CHÉMIA Pracovný list 30 -1- ZÁKLADY BIOCHÉMIE Enzýmy a vitamíny. PRE 3.ROČNÍK GYMNÁZIÍ CHÉMIA PRÍRODNÝCH LÁTOK Otázky a úlohy 1. Doplňte chýbajúce pojmy a vypracujte úlohy. Enzýmy a vitamíny. Základnou vlastnosťou živých sústav je ustavičná premena látok. Táto premena prebieha v bunkách viacerými, na seba postupne nadväzujúcimi chemickými reakciami. Celý dej nazývame intermediárny metabolizmus. Živiny, ktoré bunka prijíma, premieňajú sa na zlúčeniny: a) z ktorých si bunka buduje a ustavične prestavuje svoju štruktúru, b) ktoré sa postupne oxidujú, čím bunka získava energiu potrebnú pre svoju činnosť. 29. Katalytické pôsobenie enzýmov 30. Enzýmové štiepenie H2O2 A bez enzýmu, B za prítomnosti enzýmu katalázy; 1 celková uvoľnená energia pri chemickej reakcii, 2 aktivačná energia ( EA )reakcie bez katalyzátora, 3 aktivačná energia pri tvorbe enzým – substrátového komplexu (ESK), 4 aktivačná energia pri rozpade ESK a substrát enzým produkty b c aktívne miesto enzýmu komplex enzým – substrát enzým – produkt KOENZÝMY A ICH FUNKCIA 31. Väzba substrátu a koenzýmu na aktívne miesto enzýmu koenzým apoenzým VYSVETLITE mechanizmus katalytického pôsobenia enzýmov. Substrát sa viaže na ........................ miesto enzýmu a po rozpadnutí komplexu ESK sa uvoľnia ....................... . Pre biokatalyzátory a anorganické, či organické katalyzátory je spoločné to, že ....................... aktivačnú energiu a odlišujú sa v tom, že biokatalyzátory majú špecifickosť ......................... a ......................................... . Uveďte faktory, ktoré ovplyvňujú rýchlosť enzýmových reakcií. Vysvetlite obsah pojmov : KOMPETITÍVNA (konkurenčná) a NEKOMPETITÍVNA INHIBÍCIA. Katalytickú účinnosť enzýmov zvyšujú niektoré kovové ióny. Sú to najmä katióny horčíka Mg2+. Aktivácia enzýmu môže nastať tak, že sa jeho neúčinná forma tzv. proenzým (alebo zymogén) premení na účinnú formu. Zvyčajne sa odštiepi časť polypeptidového reťazca molekuly proenzýmu, ktorá priestorovo bráni substrátu viazať sa na aktívne miesto (obr. 32). Alosterické inhibítory a aktivátory si bunka tvorí sama. Spravidla je to niektorý z medziproduktov biochemickej premeny – intermediárneho metabolizmu látok. Takto bunka prirodzenou cestou môže regulovať činnosť (aktivitu) enzýmov, a tým aj vlastný metabolizmus. Vitamíny patria medzi esenciálne látky. Sú to nízkomolekulové organické zlúčeniny, ktorých množstvo v organizme je pomerne malé, majú však veľmi významnú biologickú funkciu (ako koenzýmy a regulačné faktory). Vitamíny sú však esenciálne látky iba pre určité heterotrofné organizmy. Nižšie autotrofné organizmy (mikroorganizmy a rastliny) si ich samy syntetizujú z jednoduchých zlúčenín. Vyššie organizmy túto schopnosť nemajú, preto ich musia prijímať najmä rastlinnou potravou. Znížený príjem vitamínov vyvoláva funkčné poruchy organizmu (hypovitaminózu). Aj nadmerný príjem niektorých vitamínov môže vyvolať funkčné zmeny organizmu (hypervitaminózu). Jednotlivé vitamíny sa označujú veľkými písmenami abecedy. Uprednostňujú sa však názvy na základe ich rozpustnosti v tukoch a vo vode. Toto rozdelenie nemá súvislosť s ich biologickým pôsobením. Koenzýmy - mnohé z nich sú v podstate vitamíny rozpustné vo vode, alebo vitamín tvorí časť molekuly koenzýmu. Napríklad: Tiamín (vitamín B1) je dôležitý pre tvorbu koenzýmov pre niektoré enzýmy; riboflavín (vitamín B2) tvorí štruktúrny základ koenzýmu oxidoreduktáz (FMN a FAD; niacín - kyselina nikotínová (PP) vo forme amidu je základom NAD+; pyridoxín (B6) tvorí koenzýmovú zložku enzýmov, ktoré katalyzujú premeny aminokyselín; kyselina pantoténová je základom CoA, ktorý sa zúčastňuje na aktivácii karboxylových kyselín a ich metabolizme; kyselina listová je koenzýmom enzýmov, ktoré katalyzujú reakcie pri tvorbe nukleotidov; biotín (H) tvorí koenzýmovú zložku enzýmov katalyzujúcich vznik karboxylových kyselín a premenu sacharidov. VYSVETLITE podľa čoho a ako sa rozdeľujú vitamíny. Uveďte rastlinné produkty, ktoré sú výdatným zdrojom kyseliny L-askorbovej. S N + CH2 CH2OH CH3 H3C NH2 Cl – vitamín B1 (tiamín) O OH heterocyklická časť štruktúry riboflavínu VYSVETLITE, akú funkciu majú koenzýmy v enzýmovej katalýze (obr. 31 hore). HOH2C heterocyklická časť štruktúry pyridoxínu HO–CH2–C–CH–C–NH–CH2–CH2–COOH Kyselina pantoténová CH2–NH– –C NH–CH–CH2–CH2 COOH H2N kyselina listová (kyselina folová, folát) niacín (vitamín PP) kyselina nikotínová (kyselina 3-pyridínkarboxylová) nikotínamid 32. Premena proenzýmu na aktívny enzým a miesto štiepenia, b odkryté aktívne miesto; His histidín, Ser serín (aminokyselinové zvyšky v aktívom mieste enzýmu) aktívny Ser His proenzým H2O2 → H2O + ½ O2 kJ  160 100 H2O2 H2O  120   ESK HCOH kyselina L-askorbová Vitamín C Seminár z CH 35 (63. vyuč. hod.)

CHÉMIA H -2- Pracovný list 30 Základy biochémie PRE 3.ROČNÍK GYMNÁZIÍ CHÉMIA PRÍRODNÝCH LÁTOK Otázky a úlohy 2. Doplňte chýbajúce pojmy. Oxidačno-redukčné deje v živých sústavách a ich energetický význam. 34. Oxidácia acetyl CoA v citrátovom (Krebsovom) cykle ADP AMP ATP Schéma 2 O––P––O––H2C ~ O––P O – b–D– ribóza OH HO 4 2 3 1 5 Adenín N NH2 (3.7.1 Nukleové kyseliny, str. 103 ) Podľa obr. 34 sa acetylový zvyšok uvoľnený z acetylCoA kondenzuje s kyselinou oxáloctovou. Vznikne kyselina ...............................(citrát), ktorá sa potom dehydrogenáciou a dekarboxyláciou mení na kyselinu 2-oxoglutárovú.Tá sa potom mení ďalšou dekarboxyláciou a dehydrogenáciou na kyselinu ........................ . Týmto medziproduktom sa sled chemických reakcií citrátového cyklu uzatvorí. Utvorená kyselina oxáloctová sa môže znovu kondenzovať s pristupujúcou ďalšou molekulou acetylkoenzýmu A, čím je zabezpečený priebeh reakcií. Vidíme, že v súbore reakcií citrátového cyklu sa jedna molekula dvojuhlíkovej kyseliny octovej (acetylového zvyšku acetylCoA) celkom oxiduje na dve molekuly oxidu .................... . Dôležité je, že vodíkové atómy, ktoré sa uvoľňujú pri dehydrogenácii medziproduktov, prenášajú sa prostredníctvom zúčastnených koenzýmov (v mitochondriách) a zložitým mechanizmom následných reakcií sa zlučujú s voľným kyslíkom na ........................... . Citrátový cyklus predstavuje najvýznamnejšiu metabolickú dráhu, pomocou ktorej bunky oxidáciou látok získavajú veľké množstvo energeticky bohatých molekúl ATP. Vysvetlite aký význam má ATP v bunkách. Uveďte aké zlúčeniny tvoria ATP. acetyl- koenzým A redukovaný koenzým (NADH, FMNH2) oxidovaný koenzým (NAD+, FMN) voľná energia ΔG = - 237,4 kJ.mol-1, [Sústava uvoľňuje energiu] 2 H+ 2 e– O2– H2O ½ O2 citrátový cyklus ADP + P ATP → ← Koncový oxidačný reťazec znamená postupný prenos vodíkov z redukovaných koenzýmov (dehydrogenáciou) a v poslednej fáze prenos elektrónov (cez cytochrómy) na voľný kyslík, ktorý do buniek transportuje hemoglobín. Vzniká kyslíkový anión, ktorý sa zlučuje s katiónom vodíka na vodu, podľa schémy: CO2 H LIPIDY SACHARIDY glukóza karboxylové kyseliny BIELKOVINY amino- kyselina oxaloctová kyselina citrónová kyselina 2-oxoglutárová HO–C–COOH CH2–COOH CH2 C=O COOH SCoA CH3–C acetylkoenzým A koncový oxidačný reťazec C–COOH CH2COOH 35 Využitie ATP ako zdroja energie ( E ) v organizme E svalová práca endergonické chemické reakcie svetlo teplo elektrická energia + H3PO4 ŽIVINY O2 Opíšte oxidačnú (aeróbnu) fosforyláciu - (vznik ATP) v koncovom oxidačnom reťazci. Koncový oxidačný reťazec umožňuje ........................... príslušných koenzýmov................, čím sa môžu znova zúčastňovať látkovej premeny v citrátovom cykle. Koncový oxidačný reťazec znamená postupný prenos .......................... z redukovaných koenzýmov (dehydrogenáciou) a v poslednej fáze prenos elektrónov (cez cytochrómy) na voľný ......................., ktorý do buniek transportuje hemoglobín. Vzniká .................... anión, ktorý sa zlučuje s katiónom ......................... na vodu, podľa schémy hore. (oxidáciu, redukciu) (NADH, NAD+, FMNH2, FMN) (vodíkov, kyslíkov) (vodík, kyslík) (vodíkový, kyslíkový) (vodíka, kyslíka) Väzba fosfátu (H3PO4) na ADP sa katalyzuje samostatným enzýmovým systémom, ktorý sa tiež nachádza vo vnútornej membráne mitochondrií. Tento enzýmový komplex pri svojej činnosti využíva protónový gradient. Syntézou jednej molekuly ATP sa tento gradient znižuje o dva protóny. Tým sa ustavične udržuje dynamická rovnováha medzi redoxnými dejmi koncového oxidačného reťazca a tvorením ATP. Keďže celý systém uvedených biochemických premien predstavuje sled oxidačných reakcií a je ukončený väzbou anorganického fosfátu na ADP, hovoríme o oxidačnej fosforylácii. Základnou biologickou funkciou oxidačnej fosforylácie je efektívne využitie energie, alebo jej zabudovanie do štruktúry molekúl ATP. Časť uvoľnenej energie sa premení na teplo. CH3–CH2OH 2H NAD+ NADH + H+ POROVNANIE oxidačno - redukčného deja: v neživých sústavách a v živých sústavách Seminár z CH 35 (63. vyuč. hod.)