ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Download Report

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