Transcript ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ Ι Εισαγωγή Δομή και λειτουργία πρωτεϊνών DNA και RNA: Μόρια της κληρονομικότητας Μυοσφαιρίνη και Αιμοσφαιρίνη Εισαγωγή στα ένζυμα Μηχανισμοί ενζυμικής δράσης Ελεγχος της ενζυμικής δραστικότητας Εισαγωγή στις βιολογικές μεμβράνες Βασικές αρχές του μεταβολισμού Γλυκόλυση Ο κύκλος του κιτρικού οξέος Οξειδωτική φωσφορυλίωση Η πορεία των φωσφορικών πεντοζών και γλυκονεογένεση Φωτοσύνθεση Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham ΖΩΗ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑ…. “Τα ζωντανά πράγματα αποτελούνται από άψυχα μόρια” (Albert Lehninger) “Η Χημεία αποτελεί την λογική των βιολογικών φαινoμενων” (Garrett and Grisham) Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΖΩΝΤΑΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ -Οι οργανισμοί είναι πολύπλοκοι με μεγάλο βαθμό οργάνωσης -Οι βιολογικές δομές εξυπηρετούν λειτουργικούς σκοπούς -Τα ζωντανά συστήματα συμμετέχουν σε ενεργειακούς μετασχηματισμούς -Τα ζωντανά συστήματα έχουν μια εντυπωσιακή ικανότητα να αναπαράγονται Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham ΒΙΟΜΟΡΙΑ: Τα Μόρια της Ζωής H, O, C και N συνιστούν το 99+% των ατόμων στο ανθρώπινο σώμα Στοιχείο Οξυγόνο Υδρογόνο Ανθρακας Αζωτο % 63 25.2 9.5 1.4 Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham ΒΙΟΜΟΡΙΑ: Τα Μόρια της Ζωής Ποια κοινή ιδιότητα των H, O, C και N καθιστά τα άτομα αυτά τόσο κατάλληλα για την Χημεία της Ζωής; Απάντηση: Η ικανότητα τους να σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Ποιες είναι οι ενέργειες δεσμών των ομοιοπολικών δεσμών; Δεσμός Ενέργεια kJ/mol H-H 436 C-H 414 C-C 343 C-O 351 Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Ιεραρχία Βιομορίων Απλά Μόρια είναι οι μονάδες που χρησιμοποιούνται για την δημιουργία πολύπλοκων δομών • • • • Μεταβολίτες και μακρομόρια Οργανίδια Μεμβράνες Η «μονάδα» της ζωής είναι το Κύτταρο Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Οι Ιδιότητες των Βιομορίων αντανακλούν την καταλληλότητα τους για τις συνθήκες της Ζωής • Τα Μακρομόρια και οι δομικές τους μονάδες έχουν «κατευθυντικότητα» • Τα Μακρομόρια περιέχουν πληροφορίες • Τα Βιομόρια έχουν χαρακτηριστική τρισδιάστατη αρχιτεκτονική • Ασθενείς δυνάμεις διατηρούν την βιολογική δομή και προσδιορίζουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιομορίων Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Οι Ιδιότητες των Βιομορίων αντανακλούν την καταλληλότητα τους για τις συνθήκες της Ζωής • • • • Σημαντικοί Αριθμοί! van der Waals: 0.4-4.0 kJ/mole Δεσμοί υδρογόνου: 12-30 kJ/mole Ιοντικοί δεσμοί: 20 kJ/mole Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις: <40 kJ/mole Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Δυο σημαντικά σημεία σχετικά με τις ασθενείς δυνάμεις • Η αναγνώριση των βιομορίων γίνεται μέσω ασθενών χημικών δυνάμεων • Οι ασθενείς δυνάμεις περιορίζουν τους οργανισμούς σε ένα στενό φάσμα περιβαλλοντικών συνθηκών Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Οργάνωση και δομή των κυττάρων • Προκαρυωτικά κύτταρα – Μια μόνο (πλασματική) μεμβράνη – Δεν έχουν πυρήνα ή οργανίδια • Ευκαρυωτικά κύτταρα – Πολύ μεγαλύτερα από τα προκαρυωτικά – 103-104 φορές μαγαλύτερα! – Εχουν πυρήνα και πολλά οργανίδια – ER, Golgi, μιτοχόνδρια, κ.λ.π. Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Ιδιότητες του Νερού • Υψηλό σ.ζ., σ.τ., θερμότητα εξάτμισης και επιφανειακή τάση • Η κεκαμένη δομή το καθιστά πολικό • Μη-τετραεδρικές γωνίες δεσμών • Δότης και αποδέκτης δεσμού-Η • Δυνατότητα σχηματισμού 4 δεσμών-Η ανά μόριο νερού Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Σύγκριση Πάγου-Νερού • • • • • Δεσμοί-Η και κίνηση Πάγος: 4 δεσμοί-Η ανά μόριο νερού Νερό: 2,3 δεσμοί-Η ανά μόριο νερού Πάγος: Χρόνος ζωής δεσμού-Η περίπου 10μsec Νερό: Χρόνος ζωής δεσμού-Η περίπου 10 psec (10 psec = 0.00000000001 sec) Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Νερό ως διαλύτης • Τα ιόντα είναι πάντοτε ενυδατωμένα μέσα στο νερό και φέρουν γύρω τους μια «σφαίρα ενυδάτωσης» • Το νερό σχηματίζει δεσμούς-Η με πολικές ενώσεις • Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις – ένα «μυστικό της ζωής» Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις • Μια μη-πολική ένωση «οργανώνει» το νερό • Το πλέγμα των δεσμών υδρογόνου <επανοργανώνεται> για να δεχθεί την μη-πολική ένωση • Αυτό αποτελεί μια αύξηση της «οργάνωσης» του νερού • Δηλαδή μια ελάττωση της ΕΝΤΡΟΠΙΑΣ Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Αμφιπαθή Μόρια • Αναφέρεται σε μόρια τα οποία περιέχουν τόσο πολικές όσο και μη-πολικές ομάδες • Και επίσης σε μόρια τα οποία έχουν τάση τόσο για πολικό όσο και μη-πολικό περιβάλλον • Ένα καλό παράδειγμα είναι τα λιπαρά οξέα Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham Biochemistry 2/e - Garrett & Grisham