Obliczenia biochemiczne (stężenia)

Transkrypt

1 Obliczenia biochemiczne (stężenia) 1. Stosowane w biochemii sposoby wyrażania stężenia: masa/objętość, procent masowy, procent objętościowy, stężenie molowe, molalne, ppm, mg/dl, mg%. 2. Obliczanie i przeliczanie stężeń, obliczenia związane z hydratami, rozcieńczanie roztworów, sporządzanie roztworów. Analiza związków organicznych 1. Podstawowe reakcje chemiczne (pisanie równań i schematów reakcji) dla następujących klas związków organicznych: Węglowodory alifatyczne i aromatyczne Chlorowcopochodne węglowodorów Alkohole Fenole Ketony Aldehydy Kwasy karboksylowe Aminy Aminokwasy Cukry 2. Reakcje służące do wykrywania ww. klas związków. 3. Grupy rozpuszczalności związków organicznych. Obliczenia biochemiczne (bufory) 1. Obliczenia związane ze sporządzaniem buforów, ich ph, rozcieńczaniem buforów i pojemnością buforową. Gospodarka wodnoelektrolitowa 1. Bilans wody w organizmie człowieka. 2. Stężenia kationów i anionów w płynach ustrojowych. 3. Zasada elektroobojętności płynów. 4. Ciśnienie osmotyczne, osmolalność płynów (izoosmolalność, hiperosmolalność, hipoosmolalność). 5. Zasada izoosmolalności płynów ustrojowych. 6. Wpływ zawartości jonów Na+ w organizmie na objętość płynu pozakomórkowego. 7. Obliczanie osmolalności osocza. 8. Mechanizmy regulacyjne objętości i osmolalności płynów. 9. Udział buforów w regulacji gospodarki kwasowo-zasadowej organizmu 10. Bufory krwi. 11. Buforujące działanie tkanek. 12. Udział nerki w regulacji gospodarki kwasowo-zasadowej. 13. Przykłady zaburzeń w równowadze wodnoelektrolitowej i kwasowo zasadowej organizmu

2 14. Biochemiczna ocena stanu uwodnienia organizmu. Aminokwasy i Peptydy 1. Struktura aminokwasów i charakterystyka grup funkcyjnych 2. Właściwości optyczne AA 3. Właściwości amfoteryczne AA, pojęcie pi aminokwasu 4. Podział AA w zależności od charakteru łańcucha bocznego (polarne, niepolarne, polarne bez ładunku,kwaśne, zasadowe) 5. Znaczenie selenocysteiny dla aktywności enzymów 6. Biologicznie czynne AA niebiałkowe 7. Znaczenie AA w diecie AA endogenne, AA egzogenne 8. Znaczenie AA w przemianach metabolicznych AA ketogenne, AA glukogenne, glukoketogenne 9. Charakterystyka wiązania peptydowego 10. Peptydy biologicznie czynne (Glutation, Kininy, Angiotensyna II, Enkefaliny i Endorfiny, Oksytocyna i Wazopresyna) Białka 1. Podział białek ze względu na rozpuszczalność i kształt cząsteczki oraz skład chemiczny przykłady białek złożonych 2. Funkcje białek przykłady procesów w komórce i w całym organizmie w których uczestniczą białka 3. Etapy trawienia białek w przewodzie pokarmowym, wchłanianie produktów degradacji białek 4. Poziomy organizacji białek (struktura I, II, III i IV rzędowa)- wiązania podtrzymujące poszczególne poziomy organizacji, przykłady funkcjonalności poszczególnych struktur poryna, kolagen, hemoglobina 5. Chemiczne modyfikacje reszt AA w białkach znaczenie dla funkcji białek, przykłady (Fosforylacja, Karboksylacja, Acetylacja, Metylacja, Hydroksylacja Acylacja) 6. Mechanizmy degradacji wewnątrzkomórkowej białek budowa i funkcje proteasomu ( ubikwitynacja białek) 7. Mioglobina i Hemoglobina związek budowy z funkcją 8. Zaburzenia struktury i funkcji białka a choroby neurodegeneracyjne ( ch. Parkinsona, ch. Alzheimera, choroba Huntingtona, Stwardnienie Zanikowe Boczne, choroby zakaźne priony ) Techniki oczyszczania i izolacji białek 1. Strategia oczyszczania białka (wybór materiału z którego będziemy oczyszczać, ustalenie aktywności biologicznej białka, ustalenie wymaganej czystości) 2. Etapy oczyszczania białka (sposoby wyodrębnienia danego białka z materiału, wstępne oczyszczanie, analiza czystości preparatu) 3. Zasady doboru odpowiedniej techniki oczyszczania wydolność techniki,

3 rozdzielczość i wydajność 4. Czynniki wpływające na obniżenie efektywności oczyszczania białka 5. Techniki oczyszczania białek - Strącanie - dializa - Chromatografia (podział metod chromatograficznych wg. geometrii układu, rodzaju fazy stacjonarnej,rodzaju fazy ruchomej) sączenie molekularne idea metody, typy złoża, zalety metody, chromatografia jonowymienna idea metody, typy (kationowymienna, anionowymienna), rodzaje złoża, etapy metody kalibracja, elucja buforem startowym, zmiana parametrów buforu do elucji (ph, siła jonowa - stężenie soli) chromatografia oddziaływań hydrofobowych założenia metody (cechy oczyszczanych białek, skład buforu) chromatografia powinowactwa wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) 6. Metody ilościowego oznaczania białek spektrofotometria absorbcyjna- zasada metody 7. Metody elektroforetyczne analizy białek 8. Metody precyzyjnie identyfikujące białka Spektroskopia mas typu MALDI 9. Metody detekcji białek oparte na immunoenzymatyce (ELISA) Enzymy 1. Klasyfikacja enzymów 2. Budowa enzymu apoenzym/białko proste koenzymy oddysocjowujące - NAD grupa prostetyczna - biotyna, FAD rybozymy zymogeny 3. Centrum aktywne konfiguracja reszt aminokwasowych bruzdy, kieszonki hydrofobowe, rola grup SH i innych polarnych w wiązaniu substratu; sposób wiązania substratu; odsłanianie centrum aktywnego (proteoliza, zmiany konformacyjne) 4. Allosteria, efektory dodatnie i ujemne 5. Układy wieloenzymatyczne 6. Izoenzymy 7. Enzymy diagnostyczne 8. Aktywność enzymów kinetyka reakcji biochemicznej, czynniki wpływające na aktywność enzymów

4 9. Jednostki aktywności enzymatycznej 10. Regulacja aktywności enzymatycznej 11. Charakterystyka poszczególnych klas enzymów. 12. Budowa koenzymów i grup prostetycznych. Metabolizm aminokwasów I. Metabolizm amoniaku. 1. Uwalnianie amoniaku. A. Uwalnianie amoniaku w wyniku reakcji katalizowanych przez dehydrogenazę glutaminianową glutaminazę oksydazy aminokwasowe B. Usuwanie grupy aminowej z aminokwasów poprzez proces transdeaminacji: transaminacja +deaminacja oksydacyjna 2. Detoksykacja amoniaku. A. Cykl mocznikowy: reakcje zachodzące w mitochondriach hepatocytów reakcje zachodzące w cytoplazmie hepatocytów bloki metaboliczne w cyklu mocznikowym B. Synteza glutaminy II. Losy szkieletów węglowych aminokwasów. A. Utlenianie szkieletów węglowych aminokwasów w wątrobie szlak glukogenny szlak ketogenny B. Utlenianie szkieletów węglowych aminokwasów w mięśniach. III. Biosynteza aminokwasów endogennych z intermediatów glikolizy i cyklu Krebsa. synteza Tyr powstanie Cys powstanie Arg w cyklu mocznikowym w reakcji transaminacji IV. Aminokwasy jako substraty do syntezy związków biologicznie czynnych dekarboksylacja aminokwasów (rola PLP), aminy biogenne funkcje S-Adenozylometioniny

5 V. Bloki metaboliczne związane z katabolizmem aminokwasów. Budowa i metabolizm węglowodanów 1. Cukry o znaczeniu fizjologicznym 2. Aldozy i ketozy wiązanie półacetalowe, izomery: epimery, anomery, mutarotacja 3. Dwucukry wiązanie O- glikozydowe 4. Pochodne cukrów prostych 5. Reakcje cukrów: utlenianie, redukcja, estryfikacja 6. Trawienie węglowodanów 7. Proteoglikany, glikoproteiny i glikolipidy jako przykłady cukrów złożonych 8. Glikoliza i losy pirogronianu 9. Rola metaboliczna UDPG 10. Metabolizm glikogenu (specyficznośc tkankowa) 10. Choroby spichrzania glikogenu 11. Glukoneogeneza (specyficzność tkankowa) 12. Szlak pentozofosforanowy, rola metaboliczna NADPH 13. Przemiany heksoz galaktozy i fruktozy (zaburzenia metaboliczne) 14. Centralna rola glukozo-6-fosforanu w metabolizmie cukrów 15. Regulacja metabolizmu glukozy. 16. Indeks glikemiczny Węglowodany, Bioenergetyka, szlaki endo, egzo 1. Katabolizm a anabolizm. 2. Ładunek energetyczny a regulacja metabolizmu. 3. Substraty energetyczne: glukoza (inne cukry), kwasy tłuszczowe, ciała ketonowe, mleczan, aminokwasy. 4. Związki wysokoenergetyczne 5. Aktywne metabolity XTP (trójfosforanów nukleozydów). 6. Dekarboksylacja oksydacyjna -keto-kwasów (2-okso-kwasy). pirogronian enzymy; zysk energetyczny w liczbie ATP. -ketoglutaran udział w cyklu kwasów trójkarboksylowych. 7. Rola metaboliczna acetylo-coa 8. Cykl kwasów trójkarboksylowych substraty i produkty (udział w anabolizmie) enzymy, kofaktory fosforylacja substratowa, bilans energetyczny regulacja inhibicja. 9. Transport równoważników redukcyjnych przez błonę mitochondrialną 10. Łańcuch oddechowy cztery kompleksy

6 11. Fosforylacja oksydacyjna 12. Syntaza ATP. 13. Rozprzęganie łańcucha oddechowego białka i związki rozprzęgające. 14. Porównanie bilansu energetycznego (liczba ATP) katabolizmu glukozy i sześciowęglowego kwasu tłuszczowego (cytoplazma i mitochondria). 15. Reaktywne formy tlenu LIPIDY I I. Klasyfikacja 1. Lipidy proste (estry kwasów tłuszczowych i alkoholi). a) triacyloglicerole - lipidy obojętne (tłuszcze właściwe) = estry kwasów tłuszczowych z glicerolem b) woski - estry KT z alkoholami wyższymi od gliceroli 2. Lipidy złożone. a) fosfolipidy - pochodne glicerolu - glicerofosfolipidy kwas fosfatydowy---> kardiolipina (difosfatydyloglicerol) lecytyna--> fosfatydylocholina kefaliny----> fosfatydyloetanoloamina i fosfatydyloseryna fosfatydyloinozytol -pochodne sfingozyny tzw. sfingolipidy - sfingomieliny b) glikolipidy (głównie glikosfingolipidy) cerebrozydy ( obecność długołańcuchowych kwasów tłuszczowych - kwas lignocerynowy, cerebronowy, nerwonowy) gangliozydy ( zawierają 1 lub więcej cząsteczek kasu sjalowego, głównie N-acetyloneuraminowego)

7 c) inne lipidy złożone - sulfolipidy, aminolipidy, lipoproteiny osocza 3. Pochodne lipidów a) steroidy i inne lipidy izoprenylowe b) kwasy tłuszczowe - nasycone - nienasycone (izomery cis i trans) II. Kwasy tłuszczowe (KT). 1. Nomenklatura KT - nazewnictwo zwyczajowe - system genewski O H3C-(CH2)n - CH- CH- C // -OH -NN KT (niezbędne nienasycone KT) kwas linolowy C 18:2 ( oktadekadienowy, n-6) linolenowy C18:3 (oktadekatrieowy, n-3) arachidonowy C20:4 (eikozotetraenowy, n-6) 2. Biosynteza kwasów tłuszczowych (lipogeneza) a) układ pozamitochondrialny- kompleks syntazy kwasów tłuszczowych - dostarczanie acetylocoa do syntezy KT (transport cytrynianu i cytozolowa liaza cytrynianowa ) - dostarczanie zredukowanego NADP (znaczenie cyklu pentozowego i dehydrogenazy jabłczanowej-dekarboksylujący ''enzym jabłczanowy --> pirogronian + CO2 + NADPH + H + b) synteza nienasyconych kwasów tłuszczowych - układ Δ 9 - oksaturazy - mononienasycone KT

8 palmitoilocoa--> palmitooleilocoa (n-9) stearoilocoa---> oleilo-coa (n-9) -układ desaturazy i elongazy - nienasycone KT Dodatkowe wiązanie podwójne zawsze wprowadzane między istniejące wiązanie podwójne a grupą karboksylową. Dlatego kwasy n-3 i n-6 sa pochodzenia egzogennego i wywodzą się z kwasów : linolowego (n-6) i linolenowego (n-3) synteza kwasu arachidonowego z kwasu linolowego (rodzina n-6) 3. Utlenianie KT (β-oksydacja) - enzymy, koenzymy procesu oksydacji oraz lokalizacja procesu - efekt energetyczny utleniania kwasu palmitynowego - utlenianie nienasyconych KT - utlenianie KT o nieparzystej liczbie atomów węgla - utlenianie długołańcuchowych kwasów tłuszczowych i kwasów tłuszczowych rozgałęzionych w procesie β i α- oksydacji w peroksysomach (oksydaza zależna od FAD przekazuje protony na tlen, generowany jest H2O2. -Utlenianie jest możliwe, gdyż kwasy o 24, 26 atomów C syntetyzowane są w błonach peroksysomów, końcowy produkt degradacji łańcucha acetylocoa przeniesiony jest za pomocą karnityny do cytoplazmy. Choroby peroksysomów (zespół Zellwegera) objawiają się spichrzaniem długołańcuchowych kwasów tłuszczowych. III. Ketogeneza - definicja ciał ketonowych - acetooctan, β-hydroksymaślan, aceton - lokalizacja procesu i jego przebieg z utworzeniem HMG jako związku pośredniego - wykorzystanie ciał ketonowych jako materiału energetycznego IV. Metabolizm triacylogliceroli (TG) a) katabolizm TG - lipoliza w tkance tłuszczowej, regulacja aktywności lipazy hormonalnej - dalsze losy produktów lipolizy : kwasów tłuszczowych i glicerolu (znaczenie i lokalizacja kinazy glicerolowej)

9 b) biosynteza TG (różnice tkanka tłuszczowa a wątroba) - kwas fosfatydowy jako wspólny prekursor w syntezie TG i fosfolipidów LIPIDY II I. Trawienie i transport lipidów. 1. Hydroliza tłuszczów pokarmowych -- lipaza trzustkowa -->synteza chylomikronów w enterocytach. 2. Lipoliza wewnątrznaczyniowa - - lipaza lipoproteinowa --.> substratami są chylomikrony i VLDL ---> insulina aktywuje LPL(największa aktywność tk. tłuszczowa, mięśnie szkieletowe, serce) 3. Lipoliza wewnątrzkomórkowa -lipaza adipocytowa (tzw. hormono zależna)--> hormonalna kontrola lipolizy przez kaskadę regulacyjną --czynniki stymulujące cyklazę adenylanową pobudzają proces lipolizy -- antagonistyczne działanie insuliny (hamowanie wewnątrzkomórkowej lipolizy w tkance tłuszczowej). 4. Lipoproteiny osocza - charakterystyka klas. - chylomikrony, VLDL, LDL, HDL, lipoproteina a (lpa) 5. Metabolizm lipoprotein. 6. Apolipoproteiny 7. Acylotransferaza lecytyna - cholesterol(lcat)

10 II. Synteza cholesterolu 1. Synteza kwasu mewalonowego katalizowana przez reduktazę HMG-CoA - etap ograniczający szybkość szlaku biosyntezy cholesterolu (inhibicyjne działanie końcowego produktu szlaku-cholesterolu, inhibicyjne działanie statyn) 2. Czynniki wpływające na równowagę cholesterolową w tkankach a) udział HDL --- receptor SRB1, białko ABCA1 --- LCAT- acylotransferaza lecytyna-cholesterol --- ACAT- acylotransferaza acylocoa: cholesterol b) udział LDL ---receptor apob100/apoe III. Metabolizm ikozanoidów. 1. Synteza prostanoidów Biosynteza - kompleks syntazy prostaglandynowej w błonie retikulum endoplazmatycznym, katalizuje oksydatywną cyklizację wielonienasyconych kwasów tłuszczowych- cyklooksygenaza COX-1 i COX Synteza leukotrienów. Powstają w wyniku działania lipooksygenazy (dioksygenazy) na kwas arachidonowy, produkt reakcji to monohydroperoksy-eikozatetraenowe kwasy (HPETE).