BIOLÓGIAI és BIOMIMETIKUS ANYAGOK Liliom Károly MTA TTK Enzimológiai Intézet liliom.karoly@dk.mta.hu
A tantárgy célkitűzései MegismerteI a hallgatókkal az élővilágot alkotó, az élő szervezetek által előállítod és befogadod anyagok főbb Qpusait, szerkezetüket, fizikai- kémiai tulajdonságaikat és funkcióit, a biológiai és szinteikus anyagok közöx különbségeket. Foglalkozik az életminőséget javító anyagok előállításának kémiai és nanotechnikai alapjaival, valamint diagnoszikai vizsgálatok anyagszerkezei és fizikai- kémiai háderével.
Az előadások temaikája 1. 09-15 Az élő rendszerek sajátosságai 2. 09-22 Aminosavak, pepidek, fehérjék 3. 09-29 Fehérjék szerkezete és működése 1 4. 10-06 Fehérjék szerkezete és működése 2 5. 10-13 (ZH- 1) Lipidek, membránok 6. 10-20 Transzporfolyamatok biomembránokban 7. 10-27 Szénhidrátok, biológiai kerámiák 8. 11-03 Sejtadhézió, biomátrixok, biofelületek 9. 11-10 (ZH- 2) BiokompaIbilitás 10. 11-17 Gyógyszerhatóanyagok, nanomedicina 11. 11-24 BiomimeIkus anyagok 12. 12-01 BiomimeIkus anyagok v1 13. 12-08 (ZH- 3) BiomimeIkus anyagok v2 14. 12-15 (Pót- ZH)
A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít: fizikai és kémiai alapismeretek
Az élő rendszerek sajátosságai: szerkezei és dinamikai tulajdonságok, szerkezet és funkció kapcsolata
Mi az élő rendszer definíciója? Jelenleg nem rendelkezünk az élet olyan tömör, pontos meghatározásával, amelyet a tudományos közösség egyöntetűen elfogadna... Biológiai értelemben mindenesetre az élet a biológiai rendszerek, vagyis az élő szervezetek létezési módja. A legkisebb olyan biológiai rendszert, amely már önállóan életjelenségeket mutat, sejtnek nevezzük. Az életkritériumok (nem keverendő az életjelenségekkel) olyan állítások, melyek logikai eszközként segítenek abban, hogy egy vizsgált rendszerről eldönthetjük, hogy jellemző- e rá az élő állapot vagy sem. Az életkritériumok azok, amelyek 1) minden egyes élő szervezetben, azok életének minden pillanatában megtalálhatók, amelyeknek folyamatos és egyidejű jelenléte nélkül a rendszer nem nevezhető élő állapotúnak (abszolút életkritériumok); 2) amelyek a szervezetekből álló összeted rendszerek létezése és fejlődése szempontjából nélkülözhetetlenek (potenciális életkritériumok). (GánI Tibor)
Abszolút életkritériumok: Életkritériumok 1) Az élő rendszernek inherens módon egységnek kell lennie, tehát a rendszer tulajdonságai nem rakhatók össze egyszerű addícióval a részeinek tulajdonságaiból. 2) A rendszernek biológiai anyagcserét kell folytatnia. (anyagfelvétel, átalakítás és leadás a szervezet energiaellátására és saját anyagainak az előállítására) 3) Az élő rendszernek inherensen stabilisnak kell lennie, vagyis reagálni kell tudnia a környezetének hatásaira, de ezenközben nem veszthei el önazonosságát. (homeosztázis) 4) Az élő rendszernek rendelkeznie kell olyan alrendszerrel vagy alrendszerekkel, amely(ek) a teljes rendszer keletkezése, létezése és működései számára hordoz(nak) információkat. Potenciális életkritériumok: 1) Az élő állapotú rendszernek rendelkeznie kell a növekedés és a reprodukció képességével. A növekedés a saját anyagok arányos gyarapodását jeleni, míg a reprodukciósorán a szervezet által termelt anyagok egy része térben el is különül az előd szervezedől. 2) Mutabilitás: az utódok többé- kevésbé módosult változatai az elődöknek. (diverzitás) 3) Az egyedek fölöx szerveződésekben lesznek olyan folyamatok, amelyek a módosult változatokat megkülönbözteik egymástól. (természetes szelekció, evolúció)
Az élő rendszerek sajátosságai Egy élő rendszer legegyszerűbb megjelenési formájában legalább négy biokémiai alrendszer szerveződöd összekapcsolódásából jön létre: 1) Az anyagcsere kémiai reakcióciklusai egymáshoz kapcsolódva lehetővé teszik a biokémiai reakcióhálózat bővíted újratermelődését. A biokémiai motor egy disszipaqv rendszer, amely nem tudja a tevékenységét megőrizni folyamatos energiafelhasználás nélkül. 2) A rendszernek rendelkeznie kell egy konzervaqv információhordozó alrendszerrel. Ez egy vagy több olyan speciális makromolekula, ami a nagyságánál fogva elegendő mennyiségű és tartós információt hordoz a rendszer egészének működése számára. 3) A biológiai rendszert közvetlenül a külvilágtól elhatároló és egyben azzal összekötő struktúra. 4) Belső és külső vázrendszer. Az önreprodukáló programvezérelt fluid automata, a chemoton (GánI Tibor) kielégíi az összes abszolút életkritériumot.
Az anyagcsere főbb jellemzői - az energia graduális felszabadítása, - kompartmentalizáció, - negaqv és poziqv visszacsatolások - mulienzim komplexek, csatornahatás - dinamikus fehérje- asszociációk - beágyazódás a többi alrendszer együdesébe - az egyetlen valódi külső energia- forrás a fény!!! Metabolic pathway chart, Donald Nicholson, Sigma- Aldrich
Az anyagcsere súlypontja
Kompartmentalizáció és szabályozás a glikolízisben és a trikarbonsav ciklusban
Cukorból ATP és hiszidin
GlikoliIkus oszcillációk élesztőben hexokináz foszfofruktokináz Egyes glikoliikus, illetve camp- szintet szabályozó enzimekre mutáns törzsekben megváltozik a glikoliikus oszcillációk frekvenciája GAPDH nem csak élesztőben nem csak NADH PDE
A trikarbonsav ciklus nem csak energiaforrás, közitermékei anabolikus utak kiindulásai
ATP- gyár a mitokondriumban
Lipid metabolizmus MulIenzim komplex: Szírsav- szintetáz emlősökben, homodimer, 2x272 kda N- terminálisban 3 akqv hely: ketoacil- szintáz malonil- aceil- transzferáz dehidráz C- terminálisban 4 domén: enoil- reduktáz ketoacil- reduktáz acil- hordozó fehérje Ioészteráz Egyetlen polipepid láncban!
emlős FAS gomba
Izoprenoid bioszintézis sta$n- terápia vitamin E koenzim Q klorofill vitamin K giberrelin természetes gumi illatanyagok ízanyagok jelátviteli szabályozás membrán- dinamika
A biológiai membránok szerkezete lubrikáció lipiddel rax- dinamika membránalkotó lipidek
A belső membránok lipidösszetétele lényegesen különbözik egymástól és a plazmamembrántól
Membránok dinamikus egyensúly A sejt membrán- rendszerei közöd folyamatos átjárás (egymásba- alakulás) zajlik...
SzerkezeI lipidek és jelátvivő lipidek LPA LPC DAG PA S1P SPC Sph Cer Cer1P
Membránlipidek és jelátvitel A jelátvivő lipidekhez specifikusan fehérje- domének kötődhetnek, amelyek így képesek érzékelni több jel együdes fennállását, vagy módosíthatják működésüket.
Citoszol és citoszkeleton macromolecular crowding Biológiai és biomimeikus anyagok 2014, Liliom Károly
A flagelláris motor összeszerelődése
Fehérjecsaládok - specializáció vázfehérjék, rostok kollagén adhéziós és mátrixfehérjék DNS polimeráz receptorok, állványfehérjék csatornák, transzporterek motorfehérjék metabolizmus enzimei kinázok, foszfatázok... kalmodulin Biológiai és biomimeikus anyagok 2014, Liliom Károly tripszin
Indukált illeszkedés és konformációs szelekció β 2 AR
Fehérjedinamika ABC transzporterek
Allosztéria