Úvod do metabolismu buňky í Rozdíly mezi prokaryontní a eukaryontní buňkou. Organely eukaryontní buňky a jejich funkce. Biochemicky významné organické reakce. Buňka 1. Charakterizujte základní rozdíly mezi eukaryontní a prokaryontní buňkou: Charakteristika Prokaryontní buňka Eukaryontní buňka Organismy Bakterie a cyanobakterie, většinou jednobuněčné Prvoci, houby rostliny a živočichové, většinou mnohobuněčné Velikost buňky ......-......um < um Oddělené jádro Ano/ne Ano/ne Výskyt membránových organel Ano/ne Ano/ne Charakter chromosomů Velikost ribosomů Přítomnost cytoskeletu Ano/ne Ano/ne Buněčné dělení DNA Obnažená Spojená s proteiny Průběh syntézy proteinů Respirační enzymy V plasmatické membráně 2. Buňky určitých tkání nebo orgánů mají v lidském organismu často specializovanou funkci. Na základě dosavadních znalostí se pokuste doplnit, ve kterých buňkách probíhají dané biochemické procesy: Syntéza glykogenu .............................. Oxygenace hemoglobinu .............................. Syntéza adrenalinu .............................. Syntéza močoviny .............................. Ukládání lipidů .............................. Syntéza aktinu a myosinu .............................. Syntéza insulinu .............................. Konjugace toxických látek .............................. 5 Kompartmentace metabolických dějů v buňce Přiřaďte procesy k jednotlivým buněčným kompartmentům: transport iontů a malých molekul, syntéza RNA, syntéza steroidů, detoxikační reakce, buněčné dýchání, metabolismus glukosy, syntéza proteinů, tvorba ATP, export proteinů, buněčné trávení, oxidace lipidů, syntéza DNA, úprava RNA, receptory pro malé molekuly hormonů, modifikace a třídění proteinů, odbourání peroxidu vodíku. Kompartment Metabolické děje Cytoplasmatická membrána Cytoplasma Mitochondrie Jádro Hrubé ER Hladké ER Golgiho aparát Lyzosom Proteasom Peroxisom 6 Enzymové markery subcelulárních frakcí 4. Do tabulky doplňte funkce enzymů sloužících jako markery. Čistota buněčných frakcí při jejich izolaci je hodnocena na základě stanovení aktivity enzymových markerů jednotlivých organel, tj. enzymů, o nichž se předpokládá, že jsou lokalizovány výhradně v dané organele a jsou proto pro tuto organelu charakteristické. Následující tabulka uvádí příklady těchto markerů. Frakce Enzym Funkce enzymu Plasmatická membrána Na+/K+-ATPasa Jádro DNA-polymerasa RNA-polymerasa Endoplasmatické retikulum Glukosa-6-fosfatasa Cytochrom-b5-reduktasa Desaturace mastných kyselin Golgiho aparát Galaktosyltransferasa Lyzosomy Kyselá fosfatasa P-Glukuronidasa Štěpení proteoglykanů Mitochondrie Sukcinátdehydrogenasa Cytochrom-c-oxidasa Peroxisomy Katalasa Cytosol Laktátdehydrogenasa Glukosa-6-fosfátdehydrogenasa Pentosový cyklus 5. Napište rovnici štěpení glukosa-6-fosfátu enzymem glukosa-6-fosfatasou. 6. Napište rovnici reakce katalyzované sukcinátdehydrogenasou. 7. Napište rovnici reakce katalyzované enzymem laktátdehydrogenasou. 8. Která sloučenina je kofaktorem v obou výše uvedených reakcích? 9. Jaká je funkce cytochrom-c-oxidasy v buňce? Které látky jsou jejími inhibitoiy? 10. Kriteriem čistoty frakcí je specifická aktivita enzymů, vyjádřená jako enzymová aktivita vztažená ne jednotku hmotnosti proteinu v dané frakci. Jak se mění její hodnota se zvyšující se čistotou frakce? 11. Nakreslete strukturu látky, která vzniká z D-glukopyranosy účinkem glukosa-6-fosfát-dehydrogenasy. 7 Jádro 12. Charakterizujte uspořádání DNA v jádře eukaryontní buňky. 13. Jakými úpravami prochází mRNA po své syntéze? 14. Jakým způsobem se upravená mRNA dostává z jádra do cytosolu? Buněčná membrána 15. Které hlavní komponenty jsou obsaženy v buněčné membráně? 16. Jmenujte a nakreslete konkrétní struktury. 17. Jaké intermolekulární interakce se uplatňují ve vnitřní části membrán? 18. Jakou roli mohou mít proteiny obsažené v membráně? 19. Co je to glykokalyx? 20. Které aminokyseliny se vyskytují v intramembránové části proteinů? Cytoplasma Hlavní komponenty intracelulární tekutiny (ICT) Koncentrace 200 -náboje (mmol/l) 150 - 50 - 0 J Na' Cl......... HCO, pror K' © Mg" 21. Který ion je hlavním kationem ICT? 22. Které ionty jsou hlavními anionty ICT? 23. Proč jsou proteiny počítány mezi anionty? 24. Které z iontů uvedených v diagramu mají pufrační účinky? 25. V cytoplasmě probíhá glykolýza a glukoneogeneze. Jejími důležitými meziprodukty jsou glyceraldehyd-3-fosfát, dihydroxyacetonfosfát, fosfoenolpyruvát, 1,3-bisfosfoglycerát. Nakreslete vzorce těchto látek. 26. Mastné kyseliny jsou při vstupu do buňky převedeny na acyl-CoA. Jaký typ vazby vzniká mezi mastnou kyselinou a koenzymem A. Nakreslete obecný vzorec této vazby. 27. Co je produktem odbourání ethanolu v cytoplasmě. Jak se nazývají příslušné enzymy? 8 Mitochondrie 28. Charakterizujte strukturu mitochondrií. Jaký je rozdíl mezi oběma membránami mitochondrií? 29. Vyskytuje se v mitochondriích DNA? Jaký je její význam? 30. K čemu je v mitochondriích potřebný kyslík? Napište rovnici hlavní reakce kyslíku, která probíhá v mitochondriích. 31. Elektrony odebrané vodíku v dýchacím řetězci jsou přenášeny systémem oxidoredukčních kofaktorů. Jaké jsou hodnoty standardních redox potenciálů těchto kofaktorů? 32. V mitochondriích je lokalizován citrátový cyklus. Napište rovnici první reakce tohoto cyklu. 33. Které kofaktory se účastní dehydrogenačních reakcí citrátového cyklu? Charakterizujte jejich strukturu. 34. Charakterizujte strukturu ATP. Jaký typ vazby je štěpen při přeměně ATP na ADP? 35. V mitochondriích jsou rovněž syntetizovány ketonové látky. Které jsou to sloučeniny? Endoplasmatické retikulum 36. Charakterizujte strukturu ER. Jaký je rozdíl mezi hladkým a hrubým ER? 37. Jaká je role cytochromů P450 v ER? 38. Jak se nazývá ER ve svalových buňkách. Který kation je zde masivně akumulován? 39. V ER probíhá desaturace mastných kyselin. Který typ desaturas se vyskytuje v jaterní buňce člověka? Golgiho aparát 40. Charakterizujte strukturu Golgiho aparátu. Čím se liší cis- a //vms-část GA? 41. Jaká je role Golgiho aparátu v metabolismu buňky. Uveďte příklady. Peroxisomy 42. Charakterizujte strukturu peroxisomů. 43. Enzym katalasa vyskytující se v peroxisomech katalyzuje jak reakci rozkládající peroxid vodíku, tak reakce využívající peroxid vodíku k oxidaci substrátu. Doplňte a upravte rovnice: a) ... H202 -> ...........+ ... 02 b) ... RH2 + ... H202 -^...........+............ ■ 44. Doplňte rovnici reakce, podle které je v peroxisomech jaterní buňky odbouráván ethanol: ... H202 + ... ethanol ->............+............ 9 Lyzosomy 45. Jaká je role lyzosomů v buňce? Jak vznikají? 46. Jaké je pH v lyzosomech? 47. Jaký je rozdíl mezi primárními a sekundárními lyzosomy? 48. Jakým pochodem se do lyzosomů dostávají makromolekulami látky? 49. Do které třídy převážně patří enzymy působící v lyzosomech? 50. Nakreslete obecné vzorce fosfoesterové, amidové, peptidové, O- a N-glykosidové vazby. 51. V tabulce doplňte, jaký typ vazeb je štěpen lyzosomálními enzymy. Enzym Typ vazby a-Glukosidasa p-Galaktosidasa Hyaluronidasa Arylsulfatasa Lysozym Kathepsin Kolagenasa Elastasa Ribonukleasa Lipasa Fosfatasa Ceramidasa Cytoskelet 52. Cytoskelet je tvořen třemi hlavními druhy vláken. Která jsou to vlákna a jak se liší svou funkcí? Vlákno Hlavní protein Hlavní funkce Udržování tvaru buňky, pohyb chromozomů a dalších subcelulárních komponent, migrace buněk... Buněčné dělení, endocytosa, exocytosa, udržování tvaru buňky ... Desmin (svalové buňky) Vismetin (fíbroblasty) Keratin (epitelové buňky) Neurofílamenta (neurony) Funkce není zcela objasněna. 10 53. Která vlákna cytoskeletu jsou nejdelší? 54. Na které z vláken cytoskeletu se váže alkaloid kolchicin? Jaký je jeho účinek? 55. Jaká je role proteinů kinesinu a dyneinu v buňce? Nevazebné interakce 56. Soudržnost buňky a jejich kompartmentů, interakce mezi jednotlivými molekulami navzájem a interakce mezi molekulami a receptory, molekulami a enzymy a podobné interakce jsou založeny na existenci nevazebných interakcí. Charakterizujte je doplněním do tabulek. Nevazebná interakce Fyzikálně chemická podstata interakce Vodíkové vazby Elektrostatické Hydrofobní Výskyt nevazebných interakcí v buňce 57. Doplňte převažující typ nevazebných interakcí, podílejících se na stabilizaci struktury/systému v buňce. Struktura / Systém Převažující typ nevazebné interakce Proteiny - sekundární Proteiny - terciární Proteiny - kvartérní DNA Fosfolipidová dvojvrstva Enzym - substrát Protilátka - antigen 11