IZPITNA VPRAŠANJA IN ODGOVORI

1. Molekulske značilnosti živih bitij

1.1 Nastanek življenja, kemijska evolucija:
Življenje je nastalo v 3 stopnjah:
1. kemijska evolucija (nastanek organskih snovi, zemlje)
2. nastanek polimerov, samopodvajanje (polimeri so se začeli podvajati)
3. biološka evolucija (izvor in razvoj živih bitij)
Vse organske molekule so se razvile iz anorganskih.

1.2 Značilnosti živih sistemov:
- kompleksna sestava in visoka stopnja organiziranosti
- vsaka komponenta ima točno določeno funkcijo (načelo ekonomičnosti)
- sposobnost črpanja in pretvorbe energije iz okolice
- sposobnost razmnoževanja (sposobnost rasti, diferenciacije in replikacije)
- sposobnost odzivanja spremembe na okolje

1.3 Elementarna zgradba živih organizmov, morske vode in zem. skorje (primerjava):
Živi organizmi so sestavljeni pretežno iz C (10), H (63), N,O (26), P, S in Na, K, Cl, Ca. Ker pa večino telesne teže predstavlja voda, lahko sklepamo, da se je prvo življenje razvilo v morski vodi.
Zemeljska skorja pa je sestavljena iz bolj kompleksnih spojin teh elementov, npr. H2, CH4, NH3, H2S ter Fe, Al, Ca, S (28), O2 (47)...

1.4 Glavni bioelementi (vrste, vloga, izvor):
- OGLJIK: izvor v CO2, je gradnik organskih skeletov
- KISIK: del vode, tvori različne funkcionalne skupine, pomemben pri medmolekulskih povezavah (H-vez, naboj, polarnost...)
- VODIK: del vode, tvori H-vez in ima pomembno vlogo pri strukturi organskih spojin
- DUŠIK: izvor v zraku in nitratih, je pomembna strukturna enota (oblikuje skupine –NH2, H-vez)
- ŽVEPLO: pomemben pri dihanju
- FOSFOR: ioni pomembni pri tvorbi kosti

2. Zgradba atomov in molekul, kemijske vezi
2.1 Osnovna zgradba atoma, medatomske interakcije:
Atomi so sestavljeni iz jedra (protoni in nevtroni) in elektronskega oblaka, v katerem so elektroni razporejeni na različnih energijskih ravneh (oble, lupine K, L, M, N). Na vsaki obli je lahko največ 2n2 elektronov, ki se nahajajo v orbitalah (s, p, d, f...), največ po dva v eni. Elektroni zunanje oble določajo kemične lastnosti atoma. Najstabilnejši (najmanj reaktivni) so atomi, ki imajo na zunanji obli 8 elektronov.
Elektronegativnost je lastnost atoma, da privlači elektrone drugih atomov, predvsem vezne, od česar je odvisna jakost in narava vezi med njimi.

2.2 Zgradba molekul:
Molekule so zgrajene iz istovrstnih ali različnih atomov, ki se med seboj povezujejo tako, da zapolnijo zadnjo lupino. Molekule predstavljajo energijsko najstabilnejše stanje za atome, njihovo strukturo pa vzdržujejo kemijske vezi.

2.3 Kemijske vezi (močne in šibke) in njihov pomen pri vzdrževanju strukture in interakcij bioloških makromolekul:
Močne vezi:
- kovalentna vez  skupni elektronski pari, velika jakost (več sto kJ za 1 mol) in usmerjenost (pri atomih z enako elektronegativnostjo je vez nepolarna, razlika v elektronegativnosti pa povzroči polarnost vezi
- ionska vez  nastane, ko je razlika v elektronegativnosti dveh atomov prevelika; ni usmerjena, izredno močna je v kristalih, medtem ko je v raztopinah zaradi hidratacije šibkejša
- kovinska vez  nastane med atomi kovin, ni pomembna za živi svet
Šibke vezi:
- van der Waalsove interakcije  poznamo 3 vrste: orientacijske (dipol-dipol), indukcijske (dipol-induciran dipol) in disperzijske (ind.dipol-ind.dipol); jakost vezi je majhna (nekaj kJ/mol), pomembne pa so zaradi številčnosti
- vodikove vezi  nastane med dvema močno elektronegativnima atomoma (H se veže na F, O, N), jakost vezi je 10 kJ/mol
- hidrofobne interakcije  nastanejo med nepolarnimi molekulami (lipidi)

3. Voda

3.1 Struktura vode
V molekuli vode sta dva vezna in dva nevezna elektronska para, ki tvorijo tetraeder (104,5°)  posledica te strukture so interakcije med molekulami, zaradi česar ima voda značilne lastnosti.

3.2 Lastnosti vode, pomembne za vzdrževanje strukture makromolekul in življenja; fazni diagram, vodikova vez, hidrofobne interakcije
Voda ima visoko tališče (0°C), visoko vrelišče (100°C), veliko izparilno toploto (2260 J/g), veliko toplotno kapaciteto, veliko viskoznost in neobičajno odvisnost gostote od temperature (anomalija vode).
Fazni diagram vode prikazuje spreminjanje agregatnega stanja vode pri različnem tlaku in temperaturi.








Vodikova vez nastane med skupino (donor), v kateri je H kovalentno vezan na močno elektronegativen atom, in drugo skupino z elektronegativnim atomom (akceptor), ki omogoča polarizacijo naboja. Tako nastane v številnih biomolekulah (proteinih, nukleinskih kislinah, sladkorjih,...) in jih stabilizira.
Hidrofobne interakcije nastanejo med nepolarnimi deli molekul v vodnem okolju, ko se le-ti združijo skupaj in izrinejo vodo ven. Povečan nered molekul vode poveča stabilnost bioloških makromolekul in entropijo sistema.



3.3 Raztapljanje v vodi ( skupine biomolekul in njihova orientacija v hidrofilnem in hidrofobnem okolju)
Voda je polarno topilo, v katerem se topijo polarne molekule (H-vezi), nepolarne molekule pa se topijo v nepolarnih topilih.

Biomolekule so lahko:
- polarne (glukoza, glicin, glicerol...)  v vodi se raztopijo
- nepolarne (vosek)  nastaneta dve fazi (polarna in nepolarna)
- amfipatične (lipidi)  s polarnimi glavami se obrnejo proti vodi, nepolarni repi pa izrinejo vodo in se združijo med seboj (micel)

3.4 Voda kot reagent
V kemijskih reakcijah voda največkrat reagira v ionski obliki (OH- in H+ ion).
Primer: hidroliza ATP v ADP,...


4. Raztopine

4.1 Definicija topila in topljenca
Topilo, ki je navadno prisotno v večji količini, določa fazo raztopine (plin, tekočina, trdna snov). V njem so raztopljeni topljenci, ki so tudi lahko v različnih agregatnih stanjih (največkrat je topilo voda).

4.2 Vodne raztopine plinov, tekočin, trdnih snovi in definicije koncentracij (molski ulomek, molarna, molalna, procentna koncentracija)
Lastnosti raztopine soodvisne od narave topila in topljenca ter njihove relativne količine (koncentracije):
- MOLSKI ULOMEK: X1 = n1 / (n1+n2) in X2 = n2 / (n1+n2); X1 + X2 = 1
n1 ... št.mol topila, n2 ...št.mol topljenca
- MOLARNA KONC. [M]: št.mol topljenca v 1L raztopine
- MOLALNA KONC. [m]: št.mol topljenca v 1kg topila
- PROCENTNA KONC.: utežna p.k.  g topljenca na 100g raztopine;
volumska p.k.  mL topljenca na 100mL raztopine

4.3 Raztapljanje plinov v vodi, Henryjev zakon
Raztopine plinov so ključnega pomena za življenje na Zemlji. Vsak plin je do neke mere topen v vsaki tekočini, njegova topnost pa je odvisna od temperature, tlaka in stopnje topnosti, ki je lastnost sistema.
Vodni organizmi se oskrbujejo s kisikom, ki se v vodi raztopi v skladu s Henryjevim zakonom.

HENRYJEV ZAKON: Masa plina, ki se raztopi v tekočini, je sorazmerna tlaku plina nad tekočino (pri T=konst.). Zakon velja pri T=konst in v idealnih razmerah, pri realnih raztopinah plinov pa se temu približamo pri nizkih p in visokih T. Z naraščajočo T se topnost plina zmanjšuje.

S = kαPparc S... topnost plina (V plina, ki se raztopi na enoto V topila)
k... konstanta
α... absorbcijski koeficient (količina plina v L, ki nasiči 1L tekočine)
Pparc... delni tlak plina nad tekočino
4.4 Raztapljanje plinov v telesnih tekočinah in motnje zaradi spremenjenih zunanjih razmer
Poleg raztapljanja v vodi (Henryjev zakon) se fiziološki plini (O2, N2, CO2) še dodatno raztapljajo v krvi  O2 se veže na hemoglobin, CO2 pa poleg tega tudi reagira z vodo v H2CO3.
Motnje zaradi spremenjenih zunanjih razmer:
- kisikova toksičnost: v večjih globinah je zaradi zvišanega tlaka kisik v krvi prisoten v večjih količinah (toksično za centralni živčni sistem)
- kesonska bolezen: pri hitrem dvigu iz večjih globin se dušik iz krvi izloča v obliki mehurčkov, ki zamašijo kapilare (manj topen)
- dušikova pijanost: pri večjih koncentracijah ima dušik narkotičen učinek
- višinska bolezen: na velikih višinah je parcialni tlak kisika premajhen za normalno oskrbo organizmov
Težave skušajo reševati s spremenjenimi dihalnimi zmesmi (O2/He), z omejenim bivanjem na večjih globinah in s skrbno načrtovanim režimom dviganja na površje (ali celo s hiperbarično komoro).

4.5 Koligativne lastnosti raztopin; znižanje parnega tlaka topila (Raultov zakon), znižanje zmrzišča, zvišanje vrelišča, osmoza in osmozni tlak, toničnost, Donnanovo ravnovesje
Koligativne lastnosti so odvisne le od količine topljenca v določenem volumnu topila, neodvisne pa od narave obeh:
1. znižanje parnega tlaka topila
2. znižanje zmrzišča
3. zvišanje vrelišča
4. osmozni tlak

1. Do znižanja parnega tlaka topila pride, ko v topilo dodamo topljenec, ki na gladini ovira izhajanje molekul topila iz tekoče v parno fazo (obratno pa ne). Velja RAOULTov ZAKON (velja za razredčene idealne raztopine):

p=X1 p0 p...parni tlak topila v raztopini
p0 ... parni tlak čistega topila (razlika med št.izhajajočih in vračajočih se molekul)
X1 ... molski ulomek topila
Izkaže se, da je Henryjev zakon le posebna oblika Raoultovega zakona:
p2 = kH X2 p2 ... parcialni tlak topljenca
kH ... Henryjeva konstanta
X2 ... molski ulomek topljenca

2. in 3. Ker topljenec zniža parni tlak topila, se v primerjavi z njim zviša vrelišče in zniža zmrzišče raztopine (glej fazni diagram!). Enačbi sta:

∆Tvr = Keb m ∆T ... zvišanje vrelišča oz. znižanje zmrzišča
∆Tzm = KK m Keb ... ebulioskopska konstanta (O,51°C kg/mol)
KK ... krioskopska konstanta (1,86°Ckg/mol)
m ... molalna koncentracija

4. Osmozni tlak je tlak med čistim topilom in raztopino, ki sta ločena s semipermeabilno membrano (prepustno za topilo). Velja enačba:
π = n2RT / V = cRT
Kadar del topljencev lahko prehaja preko membrane, del pa ne, govorimo o toničnosti, ki se nanaša le na tisti del osmoznega tlaka, ki ga prispevajo delci neprehajajočega topljenca. Poseben primer je Donnanovo ravnotežje, kjer imamo delce, ki lahko prehajajo preko membrane in delce, ki ne morejo, vsi pa so nabiti (delci se razporedijo neenakomerno, upoštevajoč elektrostatski privlak).

4.6 Raztopine elektrolitov, disociacija elektrolitov
Aktivnost raztopine (efektivna koncentracija) je pri visokih koncentracijah raztopine manjša za faktor γ:

a = γ c a ... aktivnost (konc., ki jo opazujemo)
c ... koncentracija (ki jo izmerimo)
γ ... aktivnostni koeficient

γ = izmerjena kol.lastnost / izračunana kol.lastnost

Pri elektrolitih, ki disociirajo na ione, nam to razmerje da Van´t Hoffov faktor (i), ki nam pove, na koliko ionov razpade elektrolit.

4.7 Ionizacija vode, Kw; pH; biokemijski/biološki pomen pH
Ionizacija vode: 2H2O  H3O+ + OH- (ionizacija je šibka in odvisna od T)
Ionski produkt vode: KW= [H3O+] [OH-] = 1 x 10-14 mol2/ l2 (pri T=25°C)

pH izrazimo s koncentracijo H3O+: pH = - log10[H3O+]
pH v čisti vodi je nevtralen, ker je [H3O+] = [OH-]. Raztopine, pri katerih velja [H3O+] > [OH-] so kisle in tiste s [H3O+] < [OH-] so bazične. Pri 25°C je pH 7 nevtralno, pH<7 kislo in pH>7 bazično območje (pH + pOH = pKW = 14).

Zaradi pomembnega vpliva pH na delovanje biomolekul in predvsem na medmolekulske interakcije (encim-substrat, hormon-receptor...) je pH v bioloških sistemih skrbno uravnavan (v krvi pH okoli 7˙4, v želodcu pa pH 1)

4.8 Kisline in baze; moč (stopnja disociacije, disociacijska konstanta)
Na pH v raztopini odločilno vplivajo kisline in baze. Kisline so snovi, ki oddajajo protone, baze pa jih sprejemajo. Pri disociaciji kislin in baz dobimo konjugirane baze in kisline:
HCl + H2O  H3O+ + Cl-
NH3 + H2O  NH4+ + OH-
Stopnja disociacije (α) je razmerje med vsoto disociiranih delcev in vsoto vseh delcev v raztopini; povezana je z Van´t Hoffovim faktorjem po enačbi:
α = (i-1) / (n-1) i ... št.vseh ionov v raztopini
n...št.ionov, na katere disociira elektrolit
Disociacijska konstanta podaja razmerje med koncentracijo produktov in koncentracijo reaktantov:
KD =α2 c / (1-α)
K in n sta konstanti, α in i pa ne, saj sta odvisni od koncentracije  z zmanjševanjem konc.se njuna vrednost povečuje.

4.9 Nevtralizacija kislin z bazami in obratno (titracijske krivulje, indikatorji pH)
Nevtralizacija je reakcija med kislinami in bazami: HA + BOH  B+ + A- + H2O
kislina + baza = disociirana sol + voda
Pri popolni nevtralizaciji močne kisline z močno bazo je nastala raztopina nevtralna, pri popolni nevtralizaciji šibke kisline z močno bazo je raztopina nekoliko alkalna, pri popolni nevtralizaciji šibke baze z močno kislino pa je raztopina nekoliko kisla.
Celozno dogajanje pri nevtralizaciji nazorno predstavimo s titracijsko krivuljo, ki kaže spreminjanje pH raztopine, če kislini oz.bazi postopno dodajamo bazo oz.kislino. Posebno značilna je titracijska krivulja šibkih kislin oz.baz pri titraciji z močno bazo oz.kislino, kjer se v območju dodatka 0˙5 ekvivalenta titrne raztopine pH le malo spremeni in ima zmes pufrske lastnosti. Velja Henderson-Hasselbachova enačba:
pH = pKa + log [A-] / [AH]

Titracija močne kisline z močno bazo: HCl + NaOH  NaCl + H2O







Titracija šibke kisline z močno bazo: CH3COOH + NaOH  CH3COO- + Na+ + H2O







Indikatorji pH so spojine, ki imajo lastnosti šibkih baz ali šibkih kislin. V protonirani ali neprotonirani obliki imajo različno barvo.
Ind H (barva 1) + H2O  H3O+ + Ind- (barva 2)

pH = pKa + log [Ind-]/[Ind H] 1. [Ind-] = [Ind H]  pH = pKa (preskok barve)
2. [Ind-] = 10 [Ind H]  pH = pKa +1 (barva 2)
3. [Ind-] = [Ind H] / 10  pH = pKa -1 (barva 1)

4.10 Šibki in močni elektroliti
Močno elektroliti v celoti disociirajo, šibki pa le delno (pri njih aktivnostnega koeficienta γ ne določamo). Kriterij za razlikovanje med šibkimi in močnimi elektroliti je lahko stopnja 3
- pri šibkih elektrolitih je K majhna (10-2 in manj), α pa blizu 0
- pri močnih elektrolitih je K velika (103 in več), α pa se približuje 1

4.11 Pufri; definicija pufrskega sistema, pufrska kapaciteta in vrednost, delovanje pufrskega sistema
Pufri so vodne raztopine, ki se ob dodatku kisline ali baze upirajo spremembi pH. Sestavljene so iz šibke kisline in njene konjugirane baze ali iz šibke baze in njene konjugirane kisline v vodi; voda pri delovanju pufra sodeluje. V območju pH = pKa ±1 ima pufer dobre pufrske lastnosti, izven tega območja pa je njegova zmožnost upiranja spremembi pH slaba.
Pufrska kapaciteta je količina kisline ali baze, ki jo lahko dodamo pufru, ne da bi se pri tem bistveno spremenil pH. Odvisna je od koncentracije pufra in pH medija, v katerem se pufer nahaja.
Pufrska vrednost (ß) je kvantitativni izraz za pufrsko kapaciteto in pove št.molov močne kisline ali baze, ki jo moramo dodati 1L pufra, da spremenimo pH za eno enoto in je definirana z enačbo ß = d[B] / dpH

Za pojasnitev delovanja pufrov (npr.acetatnega pufra) si pomagamo z enačbami:
1. CH3COOH + H2O  CH3COO- + H3O+
2. Ka = [CH3COO-][H3O+] / [CH3COOH]
3. 2H2O  H3O+ + OH-
4. K =[H3O+][OH-] / [H2O]2
Ob dodatki kisline se poveča koncentracija [H3O+] in zahteva po nespremenjeni vrednostii Ka (2) poskrbi, da CH3COO- ioni vežejo del H3O+ ionov. Ob dodatku baze OH- ioni vežejo H3O+ ione zaradi zahteve po nespremenjeni vrednosti K (4), zato tudi nekaj CH3COOH dodatno disociira. Tako je vpliv kisline ali baze na pH pufra veliko manjši kot na pH čiste vode.

4.12 Pomen pufranja v celicah/organizmu; pufrski sistemi v organizmu (zunajcelični, znotrajcelični)
Vsi encimi in ostale celične strukture imajo svoj optimalni pH  za konstanten pH skrbijo fiziološki pufri:
- bikarbonatni pufer (HCO3-/H2CO3) v izvenceličnih tekočinah (kri)  ECP
- fosfatni pufer (HPO42-/H2PO4-) v citoplazmi  ICP
- plazemski proteini (ICP, predvsem hemoglobin v krvi  ECP)

4.13 Ionska moč raztopin; vpliv koncentracije elektrolitov na ionsko moč
Debye-Hücklova teorija: ionska moč raztopine (μ) je v povezavi z aktivnostnim koeficientom (γ):
log γ +-= -0,51 z+ z- √μ γ+- ... srednji aktivnostni koeficient
μ = ½ ∑mi zi2 z ... št.nabojev
μ... ionska moč
m... molalnost

4.14 Topnost soli in topnostni produkt; primeri nastanka soli/kristalov v organizmu (uratni, oksalatni kamni, hidroksi- in fluoroapatit v kosteh in zobeh)
Topnostni produkt definiramo kot produkt nasičenih koncentracij vseh ionov minerala na ustrezne potence, koncentracijo netopnega minerala [NaCl] pa po dogovoru proglasimo za 1 mol/L.Tako je topnostni produkt za NaCl: Ks=[Na+][Cl-], pri čemer sta koncentraciji natrijevih in klorovih ionov nasičeni raztopini. Če je v raztopini presežena vrednost Ks, se mineral nalaga v obliki kristalov, če pa Ks ni dosežena, se mineral raztaplja. V večini primerov se topnost minerala s temperaturo povečuje  Ks odvisen od T.

V živih bitjih imajo minerali različne funkcije: obrambne, oporne, omogočajo gibanje, grizenje, zaznavanje zvoka, ravnotežja in služijo za skladiščenje snovi. Pri človeku so v kosteh pomembni naslednji minerali:
- kalcijev fluoroapatit (CaFa) in kalcijev hidroksiapatit (CaHa) v kosteh in zobeh; sta zelo slabo topna, imata odlične mehanske lastnosti. Z dodatkom fluora povečamo odpornost sklenine in trdnost kosti, saj se del CaHa pretvori v CaFa (ker je CaFa veliko manj topen in bolj trden kot CaHa)
- oksalatni kamni (ledvični kamni)  pri močno povečani konc.kalcijevih ionov se topnost kalcijevega oksalata zmanjša (izločanje v obliki ledvičnih kamnov)
- uratni kamni (putika)  do nje pride zaradi motnje v metabolizmu piruvatov

5. Termodinamika

5.1 Delo in toplota kot oblika energije
Če telo opravlja delo ali izgublja toploto (se ohlaja), se njegova energija zmanjšuje, pri povečevanju energije pa se njegova toplota povečuje (telo se segreje).

5.2 Prvi zakon termodinamike in entalpija
1. zakon termodinamike: energija izoliranega sistema je konstantna, kvečjemu lahko prehaja iz ene oblike v drugo, ne more pa se izničiti ali na novo ustvariti.
∆E = Q + A (sprememba energije je enaka vsoti dovedene toplote in dovedenega dela)

Entalpija (H): sprememba entalpije (∆H) je toplota, ki jo zaprt izotermalni (T=konst) sistem sprejme (∆H>0, endotermen proces) ali odda (∆H<0, eksotermen proces), če se pri spremembi stanja sistema opravi le delo, povezano s spremembo volumna:
∆H=∆E + p ∆V (∆H=∆Q, če ni volumskega dela); enota za entalpijo je J/mol.

5.3 Energijske spremembe pri kemijski reakciji
Eksotermna reakcija (∆H<0)  pri razpadu vezi se toplota sprošča
Endotermna reakcija (∆H>0)  pri tvorbi vezi se toplota porablja

5.4 Kalorimetrija. Izgorevanje metaboličnih goriv, energijska vrednost nekaterih metaboličnih hranil (ogljikovi hidrati, proteini)
Kalorimeter je naprava za merjenje entalpijskih sprememb pri stalnem tlaku.

5.5 Hessov zakon. Entalpija kemijske vezi
Hessov zakon: sprememba entalpije v neki reakciji je odvisna le od začetnega in končnega stanja ne glede na št.vmesnih stopenj.
∆H0rkc = ∑∆H0t produkti - ∑∆H0t reaktanti

Standardna entalpija (H0) je entalpija pri standardnih pogojih (T=25°C, p=1atm, n=1mol).
Tvorbena entalpija (Ht) je entalpija, potrebna za nastanek 1 mol spojine iz elementov.
Reakcijska entalpija (Hr) je entalpija, ki se sprosti ali porabi pri kemijski reakciji.
Entalpija ni dober vir energije za žive celice, ker gre za sproščanje toplote (segrevanje celic).

5.6 Reverzibilna / ireverzibilna kemijska reakcija, entropija, drugi zakon termodinamike.
2.zakon termodinamike: pri vseh spontanih procesih se vsota entropije sistema in okolice povečuje.
Entropija je merilo za spontanost reakcije in neurejenost sistema; matematično je pri idealnih reverzibilnih procesih definirana kot dS= dQrev/T. Enota je J/molK. Entropija narašča s povečevanjem nereda ali z naraščanjem temperature.

Spontani procesi vodijo v večjo neurejenost in v povečanje entropije sistema (∆S>0); sistem vedno teži k bolj neurejenemu stanju. Če gre za:
- IREVERZIBILEN PROCES, velja ∆S> Q/T
- REVERZIBILEN PROCES, velja ∆S=Q/T

5.7 Ravnovesje kemijske reakcije, standardno stanje, spontani in nespontani procesi, prosta entalpija, kemijski potencial
Prosta entalpija (∆G) predstavlja tisti del energije, ki se lahko izkoristi za delo sistema; pokaže nam spontanost procesov.
Definirana je z enačbo ∆G=∆H - T∆S;
- spontan proces (eksergon.rkc) : ∆Scelotna>0, ∆Gsistema<0
- nespontan proces (endergon.rkc) : ∆Scelotna<0, ∆Gsistema>0
- ravnovesno stanje (sistem je stabilen): ∆G=0
Kemijsko ravnotežje je stanje, v katerem so reaktanti in produkti v danih razmerah (p,V,T) prisotni v takih koncentracijah, da je reakcija kot sistem najbolj stabilna.

Kemijski potencial (μ) je enak prosti entalpiji (G) in je definiran kot μA = μ0 – RT ln[A]. V ravnotežju sta μ in G vsake komponente reakcije enaka (μreaktant. - μprodukt. = 0).
Standardno stanje: T=25°C (298 K), p=101,3kPa, c(reakt.in prod.)=1mol/L

5.8 Vpliv raznih dejavnikov na kemijsko ravnovesje
La Chatelierjev princip: sistem v ravnotežju bo reagiral na spremembo zunanjih pogojev tako, da bo poskušal izničiti vpliv spremembe.
- vpliv T: pri endotermni reakciji se z višanjem T ravnotežje pomakne v smer produktov (desno); pri eksotermni reakciji pa je reakcija pomaknjena v smer nastajanja reaktantov (z naraščanjem T se ∆G veča)
- vpliv pH : pri povišanem pH poteče reakcija v smer nastanka protonov (odvisno od tega, ali je H+ reaktant ali produkt)

5.9 Sklopljene reakcije, pomen za vzdrževanje življenja
A + B ↔ C + D ∆G10 > 0 ENDERGONSKA RKC
C ↔ X + Y ∆G20 < 0 EKSERGONSKA RKC
Velja: |∆G20| > |∆G10|
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
A + B ↔ D + X + Y ∆G30 < 0

EKSERGONSKA RKC (∆G0<0)  v ravnotežju je več produktov kot reaktantov
ENDERGONSKA RKC (∆G0>0)  ravnotežje pomaknjeno v smer reaktantov

V organizmih potekajo tako eksergonske kot endergonske reakcije. Da nastane dovolj produktov, se morajo reakcije med seboj sklapljati. Pogoji za uspešno sklopitev so: obe reakciji morata teči v istem prostoru, imata skupni intermediat (C) in skupna sprememba proste entalpije mora biti negativna (∆G30 < 0).

5.10 ATP (struktura, hidroliza, aktivacija biomolekul)
Adenozin – trifosfat (ATP) je sestavljen iz dušikove baze adenozin, riboze in 3 fosfatnih skupin.







Hidroliza ATP v ADP v organizmih (ob pomoči vode) je pomembna eksergonska reakcija, ki s sklopitvijo preko skupnega intermediata fosfata (Pi) potiska mnoge fiziološko pomembne endergonske reakcije k ugodnejšemu ravnotežju.


Primer: glukoza + Pi ↔ glukoza-6-fosfat + H2O ∆G0 = 19 kJ/mol
ATP + H2O ↔ ADP + Pi ∆G0 = -30 kJ/mol
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
glukoza + ATP ↔ glukoza-6-fosfat + ADP ∆G0 = -11kJ/mol
(skupna intermediata: H2O in Pi)

Hidroliza ATP je pomembna pri aktivaciji biomolekul, saj s sklapljanjem potečejo mnoge reakcije, ki sicer ne bi (pogoj: hidroliza mora biti v fizioloških razmerah počasna, ker je kinetično stabilizirana)

5.11 Druge spojine z visokim fosforilacijskim potencialom (fosfoenolpiruvat, fosfokreatin)
Spojine z visokim fosforilacijskim potencialom izkoriščajo hidrolizo ATP in drugih nukleotid-fosfatov (GTP, UTP...) za pomik k ugodnejšemu ravnotežju  anabolizem.
ATP pa nastane iz ADP s sklopitvijo z drugimi bolj eksergonskimi reakcijami v katabolizmu in pri oksidativni fosforilaciji (dihanje) katabolizem.
Pri hidrolizi fosfoenolpiruvata in fosfokreatina se sprosti dovolj energije za nastanek ATP.
V mišicah npr.poteka reakcija: kreatin-fosfat + H2O ↔ kreatin + Pi
ADP + Pi ↔ ATP + H2O

Fosfoenolpiruvat Fosfokreatin









6. Oksiredukcija

6.1 Oksidoredukcijske reakcije; oksiredukcijska dvojica; oksidacija / redukcija, oksidant/reducent
Oksidoredukcija so reakcije oksidacije in redukcije, pri katerih se zaradi izmenjave elektronov sprošča energija.

Oksidacija je oddajanje elektronov: A ↔ Bn+ + ne- (RED1 ↔ konj.OKSID1 + e-)
(A je reducent  sebe oksidira, B reducira; Bn+ je njegov konjugirani oksidant)
Redukcija je sprejemanje elektronov; Cn+ + ne- ↔ D (OKSID2 + e-↔ konj.RED2)
(Cn+ je oksidant  sebe reducira, D oksidira; D je njegov konjugirani reducent)

Oksidoredukcijska dvojica (redoks para) sta v tem primeru A in Bn+ ter Cn+ in D. Vedno morata sodelovati oba redoks para, da se lahko elektroni izmenjujejo  gre torej za sklopljene reakcije, kjer so skupni intermediat elektroni: A + Cn+ ↔ Bn+ + D
(RED1 + OKSID2 ↔ konj.OKSID1 + konj.RED2)

6.2 Tok elektronov in sprememba proste entalpije
Oksidoredukcijski potencial (E) odraža relativno afiniteto do elektronov posameznega redoks para. Elektroni potujejo od para z manjšim potencialom, ki deluje kot reducent, k paru z večjim E, ki deluje kot oksidant (ima večjo afiniteto do elektronov) RED1  OKSID2.
Sprememba proste entalpije: ∆G<0, kar nam pove, da je reakcija spontana. Ko pride do ravnotežja, pa je ∆G=0.

6.3 Standardno stanje, Nernstova enačba
Standarni oksidoredukcijski potencial E = E0 (polčlen se nahaja pri standardnih pogojih, raztopina je 1M). Kadar je meritev izvedena v standardnih razmerah, dobimo standardni potencial merjenega redoks para.
Nernstova enačba podaja:
- potencial redoks para v poljubnih razmerah:
E = E0 + RT / lnF ln[(oksid.)/(konj.red.)] n...št.izmenjanih e-
F...Faradayeva konstanta
- razliko potencialov dveh parov
∆E = ∆E0 - RT/nF ln [(k.oksid1)(k.red2)/(red1)(oksid2)]
Ravnotežje reakcije je odvisno od razlike potencialov redoks parov (∆E), ki pa je povezan z ∆G in K: ∆G0 = -nF∆E0 = -RTlnK

6.4 Oksidoredukcijske reakcije v organizmu; dihalna veriga, fotosinteza, citokromi P450
V organizmih potekajo številne oksidoredukcijske reakcije:
- redukcija piruvične kisline v mlečno kislino pri anaerobni glikolizi:
CH3-CO-COOH + NADH + H+ ↔ CH3-CHOH-COOH + NAD+, ker je E10 > E20, bo ravnotežje pomaknjeno v desno

- dihalna veriga: glukoza pri razgradnji oddaja e- in postaja vedno bolj oksidirana. Pri nadaljnji razgradnji se e- še sproščajo in zbirajo na reduciranih koencimih (NADH, FADH2), ki jih oddajajo prenašalcem e-, ki so v notranji mitohondrijski membrani organizirani v 4 proteinskih kompleksih. Elektroni tečejo preko prenašalcev (NAD+, ubikinon in citokromi), ki si v dihalni verigi sledijo v skladu z naraščajočim E0 do kisika (največji E0), kjer se s protoni iz raztopine združijo v vodo. Ta proces ustvari razliko v kislosti raztopine, ki omogoča sintezo ATP na elektrone.
- fotosinteza: pod vplivom svetlobe pride do oksidacije vode, ki oddaja elektrone. Pri tem se sprošča kisik (H2O + NADP+ ↔ O2 + NADPH)

citokromi P450: vsebuje podobno strukturo kot Hb (centralni atom Fe, na katerega so s koordinativnimi vezmi vezani 4 ligandi – pirolovi obroči). Elektroni prehajajo med citokromi, ki se razlikujejo po proteinskem delu in stranskih verigah (ki določajo redoks potencial) - preko njih se prenaša le 1e- naenkrat, ker ima 1Fe atom. Citokromi različno absorbirajo svetlobo, glede na to, ali so v oksidirani ali reducirani obliki.

7. Kemijska kinetika

7.1 Potek kemijske reakcije proti ravnovesju








7.2 Energijski profil kemijske in biokemijske reakcije
Eksotermna rkc Endotermna rkc









7.3 Hitrost reakcije in hitrostna konstanta (določanje le-te)
Hitrost kemijske reakcije je sprememba koncentracije reaktanta ali produkta v časovni enoti. Hitrost pretvorbe A in B v C in D je podana z enačbo v+1 = k+1 [A]n1[B]n2, ki odraža št.trkov med A in B, odvisna pa je od njunih aktivnosti, reda reakcij in hitrostne konstante (k+1), ki je odraz deleža uspešnih trkov.

Hitrostna konstanta: k = RT/Nh e-∆G/RT N...Avogadrovo število
h...Planckova konstanta
∆G0...aktivacijska energija (večja je ∆G0, počasnejša je reakcija v desno)

7.4 Red reakcije; določanje reda reakcije
Red reakcije pove, kako posamezen reaktant vpliva na hitrost reakcije:
- red 0: v = k [A]0  sprememba koncentracije ne vpliva na hitrost rkc, [A] pa s časom pada: [A] = [A]0 - kt
- red 1: v = k [A]1  hitrost je linearno odvisna od konc.reaktanta, [A] pada eksponentno s časom: [A] = [A]0 e-kt (t1/2 = ln2 / k)
- red 2: v = k [A]2  odvisnost je kvadratna, 1/ [A] = 1 / [A]0 + kt (t1/2 = 1/ k[A]0)

Red reakcije se da določiti eksperimentalno, če so reakcijske enačbe poenostavljene. V nasprotnem primeru je mehanizem rkc v skladu z enačbo rkc (elementarne rkc), delni redi za posamezen reaktant so enaki koeficientom pred tem reaktantom: aA + bB  cC + dD; velja: v+1 = k+1[A]a[B]b

7.5 Vpliv različnih dejavnikov na hitrost reakcije
Najpomembnejši dejavniki, ki vplivajo na hitrost reakcije, so:
- koncentracija reaktantov: povečana koncentracija reaktantov povzroči več uspešnih trkov in s tem večjo hitrost reakcije
- pH: lahko vpliva posredno (zaradi spremembe ionske moči ali pri kataliziranih reakcijah zaradi vpliva na katalizator) ali neposredno (če je reaktant proton (H+), saj ∆pH pomeni spremembo koncetracije reaktanta)
- ionska moč (μ): se kaže samo pri nabitih reaktantih  če so enako nabiti, so trki olajšani in reakcija lahko poteče hitreje in obratno
- temperatura: dvig T poveča kinetično energijo reaktantov in s tem hitrost reakcije
- prisotnost katalizatorjev: katalizator zmanjša Ea in s tem pospeši njeno hitrost
7.6 Kataliza; reakcijski mehanizem, kinetika katalizirane in nekatalizirane reakcije
Kataliza je kemijska reakcija, ki je pospešena s katalizatorjem. Katalizator je snov, ki vstopi v reakcijo, spremeni njeno hitrost in iz nje izstopi nespremenjen.


8. Prenos snovi skozi biološke membrane

8.1 Prepustnost membran v odvisnosti od biokemijskih lastnosti snovi
Membrana je prepustna za vodo, majhne ione, majhne nepolarne molekule, ne pa za velike nabite molekule (proteine). Debelina membrane je 10nm.

8.2 Termodinamika transporta in transmembranski potencial
Termodinamika transporta: če je membrana za spojine prepustna, je razlika v kemijskem potenciala gonilo, ki sili k izenačevanju koncentracij. Kemijski potencial je parcialna molarna prosta entalpija. GA – GA0 = RTln[A]
Transmembranski potencial je razlika koncentracij med zunanjo in notranjo stranjo polprepustne membrane. (cn + x)x = (cz – x)(cz – x) cn...konc. ionov znotraj
cz...konc. ionov zunaj
x...št. prpuščenih molekul










8.3 Kinetika in mehanizmi transporta
Kinetika transporta govori o hitrosti prehajanja snovi skozi membrano. Poznamo dva tipa transporta: neposredovani (enostavna difuzija) in posredovani (pasivni in aktivni).

8.4 Neposredovani transport (difuzija)
JA = DA/x [(A)Z – (A)N] = p [(A)Z – (A)N ]
JA...hitrost prenosa A na enoto površine (pretok)
DA...difuzijski koeficient x...razdalja
p...permeabilnostni koeficient spojine A, ki se prenaša (značilen za določeno membrano in določeno spojino)

Različne spojine imajo različen p – hidrofobne spojine imajo visok p (topne v lipidih), hidrofilne pa nizkega. Difuzija poteka v smeri manjše koncentracije, za prenos pa ni potrebna nobena energija.
8.5 Posredovani transport (primer: transport glukoze v eritrocitih), ionofori in porini
Posredovani transport se od neposredovanega razlikuje v:
- hitrost (večja)
- specifičnost (protein)
- saturacijska krivulja
- kompetitivna inhibicija (vezava inhibitorjev na prenašalce)
Skupen pa jima je potek v smeri manjše koncentracije.

Ko se topljenec veže na prenašalni protein, se sprosti energija, zato se energijska bariera zmanjša, in topljenec se prenese na drugo stran. Na tak način se prenaša tudi glukoza v eritrocitih [glu]Z > [glu]N. Prenašalni protein za glukozo je permeaza glukoze (zelo specifičen). Prenos poteka 50000x hitreje kot z enostavno difuzijo.Prenose so preučevali z:
- inhibitorji
- ionofori (spojine, ki naredijo membrano prepustno za določene topljence). Le-ti so lahko porini (kanalčki) in prenašalci.

8.6 Aktivni transport: hidroliza ATP kot vir energije (primer: K+/Na+ - ATPaza), ionski gradient kot vir energije (primer: simport glukoze in Na+ v črevesnem epiteliju, prenos laktoze preko celične membrane, bakterije E.coli)
Pri aktivnem posredovanem transportu se topljenec prenaša proti koncentracijskemu gradientu, zato pa je potrebna energija. Reakcija prehoda skozi membrano (endergonska) mora biti sklopljena z eksergonsko (absorbcija svetlobe, oksidacija, razcep ATP, sočasni pretok spojine v smeri konc. gradienta).
Sočasni pretok je lahko:
- primarni (akumulacija topljenca je direktno sklopljena z eksergonsko)
Pri hidrolizi ATP se sprosti energija, ki zadošča za prenos 3 Na+ in 2 K+.
3NaN+ + 2KZ+ + ATP + H2O ↔ 3NaZ+ + 2KN+ + ADP
- sekundarni (akumulacija topljenca je sklopljena)
Prehod laktoze ali glukoze (B) – gonilo je gradient nekega drugega topljenca (A).. Celoten proces je eksergonski (∆GA + ∆GB<0).

9. Ogljik kot osnovni atom biomolekul

9.1 Ogljikov atom; elektronska konfiguracija, resonanca, sterične lastnosti
126C: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz
Ogljik lahko tvori vezi med sabo in ima možnost spremembe energijskih nivojev oz. energije vezi, ki jih tvorijo. Znane so številne alotropne modifikacije (grafit, diamant v naravi,...). Ogljik pogosto prehaja v vzbujeno stanje, ko elektron iz 2s orbitale preide v 2pz orbitalo.

9.2 Vezi med ogljikovimi atomi ter med ogljikom in drugimi atomi
Ogljik tvori štiri kovalentne vezi in je osnovni gradnik molekul organskih spojin. Kadar je ogljik samostojen, je v osnovni konfiguraciji, če se veže, je hibridiziran (sp3).


10. Biomolekule splošno

10.1 Funkcionalne skupine; struktura in lastnosti
Funkcionalne skupine:
- alkoholi (-OH): -ol - etri (-O-): eter
- aldehidi (-CHO): -al - ketoni (-CO-): -on
- estri (-COO-): -oat - amidi (-CONH2): -amid
- karboksilne kisline (-COOH): -ojska
Lastnosti:
- temperatura vrelišča: Tv (eter) < Tv (alkohol) < Tv (karboksilna kisl.); vrelišče narašča z št. C-atomov in pada z razvejanostjo
- topnost pada s št. C-atomov in razvejanostjo
- v prisotnosti močnih kislin nastopajo organske molekule kot baze
- reaktivnost: alkohol < keton < aldehid < amid < karboksilna kislina < ester


10.2 Medsebojni vpliv funkcionalnih skupin (induktivni, resonančni in sterični efekt)
Do medsebojnih vplivov pride zaradi reaktivnosti funkcionalnih skupin. Nanje vplivajo skupine v bližine:
- induktivni efekt: derivat ocetne kisline je klorocetna kislina, ki je zaradi i.e. izredno močna kislina, ker klor oslabi vez med kisikom in vodikom in s tem pritegne vodik k sebi (večja KA)
- resonančni efekt: fenilamin (sicer šibka baza) ima zaradi delokaliziranega π e- večji pKB kot metilamin (ki je načelno močnejša baza)
- sferični efekt: veliki radikali na sosednjih C-atomih ovirajo reaktivno mesto (npr. ester nastane, ko je vezana aromatska skupina, ki ovira odcep OH in H ter vezavo vode – manjša hitrost reakcije)

10.3 Izomerija; vrste in biokemijski pomen
Vrste:
- konstitucijska:a) strukturna (funkcionalna): razlike v fizikalnih, bioloških in kemičnih lastnostih
b) verižna (različna razvejanost verig): razlike le v bioloških last.
c) položajna (različen položaj funkcionale skupine): le biološke lastnosti so posledica interakcij in prepoznavanja

- stereoizomerija: razlika v prostoru zaradi rotacije vezi
a) geometrijska: trans, cis (ista stran) oblika, vrtljivosti ni; pomembna v bioloških sistemih (cis retinal)
b) optična: povezana z razporeditvijo skupnih atomov okoli C-atoma (asimetričen)

10.4 Intra- in intermolekularne šibke interakcije med funkcionalnimi skupinami
S funkcionalnimi skupinami vstopajo molekule v šibke intramolekularne interakcije:
- H-vez
- hidrofobne interakcije (manjša urejenost vode, entropijski razlogi)
- Van der Waalsove interakcije (med molekulami)
Šibke intermolekularne interakcije:
- prenos funkcionalne skupine
- redoks reakcije
- prerazporeditev atomov ali skupin okoli C-atoma
- cepitev C-C...

11. Aminokisline

11.1 Vrste aminokislin; struktura, lastnosti, nomenklatura
ALANIN (Ala) ARGININ (Arg) ASPARAGIN (Asn)




ASPARAG.KSL (Asp) CISTEIN (Cys) FENILALANIN (Phe)




GLICIN (Gly) GLUTAMIN (Gln) GLUTAMIN.KSL (Glu)




HISTIDIN (His) IZOLEUCIN (Ile) LEUCIN (Leu)




LIZIN (Lys) METIONIN (Met) PROLIN (Pro)




SERIN (Ser) TIROZIN (Tyr) TREONIN (Thr)




TRIPTOFAN (Trp) VALIN (Val)





Delimo jih v različne skupine glede na naravo R:
- nepolarni R: alanin, glicin, izoleucin, leucin, prolin, valin  so hidrofobne, precej nereaktivne (ne interagirajo med seboj)
- polarni, nenabit R: asparagin, cistein, glutamin, metionin, serin, treonin  Asp in Gln nista sposobna disociacije
- aromatski R: absorbirajo UV svetlobo, tvorijo hidrofobne vezi, niso posebej aktivni;  pozitivno nabit R: arginin, histidin, lizin
 negativno nabit R: asparagin.ksl, glutamin.ksl
↓
vstopajo v interakcije ionskega značaja

11.2 Nestandardne aminokisline
Poznamo 20 standardnih in kar 300 nestandardnih AK (ne tvorijo proteinov)  njihov razvoj je povezan z njihovo specialno funkcijo:
1. DESMOZIN: tvori protein elastin (omogoča elastičnost)
2. 4-HIDROKSIPROLIN: prolin se ciklizira in dobi OH skupino (omogoča povezavo vlaken – večja trdnost)
3. 5-HIDROKSILIZIN: lizin dobi OH skupino (večja trdnost molekule)
4. -KARBOKSIGLUTAMINSKA KISLINA: prenaša dvovalentne ione Ca2+, Mg2+ (v kolagenu - vzdržuje strukturo kosti in drugih tkiv)

11.3 Optična izomerija aminokislin in D-aminokisline
Aminoskupine so spojine s kiralnimi C-atomi, so optično aktivne:
a. L-aminokisline: prisotne v naravi (v proteinih)
b. D-aminokisline: najdemo jih v strukturah nižjih organizmov, otežujejo razgradnjo teh struktur (obrambne strukture)
11.4 Aminokisline in pH; titracijske krivulje, izoionska in izoelektrična točka
Večina aminokislin ima dva pK (pK1 pri 2,2 in pK2 pri 9,4), zato so pri fiziološkem pH v obliki iona dvojčka. Nekatere pa so troprotične (zaradi R) in imajo zato pufrske lastnosti.
Titracijska krivulja nam pokaže spreminjanje pH pri dodajanju baze ali kisline (dvoprotične AK imajo 2 polekvivalentni točki, triprotične pa 3).












2 značilni točki:
- IZOELEKTRIČNA TOČKA: pH, pri katerem AK nima naboja [pI = ½ (pK1 + pK2)]
- IZOIONSKA TOČKA nam pove, kolikšen bi moral biti pH v čisti vodi, da bi bila AK v obliki iona dvojčka

11.5 Analitika aminokislin; značilne reakcije in ločevanje
Značilne reakcije AK, ki potekajo na funkcionalne skupine:
- pomembne za COOH skupino: nastanek peptidne vezi, amidacija karboksilne kisline (CONH2), dekarboksidacija (izguba COOH skupine, nastane biogeni amin)
- pomembne za NH2 strukturo: peptidna vez, ninhidrinska reakcija
- funkcionalne skupine v R: ksantoproteinska reakcija (poteka na R fenilalanin in tirozin – dušikova kislina nitrira obroč, rumena barva dokaže prisotnost aromatskega obroča)

Ločevanje AK glede na: - absorbcijo svetlobe
- kislinsko-bazne lastnosti (različen pH)
- topnost v različnih topilih
Postopki ločevanja:
- IONSKO-IZMENJEVALNA KROMATOGRAFIJA (na anionski ali kationski izmenjevalec se veže AK z nasprotnim nabojem (skozi pride šele s ∆pH), AK z istim nabojem pa nemoteno potuje skozi)
- ELEKTROFOREZA (izkorišča različno gibljivost AK v električnem polju)
- PAPIRNA KROMATOGRAFIJA (AK potuje proti topilu ali ostaja na papirju glede na njeno afiniteto)

12. Peptidi

12.1 Peptidna vez; nastanek, moč in lastnosti
Peptidna vez nastane med aminoskupino ene AK in karboksilno skupino druge AK z odcepom vode.
Lastnosti: - ima značaj delno dvojne vezi
- je močna (kovalentna)
- planarna in rigidna (trdna), kar onemogoča vrtenje okoli vezi
12.2 Definicija peptidov in nomenklatura
Peptidi so strukture, sestavljene iz 2 ali več aminokislin, povezanih s peptidno vezjo.
Nomenklatura: poimenujemo jih od amino proti karboksilnemu koncu (npr. Ser-Gly-Tyr  seril-glicil-tirozin); strukture z več kot 5 AK imajo trivialna imena.

12.3 Vrste biološko aktivnih peptidov in njihov pomen
PEPTIDNI HORMONI
PEPTIDNI NEVROTRANSMITORJI  prenašajo živčni dražljaj preko sinapse od nevrona do nevrona ali drugih celic;
ENDORFINI (z razgradnjo nastanejo ENKEFALINI)  peptidi v CŽS, ki se sintetizirajo ob stresu in bolečini ter se vežejo na opiatne receptorje in s tem zmanjšajo bolečino, imajo pa še druge učinke (evforija, povečan apetit, močnejši imunski odgovor)
PEPTIDNI ANTIBIOTIKI  v celoti ali le deloma sestavljeni iz AK; so inhibitorji encimov, ki so potrebni za sintezo celične stene (najbolj znan penicilin)
PEPTIDNI TOKSINI  so komponente strupov (obrambne substance) pri plazilcih, dvoživkah...delujejo litično (hemolitično), uničujejo membrane in napadajo živčni sistem (preprečujejo prenos impulza na dva načina:1.preprečujejo vezavo NT (sproščene mišice – slabo za dihanje); 2. ko se veže, povzroči odprtje kanalov (zakrčenje – slabo za dihanje))

12.4 Peptidni hormoni; struktura in funkcija insulina, glukagona, vazopresina in oksitocina
Značilnosti peptidnih hormonov:
- od 10 do preko 100 AK
- so vodotopni in ne morejo vstopiti v celice preko membran
- nastajajo iz večjega proteina s proteolizo
Predstavniki:
- hormoni hipotalamusa (sprostitveni hormoni ali liberini)
- prednjega režnja hipofize (tropini)
- zadnjega režnja hipofize (vazopresin in oksitocin)
- trebušne slinavke (insulin in glukagon)

INSULIN: zgrajen je iz 2 polipeptidnih verig, ki se sintetizirajo iz proinsulina. V tkivih poveča absorpcijo glukoze iz krvi v celice (pomemben pri uravnavanju količine glukoze v krvi).
GLUKAGON: je antagonist insulina, sestavljen je iz ene ravne verige 29 AK; dviguje količino glukoze v krvi.
OKSITOCIN: je ciklični nonapeptid. Ob porodu sproži krčenje gladkih mišic maternice, njegova vloga pri vzpodbujanju navezanosti matere na otroka pa ni potrjena.
VAZOPRESIN: se od oksitocina razlikuje le v 2 AK, a ima bistveno drugačne lastnosti: širjenje in krčenje žil ter reabsorpcijo vode.

12.5 Osnove delovanja peptidnih hormonov na molekulski ravni
Vodotopni (peptidni) hormoni ne morejo v celico  receptorji na membrani se ob tem spremenijo in prenesejo signal v notranjost celice.
Prenos signala: hormon + receptor ↔ kompleks hormon-receptor

12.6 Hormoni žleze ščitnice in njihova funkcija
Sproščanje tirotropina iz hipofize povzroči sproščanje hormonov žleze ščitnice (tiroksina in trijodtironina)  delujejo na mišice in jetra; imajo hormonsko aktivnost (uravnavajo metabolizem) – veliko tiroksina (hiperaktivne osebe).
12.7 Peptidni antibiotiki in antibiotiki, ki nastanejo iz aminokislin
Peptidni antibiotiki:
- penicilin  velika skupina antibiotikov iz Cys in Val, ki se razlikujejo v R; preprečijo nastanek bakterijske stene
- valinomicin  uravnava koncentracijo K+ in Na+
- aktinomicin  deluje kot antibiotik in citostatik (antikancerogeno delovanje)

Antibiotiki iz AK:
- biogeni amini
- porfirini (hem in njegovi derivati) v: hemoglobinu, fotosintetskem centru, citokromih
- poliamini (spermin, spermidin): vključeni v zvijanje DNA

13. Biogeni amini

13.1 Nastanek, vrste in strukture biogenih aminov
Biogeni amini nastanejo z dekarboksilacijo AK, včasih potrebujejo še dodatne kemične spremembe. Vrste:
a. HISTIDIN  HISTAMIN
b. TRIPTOFAN  SEROTONIN (antagonist histamina)
c. TIROZIN  DOPA  DOPAMIN  NORADRENALIN  ADRENALIN
d. TIROZIN  TIRAMIN (vpliva na kontrakcijo gladkega mišičja)
e. TIROZIN  TIROKSIN (uravnava nastavitev metabolizma)
f. SERIN  ETANOLAMIN (gradnik lipidov)  HOLIN  ACETILHOLIN (glavni nevrotransmitor v motoričnih ploščicah in sinapsah)
g. ORNITIN  ...  SPERMIN (v semenski tekočini, pomembna vloga pri maskiranju neg.nabojev DNA)
h. LIZIN  KADAVERIN (povzroča gnitje proteinov)

13.2 Strukturne osnove delovanja adrenalina, noradrenalina, GABA, histamina in serotonina
HISTAMIN  pospešuje izločanje želodčnega soka, širjenje kapilar (prekrvavitev), alergijske reakcije (antihistaminiki zmanjšajo njegovo delovanje)
SEROTONIN  je vasokonstriktor, ki krči žile, dviguje krvni tlak (uporaben pri migreni)
GABA  nastane iz glutaminske ksl (z odcepom CO2); je inhibitorni nevrotransmitor v CŽS (zmanjša intenzivnost živčnega impulza)
NORADRENALIN in ADRENALIN sta kateholamina, ki povzročata dvig pulza in povečan krvni tlak (stisnejo se žile).

14. Ogljikovi hidrati

14.1 Definicija in razdelitev ogljikovih hidratov
Ogljikovi hidrati so strukture ogljika, vodika in kisika, ki predstavljajo enega glavnih virov energije in tudi pomembno strukturno enoto (rastlin).
Glede na št.povezanih obročev ločimo:
- MONOSAHARIDE:
 aldoze (na prvem C-atomu vezana aldehidna skupina)
 ketoze (na drugem C-atomu vezana ketonska skupina)
- DISAHARIDE
- POLISAHARIDE
Glede na št.C-atomov ločimo: trioze, tetroze, pentoze, heksoze
14.2 Monosaharidi aldoznega tipa; predstavniki, strukture in pomen

TRIOZE TETROZE PENTOZE HEKSOZE
D-gliceraldehid D-eritroza D-riboza




D-glukoza
D-arabinoza






D-manoza
D-xiloza






D-galaktoza (del mlečnega sladkorja)

Fizikalne lastnosti: - brezbarvne kristalične spojine
- dobro topne v vodi (OH skupine), slabo pa v nepolarnih topilih
- v ravnotežju sta vedno ciklična (prevladuje) in aciklična oblika (pomembna za večino reakcij)

14.3 Monosaharidi ketoznega tipa; predstavniki, strukture in pomen

TRIOZE PENTOZA HEKSOZA
Dihidroksiaceton





D-ribuloza



D-fruktoza (del saharoze, pomemben metabolit pri pretvorbi glukoze)

Splošne značilnosti monosaharidov:
- splošna formula CnH2nOn
- vodotopni zaradi mnogo OH-skupin
- energijske in strukturne molekule in gradniki mnogih drugih molekul
- sladkega okusa
- ciklične in aciklične oblike
- mutarotacija in redukcijske lastnosti

14.4 Derivati monosaharidov; amino-, acetil-, alkil- in sulfoderivati
Derivati čistih monosaharidov nastanejo z zamenjavo ene od OH skupin ali enega H.
AMINODERIVATI (na drugem C-atomu je OH skupina zamenjana z NH2 skupino):
- ß-D-glukozamin
- ß-D-galaktozamin
- ß-D-manozamin
- muraminska kislina (ima na tretjem C-atomu namesto OH vezan še R [-O-CH(CH3)-COO-]

ACETILDERIVATI (derivati aminoderivatov  na dušikovo skupino vezan –CO-CH3)
- N-acetil–ß-D-glukozamin
- N-acetilmuraminska kislina

ALKILDERIVATI (izgubijo OH; sestavljajo oligosaharide, ki določajo krvno skupino)
- ß-L-fukoza (iz L-galaktoze)
- α-L-ramnoza (iz L-manoze)
- sialična kislina (N-acetilnevraminska kislina  glukoza + piruvična kislina)

FOSFODERIVATI (PO32- se veže na OH šestega C-atoma)
- ß-D-glukoza-6-fosfat (pomemben intermediat pri glikolizi)

14.5 Optična izomerija in mutarotacija
Pogoj za optično izomerijo je asimetričen C-atom (kiralni center), ki omogoča vsaj dva optična izomera (enantiomera – zrcalni sliki, ki imata enake kemične in fizikalne lastnosti, le ravnino polarizirane svetlobe sukata v nasprotni smeri; v naravi le D-oblika)  možno le pri aldozah. Specifična rotacija: α = /α/Tλ c l [°mL/g dm]

Mutarotacija je pretvorba med anomeroma preko neciklične oblike (α↔ß). Anomera se razlikujeta v specifični sučnosti (α > 100, ß ~ 10-20)






14.6 Glikozidna vez; tipi in lastnosti
V molekuli disaharida sta enoti monosaharida povezani z glikozidno (estrsko) vezjo med anomernim C-atomom ene enote in OH-skupino druge enote; vez nastane s kondenzacijo (odcepom vode).
Vrste: - α-glikozidna vez (α-oblika ene anomere povezana z OH druge anomere)
- ß-glikozidna vez (ß-oblika povezana z OH druge anomere)
- interakcija mesto 1,4´ (maltozni tip reakcije)
- interakcija mesto 1,1´ (trehalozni tip reakcije)
- interakcije mesto 1,3´ in 1,2´ so zaradi visoke energijske bariere redke

Trehaloza in maltoza imata različne kemijske lastnosti: pri trehalozi ciklična oblika ne more več razpasti, mutarotacija ni možna, ne kaže več redukcijskih lastnosti, medtem ko se maltoza lahko oksidira, aciklizira...
Človek in večina živali v prebavnem traktu nima encimov, ki katalizirajo hidrolizo ß-glikozidnih vezi, zato lahko uporabijo kot vir glukoze le polisaharida škrob in glikogen.

14.7 Disaharidi; vrste, lastnosti in pomen
Vrste:
CELOBIOZA = ß-glukoza + ß-glukoza (1,4´-ß vez)
TREHALOZA = α-glukoza + α-glukoza (1,1´-α vez)
- najdemo jo pri insektih
- zaloga energije v krvi
MALTOZA = α-glukoza + ß-glukoza (1,4´-α vez)
- razgradni produkt škroba in glikogena
SAHAROZA = α-glukoza + ß-fruktoza (1,2´-α,ß´vez)
- ni prostih reducirajočih koncev (trehalozni tip)
- pesni sladkor
LAKTOZA = ß-galaktoza + ß-glukoza (1,4´-ß vez)
- mlečni sladkor

14.8 Laktoza in laktozna intoleranca
Laktoza ima 1,4´- ß glikozidno vez, ki je zelo redka (pri živalih). Za razgradnjo je potreben encim LAKTAZA. Problem se pojavi pri dojenčkih, ki zaradi pomanjkanja encima ne morejo prebaviti laktoze, kar vodi do LAKTOZNE INTOLERANCE (dojenček ne napreduje, nabiranje laktoze v prebavnem traktu - driska  genetska bolezen).

14.9 Oligosaharidi in njihova vloga pri medceličnem in medmolekulskem prepoznavanju
Oligosaharidi imajo pomembno vlogo kot posredniki med celico in zunanjostjo (virusi, bakterije, limfociti). Večinoma se vežejo na membranske proteine in tako tvorijo glikoproteine in glikolipide.
Primer: pri vnetjih se na specifičen glikoprotein veže limfocit preko lektina.
14.10 Biokemijske osnove krvnih skupin (tip A, B, 0)
Osnova krvnih skupin so oligosaharidi na sfingolipidu. Oligosaharid iz 5 enot (substanca H) je osnova, ki jo imamo vsi.
Krvna skupina: - 0 substanca H
- A substanca H + N-acetilgalaktozamin
- B substanca H + galaktoza
- AB substanca H + N-AcGalAm / Gal
Sladkorji, vezani na substanco H, delujejo kot antigeni  če pridejo v tuje telo (npr.s transfuzijo), jih imunski sistem prepozna in napade.
Krvne skupine se dedujejo  dedujejo se encimi za specifično izgradnjo substance H in transferaza za N-AcGalAm ali Gal.

14.11Polisaharidi; homoglikani, heteroglikani
Polisaharidi so sestavljeni iz velikega števila monosaharidov, povezanih z glikozidnimi vezmi. Lahko so razvejani ali nerazvejani, razlikujemo pa:
- HOMOPOLISAHARIDE (iz ene vrste monosaharidov)  enostavni sladkorji (glikogen, škrob, celuloza, hitin)
- HETEROPOLISAHARIDE (iz 2 ali več vrst monosaharidov)  sestavljeni sladkorji (glukozaminoglikani)

14.12 Škrob; struktura, biokemični pomen
ŠKROB večinoma vsebuje 20-25 amiloze in 75-80 amilopektina:
AMILOZA je nerazvejen polisaharid, ki ima povezanih do 4000 D-glukoznih enot z 1,4´-α glikozidnimi vezmi (v prostoru se zvije v vijačnico).
AMILOPEKTIN ima razvejeno strukturo in vsebuje 2 vrsti glikozidnih vezi: 1,4´-α vez (ki povezuje enote v osnovno verigo) in 1,6´-α vez (ki povzroča razvejanost molekule).
Škrob je skladiščni (rezervni) polisaharid v rastlinah (glikogen pa v živalih) če ima celica dovolj energije, se škrob sintetizira, ob pomanjkanju energije pa se razgrajuje.










14.13 Strukturni polisaharidi; celuloza, hitin, glukozaminoglikani
Strukturni polisaharidi gradijo strukturo živali in rastlin. Poznamo več vrst:
-CELULOZA: sestavljena iz ß-D-glukoz, povezanih z 1,4´-ß glikozidnimi vezmi. Celulozna vlakna, ki kompaktno strukturo, so zgrajena iz linearnih verig, med seboj povezanih s H-vezmi prek OH-skupin na vzporednih verigah; je najbolj razširjen ogrodni material rastlin.
-HITIN: sestavljen iz N-acetilglukozaminov, povezanih z 1,4´-ß vezmi.Najdemo ga v živalskem svetu (v oklepu členonožcev).
-GLUKOZAMINOGLIKAN: polisaharidni del je iz različnih gradnikov (hetero-disaharidov), povezanih v dolge verige, ki se navezujejo na proteinsko verigo. So pomemben del glikoproteinov. Prispeva k trdnosti kosti, hrustanca in žilnih sten, sestavlja pa tudi srčno zaklopko.
Gradniki: - hialuronan (glukuronska kislina + N-acetilglukozamin)
- hodroitin–4–sulfat (glukuronska ksl + N-acetilgalaktozamin)
- keratansulfat (galaktoza + N-acetilglukozamin)

14.14 Hidroliza glikozidnih vezi pri polisaharidih
V vodi se glikozidna vez (ob katalitičnem delovanju H+ ionov) cepi v dveh stopnjah:
1. polisaharid se protonira (PS + H+  PSH+)
2. protoniran polisaharid veže vodo in razpade v več enot (PSH+ + H2O  S1 + S2 + H+)
- celuloza  celobioza  glukoza
- amiloza  maltoza  glukoza
- amilopektin  dekstrini  maltoza  glukoza

14.15 Celična stena; struktura, biokemična stabilnost
Celične stene imajo pomembno vlogo za preživetje in zelo kompleksno strukturo. Najpomembnejši gradnik celičnih sten rastlin je celuloza (ki včasih predstavlja kar 50 - pri celični steni dreves), celičnih sten živali pa hitin. Oba omogočata mehansko trdnost.

14.16 Glikoproteini; strukturne karakteristike, pomen ogljikohidratnega dela za funkcijo, površino celice in karakteristike membrane
Glikoproteini so oligosaharidi, vezani na proteine (na zunanji strani celice)  pomembni so za: - prepoznavanje snovi, ki se približujejo celični membrani (imajo veliko OH- skupin, ki prepoznajo veliko molekul)
- signalne sekvence: virusi in bakerije prepoznajo specifično mesto na membrani preko oligosaharidov in potem prodrejo v notranjost celice
14.17 Vloga pri detoksifikaciji organskih spojin v organizmu
Toksične snovi skušamo nevtralizirati ali s pretvorbo v netoksične (ponavadi z razgradnjo  imunski sistem) ali pa s pretvorbo v bolj topno obliko (iz slabo topne) z vezavo hidroksilnih skupin.
Ogljikovi hidrati so dobro topni v vodi, zato jih telo izkorišča za detoksifikacijo netopnih toksičnih susbtanc tako, da jih nanje veže, naredi zato bolj topne in jih s tem lažje izloči (ponavadi z urinom).

15. Lipidi

15.1 Maščobne kisline; vrste, lastnosti in vloga
Osnovne maščobne kisline imajo sodo št.C-atomov, lahko so:
- nasičene (ni dvojnih vezi, pri sobni T so v trdnem stanju  masti)
- PALMITINSKA KSL (16 C-atomov)
- STEARINSKA KSL (18 C-atomov)
- nenasičene (pri sobni T so v tekočem stanju  olje; več dvojnih vezi  nižja TT + večja fluidnost; dvojne vezi so v konfiguraciji cis )
- OLEINSKA KSL (18: 1∆9)
- LINOLNA KSL (18: 2∆9,12)
- LINOLENSKA KSL (18: 3∆9,12,15)
- ARAHIDONSKA KSL (20: 4∆5,8,11,14)

Vloga maščobnih kislin: - skladiščijo energijo
- izolacijski material (zaščita pred mrazom)
- rezerva hrane
- pomembna komponenta lipidov
LIPIDI so velika skupina bioloških molekul, za katere je značilna slaba topnost v vodi. Nekateri so v celoti hidrofobni, večina pa je amfipatičnih  imajo hidrofobni in hidrofilni del. Razdelitev lipidov:
- rezervni lipidi (skladiščijo energijo)  triacilgliceroli
- strukturni lipidi (gradijo membrano)  glicerofosfolipidi, sfingolipidi, steroli
- lipidi s specifičnimi biološkimi aktivnostmi  steroidi, eikozanoidi, lipidotopni vitamini

15.2 Triacilgliceroli; struktura in pomen
Triacilgliceroli (TAG) so estri glicerola in treh maščobnih kislin.







Pomen: netopni v vodi, rezervne hranilne snovi, izolacijska plast živali mrzlega podnebja. Večina TAG je mešanih (če sta maščobni ksl na C1 in C3 različni, je C2 kiralni center).

15.3 Fosfoglicerolipidi; vrste, struktura, lastnosti in pomen
Osnova fosfoglicerolipidov je glicerol, zaestren z dvema maščobnima kislinama in s fosforno kislino (lahko je zaestrena z alkoholom ali aminoalkoholom).

R1: etanolamin

holin

serin

glicerol

inozitol

Pomen: gradniki membran (ker so amfipatični), lahko so tudi signalne molekule

15.4 Sfingolipidi; vrste, struktura in pomen
Osnova sfingolipidov je sfingozin, na katerega je z amidno (peptidno) vezjo vezana maščobna kislina, na kisik pa še dodaten radikal (R2).

Vrste glede na R2:
a. SFINGOMIELINI: - fosfoholin
- fosfoetanolamin
b. CEREBROZIDI (ogljikovi hidrati): - glukoza
- galaktoza
- di-, tri- ali tetrasaharidi
c. GANGLIOZIDI: kompleksni oligosaharidi z vedno prisotno sialično kislino (zato kisli)
Pomen: sfingolipidi in fosfoglicerolipidi se nahajajo v membranah (zelo so si podobni), sfingomielin je izolator aksonov živčnih celic.

15.5 Biološke membrane; biokemični vidiki strukture in funkcije
Lastnosti membran:
- definira celico (loči celico od okolja)
- celico deli na notranje kompartmente
- nadzor nad transportom snovi
- omogoča koncentriranje snovi
- omogoča komunikacijo med celicami

Vsebuje 60 proteinov in 40 lipidov (v večini fosfolipidi, ker so amfipatični  hidrofobne interakcije  lipidni dvosloj). V membranah najdemo tudi holesterol (poveča trdnost), njegove estre, sterole in proteine.
Pomembna lastnost membrane je tudi rigidnost (trdnost membrane omogoča obliko celice) in fluidnost (omogoča difuzijo, transport).

Proteini so v membrano vgrajeni na 3 načine:
- integralni proteini (hidrofoben del med membrano, hidrofilen zunaj)
- periferni proteini (vezani na membrano ali na integralni protein)
- s hidrofobnimi sidri so zasidrani v membrano

15.6 Hidroliza estrske vezi pri lipidih
Za razgradnjo fosfolipidov so pomembni 4 encimi fosfolipaze:
- FOSFOLIPAZA A1 (napade vez med glicerolom in nasičeno maščobno kislino)
- FOSFOLIPAZA A2 (glicerol – nenasičena maščobna kislina)
- FOSFOLIPAZA C (2 signalni molekuli: diacilglicerol – IP3)
- FOSFOLIPAZA D (fosforna kislina – njen radikal)
15.7 Gradniki lipidov kot signalne molekule; nenasičene maščobne kisline in fosfoinozitolfosfat
Maščobne kisline (posebno večkrat nenasičene) so tudi signalne molekule. Fosfoinozitolfosfat je intracelularni fosfolipid, ki ga aktivirana fosfolipaza C katalizira v 2 strukturi: - diacilglicerol  aktivacija proteinskih kinaz C  aktivacija encimov
- inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3), ki se zaradi hidrofilne strukture sprosti v celico; je sekundarni obveščevalec, ki povzroči aktivacijo encimov in druge hormonske odgovore

15.8 Eikozanoidi (prostaglandini, prostaciklini, tromboksani in levkotrieni); struktura in pomen
EIKOZANOIDI so biološko aktivne snovi, nastale iz arahidonske kisline. Ločimo parakrine ali tkivne hormone 3 vrst:
-PROSTAGLANDINI (PGE in PGF) vplivajo na krčenje gladkih mišic, uravnavajo ciklus spanja, povzročajo vnetja in zvišanje T
-TROMBOKSANI  vplivajo na strjevanje krvi (aspirin jih uničuje)
-LEVKOTRIENI  krčenje mišic v dihalnih poteh (astma)









15.9 Transport lipidov v vodnem okolju in emulgiranje maščob; miceli, lipoproteini in liposomi
LIPOPROTEINI prenašajo po krvi lipide, ki niso topni v vodi. Imajo kroglasto strukturo, z navzven obrnjenim hidrofilnim delom in navznoter obrnjenim hidrofobnim repom. V notranjosti krogle so triacilgliceroli, na površini pa apoproteini, ki imajo prepoznavno funkcijo (prepoznajo mesto vezave).
MICELI nastanejo, ko koncentracija amfifilnih molekul (lipidov) naraste čez določeno mejo. Tvori jih lipidni enosloj, ki iz notranjosti popolnoma izrine vodo, lahko pa prenaša nepolarne molekule – sposobnost solubiliziranja (prenašalci detergentov in zdravilnih učinkovin).
LIPOSOMI imajo kroglasto strukturo, ki jo omejuje lipidni dvosloj – voda se nahaja v njegovi sredini in izven njega.

15.10 Steroidi; splošna struktura, razdelitev, stereokemija in nomenklatura. Holesterol; struktura in pomen
STEROIDE sestavljajo 4 kondenzirani hidrofobni obroči in substituenti. Glede na št.C-atomov lahko steroide različno poimenujemo, pomemben pa je tudi položaj substituentov (α, ß) in povezava med obročema A in B:
- trans-5α H atom (steroli, steroidni hormoni)
- cis-5ß H atom (žolčne kisline)
-
Najdemo jih med: - strukturnimi lipidi (steroli, holesteroli)
- lipidi s specifičnimi biološkimi aktivnostmi (steroidni hormoni)


Funkcije: - izgrajevanje membran
- absorpcija in razgradnja lipidov
- vpliv na metabolizem ogljikovih hidratov in proteinov
- koncentracija elektrolitov
- spolni razvoj
HOLESTEROL ima obliko steroida z OH-skupino, vezano na C3, in dvojno vezjo na C5. Obroča A in B sta povezana trans, -OH je v položaju ß.





Pomen: - struktura membran (fluidnost, rigidnost)
- prekurzor steroidnih hormonov, žolčnih kislin in vitamina D
- v prevelikih količinah je škodljiv  ateroskleroza (poapnenje žil)

15.11 Žolčne kisline; vrsta, struktura in pomen
Žolčne kisline so derivati holesterola, nastajajo v jetrih in se izločajo z žolčem.
Vrste:
- primarna žolčna kislina:
- holna
- sekundarna žolčna kislina:
- deoksiholna
- litoholna kislina
Pomen:- emulgirajo maščobe
- aktivirajo lipaze
- so edina oblika steroidov, ki se izloča iz telesa
- žolčna kislina vrine vodo v lipid in razdeli lipidne kaplje na več manjših; s tem se poveča površina in delo lipaz je olajšano
Strukturne posebnosti:- več hidrofilnih skupin (amfipatičnost)
- sekundarne vežejo glicin ali taurin
- A in B sta povezana cis
- OH skupine so v položaju α

15.12 Steroidni hormoni; struktura in funkcija kortikosteroidov in spolnih hormonov
Steroidni hormoni so derivati holesterola; osnovni skelet je podoben, le substituenti so različni. Ločimo:
- KORTIKOSTEROIDE (hormoni nadledvične žleze): glukokortikoidi, mineralokortikoidi; Funkcija: vpliv na metabolizem OH in proteinov, zmanjšujejo imunski odziv ter vnetne in alergijske reakcije; vpliv na krvni tlak, zadrževanje vode v ledvicah.
- SPOLNE HORMONE:
- androgeni:  testosteron (glavni moški hormon, nastaja v testisih)
 androstendion
Struktura: O na C3, OH na C17, dvojna vez na C4
Funkcija: uravnavajo razvoj moških sek.spolnih znakov, anabolno delovanje
- estrogeni:  estradiol (glavni ženski hormon, nastaja v jajčnikih)
 estron
Struktura: OH na C3, C17 ter aromatski A obroč
Funkcija: uravnavajo razvoj ženskih sek.spolnih znakov
- progestageni:  progesteron (vsebujejo ga kontracepcijske tablete)
Struktura: O na C3, COCH3 na C17, dvojna vez na C4
15.13 Strukturne osnove delovanja steroidnih hormonov
- so lipidotopni
- do tarčnih tkiv potujejo s pomočjo prenašalnih proteinov (globulini)
- difuzija preko membrane
- vezava na receptor v celici (specifično zaporedje DNA – HER)
- prepis, translacija in sinteza proteinov, ki vplivajo na metabolizem celice

15.14 Lipidotopni vitamini; skupne značilnosti
Vitamini so snovi, ki jih nujno potrebujemo v majhnih količinah in jih ne znamo sintetizirati sami, zato jih moramo dobiti iz okolja. Lipidotopni vitamini so hidrofobne nepolarne molekule (niso ne amini ne koencimi).
Poznamo več vrst: - vitamin A
- vitamin D
- vitamin E
- vitamin K
Normalno se absorbirajo v telo ob normalni absorpciji maščob, za katero je potrebna prisotna žilčna kislina. Prenašajo se s pomočjo lipoproteinov in posebnih prenašalnih proteinov. Shranjujejo se v z maščobo bogatih strukturah (npr.jetrih), iz telesa pa se ne morejo izločiti, zato sta škodljivi tako hipovitaminoza kot hipervitaminoza.
15.15 Struktura in vloga vitamina A v vidnem ciklusu
Retinal (hormon retinola, nastane z oksidacijo in izomerizacijo) ima funkcijo hormona in pa predvsem vidnega pigmenta v očesu. Skupaj z vidnim proteinom opsinom sestavlja rodopsin. V temi je v 11-cis obliki, v prisotnosti svetlobe pa se spremeni v trans konfiguracijo.

15.16 Struktura in vloga vitaminov D, E, K
Vitamin D: je derivat holesterola, ima dve med seboj enakovredni obliki, le da se ergosterol nahaja pri rastlinah, 7-dehidroholesterol (D3) pa pri živalih. V aktivirani obliki nadzira koncentracijo kalcija v kosteh in ledvicah. Regulira gensko ekspresijo, potreben pa je tudi za imunski sistem.






Vitamin E (tokoferol): najdemo ga v rastlinskih oljih in semenih. Njegova glavna vloga je zaščita plazmaleme in subcelične membrane. S svojim aromatskim obročem uniči proste radikale in tako prepreči oksidacijo membrane (deluje kot antioksidant). Učinkovit je pri velikih koncentracijah kisika, zato ga najdemo v membranah eritrocitov, dihal.





Vitamin K: sestavljen iz menadionina, na katerega sta pripeti 2 različni verigi (filokinin K1, menakvin K2). Deluje kot koencim, pomemben pa je pri strjevanju krvi.




15.17 Biokemijski vidiki hiper- in hipovitaminoz

hipovitaminoza hipervitaminoza
Vitamin A napake v razvoju in rasti osteoporoza, okvare vida
Vitamin D rahitis dehidracija, okvare ledvic
Vitamin E anemija, nevrološke motnje glavoboli, dvojni vid, diareja
Vitamin K počasno strjevanje krvi anemija, hemoliza

16. Vodotopni vitamini

16.1 Karakteristike vodotopnih vitaminov
Delujejo kot izhodne spojine za koencime, ki pomagajo encimom, da se nanje vežejo prostetične skupine (elektroni, različne atomske skupine). So vodotopni (polarnost), dobimo jih s hrano, saj jih nismo sposobni sintetizirati.
16.2 Struktura in vloga tiamina, riboflavina, nikotinske kisline, pantotenske kisline, piridoksina, vitamina B12, biotina, folne kisline in vitamina C

Prekurzor(vitamin) Koencim Skupina prenosa Struktura
Tiamin (vitamin B1) Tiamin pirofosfat Aldehidna skupina





Riboflavin (vitamin B2) FMN, FAD Elektroni in protoni





Nikotinska kislina (niacin) NAD Hidridni ion (H-)





Pantotenska kislina Koencim A Acilne skupine





Piridoksin (vitamin B6) Piridoksal fosfat Amino skupine





Vitamin B12 Cianokobalanin H-atomi in alkilne skupine

Biotin Biocitin CO2 (-COOH)





Folna kislina Tetrahidrofolna kislina Skupine z enim C-atomom


Vitamin C Ni prekurzor koencima (je antioksidant)





16.3 Biokemijski vidiki hipovitaminoze
Hipovitaminoze povzročajo sistemske bolezni, ki se ponavadi najprej poznajo na koži in živčevju. Zdravimo jih z dodajanjem vitamina.

17. Nukleotidi

17.1 Purinske in pirimidinske baze; struktura in lastnosti
PURINSKE BAZE PIRIMIDINSKE BAZE
ADENIN




CITOZIN
GVANIN



TIMIN



URACIL

Lastnosti:
- sposobnost tavtomerije (prehod H iz ene skupine na drugo na isti bazi: lactam  lactim  dvojni lactim, pri fiziološkem pH najpogostejši lactam)
- absorbirajo svetlobo v UV območju (če je baza vezana, absorbira manj)

17.2 Nukleozidi in nukleotidi; struktura in nomenklatura
NUKLEOZIDI = dušikova baza + riboza (deoksi-riboza)
NUKLEOTID = dušikova baza + riboza (deoksi-riboza) + fosforna kislina



Baza Nukleozid Nukleotid
Baza Baza + riboza Baza+riboza+fosfat
Citozin



citidin (d)CMP, CDP, CTP

Timin



timidin (d)TMP, TDP, TTP
Uracil



uridin (d)UMP, UDP, UTP
Adenin



adenozin (d)AMP, ADP, ATP
Gvanin



gvanozin (d)GMP, GDP, GMP

17.3 Nukleotidi in njihova vloga pri skladiščenju in prenosu energije
Vsi nukleotid trifosfati so molekule z energijsko bogato vezjo. Pri hidrolizi trifosfata v difosfat in naprej v monofosfat (ATP  ADP  AMP) se sprosti kemična energija. Tudi difosfati so energijsko bogate molekule, a obstaja več resonančnih oblik, zato težje razpadejo v vodi. Hidroliza ima pomembno vlogo pri sklapljanju z endergonskimi reakcijami (transport skozi membrano, gibanje, biosinteza).
ATP se lahko pretvori v katerikoli nukleotid trifosfat brez izgube energije. Ti so sposobni prenašai energijo v sklopljenih reakcijah biosinteze biomolekul:
- polisaharidi: ATP, UTP
- proteini: ATP, GTP
- porfirini, celuloza: GTP

17.4 Ciklični nukleotidi kot sekundarni obveščevalci
Nukleotid trifosfati imajo pomembno vlogo kot znotrajcelični (sekundarni) obveščevalci. Po prejemu signala se aktivirata encima adilat ciklaza (adenilat / gvanilat ciklaza) in fosfodiesteraza, ki povzročita ciklizacijo ATP (cATP). cATP aktivira protein kinazo, ki s fosforilacijo aktivira vrsto encimov v celici.
Sistem za prenos signala preko celične membrane je izredno kompleksen. Sestavljajo ga mnogi ligandi (hormoni), receptorji, mnogo vrst G-proteinov ter efektorskih in regulacijskih molekul. Posledica: mnogo vrst učinkov.


17.5 Nukleotidi kot gradniki nukleinskih kislin
Eno verigo nukleinskih kislin sestavljajo zaporedja nukleotidov, povezanih s fosfodiestrsko vezjo, ki povezuje fosforno kislino (na 5´ koncu) z OH skupino (na 3´ koncu). DNA molekule sestavljajo A, G, C in T, pri RNA molekulah pa namesto T nastopa U.

18. Nukleinske kisline

18.1 Vrste nukleinskih kislin, biokemijska zgradba in vloga
DNA: njena osnovna struktura so dušikove baze pripete z N-glikozidno vezjo na ß-deoksiribozo, ki je preko fosfoestrske vezi povezana s fosfatom (deoksiribozi sta med seboj povezani preko fosfata s fosfodiestrsko vezjo). Sestavljena je iz dveh polinukleotidnih verig, asimetrično položenih druga na drugo in povezanih z vodikovimi vezmi med baznimi pari (A = T, G Ξ C). Dvojna vijačnica ima sekundarno in terciarno strukturo. Njena glavna vloga je zapis genskega materiala in prenos na potomce (s podvajanjem). Kasneje so odkrili, da se DNA lahko nahaja v treh strukturnih oblikah (A, B in Z). Kadar B-DNA (desnosučni heliks) ni v vodnem okolju, se transformira v A-DNA (sploščen desnosučni heliks). Z-DNA pa je zelo redka (levosučni heliks).
RNA: Poznamo tri vrste, mRNA, tRNA in rRNA, ki se med seboj ločijo po funkciji. Za razliko od DNA, je enojna veriga sestavljena iz baz (A = U, G Ξ C) in sladkornega obroča ß-riboze.
- mRNA (messenger RNA): transkripcija zaporedja nukletidov na DNA v ustrezna zaporedja nukleotidov na RNA.
- tRNA (transfer RNA): prevaja informacije iz mRNA v zaporedje aminokislin proteina
- rRNA (ribosomal RNA): strukturna komponenta ribosomov

18.2 Fizikalno-kemijske osnove sekundarne strukture NK
Osnova za sekundarno strukturo DNA je komplementarna in antiparalelno povezava dušikovih baz z vodikovimi vezmi. Zaradi H-vezi in vpetosti v verigo je gibljivost baz omejena. Sekundarna struktura (dvojna vijačnica) nastane zaradi različnih dejavnikov: H-vezi, hidrofobne in elektrostatske interakcije, komplementarnost in enaka dolžina baznih parov.
Dvojna vijačnica je zelo stabilna struktura, a se lahko kadarkoli odpre (ravno prav šibke interakcije, kooperativni efekt).

Sekundarno strukturo RNA tvori enojna vijačnica, ki se poveže s komplementarnimi baznimi pari – nastanejo zanke, lasnice, izboklinice (odseki dvojnih vijačnic).

18.3 Terciarna struktura NK in njen pomen; zgradba in pomen tRNA, kromosomov
Terciarna struktura je podobna tako pri RNA kot pri DNA (kromosom). Molekuli se zapakirata v kompleksnejšo strukturo, posledica katere je: zaščita in kompaktnost verige ter zmanjšanje volumna.
tRNA je adapter, ki pri sintezi proteinov v ribosomu poveže pravo AK s pravim kodom na mRNA. Pri vezavi na tRNA se AK aktivira (poraba ATP) – tvorba proteinske verige. Sekundarna struktura tRNA ima obliko deteljice (v prostoru pa zavzame obliko obrnjene črke L).
Kromosom: vlakno se zvije v zanke, 6 zank se okoli proteina organizira v rozeto, 30 rozet pa se zvije v vijačnico (en ovoj), več takih ovojev sestavlja eno kromatido, dve kromatidi pa kromosom. Pomen: zaščita in kompaktnost molekule DNA, organizirano razvitje in prepis v RNA.
18.4 Definicija in strukturne lastnosti gena. Izražanje genov; povezava med njihovo zgradbo ter strukturo in lastnostmi / delovanjem proteinov
Gen je funkcionalna enota dednosti, ki se praviloma nespremenjena podvojuje, odsek na molekuli DNA, ki kodira eno beljakovino ali eno molekulo RNA.
- mutirani gen: sprememba zaporedja eksonov povzroči spremembo zaporedja aminokislin in s tem mutacijo proteina (na nivoju genov). Mutacija je lahko usodna (prizadeta AK v aktivnem centru) ali neusodna.
- razcepljeni gen: gen evkariontskih celic, sestavljen iz eksonov, ki se prepisujejo v mRNA in prevajajo v protein, ter iz intronov, ki se tudi prepisujejo v mRNA, vendar se ti odseki pozneje izrežejo in se ne prevajajo;





19. Genom

19.1 Zgradba človeškega genoma. Biokemijski pomen posameznih vrst nukleotidnih zaporedij
Genom so vsi geni v našem telesu (približno 31000 genov). Evkariontski genom je 100-100000x večji kot genom prokariontov (bakterij) zaradi razvojnih in diferenciacijskih procesov. Večja velikost genoma še ne pomeni kompleksnejše sestave organizma (človek 46, praprot pa 1260 kromosomov).
Velik del evkariontske DNA sestavlja ponavljujoča se zaporedja nukleotidov (nekatera se ponovijo do miljonkrat), ki običajno ne kodirajo proteinov.
Sestava človeškega genoma: - ponavljajoča se DNA 45
- introni 24
- eksoni 1

Biokemijski pomen posameznih delov genoma:
- satelitna DNA: nekodirajoča se ne prepisuje, lahko ima strukturno vlogo
- SINEs (kratka ponavljajoča razpršena zaporedja): škodljiva, če se vrinejo v gen; primeri insercij, ki pomagajo pri regulaciji izražanja
- LINEs (dolga razpršena jedrna zaporedja): sposobne prepisovanja (verjetno preko RNA intermediata)
- psevdogeni: vsebujejo insercije, delecije in nepomenske mutacije, lahko so povezane s prepisi funkcionalnih genov

19.2 Kromosomske spremembe in genske mutacije; njihov vpliv na strukturo gena in posledično na strukturo proteina
Narava mutacij je kompleksna:
- spontane ali inducirane: mutacije, ki so škodljive za človeka, so lahko spontane ali jih inducira okolje;
- nastanejo na različnih nivojih: genomskem, kromosomskem, genskem
- podedovane ali somatske: somatske se ne dedujejo, a so kljub temu škodljive

Kromosomske nepravilnosti:
- numerične: napake, vezane na št.kromosomov v celici (evploidija -2n, 3n, 4n; anevploidija – monosomija, trisomija)
- strukturne: strukturne preureditve, ki so posledica kromosomskih prelomov:
- delecije (del kromosoma manjka)
- duplikacije (del kromosoma se podvoji)
- inverzije (del kromosoma se prelomi, obrne za 180° in spoji)
- translokacije (prelomu kromosoma sledi prenos tega dela na drug kromosom)
- obročni kromosomi (prelom in ciklizacija)

19.3 Projekt Človeški genom, genomika, proteomika; razumevanje vzrokov in posledic genskih bolezni / okvar na molekulski ravni
Proteomika: preučevanje vseh proteinov v našem telesu.Približno 1,5 genoma kodira proteine.
Genomika: preučevanje vseh genov v telesu (približno 31000), prepisuje se približno 30 genoma.
Medicinska uporaba: gen, ki povzroča obolenje, je mnogo lažje najti, če je znano zaporedje genoma in podatkovna zbirka genov. S poznavanjem zaporedij odkrivamo nove tarče zdravil.

20. Proteini

20.1 Razdelitev proteinov po strukturi in biokemijski vlogi v organizmu
Razdelitev glede na strukturo:
- ENOSTAVNI: - monomeri (1 polipeptidna veriga)
- oligomeri (iz več polipetptidnih podenot): homooligomeri in heterooligomeri
- SESTAVLJENI (imajo s kovalentno vezjo pritrjeno prostetično skupino): hemoglobin, lipoproteini, glikoproteini, fosfoproteini, flavoproteini in metaloproteini

Razdelitev glede na biokemijsko vlogo:
- ENCIMI (proteinski katalizatorji za procese v celici):
- znotrajcelični: DNA polimeraza, glikogenska fosforilaza, alkoh. dehidrogenaza
- zunajcelični (po sintezi v celici grejo ven): amilaza
- TRANSPORTNI PROTEINI (v krvi vežejo molekule ali ione in jih prenašajo po telesu):
- plazemski: hemoglobin
- membranski (omogočajo prehod snovi skozi membrano)
- intracelularni (prenašajo molekule v celici od organela do organela)
- HRANILNI ali SKLADIŠČNI PROTEINI (celica jih kopiči in nato lahko izrablja): ovalbumin, azin, foritin
- KONTRAKTILNI, MUTILNI PROTEINI (omogočajo spremembo oblike celice (krčenje) in gibanje po okolic): aktin, miozin, mikrotubuli
- STRUKTURNI PROTEINI: kolagen (hrustanec), elastin, keratin (več vrst; nohti, lasje,...), ß-fibrin (svila)
- OBRAMBNI PROTEINI: imunoglobulini oz. protitelesa (ustvarjajo jih limfociti), fibrinogen, trombin (strjevanje krvi), strupi
- REGULATORNI PROTEINI
- hormoni: inzulin, rastni hormon
- G-proteini (prenos signala)
- DNA-vezavni proteini

20.2 Metode ločevanja in določevanja proteinov
1. DROBLJENJE CELIC, a ne smemo poškodovati proteinov – dobimo grobi ali surovi celični ekstrakt (CE), ki ga podvržemo močnemu diferenčnemu centrifugiranju – razporeditev snovi po pasovih glede na težo.

2. KROMATOGRAFSKE METODE:
- ionsko-izmenjevalna (na anionski izmenjevalec se vežejo proteini z večjim številom pozitivnim nabojev, zaradi česar so počasnejši)
- izključitvena kromatografija (ločevanje po velikosti s pomočjo kroglic, večje potujejo hitreje)
- afinitetna kromatografija (vezava proteina na nek ligand)
3. NEKROMATOGRAFSKE METODE (selektivna recipetacija – z ionsko močjo, kislino in temperaturo)
4. ELEKTROFOREZA :
- gelska elektroforeza - gibanje proteinov glede na naboj in velikost (SDS se veže na protein in izniči naboj na površini, zato je hitrost potovanja odvisna le od velikosti)
- izoelektrično fokusiranje (v koloni ustvarimo različne pH, na katere se veže protein z ustrezno IE točko)
- 2D-gelska elektroforeza (velikostna – SDS in IE fokusiranje; uporablja se za določanje razlik med vzorci)
5. ELISA METODA: gre za vezavo proteina na protitelesa. Protein se veže na primarno protitelo, dodamo sekundarno protitelo, ki ga označimo z barvilom in povzroči specifično obarvanje proteina – inteziteta obarvanja kaže količino proteina.
6. WESTERN BLOT: po gelu za elektroforezo ločimo proteine, nato pa obarvamo

20.3 Primarna in sekundarna struktura proteinov; α-vijačnica, ß-struktura, ß-zavoj
Primarna struktura: AK se med seboj povežejo na GER – nastane polipeptid (vsak peptid ima svoj N-terminalni konec (amino), ki je lahko acetiliran, in C-terminalni konec (karboksi), ki je lahko aniliran). Peptidna vez ni ionizabilna, lahko pa tvori H-vezi, kar prispeva k topnosti proteinov; je trdna in ne rotira; je v trans konfiguraciji med dvema C-atomoma.
Sekundarna struktura:
- α-vijačnica: polipeptid se zvije okoli osi (desnosučni zavoj), ponavljajoča se enota je en obrat, ki vsebuje 3,6 AK. To strukturo stabilizirajo H-vezi med peptidno vezjo in AK-ostanki, ki štrlijo navzven. Nekatere aminokisline pa lahko destabilizirajo H-vez in posledično α-heliks (veliko št. glutaminskih kislin (negativen odboj), lizinov in argininov (pozitiven odboj), AK z dolgimi stranskimi odrastki (Asp, Ser), prolin (ne tvori H-vezi) in glicin (majhna molekula)).
- ß-struktura: polipeptidna veriga je v cik-cak položaju in lahko poteka paralelno ali antiparalelno (kot naguban list, AK ostanki štrlijo gor in dol). Če so AK manjše in se strukture zbližajo, je stabilnost večja.
- ß-zavoj: nastane, ko peptid spremeni smer (pogost pri antiparalelnih strukturah)

20.4 Terciarna in kvartarna struktura proteinov. Alosterija. Samosestavljanje proteinov
Terciarna struktura določa obliko proteinov v prostoru. Proteini se v procesu biosinteze spontano zvijajo v to strukturo, saj je energijsko najbolj ugodna. Stabilizirajo jo :
- šibke H-vezi, VDW vezi,
- elektrostatične, hidrofobne interakcije
- disulfidne vezi (znotrajmolekularne povezave med cisteini)
- ionske vezi
Taka struktura je zelo kompaktna, od nje je odvisna tudi funkcija proteinov. Določamo jo s proteinsko kristalografijo (določanje odbojev med posameznimi deli).
Denaturacijo terciarne strukture dosežemo z oslabitvijo povezave med AK-ostanki. Lahko je reverzibilna (ponovna vzpostavitev vezi) ali ireverzibilna (vzpostavitev drugačnih vezi, ki jih ni več mogoče prekiniti). Značilna je predvsem za globularne proteine, ki imajo več tipov sekundarnih vezi.

Kvartarna struktura: več terciarnih struktur se oligomerizira (homogena – istovrstne enote, heterogena – raznovrstne enote). Pomembne so H-vezi,...
Alosterija je pojav, ko molekula zaradi različnih privlakov poruši interakcijo (H-vez) in jo določi na nek drug položaj (npr. če se spremeni ena od AK v proteinu, pride do konformacijske spremembe, ki je lahko lokalno ali pa se prenese po alosteriji).
Samosestavljanje proteinov poteka že med samim nastajanjem. Protein lahko nato doživi še t.i. postranslacijsko procesiranje in se:
- vgradi v membrano
- izloči iz celice
- gre v organele
- nase pripne prostetično skupino (nastane zrel protein)

21. Globularni proteini – mioglobin in hemoglobin

21.1 Mioglobin, hemoglobin – struktura in delovanje
Hem: - prostetična skupina Hb in Mb (regulatorni del)
- sestavljen iz kompleksnih organskih obročev (porfirin) na katerega je vezan centralni atom Fe2+, ki tvori 6 vezi; s 4 vezmi je vpet (planarno) v molekulo porfirina, dve pa potekata pravokotno na ostale štiri. V Mb in Hb je ena koordinativna vez vezana na dušikov atom His ostanka (histidin), druga pa je prosta in služi kot O2 vezavno mesto.
- porfirin sestavljen iz štirih pirolovih obročev, povezanih z metinskimi mostički (dvojna vez – absorbira svetlobo) in stranske skupine –CH3.
- odgovoren za temno rjavo-rdečo barvo Hb in Mb
- oksigeniran je rdeč, deoksigeniran (brez O2) pa modrikast

Mioglobin: - relativno majhen O2 vezavni protein (M = 16700g/mol)
- vsebuje polipeptidno verigo iz 153 AK (na položaju 93 je proksimalen His), ki veže Hem skupino (monomer). Hidrofobne AK so v notranjosti, hidrofilne pa na površina in omogočajo topnost v vodi
- terciarno strukturo vzdržujejo hidrofobne interakcije
- nahaja se v mišičnih celicah, ki hranijo in prenašajo kisik za mitohondrijske procese (vodni sesalci ga imajo veliko, zato lahko zdržijo pod vodo dolgo časa)

Hemoglobin: - oligomerni O2 vezavni protein (M = 64500g/mol)
- vsebuje 4 polipeptidne verige in 4 Hem prostetične skupine
- proteinski del (globin) je sestavljen iz dveh α-verig (141 AK-ostankov vsaka) in dveh ß-verig (146 AK-ostankov vsaka)
- molekula Hgb je sferična (diameter 5,5nm)
- vsak Hem je pripet na en polipeptid

21.2 Kvartarna struktura Hgb, pozitivna kooperativnost in konformacija T/R
Pri kvartarni strukturi Hb pride do ionskih povezav med štirimi podenotami. Pri vezavi O2 pride do konformacijske spremembe verig, ki se alosterično prenesejo na celo podenoto - afinitita za vezavo O2 se na drugih podenotah poveča (koordinativno delovanje O2).

21.3 Alosterični modulatorji Hgb; homotropni in heterotropni efektorji O2, CO2, H+, BPG
Alosterični modulatorji vplivajo na afiniteto vezave O2 na Hb (negativni zmanjšajo, pozitivni pa povečajo afiniteto). Alosterični efektor se veže na drugem mestu, kot se sprememba pokaže (heterotropni efekt: ena molekula povzroči učinek na druge molekule).
O2: - pozitivni alosterični homotropni efektor
- Hb F ima večjo afiniteto zanj
CO2: - negativni heterotropni efektor
- zmanjša afiniteto Hb do O2
- veže se na N-terminalni konec AK (karbaminohemoglobin) – reverzibilna spontana reakcija; tako se prenaša le 20 CO2
H+: - negativni heterotropni efektor
- vir protonov: CO2, mlečna kislina
- Hb veže H+ na proksimalni His (ki veže tudi Hem), H+ alosterično deluje tako, da se O2 odcepi iz Hb in veže v Mhb (Bohrov efekt)

BPG (2,3-bifosfoglicerat): - negativni heterotropni efektor
- navzoč v eritrocitu v ekvivalentnem razmerju
- nekovalentno se veže na Hb, zavira vezavo O2
- njegova koncentracija močno naraste ob pomanjkanju O2

21.4 Methemoglobin in biokemijske osnove methemoglobinemije
Methemoglobin je hemoglobin z Fe3+, zaradi česar ne more vezati kisika. Imamo ga zaradi oksidirajočih snovi (organski in anorganski nitrili in nitrati).
Methemoglobinemija: - preveč methemoglobina
- prizadet gen za α-, ß-verigo (dedna bolezen)
- proksimalni His zamenjan s tirozinom (encim se ne veže)

21.5 CO in kompetitivna inhibicija Hgb
CO: - kompetitivni inhibitor za vezavo O2*
- povzroči večjo afiniteto Hb za vezavo CO kot O2
- vezava je reverzibilna, a težka
*kompetitivni inhibitor tekmuje s substratom za isto vezavno mesto

21.6 Vrste Hgb: A, A2, F. Biokemijske osnove hemoglobinopatij; talasemije
Hb A: - 2α in 2ß-verigi (pri odraslih)
Hb A2: - 2α in 2δ-verigi (je manjšinski)
Hb F: - 2α in 2γ-verigi (fetalni); novorojenčki imajo 80 Hb F in 20 Hb A. Štiri mesece po rojstvu pa se skoraj ves Hb F zamenja s Hb A.
Hemoglobinopatija: motnja ali bolezen zaradi genetske nenormalnosti hemoglobina, pri čemer gre za spremenjene kemične in fizikalne lastnosti hemoglobina.
Talasemija: dedna bolezen iz skupine hemolitičnih anemij, ki nastane zaradi motene sinteze ene ali več globinovih verig. Poznamo več vrst:
- α talasemija: motena sinteza α-verig
- ß talasemija: motena sinteza ß-verig
- talasemija minor: heterozigotna α / ß talasemiija (blaga oblika)
- talasemija major: homozigotna α / ß talasemija (huda oblika), ki se kaže z raznimi oblikami anemije, skeletnimi deformacijami in mongoloidnim videzom

21.7 Hgb S in anemija srpastih celic
Anemija srpastih celic (Hb S):
- gre za točkasto mutacijo v ß-verigi Hb (glutaminska kislina (negativno nabita, na 6 mestu) se zamenja z valinom)
- alosteričen vpliv: hidrofilno področje postane hidrofobno (manjša topnost), eritrociti postanejo srpaste oblike in so krhki, zato se zlepljajo med seboj (hemolitična anemija – mašitev žil)
- znaki: infarkti, boleči sklepi, ledvične odpovedi, poškodbe CŽS in kostnega mozga, zastoj krvi; zdravljenje: preprečevanje dehidracije (poskus povečanja afinitete za O2)

22. DNA – vezavni proteini

22.1 Histonski proteini, struktura nukleosoma
HISTONI so bazične proteinske kepe z veliko pozitivnih nabojev na površini, na katere se veže negativno nabita DNA. Le-ta se dvakrat ovije okoli histonskega oktamera  dobimo nukleosom. Nukleosomi so nanizani na DNA kot biseri na ogrlico (vmes povezovalna DNA), nato se organizirajo v kromatinsko vlakno (30 nm), ki se zvije v zanke. 6 zank se okrog proteinske strukture organizirajo v rozeto, 30 rozet se zvije v ovoj, več ovojev pa tvori kromatido.
Struktura NUKLEOSOMA: 146 baznih parov je ovitih okoli histonskih proteinov (H1, H2A, H2B, H3, H4 – vsi vsebujejo velik delež lizina in arginina  pozitiven naboj).

22.1 Strukturne posebnosti transkripcijskih aktivatorjev; primera: leucinska zadrga, cinkovi prsti
CINKOVI PRSTI: sestavljeni iz 30 AK, zbranih okoli cinka. Zn je vezan ali na 4 cisteine ali na par cisteinov in histidinov. Levi del prsta se zloži na linker in tvori ß-list, desni pa tvori α-vijačnico (3 ovoji). To je kompaktna DNA vezavna domena, ki se pripne v veliko brazdo DNA vijačnice. Prsti se povežejo z odseki 3 baznih parov in se tako pripnejo na DNA.
LEUCINSKA ZADRGA: dva proteina se povežeta med seboj preko hidrofobne strani proteina, ki vsebuje AK leucin (leucini obeh proteinov se pripenjajo med sabo)  tvorita leucinsko zadrgo. Kasneje so ugotovili, da ta struktura vsebuje podalšek z večjo koncentracijo lizina in arginina (močno pozitivno površje), ki predstavlja vezavno mesto za DNA.
Oba sta ena od transkripcijskih faktorjev v promotorju.

23. Fibrilarni proteini
Fibrilarni proteini ustvarjajo: celični in membranski skelet ter povezavo membranskega skeleta z ekstracelularnim matriksom (medceličnino).

23.1 Keratini – zgradba in biokemijska vloga
Osnovna zgradba: - centralni α-helični del, prekinjen z
- povezovalci ali linkerji
- 2 končni domeni (važni za višjo organizacijo molekule)

So najvažnejša struktura IMF, netopni v vodi (hidrofobne AK, tesne povezave). Poznamo kisle (tip I) in bazične (tip II), ki tvorijo heterodimere. Po 2 heterodimera se povežeta v tetramer (več)  protofilament (2)  (4) protofibril  filament.
Povezujejo se v mrežo  kompaktnost je odvisna od vrste AK na končnih domenah:
- več cisteinov (trdno)
- več glicinov (kompaktno, neprepustno)
- v različnih slojih epidermisa se izražajo različni keratini, ki različno vplivajo na kompaktnost


23.2 Bolezni kože kot posledica nepravilnosti v keratinskih genih
Epidermolitična buloza:
- dedna bolezen (avtosomno dominantna), pri kateri že ob najmanjšem stresu pride do prekinitve stika med ustnico in epidermisom (tvorijo se mehurčki z ekstracelularno tekočino, kar poveča možnost infekcij in kožnih bolezni)
- hiperkeratinizacija zaradi točkaste mutacije α-heličnih domen

23.3 Kolagen – zgradba in biokemijska vloga
Osnovna zgradba: - tropokolagen
- 3 fibrilarni proteini (v trojnem levo-sučnem heliksu)
- fibrilarne in globularne domene
- poliprolinski heliks (manj stabilen)
Levo-sučni heliksi se zvijajo v trojni desno-sučni heliks tropokolagena. Utrjujejo ga vezi med glicini, ki se nahajajo na vsakem 3.AK položaju. Te vrvi so paralelno zamaknjene – posledica: velika moč. Vsi kolageni razen tipa IV tvorijo fibrile.
So sestavni del ekstracelularnega matriksa (medceličnine), pomembni za mehansko trdnost in elastičnost tkiva.

23.4 Starostne in bolezenske spremembe kolagena
Kolagen je trajen protein, razgrajujejo ga lahko kolagenaze (nastale fragmente pa proteaze). S starostjo in boleznijo se metabolizem spreminja – kolagena starejših organizmov je več in ima več vmesnih povezav. Bolezni so lahko posledica genetskih okvar: - prokolagenskih genov (informacije za sintezo kolagena)
- genov za encime, ki sodelujejo v postranslacijah

Osteogenesis imperfecta je avtosomna dominantna bolezen. Prizadene skelet (krhkost kosti) in izvenskeletna tkiva (izguba las, slab razvoj zobovja).
Ehler-Danlosov sindrom: gre za napake v kolagenskih sintetičnih encimih, znaki: raztegnjena koža, ohlapni sklepi, slabo celjenje ran.
Pri poškodbah se pospeši sinteza kolagena; tudi mesto infekcije telo obda s kolagensko steno.

23.5 Kolagen, elastin in medceličnina; strukturne posebnosti in biokemijske lastnosti
Elastin je sestavljen iz glicina, prolina, alanina in hidroksialanina. Nenavadne zamrežene povezave tvori zaradi dezmozina, ki nastane iz lizina. Je pomembna komponenta kože, arterij, pljuč in ligamentov, saj omogoča krčenje in prožnost tkiv.

Medceličnina je večinoma zapolnjena z vodno raztopino glikoproteinov. Njeno čvrtstost omogočajo: - citoskeletni proteini (keratini, aktini, tubulini...)
- membranski proteini (eritrociti, mišične celice
- medcelične povezave:
a. bližnja povezava (povezovalen protein E kadherin)
b. tesna povezava (tesen spoj, ni difuzije)
c. povezava z vrzeljo (kanalček iz 6 koneksinov)

24. Proteini citoskeleta

24.1 Proteini citoskeleta – zgradba in biokemijska vloga; proteini intermediarnih filamentov, mikrofilamentov in mikrotubulov
Citoskelet sestavljajo:
- MIKROFILAMENTI (aktin, migetalke, bički) - fizična konstitucija in gibanje celic
- MIKROTUBULI (tubulin) – vzdrževanje oblike celčice, trdnost, intracelularni transport, so osnovna struktura bičkov in migetalk
- INTERMEDIARNI FILAMENTI (keratin (epidermalne celice), vimentin (zarodne celice), dezmin (mišične cel.) - mehanska podpora celice

24.2 Proteini membranskega skeleta – zgradba in biokemijska vloga; spektrin, distrofin, povezovalni / vozliščni proteini
Membranski skelet je mreža, ki ojači membrano; poveže citoskelet s transmembranskimi proteini.
SPEKTRIN: - tvori ga dimer iz antiparalelno vezanega α- in ß-spektrina
- značilna zanj je spektrinska ponovitev zaporedja106 AK
- dimeri se kondenzirajo v tetramere
- konci spektrinskih filamentov se nekovalentno vežejo na aktinske
- vezavo med filamenti olajšata proteina aducin in band 4,1-protein
- tvorijo se vozli 2D mreže (vozlišče), ki so vpeti v membrano preko glikoforina (transmembranski protein)
- spektrinska mreža na membrano pritrjena preko anikrina, band 4,2- proteina in band 3-proteina (transmembranski protein)

DISTROFIN: - iz 3685 AK (gen 2,5 mio baznih parov)
- iz 24 spektrinskih proteinov
- ima amino in karboksilno domeno, s katerima se veže na membrano
- tvori antiparalelne dimere
- veže se na komplekse transmembranskih proteinov, ti pa na zunajcelične proteine
- utrjuje sarkolemo med kontrakcijo, zagotavlja strukturno integriteto tkiva

24.3 Bolezenske spremembe proteinov membranskega skeleta: sferocitoza, eliptocitoza; Duchenne / Beckerjeva mišična distrofija
Duchenne/Beckerjeva mišična distrofija – okrnjenost distrofina je Duchennova oblika, pomanjkanje distrofina pa Beckerjeva oblika. Je spolno dedovana genska bolezen, vezana na X kromosom. Znaki - progresivno slabljenje mišic (odpoved srčne in respiratornih mišic).
Sferocitoza in elipsocitoza– dedni bolezni, kjer eritrociti zaradi okvarjenega spektrina nimajo normalne oblike (temveč sferično / elipsasto). Posledično pride do zmanjšanega prenosa O2 – anemije.

25. Kontraktilni proteini

25.1 Zgradba in biokemijska vloga mišičnih kontraktilnih proteinov; miozin, aktin, troponin, tropomiozin
V mišičnem tkivu so mikrofilamenti osnovni elementi kontraktilnih proteinov v sodelovanju z miozinskimi filamenti.
AKTIN: - iz globularnih podenot G-aktina, ki polimerizirajo v fibrilarno strukturo F-aktina
- MF je iz dveh dimerov F-aktina
MIOZIN:- dvoglava dimerna molekula iz 6 proteinov – 1 para težkih verig (2α verigi z ATPazno aktivnostjo) in 2 parov neenakih lahkih verig
- glava interagira z aktinom
TROPOMIOZIN:- dvojno ovit, iz 2α heliksov
- se spiralno ovija v brazdi med 2 aktinskima verigama
TROPONIN:- iz 3 podenot (heterotrimer): T (aktin vezujoči), C (Ca2+ vezujoči) in I (inhibitorni)

25.2 Molekulske osnove kontrakcije gladke in progaste mišice
ATPazna aktivnost je minimalna, če aktin ni vezan (sicer se poveča za 200x). Do interakcije aktin-miozin pride, če se na troponinski kompleks veže Ca2+.
Kontrakcijo sproži acetilholin, ki se veže na receptor v živčno-mišičnem stiku  depolarizacija membrane (izpust Ca2+ iz sarkoplazemskega retikuluma)
Kalcij reagira s troponinom C, kar povzroči konformacijsko spremembo in alosterični premik tropomiozina od aktina.

25.3 Nemišični kontraktilni elementi. Bolezni, povezane s strukturnimi nepravilnostmi celičnih bičkov in migetalk
Aktinski filamenti nemišičnih celic tvorijo fibrile, ki se prepletajo v citoplazmi – hitro lahko agregirajo / degregirajo (gel-sol konformacije citoplazme).

Bolezni, povezane s strukturnimi nepravilnostmi bičkov in migetalk: sindrom negibnih migetalk (dedna bolezen): - odsotnost dineinskih ročic, sponk ali centralne srajčke
- posledice: kronične infekcije bronhijev, sinusov; spermiji so paralizirani, neplodnost žensk;

26. Membranski proteini

26.1 Membranski proteini – periferni in integralni; proteini medceličnih povezav ter sporazumevanje celic z okoljem – struktura in vloga
Membrano sestavlja 40 lipidov in 60 proteinov (asimetričnost). Ločimo 3 vrste proteinov: - integralni
- transmembranski (glikoforin, band 3 protein)
- periferni (vezani na lipide ali transmembr.proteine)

Vloga: - interakcija med citoskeletom in medceličnino
- encimska aktivnost
- usmerjeni transport (kanalčki, prinašalci)
- uravnava permeabilnost za ione (prenos živčnega impulza)
- signalna transdukcija (odgovor celice na signal)

Transport skozi membrano: - pasivna difuzija (v smeri GC)
- posredovana difuzija (v smeri GC)
- aktivni transport (potrebna E)
- sekundarni aktivni transport

26.2 Proteini v membranah eritrocitov; spektrin, glikoforin
Spektrin (glej 24.2)
Glikoforin (glej 24.2, 26.1)

26.3 Prenašalni proteini v membranah; primera: Ca2+ - kanalček, Na+ / K+ - ATPaza (struktura in delovanje)
Ca2+ - kanalček: - ima lahko več transmembranskih domen
- prenos živčnega impulza: sprememba polarizacije membrane  izlitje nevrotransmiterja (NT)  NT + receptor  Ca2+ kanalčki se odprejo  vdor ionov

Na+ / K+ - ATPaza: - aktiven transport
- vezava 3Na+  fosforilacija prenašalca  konformacijska sprememba  odcepitev Na+  vezava K+







27. Molekule pri prenosu signalov

27.1 Struktura in biokemijske osnove delovanja membranskih receptorjev; insulinski receptor, protein – tirozin – kinazni receptorji, 7- transmembranski receptorji
Hormon se veže na specifičen receptor  receptor povzroči spremembo GDP v GTP na Gp proteinu  Gp protein z vezanim GTP se veže na fosfolipazo C (PLC) in jo aktivira  aktivirana PLC se razcepi na IP3 in diacilglicerol  IP3 se veže na ER in sprosti kalcij  Ca in diacilglicerol aktivirata protein kinazo C  kinaza C fosforilira celične proteine in odgovori na signal

Insulinski receptor:
- protein kinaza, ki znotraj celice s hidrolizo ATP fosforilira druge proteine
- sestavljen je iz dveh enakih α-verig na zunanji strani membrane (vsebujeta mesto za vezavo insulina) in dveh transmembranskih ß-verig (v celici vsebujeta karboksilni konec in tirozin-kinazno domeno)
- po vezavi insulina na α-verigo se karboksilni konec ß-verige fosforilira, kar povzroči, da tirozin-kinazna domena fosforilira druge proteine

27.2 G-proteini in adenilatna ciklaza
G-protein: pripadnik skupine beljakovin z aktivnostjo GTPaze, na notranji strani plazmaleme, ki sodelujejo pri prenosu signalov z membranskih receptorjev v celico.
Adenilat ciklaza in fosfodiesteraza sta encima, ki uravnavata koncentracijo cAMP  adenilat ciklaza katalizira pretvorbo ATP v cATP(cAMP se veže na kinaze in jih aktivira, te pa s fosforilacijo aktivirajo vrsto encimov v celici; fosfoproteinske fosfataze pa katalizirajo hidrolitični odcep fosfata in tako inaktivirajo proteine).

27.3 Kalmodulin – struktura in biokemijska vloga
Kalmodulin: ima veliko afiniteto do Ca2+  pri vezavi Ca2+ spremeni konformacijo in kot tak lahko aktivira neaktivno kinazo.

27.4 Strukturne osnove interakcij med receptorji in zdravili








27.5 Strukturne spremembe receptorjev in onkogeneza; primera: onkoproteini ras, proteinske kinaze
Onkogeneza: bolezen, ki jo povzroči mutacija v protoonkogenu (katerikoli
normalni gen, ki je vključen v nadzor celične rasti in delitve) ter se z mutacijo lahko spremeni v onkogen (lahko sproži nastanek rakave celice)
- primer: mutiran onkoprotein ras lahko namesto ADP veže GDP na adenilat ciklazo

Proteinska kinaza:
- encim, ki fosforilira druge beljakovine in s tem spremeni njihovo aktivnost
- iz 2 regulacijskih in 2 katalitskih podenot (2 regulacijski podenoti + 2 cAMP  odcep 2 katalitskih podenot, ki so samostojno aktivne)

27.6 Proteini vidnega cikla – rodopsin, transducin. Biokemijske osnove vidnega cikla
Rodopsin: - transmembranski protein v notranjem membranskem sistemu čepkov (tvori 7 α-heliksov)
- iz apoproteina opsina (11-cis-retinal  derivat vitamina A)
- absorbira svetlobo (vezan na lizin, med α-heliksi)
- foton vidne svetlobe ga izomerizira v trans-retinal  alosterični efekt  rodopsin  metarodopsin 2, ki hidrolizira in cepi vez retinal-opsin

Transducin: - aktivira ga osvetljeni rodopsin
- α-podenota aktivira fosfodiesterazo, ki razgrajuje cGMP in znižuje njegovo celično koncentracijo  zaprtje Na+ kanalčka  zmanjša se izločanje nevtrotransmiterja (NT) z antagonističnim delovanjem  impulz

Signal se zelo pomnoži: - 1 molekula retinal opsina  500 molekul transducina
- 1 molekula transducina  1 molekula fosfodiesteraza
- 1 molekula fosfodiesteraze  1000 molekul cGMP
- inhibicija 1 Na+ kanalčka prepreči vdor več 1000 Na+

Vidni cikel: - v mrežnici so čepki, kjer je cGMP (povezava za signal)
- če ni svetlobe: cGMP (izloča ga gvanilatna ciklaza), povzroča izločanje NT iz čepkov  cGMP + Na+ kanalček (stalno odprt  Na stalno vdira noter, Na-K-ATPaza pa ga stalno črpa ven  polpolarizirana membrana)
- pri osvetlitvi koncentracija cGMP pade  Na+ kanalček se zapre (polarizacija membrane, prekinjeno izločanje NT)

28. Plazemski proteini

28.1 Vrste in lastnosti plazemskih proteinov. Diagnostični pomen določanja plazemskih proteinov v biokemijskem laboratoriju
Vrste in lastnosti plazemskih proteinov:
- VEZALNI PROTEINI: vežejo in prenašajo majhne molekule (ione, hormone), odpadne molekule
- INHIBITORJI PROTEAZ: preprečujejo preveliko dejavnost proteaz, ki se sproščajo med vnetnim procesom; uravnavajo normalno proteolizno razgradnjo (v sistemu strjevanja krvi)
- Ig (PROTITELESA): sodelujejo pri obrambi proti infekcijam, tako da vežejo antigene
- STRJEVALNI FAKTORJI: ščitijo telo pred izgubo krvi, tako da se na mestu poškodbe ustvarijo fibrilarni čepi
- TKIVNI ENCIMI: sproščajo se iz odmirajočih čepov; njihova raven je pokazatelj tkivnih poškodb

- Ig nastanejo v plazemskih celicah, ostali pa v jetrnih celicah (njihova raven je pokazatelj jetrnih poškodb, metaboličnih bolezni)
- plazemski proteini vzdržujejo koloidni osmozen tlak (ki se zoperstavlja pretoku tekočine iz vaskularnega proti intersticijskemu prostoru)
- plazemske komponente lahko ločene uporabljamo tudi za zdravljenje različnih bolezenskih stanj, vendar pri tem obstaja nevarnost za prenos bolezni (aids)

28.2 Proteini kot strukturni elementi plazemskih lipoproteinov; strukturne lastnosti in pomen
LIPOPROTEINI so kompleksi lipidov z apolipoproteini, ki se med seboj razlikujejo po lipidni in beljakovinski sestavi; transportna oblika lipidov v krvi, nekateri pri zvišani
koncentraciji predstavljajo dejavnik tveganja pri aterosklerozi, s centrifugiranjem se lahko ločijo zaradi različne gostote (hilomikroni, VLDL, LDL, IDL, HDL), z elektroforezo pa
zaradi različnega naboja (lipoproteini α, ß in preß):
- LDL: skupina lipoproteinov, ki prenaša holesterol v ekstrahepatična tkiva, nastaja v krvi iz lipoproteinov preß preko lipoproteinov ß, iz krvi se odstranjuje v jetra in ekstrahepatična tkiva z receptorsko posredovano endocitozo, zvišana koncentracija v krvi predstavlja dejavnik tveganja za nastanek ateroskleroze
- IDL: skupina lipoproteinov srednje gostote, ki nastane v krvi iz
lipoproteinov preß, približno polovico ga odstranijo iz krvi jetra z receptorsko posredovano endocitozo, druga polovica pa se pretvori v LDL
- HDL: skupina lipoproteinov velike gostote, ki vsebujejo največji delež
apolipoproteinov, v perifernih tkivih privzamejo holesterol in ga direktno ali posredno preko drugih lipoproteinov prenesejo v jetra, kjer se holesterol pretvori v žolčne kisline, njegova visoka koncentracija v krvi zmanjšuje tveganje za nastanek ateroskleroze
- VLDL: skupina lipoproteinov zelo majhne gostote, ki nastaja v jetrih in prenaša endogene triacilglicerole do mišic in maščevja, kjer jih na endoteliju žil razgrajuje lipoprotein-lipaza, po izgubi triacilglicerolov in nekaterih apolipoproteinov se pretvori v lipoprotein ß;
- HILOMIKRONI (iz črevesja do jeter prenašajo triacilglicerole)
- lipoprotein α: lipoprotein velike gostote pri elektroforezi krvne plazme;
- lipoprotein ß: lipoprotein majhne gostote pri elektroforezi krvne plazme;
- lipoprotein preß: lipoprotein zelo majhne gostote;

28.3 Strukturne molekulske osnove ateroskleroze
Ateroskleroza je posledica porušenega razmerja med HDL in LDL. S staranjem se notranja plast žil (tunica intima) debeli zaradi razmnoževanja celic gladke muskultaure – poveča se sinteza elementov vezivnega tkiva in koncentracija ekstracelularnih lipidov (holesterol, fibrilarna vlakna), ki se kristalizirajo – nastanek fibrozne ploščice. To lahko privede do krvnih strdkov in krvavitev.

28.4 Proteini strjevanja krvi
Poznamo več vrst koagulacijskih proteinov:
- faktor IX (Christmasov): koagulacijski faktor intrinzične poti, ki se aktivira pod vplivom F XIa in sodeluje pri aktivaciji F X v F Xa, njegovo pomanjkanje vodi v hemofilijo B;
- faktor X (Stuartov): koagulacijski faktor, ki se aktivira pod vplivom tako ekstrinzične kot intrinzične poti koagulacije in kot F Xa deluje v kompleksu protrombinaze; (aktivirana oblika F Xa – trombokinaza)
- faktor XI (PTA): koagulacijski faktor, ki nastane pod vplivom F XIIa in omogoči
aktivacijo F IX v F IXa tako, da od njega odcepi del polipeptidne verige;
- faktor XII (Hagemanov): koagulacijski faktor, ki se v stiku s površino z negativnim
nabojem (npr. bazalno membrano, kolagenom, steklom) pretvori v aktivno obliko (F XIIa), ki aktivira faktor XI v faktor XIa, pomemben pa je tudi za aktivacijo komplementa,
pretvorbo plazminogena v plazmin ter prekalikreina v kalikrein;
- faktor XIII (fibrin stabilizirajoči): koagulacijski faktor, od katerega trombin odcepi del polipeptidne verige in ga pretvori v encimsko aktivno obliko (F XIIIa), ki učvrsti krvni strdek tako, da polipeptidne verige fibrinskih vlaken poveže s prečnimi vezmi;
- faktor III (tkivni tromboplastin,): ekstravaskularni dejavnik, ki sproži ekstrinzično pot koagulacije;
- faktor IV: kalcijevi ioni, ki sodelujejo pri koagulaciji;

29. Imunoglobulini

29.1 Strukturne lastnosti imunoglobulinov
Imunoglobulin je beljakovina, ki deluje v imunskem procesu in je sestavljena iz 2 identičnih težkih (α, γ, ε, δ, in μ) in 2 identičnih lahkih verig (κ, λ), povezanih z disulfidnimi vezmi; vsebuje tudi ogljikove hidrate, ki uravnavajo topnost v plazmi in sodelujejo pri inetarkcijah, ki jih Ig tvorijo med seboj in z drugimi molekulami. Pojavlja se v petih razredih (IgA, IgD, IgE, IgG, IgM), od katerih ima vsak drugačno težko verigo. Več Ig se lahko organizira v oligomerno strukturo.
IgA :poglavitni imunoglobulin v zunanjih izločkih (solzah in sokovih v prebavilih, izločkih v dihalih in spolovilih, mleku in serumu);
IgG: imunoglobulin z majhno molekulsko maso in zato povsod po telesu, prehaja skozi placento in je učinkovito obrambno sredstvo proti bakterijam, virusom in toksinom, ko aktivira komplement;

29.2 Biokemijske osnove delovanja imunskega sistema
Imunski sistem ima dvojno naravo:
- humoralni: protitelesa (Ig) se odzovejo na antigene (tuje snovi, ki izzovejo specifični imunski odgovor, npr. tuji eritrociti, proteini, na površini bakterij ali virusov)  Ig ima zaradi variabilnega dela sposobnost prepoznati ogromno število tujkov  po vezavi nanj potujejo do makrofagov, kjer se s fagocitozo ali lizo tujki uničijo
- celični: limfociti T

30. Encimi

30.1 Encimi – splošne strukturne in biokemijske lastnosti, specifičnost, osnove delovanja. Encimsko število, aktivnost, specifična aktivnost
Encimi so so beljakovine (polipeptidi), ki katalizirajo večino reakcij v organizmu. Različno zaporedje vezanih AK povzroči veliko specifičnost encimov (vsak encim katalizira eno reakcijo).
Delovanje: - vstopijo v reakcijo, iz nje izstopijo nespremenjeni
- znižajo aktivacijsko energijo (pospešijo rkc)
- ne vplivajo na ravnotežje rkc

Encimsko število: št.molekul substrata, ki jih 1 molekula encima pretvori v 1s
Aktivnost encima je št.vseh aktivnih enot encima v raztopini, pogojena je s konformacijo proteina (pravilna oblika) – dela, kamor se veže substrat. Enota: [U]  količina encima, ki pretvori 1μmol substrata na min pri 25°C. Z denaturacijo se aktivnost zmanjša.
Specifična aktivnost: št.encimskih enot / mg proteina (čistejši encim, večja aktivnost)

30.2 Evolucija encimov. Izoencimi.
Izoencim: encim iz skupine encimov, ki katalizirajo isto reakcijo, vendar jih ali kodirajo različni geni ali nastajajo zaradi alternativnega spajanja eksonov istega gena in se razlikujejo v nekaterih lastnostih, navadno v specifični aktivnosti, njeni regulaciji, razporeditvi v organizmu in izoelektrični točki;
30.3 Encimske reakcije s kofaktorji; koencimi in prostetične skupine
Nekateri encimi potrebujejo za svoje delovanje KOFAKTORJE (kovinski ioni, organske spojine in metaloorganske spojine):
1. koencim se veže na encim in skupaj katalizirata kemijsko reakcijo. Je prenašalec specifične skupine in se ponavadi v reakciji malce spremeni (regenerira se na 2 načina: na istem ali drugem encimu v obratni reakciji). Koencimi so večinoma aktivne oblike vitamina.
2. prostetična skupina: s kovalentno vezjo vezan koencim ali kovinski ion na encimneproteinska spojina, pomembna funkcionalna komponenta nekaterih sestavljenih proteinov (npr. nekaterih encimov, hemoglobina ipd.).

30.4 Klasifikacija encimov in primeri delovanja značilnih predstavnikov posameznih encimskih razredov
Encime klasificiramo po reakcijah, ki jih katalizirajo: 1. substrat + -aza
2. encimska aktivnost + -aza

Mednarodna pravila uvrščajo encime v 6 glavnih razredov:
1. OKSIDOREDUKTAZE: prenos e- (H-, H atom)
2. TRANSFERAZE: prenos funkcionalnih skupin
3. HIDROLAZE: hidrolitske reakcije (razcep kovalentne vezi s pomočjo vode)
4. LIAZE: tvorijo dvojno vez, dodajo skupine nanje
5. IZOMERAZE: prenašajo skupine znotraj 1 molekule
6. LIGAZE: tvorijo C-C, C-S, C-G, C-N vezi (potrebna energija ATP)

Vsak encim ima 4-številčno klasifikacijsko število (daje le stopenjsko informacijo) in sistemsko ime (identificira encimsko reakcijo).

Primer: ATP + D-glukoza  ADP + D-glukoza-6-fosfat
E sistemsko ime: glukoze-fosfotransferaza
E. C. No: 2.7.1.1. (2– transferaza, 7- prenos fosforne skupine, 1- akceptor fosfatne skupine (OH), 1- vrsta akceptorja (glukoza))

31. Mehanizmi encimske katalize

31.1 Teorija prehodnega stanja
Prehodno stanje je energijsko stanje, ko pride do porušitve starih in vzpostavitve novih vezi. Enako verjetno je razpadanje substrata in produkta.




31.2 Inducirano prilagajanje
Inducirano prilagajanje: pri približevanju E in S - povzroči prenos specifične funkcionalne skupine na encim v pravilni orientaciji, da kataliza poteče. Konformacijska sprememba lahko povzroči tvorbo šibkih interakcij v intermediatu - v vsakem primeru je nova konformacija ugodnejša za potek katalize.
31.3 Splošna in specifična kislinsko-bazna kataliza
Kislinsko-bazna kataliza: večina biokemijskih reakcij poteka preko nestabilnega el.nabitega intermediata, ki ima tendenco, da razpade nazaj na E in S. Če pa dodamo H+ ion, nastane nov intermediat, ki raje razpade na E in P.
- splošna KB kataliza: intermediat razpade na E in S prej, kot ga H+ doseže zaradi šibkih protonskih donorjev: šibke kisline / baze, stranske ionizabilne skupine encima (elektrostatske interakcije s S)
- specifična KB kataliza: zajema H+ iz vode, zato ta doseže intermediat hitreje, kot bi ta razpadel, in ga stabilizira.

31.4 Drugi mehanizmi; kovalentna kataliza, kataliza s kovinskimi ioni, entropijski učinek, sterična stabilizacija
Kovalentna kataliza: nastane prehodna kovalentna povezava med E in S, ki aktivira S za nadaljni potek reakcije
Kataliza s kovinskimi ioni: kovinski ioni so lahko ali trdno vezani na E (prostetična skupina) ali pa pridejo v encim iz raztopine (modulatorji encimske aktivnosti). Pride do povezave X –E.
Entropijski učinek (učinek bližine): E lovi S in ga pripelje v pravilno orientacijo – poveča se št.pozitivnih trkov.
Sterična stabilizacija prehodnega stanja: konformacija S v prehodnem stanju je bolj ustrezna E, ki ga upogiba v pravilno obliko

32. Encimska kinetika

32.1 Princip začetne hitrosti ter Michaelis-Menteninova kinetika in enačba
Princip v0: preučevanje hitrosti encimske reakcije je možno z merjenjem spreminjanja koncentracije S, vendar pri tem lahko moti c(P) – zato so uvedli merjenje začetne hitrosti, ko je c(S) >> c(E); kmalu po začetku se le malo S pretvori v P, zato lahko opazujemo vpliv c(S) na začetno hitrost pri c(E) = konst.

Michaelis-Mentenova kinetika: katalitična reakcija poteka v 2 stopnjah:
1. E + S ↔ ES (k1, k-1)
2. ES ↔ E + P (k2; določa hitrost reakcije)
Pri nizki c(S) bo večina E prostega in hitrost reakcije bo odvisna od c(S), pri večjih c(S) pa bo hitrost odvisna od c(E).
Michaelis-Mentenova enačba: v0 = vM [S] / (KM + [S])
vM = k2 [ET]  maksimalna hitrost ([ET] = [E] + [ES])
KM = (k-1 + k2) / k1  pove c(S), pri kateri je v0 = vM / 2

32.2 Grafični prikazi poteka encimske reakcije; Michaelis-Menten, Lineweaverjev-Burk
Michaelis-Mentenov graf: Lineweaver-Burkov graf:





32.3 Večstopenjske reakcije; km in kkat
E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P (k1 / k-1, k2 / k-2, k3)

KM je merilo za afiniteto E do S (večja KM, manjša afiniteta E do S): KM = (k-1 + k2) / k1
Kkat izraža stopnjo omejitve za potek reakcije (tu k3, prej km): Kkat = vM / [ET]
Vsak E ima optimalne vrednosti Kkat in KM, ki pa sta odvisni od okolja, [S] in mehanizma rkc.

32.4 Bisubstratne reakcije; ternarni kompleks, dvojna premestitev
Bisubstratne rkc:
- številni encimi katalizirajo reakcije, v katerih sodeluje več S
- med vsemi S se v encimskem centru vzpostavi ternarni kompleks
- vezava 1.S povzroči konformacijsko spremembo E, da se lahko veže 2.S (ping- pong mehanizem ali mehanizem dvojne premestitve)

33. Encimska inhibicija

33.1 Reverzibilna in ireverzibilna inhibicija encimov
Ireverzbilna inhibicija: I se kovalentno veže na aktivno mesto E in ga pokvari
Reverzibilna inhibicija: inhibitor se veže in odceplja z encima (uravnavanje encimske aktivnosti v celici.

33.2 Kompetitivna inhibicija pri encimih
Kompetitivna inhibicija: v0 = vM [S] / (αKM + [S])
- komp.inhibitor je podoben S, z njim tekmuje za vezavo na aktivno mesto
- E lahko veže S ali I, a ne obeh
- komp.inhibitor zniža delež E z vezanim S
- s povečanjem [S] učinek I zmanjšamo








33.3 Nekompetitivna in akompetitivna inhibicija pri encimih
Nekompetitivna inhibicija: v0 = vM [S] / α(KM + [S])
- nekomp.inhibitor se veže na drugo mesto kot S in sicer na sam E ali kompleks ES
- I se razlikuje od S, lahko deluje na več različnih E
- I zniža [E] in zato zniža vM








Akompetitivna inhibicija: akompet.inhibitor se veže izključno na kompleks ES

33.4 ´Samomorilski´inhibitorji. Razvijanje specifičnih zdravil
Samomorilski inhibitor:
- je posebna vrsta ireverzibilnih inhibitorjev
- so dokaj nereaktivne molekule, dokler se ne vežejo na aktivno mesto E
- izpelje prvoh nekaj korakov normalne encimske reakcije, nato pa iz nje izstopi kot zelo reaktivna komponenta (namesto kot P) – s tem tudi uniči E
Ta vrsta reakcije je imenovana mechanism-based inactivators, ker med normalno encimsko reakcijo inaktivira E. Danes to uporabljajo za pridobivanje specifičnih zdravil, kjer se I veže na specifično aktivno mesto E in je do vezave nereaktiven. Ta zdravila so zelo učinkovita in imajo le malo stranskih učinkov.

34. Uravnavanje biokemijskih reakcij

34.1 Metabolične verige in inhibicija s povratno zvezo
Metabolične verige: - multiencimski sistem: P (1.E) je S za 2.E
- en E katalizira najpočasnejšo reakcijo (omejitvena rkc za vc)
- taki E lahko zmanjšujejo / povečujejo katalitsko aktivnost kot odgovor na določene signale

Inhibicija s povratno zvezo: - vsaka stopnja reakcije je regulirana
- končni produkt je alosterični modulator 1.E v verigi
- vezava je reverzibilna

34.2 Alosterični encimi; homo- in heterotropni modulatorji, sigmoidna kinetika
Alosterični encimi (regulatorni): nekovalentna vezava alosteričnega regulatorja (deluje kot nekompetitivni inhibitor) – povzroči alosterično spremembo.
- homotropni modulator: modulator je sam substrat
- heterotropni modulator: druga molekula je vezana z E (I ali stimulator)

Sigmoidna kinetika: - E z različnimi modulatorji so iz več podenot (drugačna kinetika)
- odraža spremembe med podenotami
- nekovalentno vezani modulatorji povzročijo spremembe med podenotami, kar se odraža na večji afiniteti E do S

34.3 Modeli delovanja alosteričnih encimov; Monodo model, Koshlandov sekvenčni model
Obstajata 2 modela, ki razlagata kinetične lastnosti alosteričnih encimov:
1. alosteričen E lahko obstaja le v pozitivni ali negativni obliki. Vse podenote so ali v aktivni ali neaktivni obliki. Vsaka molekula S, ki se veže, poveča možnost prehoda iz neaktivnega v aktivno stanje.
2. možni sta aktivna in neaktivna oblika, ki se spreminjata individualno. Vezava S poveča verjetnost za spremembo 1.podnote, to pa za spremembo 2.podenote.

Monodo model: Koshlandov model:







34.4 Drugi načini uravnavanja; kovalentna modifikacija, proteolizni razcep
Kovalentna modifikacija: kemična reakcija kovalentno modificira različne funkcionalne skupine(fosforilacija, adenilacija, uridilacija, metilacija). Na to so občutljivi AK ostanki Ser, Tyr, tionin.
Proteolizna cepitev: - proteoliza je cepitev proteina s proteazami
- E v neaktivni obliki (cimogen) razcepi specifična proteaza (alosterična aktivnost) in ga spremeni v aktivno obliko
- proces je ireverzibilen
- proteaze nadzirajo specifični proteinski inhibitorji – od [I] je odvisno št.razpoložljivih proteaz (peptidni hormoni, strjevanje krvi).

35. Medicina in biotehnologija

35.1 Pomen encimov v medicinski diagnostiki











35.2 Pomen encimov in encimskih reakcij v biotehnologiji; spreminjanje biomolekul, biosinteza zdravil










35.3 Metode za prilagajanje in izboljšanje biokemijskih lastnosti organizmov za biotehnološko pridobivanje proteinov