Биохемија

Из Википедије, слободне енциклопедије
Компјутерски приказ ДНК молекула

Биохемија је хемија живота, мост између биологије и хемије који проучава како комплексне хемијске реакције стварају живот. Биохемија је хибридни део хемије који конкретно проучава хемијске процесе у живим организмима. Овај чланак дискутује само копнену биохемију, која почива на угљенику и води. Како сви облици живота које данас имамо на планети имају заједничко порекло, према томе имају и сличне биохемије, као што су генетички код и стереохемија многих биомолекула. Непознато је да ли су наизменичне биохемије уопште и могуће.

Биохемија проучава структуру и фукнцију целуларних компоненти, као што су протеини, угљени хидрати, липиди, нуклеинске киселине и остали биомолекули. Иако постоји огроман број различитих биомолекула, они се често састоје од истих јединица које се понављају мономера, али који се понављају у различитим секвенцима. Недавно, биохемија је почела да се фокусира на проучавање реакција у којима су катализатори ензими, и на проучавање особина протеина.

Биохемија метаболизма ћелије и биохемија ендокриног система су два домена која су интензивно студирана. Друге области које спадају под појам биохемије су генетички код (ДНК, РНК), синтеза протеина, транспорт кроз ћелијску мембрану и трансдукција сигнала.

Развој биохемије[уреди]

Фридрих Велер

У почетку се веровало да на живе материје закони науке делују другачије од тзв. неживих материја. Веровало се да само жива бића могу да произведу молекуле живота (од претходно постојећих живих молекула). Међутим 1828 Фридрих Велер је објавио стручни рад који је за тему имао синтезу урее, притом доказавши да органска једињења могу бити створена вештачким путем. Синтеза урее, односно карбамида из амонијум-цијанида била је прва лабораторијска синтеза неког органског једињења.

Почетком биохемије се најчешће узима за тренутак када је пронађен први ензим, диастаза, 1833. од стране Анселма Пајена. Верује се да је 1903. немачки научник Карл Нојбер дао науци данашње име биохемија. Од тада биохемија је навелико напредовала, нарочито током средине 20-ог века, са открићем и развојем метода као што су хроматографија, рентгентска дифракција, нуклеарна магнетна резонанција (НМР), радиоизотопско обележавање, електронска микроскопија и симулација молекуларне динамике. Захваљујући овим методима научници су открили и детаљно анализирали многе молекуле као и активности у самим ћелијама на молекуларном нивоу као што су путеви метаболизма у ћелије, тј гликолиза и Кребцов циклус (такозвани циклус лимунске киселине).

Данас, открића у области биохемије се користе у многим стручним областима, од генетике и молекуларне биологије до пољопривреде и медицине. Прва употреба биохемије је највероватније била пре 5000 година прављењем хлеба користећи квасац.

Угљени хидрати[уреди]

Функције угљених хидрата су складиште енергије и структура. Шећери су угљени хидрати, међутим постоје и угљени хидрати који нису шећери. На Земљи угљени хидрати су најраспрострањенији биомолекули. Најједноставнији угљени хидрат је моносахарид, који се између осталог састоји од угљеника, водоника, и кисеоника, у односу 1:2:1 са генералном формулом CnH2nO где је n најмање 3. Глукоза, један од најбитнијих угљених хидрата, је пример моносахарида. Као и фруктоза, шећер који даје воћу сладак укус.

Сахароза

Два моносахарида могу бити спојена заједно помоћу дехидрације, реакције у којој се на свака два спојена моносахарида добија један молекул воде. У тој реакцији са једног моносахарида се откида један атом водоника, а са другог моносахарида се откида хидроксилна група (-ОН ) и таква два моносахарида се споје, док се њиховим спајањем добија један молекул воде H—OH тј. H2O. Новонастали молекул од сва моносахарида се сада назива дисахарид. Обрнути процес, стварање два моносахарида од једног дисахарида се назива хидролиза када молекул воде нападне везу између два спојена шећера. Напознатији дисахарид је сахароза, обични шећер, који се у научном контексту зове кухињски шећер како би се разликовао од осталих шећера. Сахароза се састоји од молекула глукозе и молекула фруктозе. Други важан дисахарид је лактоза, који се састоји од спојених молекула глукозе и галактозе. Већина људи са годинама смањује производњу ензима лактазе који помоћу реакције хидролизе раздваја лактозу у моносахариде, глукозу и галактозу. Резултат смањивања броја лактазе у организму доводи до нетолеранције лактозе, односно у тој старосној групи људи са смањеним бројем ензима не могу да пију млеко и млечне производе.

Реакција хидролизе

Када се неколико, 3 до 6, моносахарида споје, тај ланац молекула се зове олигосахариди (олиго значи више). Ови молекули се често користе као маркери и сигнали, али имају и друге улоге.

Многи моносахариди спојени заједно називају се полисахаридима. Они могу бити спојени заједно у једном дугом линеарном ланцу, или могу бити разгранати. Два најчешћа полисахарида су целулоза и гликоген, оба се састоје од понављајућих мономера глукозе. Биљке стварају целулозу која је важна структурна конпонента ћелијског зида. Људска бића нити могу да произведу целулозу нити могу да је варе. Гликоген је угљени хидрат који људи и животиње користе као складиште енергије.

Глукоза је важан извор енергије у већини облика живота. Велики број катаболичких процеса (видети катаболизам) је могућ захваљујући глукози. Глукоза се употребљава у једном веома важном процесу -гликолиза, у којем је циљ да се од једног молекула глукозе добију два молекула пиривата, из чега следи продукција два молекула АТП-а, енергија ћелије, заједно са два редуктована екивалента у форми NAD-а који се претвара у NADH. Овај процес не захтева кисеоник. Ако кисеоник није доступан NADH се пребаци у првобитан облик, НАД; конвертовањем пиривата у лактат (код човека на пример) или у етанол (код гљива).

У аеробним ћелијама са довољно кисеоника, као многе људске ћелије, пириват даље може бити предмет процеса метаболизма. Пириват се може променити (међутим ова реакција није повратна) у ацетил-СоА, дајући притом један угљеников атом као нус продукат угљен диоксида, притом стварајући још један молекул АТП-а и редукујући још један NAD (NAD у NADH). Два молекула ацетил-СоА (добијених од једног молекула глукозе) се затим укључују у Кребсов циклус, притом стварајући још два молекула АТП-а, 6 молекула NADA и два молекула FADH2. Укупан број молекула АТП-а који се добија овим путем је 32. Јасно се види из овога да комплетна оксидација глукозе омогућава организам са много енергије, и из тога следи да се комплексан живот на Земљи појавио тек онда кад је атмосфера у себи имала велике количине кисеоника.

Код кичмењака, нпр. људи, контрактовањем мишића, на пример током трчања, дизања тегова, брзог хода, организам не добија довољно кисеоника како би одржао ниво енергије како би ове радње биле уопште и могуће. Када дође то тог случаја онда се ћелије пребацују са аеробног метаболизма (кад је кисеоник доступан) у анаеробни метаболизам (кад кисеоник није доступан) и претвајару глукозу у лактат, лактичку киселину. Јетра може да регенерише глукозу, процесом глуконеогенезе.

Протеини[уреди]

Главни чланак: Протеин


Као и горе наведени угљени хидрати, неки протеини имају искључиво структурну улогу. На пример, кретање протеина као што су актин и мијозин омогућавају контрактовање мишића. Једна од битних особина протеина је њихова специфичност, што значи да се везују само на одређене молекуле и једињења. Таква врста протеина су антитела. Антитела се везују само за одређене молекуле. Ова специфичност протеина је веома корисна у дијагностици, ако не и једини начин дијагностике. Тест ЕЛИСА је један од тестова коришћен како би се детектовало присуство ХИВ вируса, вируса одговорног за сиду. Како су антитела специфична, она се везују само за биомолекуле који се појављују у телу када је пацијент већ оболео од вируса сиде. Када се врши тестирање са тестом ЕЛИСА, ако се утврди присутност одређених антитела која се везују за биомолекуле ХИВ вируса, онда са сигурношћу можемо да кажемо да особа има ХИВ вирус.

Структура протеина хемоглобин

Један од најважнијих врста протеина су ензими. Ензими су природни катализатори, и имају велику улогу у кинетици биолошких реакција, тј према потреби могу да убрзају или успоре реакцију. Веома су специфични, и везују се за само унапред одређене биомолекуле.

Протеин је ланац направљен од амино киселина. Амино киселина се састоји од угљениковог атома који је повезан за четири групе. Једна група је Амино група, —NH2, друга група је карбоксилна киселина, —COOH, трећа група је једноставан водоников атом, -H, и четврта група се обележава са -R и по тој групи се амино киселине разликују једна од друге. Амино киселине су повезане пептидним везама.

Липиди[уреди]

Главни чланак: Липиди

Липиди су једињења која имају различите улоге и особине, а једна од битнијих особина је да су неполарни, мада има и велики број поларних липида. Под поларним се подразумева да имају афинитет ка води, тј да су хидрофилни, док неполарни липиди значе да немају афинитет према води и да су хидрофобни. Познати липиди су восак, фосфолипиди, гликолипиди, терпеноиди и стероиди. Могу бити циркуларног или линеарног облика, као и флексибилни или ригидни.

Нуклеинска киселина[уреди]

Главни чланак: Нуклеинска кислеина

Нуклеинска киселина је комплекс биохемијских макромолекула високе молекуларне масе који се састоји од нуклеотидних ланаца који преносе генетичке информације. Најпознатије две нуклеинске киселине су Дезоксирибонуклеинска киселина ДНК и Рибонуклеинска киселина РНК. Нуклеинске киселине се налазе у свим живим ћелијама и вирусима.

Литература[уреди]

Спољашње везе[уреди]

Викиостава
Викимедијина остава има још мултимедијалних датотека везаних за: Биохемија