Esimene loeng Loeng 1 Dr. Juhan Sedman Vanemuise 46-127 Tel. 375037 Email: jsedman@ebc.ee Kõnetunnid kolmapäeviti 16.00-19.00

Õppevahendid, programm ja ajakava. Eksam Biokeemia evolutsioon (Bio)keemiline evolutsioon Elusaine elementaarkoostis Funktsionaalrühmad biokeemias Makromolekulid Rakk kui biokeemiline reaktor

Eksam toimub testi vormis Näidistest: www.biokeemia.ebc.ee test2004

Õppevahendid: soovitatav õpik Principles of Biochemistry (Third Edition, 2002) Horton, Moran, Ochs, Rawn, Scrimgeour Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 07458 ISBN 0-13-026672 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Entrez/ I Books: online books II Biochemistry Berg, Jeremy M.; Tymoczko, John L.; and Stryer, Lubert. New York: W. H. Freeman and Co.; 2002

Õppevahendid Voet and Voet Biochemistry, 2nd edition 1995 Garrett and Grisham Biochemistry, 2nd edition 1999 Zubay Biochemistry, 4th edition 1998 Stryer Biochemistry, 4th edition 1995 Nelson and Cox Lehninger Principles of Biochemistry, 3rd edition 2000 Campbell Biochemistry, 2nd edition 1995 Voet, Voet and Pratt, Fundamentals of Biochemistry, 1999 Student companion to… Stryers Biochemistry Fundamentals of Biochemistry

Kõik loengutel esitatavad slaidid on võrgus kättesaadaval Powerpoint formaadis Üks loeng 2...10 Mb. www.biokeemia.ebc.ee Kasutaja: Parool:

Moraalilugemise asemel sõbralikud soovitused: Trükkige aegsalt välja loengumaterjalid (näiteks 6 slaidi lehe kohta) ja võtke loengusse kaasa Veelgi parem kui te loete materjali eelnevalt läbi Kui millestki aru ei saa, küsige kohe. Lollid küsimused on ainult need mida ei küsita. Ei ole mõistlik õppida ainult eksamieelsel perioodil, sest siis te lihtsalt ei jõua. Muretsege endale õpik.

Journal of Biological Chemistry 25 February 1987; Vol. 262, No. 6 Minireviews Hyaluronan Minireview Series DNA: Replication Repair and Recombination Genes: Structure and Regulation RNA: Structure Metabolism and Catalysis Protein Synthesis Post-Translation Modification and Degradation Genomics Proteomics and Bioinformatics Protein Structure and Folding Enzyme Catalysis and Regulation Metabolism and Bioenergetics Glycobiology and Extracellular Matrices Lipids and Lipoproteins Membrane Transport Structure Function and Biogenesis Mechanisms Of Signal Transduction Molecular Basis Of Cell and Developmental Biology Carbohydrates, Lipids and Other Natural Products Cell Biology and Metabolism Enzymology Membranes and Bioenergetics Nucleic Acids, Protein Synthesis and Molecular Genetics Protein Chemistry and Structure

Biokeemilised dimensioonid I: ruum mm milli 10-3 mm mikro 10-6 nm nano 10-9 Ongström 10-10 m

Prokarüootne rakk Produktid? Membraan ja kest lahutavad väliskeskkonnast Rakusisesed kompartmendid puuduvad Prokarüootne rakk Produktid? -biomass -ainevahetuse kõrvalproduktid Süsiniku allikas CO2 –fotosünteesivad organismid on võimelised sünteesima suhkruid lähtudes atmosfääris leiduvast süsihappegaasist Orgaanilised süsinikuühendid Lähteühendid? C-allikas N-allikas jne Energia? Lämmastiku allikas N2- vaid vähesed organismid NH3- enamik rakke Nitraadid- osad bakterid Glutamaat jt aminohapped Energia allikaks võib olla 1. Valgusenergia (fotosünteesivad organismid) 2. Redoksreaktsioonid -oksüdeeritakse kas orgaanilisi ühendeid või anorgaanilisi ühendeid

Prokarüootne rakk Produktid? Membraan ja kest lahutavad väliskeskkonnast Rakusisesed kompartmendid puuduvad Prokarüootne rakk Produktid? -biomass -ainevahetuse kõrvalproduktid Metabolism- keemiliste protsesside kogum elusrakus Sageli kitsamas tähenduses kasutusel rakuenergeetika aspektist lähtudes Katabolism- degradatiivsed protsessid, energiat genereerivad Anabolism- biosünteetilised protsessid, energiat tarbivad Lähteühendid? Energia? C-allikas N-allikas jne

Organismide jaotus toitainete kasutamise alusel

Biokeemilised dimensioonid III: energia 1 kcal = 4.18 kJ ATP 30.5 kJ/mol

Molekulide vahelised sidemed bioloogilistes süsteemides Kovalentne keemiline side Mittekovalentne keemiline side ehk nõrgad interaktsioonid Kovalentsete sidemete tugevus kJ/mol Üksikside Kaksikside O-H 461 C=O 712 H-H 435 C=N 615 P-O 419 C=C 611 C-H 414 P=O 502 N-H 389 C-O 352 Kolmikside C-C 348 S-H 339 C C 819 C-N 293 N N 930 S-S 214 Mittekovalentsed Sidemed 4…40 kJ/mol

Miks baseerub elu süsinikul? C on võimeline moodustama tohutu hulga erinevaid ühendeid Moodustab kuni 4 stabiilset kovalentset sidet ja pikki C-C ahelaid B, C, N, Si ja P- ainsad elemendid, mis on võimelised moodustama kovalentselt seotud ahelaid ja moodustama rohkem kui 3 sidet C-C side 350 kJ/mol N-N side 170 kJ/mol (kolmikside 950 kJ/mol) Si-Si side 175 kJ/mol, Si-O side 370 kJ/mol Heteronukleaarsed C-O, C-N, P-O sidemed reaktsioonivõimelisemad kui C-C side Praktiliselt ainukesed homonukleaarsed sidemed peale C-C on eluslooduses S-S Inimorganismi elementaarkoosseis (kuivkaalu protsendid) C 61.7 Vähesel hulgal N 11.0 O 9.3 B F Si H 5.7 V Cr Mn Ca 5.3 Fe Co Cu P 3.3 Zn Se Mo K 1.3 Sn I S 1.0 Cl 0.7 Na 0.7 Mg 0.3 Bioloogiliste süsteemide elementaarkoosseis on oluliselt erinev maakoorest 47% O, 28% Si, 7.9% Al, 4.5% Fe, 3.5% Ca

Keemilise evolutsiooni staadium Redutseeriv vs oksüdeeriv atmosfäär Keemilise evolutsiooni eksperimentaalne analüüs 1953 a. Miller ja Urey H20, CH4, NH3, H2 j Glütsiin, Alaniin, Glutamiinhape, Asparagiinhape Sipelghape, äädikhape, piimhape, karbamiid, N-metüülkarbamiid Ürgpuljong? -isoleeritud loigud -katalüsaatorid -külm algus (hüdrolüüs vs. kondensatsioon)

Isereplitseeruva süsteemi teke RNA maailma mudel 1. Elu võis baseeruda algul isereplitseeruval RNA-l? 2. Replitseeruva süsteemi evolutsioon valkude kaasamisega? 3. DNA kui geneetilise informatsiooni kandja kaasamine Kompartmentalisatsioon 1. Vajalik kui vahend soodsa keemilise keskkonna säilitaja 2. Transpordisüsteemi vajalikkus 3. Inside outside first? Metaboolsete radade, fotosünteesi ja hingamise areng Energeetiliste resursside piiratuse tingimustes tekkis fotosüntees Fotosünteesi tagajärjel akumuleerus kõrvalproduktina hapnik Oksüdatiivse metabolismi (respiratoorsete mehhanismide)arenemine Hulkraksete organismide teke ca 700 milj. a. tagasi

Biokeemilised dimensioonid III: aeg piko nano mikro milli

E. coli rakkude keemiline koostis Vesi >70% Valgud 15% Nukleiinhapped 7% Polüsahhariidid 3% Lipiidid 2% Anorg. ioonid 1% Metaboliidid <1%

Bioloogilistes süsteemides on polümeerid olulisel kohal Bioloogilised makromolekulid jaotatakse 4 (3) klassi Valgud- aminohapetest koosnevad polümeerid. Funktsioonid mitmekesised, katalüüs, struktuur, regulatsioon, transport jm. Nukleiinhapped- polümeer, mis koosneb suhkrust, fosfaadist ja lämmastikalustest Eelkõige informatsiooni säilitamise ja ülekande funktsioon Polüsahhariidid- monosahhariididest koosnevad polümeerid. Energeetiline ja struktuurne funktsioon Lipiidid- heterogeenne klass vees mittelahustuvaid ühendeid. Energeetiline, struktuurne roll. Ei ole tõelised makromolekulid.

Valgud- aminohapete polümeerid

Nukleiinhapped- nukleotiididest koosnevad polümeerid

Polüsahhariidid- lihtsuhkrute polümeerid

Lipiidid- orgaanilistes solventides lahustuvad bioloogilised ühendid

Biokeemia ja orgaaniline keemia Orgaaniline keemia- ajalooliselt elusa looduse keemia Kõik protsessid elusas looduses alluvad keemia ja füüsika seaduspärasustele Bioloogiliste makromolekulide keemilised omadused on funktsionaalrühmade omadused Biokeemilised reaktsioonid toimuvad vesikeskkonnas ja katalüsaatorite abil

Biokeemias on kasutusel limiteeritud arv funktsionaalrühmi

Biokeemias on kasutusel limiteeritud arv funktsionaalrühmi I

Funktsionaalrühmad II

Funktsionaalrühmad III

Funktsionaalrühmad III

Funktsionaalrühmad IV

KOJU 09.02.2004 Leidke biokeemia õpikust või võrgust 20 nn. hariliku aminohappe struktuurid Milline funktsionaalrühm esineb kõigis aminohapetes Millises aminohappes puudub primaarne aminorühm Analüüsige kõigi aminohappe kõrvalahelates olevaid funktsionaalrühmi 2. Leidke biokeemia õpikutest ATP, CTP, GTP ja UTP struktuurid 1. Analüüsige, millised neist molekulidest on puriini ja millised pürimidiini derivaadid 2. Leidke, milliseid asendajaid (funktsionaalrühmi) sisaldavad vastavate ühendite kooseisu kuuluvad lämmastikalused 3. Millises tsüklilises vormis on nende ühendite koosseisu kuuluv suhkrujääk 4. Identifitseerige GTP molekulis fosfoanhüdriid- ja fosfoestersidemed 3. Eeldame, et E.coli rakk on silindrikujuline 2x1mm mõõtmetega. Paljude valkude tüüpiline hulk on 2 molekuli raku kohta. Milline on sellisel juhul vastava valgu molaarne kontsentratsioon? Glükoosi harilik kontsentratsioon bakteri rakus on 1 mM. Mitu molekuli glükoosi on ühes bakteri rakus? Kui E. coli kromosomaalne DNA paigutada sirgelt, on DNA molekuli pikkus 1,6 mm ja läbimõõt 20 ongströmi. Millise fraktsiooni raku ruumalast moodustab kromosoom?