BIOCHEMIA- I WYKŁAD, 4.10.09r.

Nauka dotycząca chemicznych podstaw życia.

chemiczne składniki żywych kom. oraz reakcjami i procesami, którymi ulegają

opisywaniem i wyjaśnianiem na poziomi molekularnym wszystkich procesów zachodzących w żywych kom.

biochemia jest niezbędna dla wszystkich nauk przyrodniczych

Kw. nukleinowe białka BIOCHEMIA lipidy

Choroby genet. Niedokrwistość MEDYCYNA miażdżyca

Sierpowata tętnic

badanie biochemiczne mają wpływ na naukę o odżywianiu i medycyny prewencyjnej

każda choroba ma podłoże biochemiczne

pomaga w diagnozowaniu, prognozowaniu i leczeniu

badania biochemiczne wyjaśniają mechanizmy chorób, które z kolei inspirują badania biochemiczne

choroba to zaburzenie biochemiczne w organizmie, np. hiperlesteukolemia rodzinna, krzywica, niedobór Vit. C

BIOMOLEKUŁY

w organizmach żywych kilka głównych pierwiastków, których połączenia tworzą różnorodne cząsteczki

główne składniki większości molekuł: C- 50%, H- 10%, O- 20%, N- 8,5%

FOSFOR- 2,5%- składnik kw. nukleinowych i innych kwasów

Ca-4%- liczne procesy biochemiczne

POTAS- 1%, Na- 0,4%, Cl- 0,4%, Mg- 0,1%- równowaga elektrolitowa

SIARKA- 0,8%- składnik białek

ŻELAZO 0,01%- niedokrwistość, JOD 0,0005%- choroby tarczycy, Mn- 0,001%

MOLEKULARNY WZÓR ŻYCIA- współzależność struktury i funkcji

DNA pokazuje współzależność między formą i funkcją

- możliwość identyfikacji, charakterystyki i sekwencji dla przewidywania specyficznych chorób, cech fizycznych, diagnozowania i leczenia

jednostka DNA zbudowana jest z cukru, fosforanu, zasad

• Polimer liniowy

• Rdzeń to powtarzające się jednostki cukrowo- fosforanowe

• Do każdej deoksyrybozy jedna z czterech zasad

• Kolejność zasad- oznacza sekwencję

• Sekwencja zasad w nici DNA stanowi inf. Genetyczną

• Wewnątrz helisy zasady, na zewnątrz rdzeń cukrowo- fosforanowy

• Specyficzność parowania zasad A-T, G-C

• DNA- nośnik informacji genetycznej

• W przepływie informacji pośredniczy RNA

• Cukier- ryboza, zamiast tyminy- uracyl

• DNA ulega transkrypcji na informacyjny RNA (mRNA)

• Translacji inf z mRNA na sekwencję składników budowy białkowej

• RNA są składnikiem rybosomów gdzie zachodzi translacja DNA

• RNA pośredniczy między magazynem inf. Genet. I funkcjonalnym produktem tej informacji (białko)

BIAŁKO KODOWANE PRZEZ DNA I RNA STANOWI WIĘKSZOŚĆ FUNKCJONALNYCH BIAŁEK

białka zwijają się spontanicznie w strukturę zdeterminowaną sekw. Aminokwasów

samozwijanie się białek to przejście jednowymiarowego świata inf. genet. W trójwymiarowy świat funkcji biologicznych

3 zasady DNA kodują jeden aminokwas

zmiana sekwencji aminokwasów w białku powoduje zmianę jego funkcji (choroby, modyfikacje technologiczne)

biochemiczny skład jest dowodem na posiadanie wspólnego przodka

różnorodność obecnych form powstała na drodze ewolucji podst. szlaków metabolicznych

wszystkie organizmy składają się z tych samych molekuł

WEDŁUG WŁAŚCIWOŚCI BIOCHEMICZNYCH:

EUKARYOTA- 1 jądro, ludzie, zwierzęta, rośliny wyższe, jednokomórkowce np. drożdże

BACTERIE- Prokaryota, brak jądra, brak organelli

ARHCHEA- archeony, prokarioty. Podobne do bakterii, ale całkowicie odmienne biochem.

WIĄZANIA CHEMICZNE:

istota procesów biochem. dotyczy oddziaływań molekularnych czyli reakcji chem.

wiązania kowalencyjne- najsilniejsze, uwspólnienie pary elektronów siąsiadujących atomów

wiązania niekowalencyjne- łatwo odwracalne stanowią istotę funkcji układów żywych (elektrostatyczne. Van der Waalsa, wodorowe)

WIĄZANIA ELEKTROSTATYCZNE

przyciąganie przeciwnie naładowanych atomów lub grup zwane też wiązaniem jonowym

energia elektrostatyczna określa prawo Coulomba E= kq1q2/Dr ( q1q2- ładunki at., r- odległość między nimi, D- stała dielektr. )

różnią się geometrią, siłą i specyficznością

WIĄZANIE WODOROWE:

atom wodoru jest częściowo wspólny dla 2 względnie elektroujemnych atomów np. N i O; donor- akceptor

występuje między cząst. Naładowanymi jak i nie naładowanymi

słabsze ale dłuższe od wiązań kowalencyjnych ( 4- 13 kJ/mol) najsilniejsze gdy wodór, donor i akceptor są kolinearne

WIĄZANIA VAN DER WAALSA

pojawia się gdy atomy zbliżą się na odległość 0,3- 0,4 nm

energia wiązań mała, w dużej cząsteczce ma znaczenie gdy sumuje się efekt oddziaływań wielu par elektronów

WŁAŚCIWOŚCI WODY

cząsteczka wody jest polarna, kształt trójkątny, rozkład ładunku- asymetryczny

duże napięcie powierzchniowe wody

doskonały rozpuszczalnik dla cząsteczek polarnych, ale również osłabia oddziaływanie między nimi

układy biologiczne tworzą wolne rodniki wody mikrośrodowiska, w którym oddziaływania polarne zachodzą z max siłą i specyficznością

EFEKT HYDROFOBOWY:

cząst. niepolarne nie mogą uczestniczyć w oddziaływaniach wodorowych i jonowych

woda wykazuje tendencję do ich wypychania poza swoje środowisko, otoczka solwatacyjna

oddziaływania hydrofobowe są główną siłą powodującą fałdowanie biomolekuł (zwijanie białek), wiązanie substratów do enzymów i tworzenie błon kom.

BIOMOLEKUŁY- paradoksalnie złożoności i prostoty

większość stanowią organiczne związki węgla (węgiel w stanie uwodnienia), wiele zawiera azot

są nadzwyczaj różnorodne a większość z nich jest białkami złożonymi

najprostsze i najmniejsze kom., bakteria E.coli to ~ 5000 zw. organicznych w tym ~ 3000 to białka i 1000 kw. nukleinowych

organizm człowieka może zawierać 5 000 000 różnych białek

żadna z cz. białkowych E.coli nie jest identyczna z jakimkolwiek białkiem człowieka

prawdopodobnie istnieje 1 200 000 gatunków żywych organizmów co oznacza 10¹⁰ - 10¹² białek, ~10¹⁰ kw. nukleinowych

BIOMOLEKUŁY MAJĄ WSPÓLNE POCHODZENIE

skład. się z prostych i małych jednostek strukturalnych

wszystkie białka tylko z 20 aminokwasów

kw. nukleinowe z 8 mononukleotydów

te same jedn. Wykorzystywane są do budowy białek u wszystkich żywych gat.

pełnią więcej niż 1 funkcję

aminokwasy są też prekursorami hormonów, alkaloidów, barwników, itp.

mononukleotydy to także koenzymy i przenośniki energii

dotąd zsyntetyzowana tylko 10⁶ związków organicznych, a sekwencję białek poznanych to ponad 50

AKSJOMATY MOLEKULARNEJ LOGIKI ŻYCIA

• U podstaw życia istnieje prostota

• Wspólne pochodzenie

• Cechy każdego gatunku zostają utrzymane dzięki odrębnemu zestawowi kw. nukleinowych i białek

• Być może żywe kom. zwierając tylko najprostsze z możliwych cząst i tylko niezbedną ich liczbę

SKŁAD KOMÓREK- PRZYDATNOŚĆ BIOLOGICZNA

• Spośród wszystkich pierwiastków skorupy ziemskiej tylko 22 są niezbędnymi składnikami żywych organizmów, a tylko 16 występuje w org wszystkich klas

• Wodór, węgiel, tlen, azot- 99% wszystkich komórek

• W skorupie ziemskiej gł. Tlen, krzem, glin, sód

WSPÓLNE CECHY C, H, O i N

• Łatwość wytwarzania wiązań kowalencyjnych

• Są najlżejsze spośród pierwiastków zdolnych do tworzenia wiązań kowalencyjnych

• Każdy at. węgla może utworzyć wiązania nawet z 4 at. węgla

• Organiczne związki węgla pozwalają na tworzenie konfiguracji tetraedrycznej

• Org zw. węgla będąc o wysokim stopniu zredukowane są zw. bogatymi w energię, szczególnie podatnymi do potrzeb żywych organizmów

FUNKCJE BIOMOLEKUŁ

• Każdy z tych 4 rodzajów u wszystkich gatunków pełni identyczne funkcje

• Uniwersalna funkcja- kw. nukleinowych- przechowywanie i przekazywanie inf. genet.

• Białka- najbardziej czynne z biomolekuł, wiele funkcji biologicznych

• Bezpośrednie proste działania genów i do nich włączona jest inf genet.

• Większość przejawia aktywność katalityczną i działa jak enzymy

• Stanowią elementy strukturalne

• Dzięki właściwościom struktury białek i kw. nukleinowych- to makromolekuły posiadają inf

• Wielocukrowce i lipidy to subst. Zapasowe i strukturalne- nie zawierają żadnej inf.

• Skrobia- niezbędne dla aktywności komórki energii

• Celuloza- pozakomórkowe elementy strukturalne

• Lipidy- składniki błon kom. SA też zapasową formą bogatego w energie „paliwo”

POCHODZENIE BIOMOLEKUŁ teoria oparina

KOMÓRKA

JĄDRO

ORGANELLE MITOCHONDRIA

CHLOROPLASTY

ZESTAWY SUPRAMOLEKULARNE KOMPLEKSY ENZYMOWE

M.CZ. 10⁶ - 10⁹ RYBOSOMY

UKŁ.KURCZLIWE

MAKROMOLEKUŁY KW.NUKLEINOWE BIAŁKA WIELOCUKROWCE LIPIDY

M.CZ. 10³- 10⁹

CZ. BUDULCOWE MONONUKLEOTYDY AMINOKWASY CUKRY PROSTE KW.TŁUSZCZOWE

M. CZ. 100- 350 GLICEROL

PRODUKTY RYBOZA α- KETOKWASY FOSFOPIROGRONIAN OCTAN

POŚREDNIE KARBAMINO- JABŁCZAN MALOMAN

FOSFORAN

CZĄSTECZKI CO₂, H₂O, N₂

PREKURSOROWE

odległość

Odległość Van der Waalsa

odpychanie

przyciąganie

energia

---