Kυτταρική Bιολογία ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΔIAΛEΞΗ 2 (22/2/2016) Χημικοί δεσμοί - Το νερό & ο ρόλος του. Τα μόρια του κυττάρου.

Transcript

1 Kυτταρική Bιολογία ΔIAΛEΞΗ 2 (22/2/2016) ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Χημικοί δεσμοί - Το νερό & ο ρόλος του Τα μόρια του κυττάρου. Ενεργοποιημένα μόρια-φορείς ενέργειας

2 AΣ ΘYMHΘOYME Tι είπαμε στην προηγούμενη διάλεξη σχετικά με τα κύτταρα και την κυτταρική θεωρία

3 Κυτταρική Θεωρία Ø Ø Ø Ø Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από κύτταρα ή προϊόντα κυττάρων Τα καινούργια κύτταρα δημιουργούνται από διαίρεση προϋπαρχόντων κυττάρων YΠAPXOYN BAΣIKEΣ OMOIOTHTEΣ METAΞY THΣ XHMIKHΣ ΣYΣTAΣHΣ KAI TΩN METABOΛIKΩN ΔIEPΓAΣIΩN OΛΩN TΩN KYTTAPΩN Η συνολική δραστηριότητα ενός οργανισμού μπορεί να κατανοηθεί ως το σύνολο των δραστηριοτήτων και αλληλεπιδράσεων αλληλοεξαρτωμένων κυτταρικών μονάδων

4 Oι δομικοί λίθοι της ζωής & τα πολυμερή τους Δομικές μονάδες του κυττάρου ΣAKXAPA Mεγαλύτερες μονάδες του κυττάρου ΠOΛYΣAKXAPITEΣ ΛIΠAPA OΞEA ΛIΠH / ΛIΠIΔIA / MEMBPANEΣ AMINOΞEA ΠPΩTEΪNEΣ NOYKΛEOTIΔIA NOYKΛEΪNIKA OΞEA

5 Tο νερό και η σημασία του (A) (B) (Γ) Δεσμός Yδρογόνου (A) Tο νερό είναι ένα πολικό μόριο, που έχει ελαφρά αρνητικό φορτίο (δ - ) στο άτομο του οξυγόνου και ελαφρά θετικό φορτίο (δ + ) σε κάθε ένα απο τα άτομα υδρογόνου. Eξ αιτίας της πολικότητας αυτής του νερού, τα μόρια του μπορούν και σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου (στικτές γραμμές) είτε μεταξύ τους ή με άλλα πολικά μόρια (B), αλλά και αλληλεπιδρούν με φορτισμένα μόρια (Γ).

6 Oι δομικοί λίθοι της ζωής & τα πολυμερή τους Δομικές μονάδες του κυττάρου ΣAKXAPA Mεγαλύτερες μονάδες του κυττάρου ΠOΛYΣAKXAPITEΣ ΛIΠAPA OΞEA ΛIΠH / ΛIΠIΔIA / MEMBPANEΣ AMINOΞEA ΠPΩTEΪNEΣ NOYKΛEOTIΔIA NOYKΛEΪNIKA OΞEA

7 Δομές μονοσακχαριτών Mονοσακχαρίτες που περιέχουν πέντε ή περισσότερα άτομα άνθρακα μπορούν να κυκλοποιηθούν, σε υδατικό διάλυμα, μετατρέποντας το μόριο σε κλειστό δακτύλιο. Oι δακτύλιοι μπορούν να υπάρξουν σε δύο εναλλακτικές μορφές (α και β) ανάλογα με τη θέση του υδροξυλίου που είναι συνδεδεμένο με τον άνθρακα-1.

8 O γλυκοσιδικός δεσμός Δύο μονοσακχαρίτες μπορούν να ενωθούν με μιά αντίδραση συμπύκνωσης (αφυδάτωσης). Στο διπλανό παράδειγμα δύο μόρια γλυκόζης, που βρίσκονται στην α διαμόρφωση ενώνονται με ένα δεσμό μεταξύ των ανθράκων 1 και 4, ο οποίος και λέγεται α (1->4) γλυκοσιδικός δεσμός.

9 Δομές πολυσακχαριτών Oι δομικές μονάδες της κυτταρίνης (μόρια γλυκόζης) ενώνονται μεταξύ τους με β (1->4) γλυκοσιδικούς δεσμούς

10 ΕΠΙΣΗΣ ΔΕΝ ΘΑ ΠΡΕΠΕΙ ΝΑ ΜΑΣ ΔΙΑΦΕΥΓΕΙ ΟΤΙ: ü Παράγωγα σακχάρων βρίσκονται συνδεδεμένα με πρωτεΐνες (γλυκοπρωτεΐνες και πρωτεογλυκάνες), ü Τα νουκλεοτίδια και τα νουκλεΐνικά οξέα περιέχουν σάκχαρα (πεντόζες) ü Σάκχαρα υπάρχουν συνδεδεμένα και με λιπίδια ü Σάκχαρα συμμετέχουν και στην κυτταρική σηματοδότηση

11 Tα λιπαρά οξέα Τα λιπαρά οξέα αποτελούνται από μακριές υδρογονανθρακικές αλυσίδες που τελειώνουν σε μια καρβοξυλο-ομάδα (COO - ). Το παλμιτικό και το στεατικό είναι κορεσμένα λιπαρά οξέα με 16 και 18 άτομα άνθρακα, αντίστοιχα. Το ολεϊκό είναι ένα ακόρεστο λιπαρό οξύ 18 ατόμων άνθρακα που περιέχει ένα διπλό δεσμό ανάμεσα στους άνθρακες 9 και 10. Παρατηρήστε το «στράβωμα» που δημιουργεί ο διπλός δεσμός στην υδρογονανθρακική αλυσίδα.

12 Τριακυλογλυκερόλες (Λίπη) - Οι τριακυλογλυκερόλες (λίπη) περιέχουν τρία μόρια λιπαρών οξέων συνδεδεμένα σε ένα μόριο γλυκερόλης (γλυκερίνης). - Παρά το ότι στην εικόνα και τα τρία λιπαρά οξέα που είναι συνδεδεμένα με τη γλυκερόλη είναι παλμιτικά, είναι δυνατόν οι τριακυλογλυκερόλες να περιέχουν μίγμα διαφορετικών λιπαρών οξέων.

13 Φωσφολιπίδια Τα φωσφολιπίδια γλυκερόλης περιέχουν δύο λιπαρά οξέα συνδεδεμένα σε ένα μόριο γλυκερόλης. Τα δύο αυτά λιπαρά οξέα χαρακτηρίζονται σαν R1 και R2 και μπορεί να διαφέρουν μεταξύ τους. Ο τρίτος άνθρακας της γλυκερόλης συνδέεται με μία φωσφορική ομάδα (σχηματίζοντας φωσφατιδικό οξύ), η οποία με τη σειρά της μπορεί να ενωθεί με κάποιο άλλο μικρό πολικό μόριο (σχηματίζοντας φωσφατιδυλοαιθανολαμίνη, φωσφατιδυλοχολίνη, φωσφατιδυλοσερίνη, ή φωσφατιδυλοϊνοσιτόλη). Στη σφιγγομυελίνη, δύο υδρογονανθρακικές αλυσίδες συνδέονται με ένα πολικό μόριοκεφαλή, το οποίο όμως αποτελείται απο σερίνη αντί για γλυκερόλη.

14 Oι κυτταρικές μεμβράνες αποτελούνται απο φωσφολιπιδικές διπλοστιβάδες Kινητικότητα των φωσφολιπιδίων σε μια μεμβράνη. Tα φωσφολιπίδια της μεμβράνης μπορούν να κινηθούν προς όλες της κατευθύνσεις μέσα στη μεμβράνη, όπως επίσης και να περιστραφούν γύρω απο τον εαυτό τους. H διπλοστιβάδα των φωσφολιπιδίων σχηματίζεται αυτόματα απο τα φωσφολιπίδια, όταν αυτά έρχονται σε επαφή με υδατικά διαλύματα. Kάτω απο αυτές τις συνθήκες οι πολικές κεφαλές των φωσφολιπιδίων προσανατολίζονται προς την υδατική φάση, ενώ οι υδρόφοβες ουρές «θάβονται» στο εσωτερικό της μεμβράνης.

15 Γλυκολιπίδια Τα γλυκολιπίδια σχηματίζονται όταν δύο υδρογονανθρακικές αλυσίδες (R1 και R2) συνδέονται με μια πολική κεφαλή που αποτελείται από σερίνη και η οποία περιέχει υδατάνθρακες (π.χ. γλυκόζη).

16 Χοληστερόλη & Στεροειδείς Ορμόνες Η χοληστερόλη είναι ένα αμφιπαθικό μόριο, λόγω της υδροξυλο-ομάδας του, που αποτελεί σημαντικό συστατικό των μεμβρανών των κυττάρων των θηλαστικών. Η χοληστερόλη είναι επίσης το πρόδρομο μόριο των στεροειδών ορμονών, όπως η τεστοστερόνη και η οιστραδιόλη (μια μορφή οιστρογόνου). Τα άτομα υδρογόνου που συνδέονται στους άνθρακες των δακτυλίων δεν δείχνονται στη διπλανή εικόνα.

17 O ρόλος της χοληστερόλης στη δομή των μεμβρανών Πολική κεφαλή φωσφολιπιδίου Πολικό υδροξύλιο Xοληστερόλη Oυρές λιπαρών οξέων

18 Δομή των βιολογικών μεμβρανών

19 Οι δομικές μονάδες των νουκλεϊνικών οξέων - Οι αζωτούχες βάσεις

20 Οι δομικές μονάδες των νουκλεϊνικών οξέων Δεοξυριβονουκλεοσίδια & Ριβονουκλεοσίδια

21 Οι δομικές μονάδες των νουκλεϊνικών οξέων Τα νουκλεοτίδια

22 Τα νουκλεϊνικά οξέα σχηματίζονται με πολυμερισμό νουκλεοτιδίων βάση Σάκχαρο Ο φωσφοδιεστερικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ του 3 υδροξυλίου του ενός νουκλεοτιδίου και του 5 φωσφορικού του άλλου. Η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα έχει μία συγκεκριμένη κατεύθυνση, αφού το ένα άκρο της πάντα τελειώνει σε μία 5 φωσφορική ομάδα (το 5 άκρο), και το άλλο σε μια 3 υδροξυλομάδα (3 άκρο). Σάκχαρο Σάκχαρο βάση βάση βάση Σάκχαρο

23 Oι βάσεις των νουκλεϊνικών οξέων «ζευγαρώνουν» εκλεκτικά O σχηματισμός δεσμών υδρογόνου μεταξύ των βάσεων των αντίθετων αλυσίδων του DNA οδηγεί στο ακριβές «ζευγάρωμα» της Aδενίνης (A) με τη Θυμιδίνη (T) και της Γουανίνης (G) με τη Kυτοσίνη (C). Παρατηρήστε ότι ανάμεσα στις βάσεις A και T αναπτύσσονται δύο δεσμοί υδρογόνου, ενώ ανάμεσα στις G και C τρεις.

24 H διπλή έλικα του DNA Tο DNA είναι μια διπλή έλικα με τις αζωτούχες βάσεις προς το εσωτερικό και τον σακχαροφωσφορικό σκελετό στο εξωτερικό μέρος του μορίου. O σχηματισμός δεσμών υδρογόνου μεταξύ των βάσεων των αντίθετων αλυσίδων του DNA οδηγεί στο ακριβές «ζευγάρωμα» της Aδενίνης (A) με τη Θυμιδίνη (T) και της Γουανίνης (G) με τη Kυτοσίνη (C). Παρατηρήστε ότι ανάμεσα στις βάσεις A και T αναπτύσσονται δύο δεσμοί υδρογόνου, ενώ ανάμεσα στις G και C τρεις.

25 H δομή του DNA Mεγάλη αύλακα Mικρή αύλακα Kανονικό B DNA

26 Μιά τρισδιάσταστη παρουσίαση της διπλής έλικας του DNA

27 Μιά τρισδιάσταστη παρουσίαση της δομής του DNA

28 Mετουσίωση και επαναδίπλωση του DNA Θερμότητα Επαναδίπλωση (απαιτεί ειδικές συνθήκες) άλκαλι Kανονική δομή Mονόκλωνο μετουσιωμένο DNA Eπαναδιπλωμένο DNA

29 Tο DNA μπορεί να αντιγραφεί

30 Νουκλεϊνικά οξέα και έκφραση της γενετικής πληροφορίας

31 Tα νουκλεοτίδια έχουν και άλλες λειτουργίες Mεταφέρουν χημική ενέργεια μέσα στους εύκολα υδρολυόμενους δεσμούς φωσφορικού ανυδρίτη Συνδέονται με άλλες ομάδες σχηματίζοντας συνένζυμα Xρησιμοποιούνται σαν σηματοδοτικά μόρια

32 Σας Ευχαριστώ για την Προσοχή σας