílkovinné nebo výjimečně z RNA
- katalyzátor = látka ovlivňující reakční rychlost do reakce vstoupí, vede ji jiným mechanismem a vychází z ní
- aktivační energie = minimální energie, která je potřebná proto, aby reakce proběhla
- katalyzátor aktivační energii snižuje
- chemická rovnováha = koncentrace produktů a reaktantů konstantní
- neovlivňují rovnováhu, pouze rychlost reakce
- Vlastnosti enzymů
- snižuje hodnotu aktivační energie
- účinnější než umělé katalyzátory – fungují za mírných podmínek
- každá přeměna je enzymatická
- smrtelná teplota člověka je 42 – 43 °C → dochází ke denaturaci bílkovin (nenávratné poškození)
- 1 enzym dokáže přeměnit až 50 000 molekul /sekundu
- pH okolo 7, žaludek okolo 2, střeva okolo 4
- substrátová specifita
- 1 enzym katalyzuje pouze 1 substrát
- skupinová specifita
- 1 enzym katalyzuje více substrátů
- enzymy působí v komplexech (metabolická dráha)
- Struktura enzymů
- globulární struktura
- aktivní centrum – místo na enzymu kam se váže substrát
- vazba substrátu – princip zámku a klíče
- slabé vazebné interakce – není energeticky náročná
- bílkovina
- složený enzym = bílkovina + nebílkovinná část
- holoenzym = apoenzym + kofaktor
- kofaktor může být:
- prostetická skupina – pevně vázaná na apoenzym, ionty Cu2+, Zn2+
- koenzym – navázaná slabě, může přecházet na jiný enzym, vitaminy – některé si dokážeme tvořit sami A,D,E,K, ostatní musíme přijmout z potravy
- enzym je bez koenzymu neaktivní
- Rychlost enzymatické reakce
- co jí ovlivňuje:
- množství substrátu → čím více substrátu, tím rychlejší je reakce
- aA + bB → cC
- H2 + Cl2 → 2HCl
- v = k × c(A)a × C (B)b
- množství enzymů → čím více substrátu, tím je rychlejší reakce (dokud nejsou obsazená aktivační centra)
- pH → žaludek nízké pH, střeva vyšší pH
- teplota prostředí → rychlost roste s teplotou do mezních 43° (u člověka)
- množství substrátu → čím více substrátu, tím rychlejší je reakce
- co jí ovlivňuje:
- Klasifikace
- základem je typ reakce, kterou katalyzují
- oxidoreduktázy
- redoxní reakce
- přenos H+ a e–
- oxidace = ztráta elektronů
- vždy obsahují koenzym
- Alkoholdehydrogenáza
- CH3 – CH2– OH + NAD+ → CH3 – C – OH + NADH – H
- nikotinamidadenindinukleotid
- dokáže navázat H+ a odevzdat ho
- transferázy
- umožňuje přenos atomů nebo atomových skupin CH3, NH2, P
- hexokinoza
- D-glukoza + ATP → D-glukóza – 6- fosfát + ADP
- syntéza → makroenergetické vazby
- hydrolázy
- zajišťuje hydrolytické štěpení vazeb za spotřeby vody
- 30% všech enzymů
- trávící enzymy
- lipáza
- triacylglycerol → glycerol + 3 mastné kyseliny
- peptidáza
- bílkoviny → peptidy -(pepsin, tripsin) → AMK
- alfa amilázy
- polysacharidy → oligosacharidy
- ATP áza
- ATP + H2O → ADP + P + E
- lyázy
- nehydrolytické štěpení vazeb
- často dochází k odštěpení molekul H2O, NH3, CO2
- dekarboxylace:
- izomerázy
- dojde k přeskupení atomů nebo atomových skupin uvnitř molekuly
- vznik izomerů
- glukozafosfátizomeráza
- D- glukoza – 6- fosfát → D-fruktoza-6- fosfát
- lygázy / syntetázy
- umožňují skladné reakce
- Aktivace a inhibice enzymů
- Inhibice
- kompetitivní (konkurenční) inhibice
- vratná reakce
- inhibitor má podobnou strukturu jako substrát
- konkurenční proto, že spolu bojují o aktivní centrum
- nekompetitivní (nekonkurenční) inhibice
- inhibitor se naváže slabou vazebnou interakcí (vodíkový můstek, disulfidické můstky,…) mimo aktivní centrum bez spotřeby, uvolnění energie
- změní se terciérní struktura bílkoviny
- spíše nevratná
- ireverzibilní inhibice
- inhibitor se váže kovalentní vazbou na aktivní i mimo aktivní centrum
- je nevratná → mění strukturu
- Pb2+ , Hg2+
- kompetitivní (konkurenční) inhibice
- Inhibice
- Aktivace
- nejčastěji kationty kovů (hořečnaté kationty) nebo pH
- neaktivní pepsinogen v žaludku → pepsin
- neaktivní tripsinogen ve střevech → tripsin
- koenzym může být i aktivátorem
- Allosterická aktivace & inhibice
- enzymy s kvartérní strukturou
- v enzymech je allosterické centrum
- produkt a substrát jsou inhibitorem a aktivátorem
- buňka potřebuje produkt, proto se aktivuje substrát
- aktivace enzymu substrát se váže na allosterické centrum enzymu 2
- produkt inhibuje enzym 1
- Význam enzymů pro člověka
- prací prostředky – odstraňují bílkovinné nečistoty
- mikrobiologické reakce – kvasný průmysl, pečivo, kyselina citronová, antibiotika
| Třída | Enzymy | Katalyzované reakce | Příklad |
| 1 | Oxidoreduktasy | Oxidace a redukce
přenos elektronů, vodíku nebo reakce s kyselíkem |
Dehydrogenasy, oxidasy |
| 2 | Transferasy | Přenos skupin atomů mezi dvěma substráty (z donoru na akceptor) | Aminotrasnferasy, fosforylasy |
| 3 | Hydrolasy | Hydrolytické štěpení kovalentních vazeb | Lipasy, amylasy, peptidasy |
| 4 | Lyasy | Nehydrolytické štěpení vazeb C – C. Vznikdvojné vazby, případně adice na dvojnou vazbu | Dekarboxylasy |
| 5 | Izomerasy | Intramolekulární strukturní přeměny substrátu (izomerace) | Triosafofátiomerasa |
| 6 | Ligasy (synthetasy) | Spojení dvou molekul za účasti makroergické vazby (ATP)
X + Y + ATP → X-Y + ADP + P |
DNA- polymerasa |
Vitamíny
- mikromolekulární organické látky, které jsou nezbytné pro život organismů → účastní se metabolismu
- tvoří koenzymy → bez koenzymu nemůže enzym fungovat
- mikroorganismy a rostliny si dokáží vytvořit vlastní
- pro živočichy jsou esenciální (=nezbytné) látky, nutné dodávat v potravě
- přijímané buď hotové v potravě
- jako provitaminy, které si už dokážeme přetvořit sami nebo pomocí mikroorganismů, mikroflóry
- získáme jí pomocí symbiózy s mikroflórou (E.Coli)
- avitaminóza – úplně chybí vitamíny → nemoc /porucha
- hypovitaminóza – snížený obsah vitaminů v těle
- hypervitaminóza – nadměrný příjem vitaminů (vitaminů rozpustných v tucích)
Vitamíny rozpustné v tucích
- A- retinol
- diterpen
- vzniká v játrech z betakarotenu (v mrkvi)
- nedostatek: šeroslepost, tvrdnutí epitelů, zastavení růstu
- nezbytný pro oční purpur
- zdroje: máslo, rybí tuk, mléko
- D-kalciferol
- účastní se metabolismu vápníku
- vzniká ze slunce v kůži (UV záření)
- zajišťuje ukládání vápníku Ca2+ a fosforu PO4– v kostech
- nedostatek: křivice – nedostatek vitamínu D v dětství, deformace dolních končetin
- hypervitaminóza: zpětné vyplavování Ca2+ z kostí, Ca2+se ukládá do měkkých tkání, srdce, stěny cév, oční čočka, ledviny
- E – tokoferol
- antioxidant
- u člověka není znám nedostatek
- u zvířat dochází k atrofii varlat, ochabnutí svalů
- K-fylochinon
- účastní se srážení krve
- produkován mikroorganismy
- protrombin
- nedostatek: zvýšená krvácivost
- nadbytek: embolie, trombózy
- zdroj: listová zelenina, špenát, brokolice, kapusta
- F
- esenciální mastné kyseliny
- omega mastné kyseliny
Vitamíny rozpustné ve vodě
- Vitamin C – kyselina L- askorbová
- proti kurdějím
- denní dávka 80mg
- podporuje imunitní systém proti infekcím a únavě
- umožňuje syntézu kolagenu, antioxidant
- enzymatický přenašeč vodíkových protonů
- většina živočichů si ho dokáže vytvořit – kromě člověka, primátů, morčat
- Vitamin PP – kyselina nikotinová
- proti pelagrový vitamin
- součást NAD a NADP
- nedostatek: chroroba pelagra – porucha nervů, trávící a kožní soustavy
- zdroj: kvasnice, játra, maso, ryby
- Vitamin B1 – Thiamin
- důležitý pro metabolismus sacharidů
- nedostatek: únava, křeče, trávící a nervová poruchy
- avitaminóza vede k onemocnění BERI-BERI (nervové onemocnění)
- zdroje: obiloviny, kvasnice, luštěniny, vnitřnosti, žloutek, vepřové maso
- Vitamin B2 – Riboflavin
- součást flavoproteinů, enzymů účastnících se oxidačně – redukčních procesů
- nedostatek: záněty ústní dutiny, koutků, rtů, poškození sliznic, kůže, zastavení růstu
- zdroje: maso, mléko, vejce, játra, kvasnice
- Vitamin B5 – kyselina Panthotenová
- základem koenzymu A
- podílí se na syntéze bílkovin a oxidačně – redukčních procesech
- nedostatek: nervové poruchy, křeče
- zdroje: maso, sýry, kvasnice, játra, luštěniny
- Vitamin B6 – Pyroxidin
- součást enzymů podílejících se na metabolismu aminokyselin
- nedostatek: porucha tvorby hemoglobinu, záněty kůže a sliznic, epileptické záchvaty
- zdroje: játra, celozrnné obilné výrobky, vaječný žloutek, kvasnice
- Folacin – kyselina Listová
- ovlivňuje metabolismus aminokyselin
- nezbytný pro tvorbu červených krvinek
- nedostatek: poruchy syntézy bílkovin, chudokrevnost
- zdroje: játra, vejce, listová zelenina, kvasnice
- Vitamin B12 – kobalamin
- pouze v živočišných buňkách
- zajišťuje normální průběh krvetvorby
- nedostatek: chudokrevnost, degenerace míšních nervů
- zdroje: játra, maso, je tvořen střevními bakteriemi
- Biotin
- významný koenzym, podporuje růst a dělení buněk
- nedostatek: kožní choroby, nechutenství, únava
- zdroje: játra, zelenina, maso, kvasnice, je tvořen střevními bakteriemi
Hormony
- chemické látky, které se podílejí na řízení organismu
- ovlivňují metabolismus, duševní a fyzický vývoj jedince, rozmnožování
- hospodaří s vodou a minerálními látkami
- mění propustnost membrány
- aktivuje enzymy
- regulují syntézy bílkovin
- produkce: endokrinními žlázami . Přímo do krve, tkáněmi
- mají vlastní autoregulaci
- Hypotalamo – hypofyzální soustava/systém
- adenohypofýza: spojená cévami s hypothalamem
- Každý z 6 hormonů adenohypofýzy má své 2 regulační hormony
- růstový hormon (somatotropní hormon, STH)
- luteotropní hormon (prolaktin, LTH)
- thyreotropní hormon (TSH)
- folikuly stimulující hormon (FSH)
- luteinizační hormon (LH)
- adrenokortikotropní hormon (ACTH)
- endorfiny
- negativní zpětná vazba:
- snížení somatotropinu → hypothalamus produkuje libertiny → ty zvýšší produkci somatotropinu → zvýší se koncentrace somatotropinu v adenohypofýze
- zvýšení somatotropinu → hypothalamus produkuje statiny → sníží se produkce somatotropinu
- pozitivní zpětná vazba
- například oxitocin
- čím větší kontrakce → tím více oxytocinu
Fenolické hormony
- ve vzorci je vázaná -OH skupina
- Trijodtyranin
- prohormon thyroxin
- produkovaný štítnou žlázou (evolučně nejstarší endokrinní žláza)
- ovlivňuje metabolismus, termoregulace, růst a vývoj
- nedostatek: kretenismus, vznik strumy
- nadbytek: Basedova choroba
- Adrenalin × Noradrenalin
- oba produkované dření nadledvin
- protišokové hormony
- připravují nás na fyzickou zátěž
- neurotransmitery
- když se stresujeme, ale nevybouříme se → angina pectoris
- Melatonin
- zajišťuje biorytmus
- produkovaný během spánku
- produkovaný epifýzou (šišinkou)
- Serotonin
- tkáňový hormon, vzniká v nervové tkáni (mozek)
- neurotransmiter
- řídí rytmy, zjišťuje zužování cév
- vyplavuje se sportem
Steroidní hormony
- Glukokortikoidy
- zvyšují hladinu cukru v krvi
- Kortisol
- zvyšuje imunitní reakci
- protizánětlivý účinek
- Mineralokortikoidy
- Aldosterol
- práce s minerály a vodou = hospodaří s nimi
- řídí zpětnou absorbci sodíku
- Gonády
- testosteron
- sekundární pohlavní znaky
- spermatogeneze
- proteosyntéza
- ve varlatech
- estrogeny
- estradiol
- oogeneze
- progesteron
- v průběhu těhotenství
- ovlivňuje menstruační cyklus → zabraňuje ovulaci
- testosteron
- Aldosterol
Peptidické hormony
- ADH – Adiuretický hormon
- působí na Henleovu kličku → zpětná reabsorbce vody
- hypothalamus
- Oxytocin
- stahy hladké svaloviny
- Hormony adenohypofýzy
- Endorfiny
- opioidní hormony
- výplava při sportu, námaze → dobrá nálada, tlumí bolest
- Inzulin
- váže se na membránu → glukóza prostupuje do buňky → sníží hladinu glukózy v krvi
- dříve se vyráběl ze slinivky jatečních zvířat
- dnes se gen na tvorbu inzulinu zakomponuje do bakterie
- Glukagon
- antagonista inzulinu
- štěpení glykogenu na glukózu
- Kalcitonin
- snižuje hladinu Ca2+
- štítná žláza
- Parathormon
- hormon příštítných tělísek
- zvyšuje hladinu Ca2+
- Choriogonadotropin
- ovlivňuje vývoj zárodku a blastuly
- Endorfiny
