BIOKEEMIA Mõisted (0)

BIOKEEMIA
Biokeemia kirjeldab, kuidas organism töötab kui „keemiline süsteem“ molekulaarsel tasandil ning pakub lahendusi: Kuidas „keemiline süsteem“ paremini töötaks (nt. toitumise biokeemilised alused) Kuidas diagnoosida probleeme ning neid ületada (täpse diagnoosi tagamine, haiguste põhjuste väljaselgitamine ) Kuidas ravida (haiguste kulu prognoosimine, sobiva ravi määramine, ravitulemuste hindamine)
Konfiguratsioon – aatomite või aatomgruppide ruumiline paiknemine molekulis üksteise suhtes  Orgaaniliste ühendite mittetasapinnalisus on tingitud:  C-aatomi sp 3 hübridisatsioonist  Aatomitevahelistest interaktsioonidest molekulis  Konformatsioon – ruumiliselt erinevad geomeetrilised vormid vaba pöörlemise tõttu, mida võimaldab C-aatomi sp3- hübridiseerunud olek. Molekul võtab alati energeetiliselt stabiilsema konformatsiooni, mis on ka tema funktsiooni aluseks. Molekulis toimub pidev üleminek ühest konformatsioonist teise – kui pole suuri asendjaid (fn rühmi), H-sidemed
Konformatsioon – ruumiliselt erinevad geomeetrilised vormid vaba pöörlemise tõttu, mida võimaldab C-aatomi sp3- hübridiseerunud olek. Molekul võtab alati energeetiliselt stabiilsema konformatsiooni, mis on ka tema funktsiooni aluseks. Molekulis toimub pidev üleminek ühest konformatsioonist teise – kui pole suuri asendjaid (fn rühmi), H-sidemed
Peptiidside- Kovalentne side, mis seob aminohappe jääke peptiidides ja valkudes, α-COOH ja α-NH2 ühinemisel eraldub vee molekul, side vajab energiat, kuna reaktsiooni tasakaal on nihkunud tugevalt hüdrolüüsi suunas. Üks peptiidside moodustab 2 vesiniksidet
Lühem kui tavaline C-N side – konjugatsiooni tõttu, see takistab vaba pöörlemist peptiidsideme ümber
Side on kovalentne, peptiidsidemes osalev C aatomi on sp2 hübridiseerunud (1 kaksikside), peptiidrühma aatomid asuvad ühel tasapinnal (side on jäik). Korduvatest peptiidrühmadest moodustub „kovalentne tüvi“, millest nurga all väljuvad R-rühmad
Kõrvutiste AH-te R-rühmad on trans – asendis (tõukumisjõud vähimad). Pro – ga peptiidsidemes cis-asendis -C=O ja –NH on peptiidrühmas polaarsed ja võivad anda 2 H-sidet (stabiliseeriv side ahelas)  Tavatingimustes stabiilne, mitteensümaatiliselt hüdrolüüsub vaid tugevate hapete või alustega kuumutamisel
Molekulid võtavad mitmeid sobivaid konformatsioone (vajalikud füsioloogiliste funktsioonide täitmiseks)
Peptiidid –koosnevad peptiidsidemega ühendatud aminohappe jääkidest, endorfiin on peptiid, peptiidsed ravimid nagu nt penitsilliin.
Oligopeptiidid (2-20 aminohappejääki)
Polüpeptiidid (25-50 aminohappejääki)  Üle 50 aminohappejäägi sisaldavat polüpeptiidi nimetatakse valguks- Vastavalt aminohappejääkide sisaldusele: Dipeptiid, Tripeptiid , Tetrapeptiid Jne Igas peptiidis on ahela ühes otsas vaba aminorühm (peptiidis N-terminus) ja teises otsas karboksüülrühm (peptiidis C-terminus), nimetuse andmist ja AH-jääkide nummerdamist alustatakse N-terminaalsest aminorühmast.
PEPTIID JA PEPTIIDI KOVALENTNE „TÜVI“

• C-N side on konjugeerunud, see takistab vaba pöörlemist peptiidsideme ümber
  
• Side on kovalentne, peptiidsidemes osalev C aatomi on sp2 hübridiseerunud (1 kaksikside), peptiidrühma aatomid asuvad ühel tasapinnal (side on jäik). Korduvatest peptiidrühmadest moodustub „kovalentne tüvi“, millest nurga all väljuvad R-rühmad
  
• kõrvuti asetsevad aminohappe jääkide R rühmad on trans - asendis
  
• Peptiidsidemes osalevad C=O ja N-H on polaarsed ja võimelised moodustama H – sidemeid
  
• Tavatingimustes stabiilne, mitteensümaatiliselt hüdrolüüsub vaid tugevate hapete või alustega kuumutamisel
  
• Molekulid võtavad mitmeid sobivaid konformatsioone (vajalikud füsioloogiliste funktsioonide täitmiseks)
  

Proteinogeensed aminohapped:

• Neutraalsed:
  
  • ALA – alaniin MET – metioniin
    
  • PHE – fenüülalaniin GLY – glütsiin
    
  • LEU – leutsiin GLN – glutamiin
    
  • ILE – isoleutsiin CYS – tsüsteiin
    
  • VAL – valiin THR – treoniin
    
  • ASN – asparagiin TRP – trüptofaan
    
  • PRO – proliin TYR – türosiin
    
  • SER – seriin
    
• Happelised:
  
  • ASP - asparagiinhape GLU – glutamiinhape
    
• Aluselised:
  
  • ARG – arginiin HIS – histidiin LYS – lüsiin
    
• Alfa- süsinik ja 4 asendajat:
  
  • Vesinik (H).
    
  • COOH – karboksüülrühm.
    
  • Alfa-aminorühm – NH2.
    
  • Radikaal – R – kõrvalahel .
    

Füsioloogilise pH juures on AH-d tsvitterioonid (puhverdamisvõimega): aminorühm protoneeritud karboksüülrühm karboksülaataniooni vormis. Neutraalne hübriidioon, mis sisaldb endas katiooni ja aniooni ning moodustab molekuli.Laenguga nii amino- kui karboksüülrühm.
VALKUDELE ON ISELOOMULIK

• Biomakromolekulid – koosnevad ühest või mitmest polüpeptiidahelast (> 50 AH)
  
• Igal valgul on oma individuaalne AH-jääkide kindel järjestus ja koosseis, millest sõltuvad: füüsikalised ja keemilised omadused
  
• valkude struktuuritasemed (funktsionaalsuse tagamiseks vähemalt tertsiaalstruktuur )  biofunktsioonid
  
• Kudede valgusisaldus sõltub nende ülesannetest (lihased – kontraktiilvalgud, maks – ensüümid , rasvkude – transport- ja struktuurvalgud jne) ning muutub arengu ja haiguste korral
  
• AH-jääkide vahel polüpeptiidis on kovalentne peptiidside
  
• Biomakromolekulidena on neil mitmetasandiline struktuur (3D), fn täitmiseks valik arv polüpeptiidahelaid  Neil on aktiivtsentrid (-alad) ja sobiv konformatsioon ligandite (ioon, molekul, funktsionaalne rühm) sidumiseks – tagab valkude mitmekesisuse ja biofunktsiooni
  
• Valke 40-46 % keha kuivkaalust
  
• Vereplasmas 63 – 85 g/L
  
• Uriiniga eritub alla 100 – 150 mg ööpäevas
  

VALKUDE STRUKTUURITASANDID -
Primaarstruktuur

• aminohappejääkide kindel järjestus antud valgu jaoks, kus aminohappejäägid on seotud polüpeptiidiks kovalentse peptiidsidemega.
  

• AH-te kindel järjestus polüpeptiidis (AH-d seotud kovalentse peptiidsidemega), mis sisaldab info valkude kõrgemate struktuuritasemete kujunemiseks, sh. valkude funktsioonide tagamiseks
  
• Primaarstruktuuris esineb ka ahelasiseseid tugevdavaid kovalentseid disulfiidseid sidemeid (tekivad endoplasmaatilises retiikulumis – esinevad sekreteerivates ja membraanvalkudes)
  

Olulisus: Määrab ära valkude spetsiifilisuse – on aluseks valkude biofunktsioonidele, nt ensüümvalk seostub substraadispetsiifiliselt.Geneetiliselt määratletud AH-line järjestus ja koosseis on baasinformatsiooniks kõrgemate struktuuritasemete moodustumisele (ja seega fn-dele) .Molekulaarhaigused – põhjustatud enamasti mõne AH jäägi asendusest primaarstruktuuris (nt. sirprakuline aneemia)
Sekundaarstruktuur – H-sidemete abil moodustunud ahela ruumiline struktuur. Iga H- sideme teke vabastab energiat – stabiilsus suureneb. Sekundaarstruktuuri tekkimise info on primaarstruktuuris. Sekundaarstruktuuri põhivormid on: α – heeliks – paremale pöörduv polüpeptiidahel, H-sidemed: iga peptiidrühm annab 2 H-sidet (v.a. Pro ja Hyp – annavad 1-e H-sideme), β – heeliks – kihilis-voldiline sturuktuur, tagatud H- sidemetega (lühikestes ahelates ahela voltide ja pikkades ahelates lisaks erinevate ahelate vahel), ahelad või nende osad kopeerivad teineteist või mitte (antiparalleelsed)
SEKUNDAARSTRUKTUURI Α – HEELIKS (PÕHILISELT GLOBULAARSTE VALKUDE 3D ALUSEKS)
 α - Heeliksit stabiliseerivad:  H-sidemed N-H ja C=O rühmade vahel  R-rühmade hüdrofoobsed ühendused  Elektrostaatilised jõud erinimelise languga R- rühmade vahel  Tervikheeliksi polaarsus  Amfipaatse polüpeptiidi ühendus polaarse või mitte polaarse keskkonnaga (Zilmer… joon.11, lk. 37)
SEKUNDAARSTRUKTUURI Β-HEELIKS (PÕHILISELT FIBRILLAARSETE VALKUDE 3D ALUSEKS)
 Kihilis - voldiline struktuur, mida tagavad:  Peamiselt H-sidemed – lühikestes polüpeptiidides ahelasiseselt, pikkades polüpeptiidides ka naaberahelate vahel  AH-jääkide R-rühmade vahelised hüdrofoobsed jõud  Elektrostaatilised jõud erinimelise languga R- rühmade vahel
Tertsiaalstruktuur -aktiivne, funktsiooni täitev valk (3D) – polüpeptiidahela spetsiifiline ülitihe kokkupakkimine, tagab valgu biofunktsiooni  Kerajas -ellipsoidne ( gloobul , globulaarsed valgud , enamus valke, kõik ensüümid)  Niitjas ( fibrill , fibrillaarsed valgud – kolageen, lihasvalgud )  Baasinfo kokkupakkimiseks – primaarstruktuuris  Kokkupakkimise protsessi osalevad  Polüpeptiidahela seostusvalgud  AH-jääkide R-rühmade vastastikused omavahelised toimed ja veemolekulidega (AH hüdrofiilsed rühmad asetuvad molekuli pinnale ja hüdrofoobsed molekuli sisemusse )  Need sidemed võivad olla tugevamad, kui sekundaarstrutuuri tagavad H-sidemed
Mutatsioonid primaarstruktuuris, mis muudavad konformatsiooni tagavaid sidemeid põhjustavad valkude bioaktiivsuse osalise või täieliku kadumise  Tertsiaarsutruktuuris asuvad domeenid – need on helitseerunud ja β- stuktuuride kombinatsioonide tulemus  Globulaarsetes valkudes on enamasti mitu domeeni – näiteks ühes on aktiivtsenter, teises ensüümi regulatoorne tsenter
Struktuuri mõjutavad tingimused ehk energeetiliselt stabiilse biofunktsiooni täitev valgu konformatsioon moodustub, kui on sobivad:  pH  Temperatuur  Vastasmõju vee molekulidega  Asukoht rakus, nt. membraanides  Struktuuri muutvad keemilised ühendid
Denaturatsioon - valkude kõrgema tasandi struktuuri muutumine, millega kaasneb ka valgu võimetus täita biofunktsiooni (ei lõhu kovalentseid peptiidsidemeid (primaarstruktuur säilub)
KVATERNAARSTRUKTUURI TÄHTSUS
 Spetsiaalsed ülesanded metabolismis – metabolismiradade võtmeensüümid, nende aktiivsuse regulatsioon on  täpsem ja efektiivsem  paremini kontrollitav – kvaternaarstruktuuri ei moodustu nt. juhusliku primaarstruktuuri biosünteesi vea tõttu, vea parandamisel ühinevad defektideta SU-d
Ensüümid
• On biokatalüsaatorid – NB! Katalüüsivad spetsiifiliselt peaaegu kõiki reaktsioone organismis, neist sõltub molekulide muundumise kiirus ja suund • Üle 2500 valgulise ensüümi (valguline ehitus! Millised valgud?) • Liigitatakse: • Lihtensüümid (ainult valguline osa) • Liitensüümid – koosnevad: • valgulisest osast ehk apoensüümist • mittevalgulisest komponendist ehk kofaktori(te)st (nt. madalmolekulaarne koensüüm ) • Apoensüüm + kofaktor = töötav ensüüm
ES-s peamiselt H-sidemed, elektrostaatilised ja hüdrofoobsed toimed –annavad vaba energia

Vesilahustuvad – nende allikad, põhifunktsioonid.

B1 – Tiamiin - Aitab omastada süsivesikuid, stimuleerib söögiisu, kaitseb närvisüsteemi – maks, pärm , teraviljad, piimatooted , munakollane

B2 – Riboflaviin - Osaleb valkude ja lipiidide ainevahetuses, stimuleerib kasvamist, tagab naha hea tervise, soodustab nägemist - Pärm, idud , aju, maks, süda, neerud

B3, PP – Niatsiin, nikotiinhape - Aitab omastada süsivesikuid, valke ja lipiide, on seotud vereringega, kaitseb nahahaiguste ning seede- ja närvisüsteemi häirete eest - Valgurikkad toidud (pärm, piimatooted, valge liha, kala)

B4 – Koliin – osaleb kolesterooli metabolismis - maasikad

B5 – pantoteenhape -Osaleb süsivesikute ja lipiidide ainevahetuses ning rasvhapete tootmises, väga oluline kasvamise juures - Pärm, idud, maks, munakollane, avokaado

B6 – püridoksiin , püridoksamiin - Osaleb aminohapete ja magneesiumi omastamises, väga oluline lihaskonna arengus - Pärm, idud, mugulviljad , aju, maks, munakollane

B8 – inositool – juuste, luukoe , seedetrakti norm. Arenguks - teravili

B10,11 – foolhape , folatsiin - Osaleb proteiinide omastamises ning hemoglobiini ja DNA sünteesis, oluline immuun - ja närvisüsteemi töö tagamises - Muna, maks, liha, täisteravili, rohelised köögiviljad, puuviljad , juust

B12 – kobalamiinid - Osaleb lipiidide ja süsivesikute omastamises, hemoglobiini sünteesimises ja närvisüsteemi funktsioneerimises, oluline terve naha tagamises - Maks, munakollane, kala, taimeõlid ja piimatooted

Bt – karnitiin – rasvhapete energiametabolism – sünteesib inimene

C – askorbiinhape - Antioksüdeeriv toime, aneemiavastane, soodustab kudede paranemist, suurendab organismi vastupanuvõimet haigustele - Toores maks, toores rasvane kala (tuunikala, lõhe , angerjas), värsked ja toored puuviljad ja köögiviljad

H – biotiin - Osaleb süsivesikute omastamises ja rasvhapete tootmises, stimuleerib kasvamist, võitleb nahahaiguste vastu - Maks, pärm, munad

N – lipoehape – kataboolsed protsessid – pärm, liha, piim, taimsed produktid

PABA – p-aminobensoehape – naha, juuste norm pigmentatsioon – maks, piim, munad

U-S – metüülmetioniin

P – bioflabonoidid

Rasvlahustuvad – allikad, põhifunktsioonid

A – retinoidid - Stimuleerib kasvamist, kaitseb nakkuste eest, soodustab nägemist, antioksüdeeriva toimega - Maks, toores liha, tursamaksaõli, piimatooted, porgand ( provitamiin A)

D – kaltsiferoolid - Osaleb kaltsiumi ja fosfori imendumises; rahhiidivastane toime - Munakollane, tursamaksaõli, rasvased merekalad, seened, teravili

E – tokoferoolid - Antioksüdeeriv toime; oluline reproduktiivfunktsioonide tagamises - liha, maks, teraviljaidud, taimeõlid, munad, astelpaju

K – naftokinoonid - Osaleb kaltsiumi kinnistumisel luudes, hoiab ära verejookse - Kala, maks, munad, rohelised köögiviljad (K1), juust (K2)

Q – ubikinoonid – antioksüdant , hingamisahela keskne komponent – makrellid, muna, kanaliha , sealiha, pähklid, spinat

F – linoolhape ja alfa- linoleenhape – pähklid
Vesiniksidemed
a. Sisaldavad alati H aatomit, iseloomult elektrostaatilised (vastasnimeliselt laetud osalaengutega aatomid tõmbuvad)
b. Elusorganismides sisaldab H side O või N aatomit (elututes objektides F aatomit)
c. Vesiniksideme erinevus dipool – dipool jõududest – vesinikside on tugevam, sest vesiniku aatom on tugevalt tõmmatud O või N aatomi poole
d. Vesinikside esineb molekulide vahel või molekuliseseselt
e. H side on tugevaim mittekovalentne jõud elusorganismide molekulaartasandil
Optiline aktiivsus on polariseeritud valguse tasapinna pööramine kas paremale (+) või vasakule (-)  Optiliselt aktiivsed saavad olla molekulid, mis on asümmeetrilised  Asümmeetria - ehk hiraalse tsentri moodustab α – süsinik  Asümmeetria tsentrit ei ole glütsiinil
 Kõigil AH-tel (v.a. glütsiinil) on vähemalt üks asümmeetriline C aatom, mis annab kaks optiliselt aktiivset isomeeri (enantiomeeri). Kaks hiraalset C aatomit on isoleutsiinil ja treoniinil  Organismi AH-d on kõik L-isomeerid, sest:  ensüümid kui hiraalsed valgud lülitavad polüpeptiidahelasse vaid L-aminohappeid
L- või D - isomeer määratakse α-aminorühma asendi järgi Füsioloogilise pH juures on AH-d tsvitterioonid (puhverdamisvõimega): aminorühm protoneeritud karboksüülrühm karboksülaataniooni vormis