Αλλες ασυνήθεις ιδιότητες του νερού πού το καθιστούν ιδανικό μέσο για την διαβίωση των ζώντων οργανισμών είναι

Transcript

1 Τό νερό είναι από τους πλέον σημαντικούς παράγοντες για την ανάπτυξη της ζωής στον πλανήτη κύρια λόγω των ιδιοτήτων τις οποίες εχει.μεταξύ αυτών περιλαμβανονται Τό μόριο τού νερού είναι αρκετά πολωμένο μόριο πού σημαίνει οτι τα ηλεκτρονια του δεν είναι ομοιομερώς κατανεμημένα σ αυτό.συνέπεια της κατανομής τα μόρια του νερού συμπεριφέρονται σαν δίπολα Το μόριο του νερου εχει χαρακτηριστικές φυσικοχημικές ιδιότητες που το διαφοροποιούν από τις άλλες ενώσεις οπως α. Εχει το υψηλότερο σημείο ζέσεως β. Εχει την υψηλότερη ειδική θερμότητα εξατμίσεως γ. Εχει το υψηλότερο σημείο τήξεως Σχηματίζουν ιδιαίτερα μεγάλο αριθμό υδρογονοδεσμών μεταξύ των μορίων τους

2 Αλλες ασυνήθεις ιδιότητες του νερού πού το καθιστούν ιδανικό μέσο για την διαβίωση των ζώντων οργανισμών είναι Ο υψηλός αριθμός των θερμίδων πού απαιτείται να προσδοθεί σ αυτό για να ανέβει η θερμοκρασία από τούς 15 C στους 16 C. Ιδιότητα πού συμβάλλει ουσιαστικά για να διατηρείται η θερμοκρασία. Η αύξηση τού ογκου του νερού κατα την μετατροπή σε πάγο πού εχει σαν συνέπεια ελάττωση της πυκνότητος Η υψηλή διηλεκτρική σταθερά πού εχει μεγάλη σημασία στην δημιουργία των ηλεκτροστατικών δεσμών

3 Τα ρυθμιστικά συστήματα ορίζονται ως διαλύματα τα οποία ανθίστανται στην μεταβολή του ρη η οποία επισυμβαίνει μετα την πρόσθεση οξέος ή βάσεως Τα ρυθμιστικά συστήματα περιλαμβάνουν ασθενή οξέα οπως το φωσφορικό το οξεικό ή το μαλεικό και ασθενείς βάσεις οπως η αμμωνία η πυριδίνη καί το Τριςυδροξυαμινομεθάνιο Η πλέον σταθερή περιοχή ενός ρυθμιστικού συστήματος στην οποία και προκαλείται η μικρότερη μεταβολή στο ρη είναι η περιοχή ρη η οποία αντιστοιχει στο ρκ του ρυθμιστικού συστήματος

4 Δυο είναι οι παράγοντες οι οποίοι προσδιορίζουν την αντοχή του ρυθμιστικού διαλύματος στις μεταβολές του ρη Πρώτος παράγοντας Η μοριακή συγκέντρωση των συστατικών του ρυθμιστικού συστήματος.η αντοχή είναι ευθέως ανάλογος προς την συγκέντρωση των συστατικών του Δεύτερος παράγοντας η αναλογία της συγκέντρωσης της συζυγούς βάσης πρός την συγκεντρωση του ασθενούς οξέως

5

6

7

8

9

10 Τα περισσότερα Βιομόρια συγκροτούνται από 30 μικρά μόρια προδρόμους πού συχνα ονομάζονται και αλφαβητο Βιοχημείας αυτά είναι Εικοσι αμινοξέα τα οποία είναι οι δομικοί λίθοι των πρωτεινών Πέντε αρωματικές βάσεις δύο πουρίνες και τρείς πυριμιδίνες οι οποίες συνδέονται με το σάκχαρο και σχηματίζουν νουκλεοτίδια Το σακχαρο D γλυκόζη το οποίο είναι το κύριο προιόν της φυτικής φωτοσυνθέσεως Το σάκχαρο ριβόζη το οποίο συμμετέχει στον σχηματισμό φωσφορικών νουκλεοτιδίων Το λιπαρό οξύ παλμιτικό,η πουαλκοόλη γλυκερόλη και η αμίνη είναι συστατικά των φωσφολιπιδιων τα οποία σχηματίζουν τον σκελετό των βιολογικών μεμβρανών

11

12 Οι βιοχημικές αντιδράσεις μοιάζουν καταρχάς με τις κλασσικές χημικές αντιδράσεις εν τούτοις διαφέρουν από αυτές σε ορισμένα πολύ σημαντικά σημεία. Οι χημικές αντιδράσεις συχνά γίνονται σε μη υδατικά διαλύματα οξέα ή βάσεις χρησιμοποιώντας υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις συνθήκες που καταστρέφουν κάθε λειτουργική οργάνωση μέσα στο κύτταρο. Αντίθετα οι βιοχημικές αντιδράσεις γίνονται σε υδατικά συστήματα σε ήπιες συνθήκες και συχνά για να προχωρήσουν σε ικανοποιητικές ταχύτητες υφίστανται ανάγκη να χρησιμοποιηθούν εξειδικευμένα ένζυμα.

13 Οι βιοχημικές αντιδράσεις παρουσιάζουν εξειδικευμένα χαρακτηριστικά μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται Τα μακρομόρια πτυχώνονται σε περίπλοκες τρισδιάστατες δομές. Το νερό αποτελεί τον πρωταρχικό παράγοντα για τον προσδιορισμό του τύπου της αντίδρασης που θα διαμορφωθεί. Συχνά επιτελούνται στην καταλυτική επιφάνεια των ενζύμων. Πολλές από αυτές απαιτούν να προσδοθεί ενέργεια. Είναι οργανωμένες σε μεταβολικούς δρόμους. Ρυθμίζονται εξωγενώς ή ενδογενώς. Έχουν αναπτυχθεί στην σημερινή μορφή μέσω εξελικτικών διαδικασιών που εκτείνονται σε μεγάλο βάθος χρόνου.

14

15

16 Η εξέλιξη της Βιοχημείας τα τελευταία πενήντα χρόνια θα μπορούσε να διαχωρισθεί σε τεσσερεις κύριες φάσεις Φάση πρώτη γίνονται κατανοητές επι μέρους βιοχημικές διαδικασίες π.χ.η αντιγραφή η μεταγραφή ο προσδιορισμός αλληλουχίας των πρωτεινών κ.λπ Φαση Δευτερη Περνά από τους προκαρυωτικούς στους ανώτερους οργανισμούς και εξασφαλίζεται ο χειρισμός κομματιών γονιδίου PCR,κλωνοποιηση κ.λπ Φάση Τρίτη Από το γονίδιο περνάμε στο γονιδιωμα και στο πρωτεομα,μελετάται πλέον σφαιρικά το σύνολο των πληροφοριών ενος οργανισμού.γίνεται αποκρυπτο γραφηση του γονιδιώματος των διαφόρων οργανισμών περιλαμβανομένου και του ανθρώπου Φαση Τεταρτη Γίνεται προσπάθεια να κατανοηθεί πώς το κάθε γονίδιο εκφραζεται και ρυθμίζεται κατα την διαρκεια της ανάπτυξης καθώς και σε ακραίες φυσιολογικές συνθήκες π.χ Υπό συνθήκες Stress

17 1ος Νόμος Θερμοδυναμικής Η ολική Ενέργεια του συστήματος και του περβάλλοντος διατηρείται σταθερά ΔΕ= ΕΒ ΕΑ = Q-W Σημαντικό χαρακτηριστικό της εξίσωσης η παραδοχή οτι η αλλαγή στην ενέργεια του συστήματος εξαρτάται μόνο από την αρχική και τελική κατάσταση και οχι από τον τροπο που γίνεται η μετατροπή Ο 2ος Νόμος θερμοδυναμικής ορίζει οτι μια πορεία μπορεί να γίνει αυτόματα μόνο αν το αθροισμα των εντροπιών του συστήματος και του περιβάλλοντος αυξάνει ΔSσυστ + ΔSπεριβ > Ο

18 Το 1878 ο J Wilard Gibs συνδύασε το πρωτο και τό δευτερο θερμοδυναμικό αξίωμα καί κατεληξε στην σχεση ΔG= ΔΗ-ΤΔS οπου ΔΗ αλλαγή στην ενθαλπία ΔS αλλαγή στην εντροπία ΔG αλλαγή στην Ελεύθερη ενέργεια Είναι γνωστό οτι ΔΗ =ΔΕ + ρδv δεδομένου οτι η αλλαγή του ογκου στις βιοχημικες αντιδρασεις είναι ιδιαίτερα μικρή η σχεση γίνεται ΔG=ΔΕ-ΤΔS Από την σχεση αυτή σαφώς φαίνεται οτι η αλλαγή στην Ελευθερη Ενέργεια ΔG σχετιζεται αμεσα τόσο με την αλλαγή της Ενέργειας οσο και με την αλλαγή της εντροπίας

19 Η Μεταβολή της Ελευθερης Ενέργειας ΔG είναι πολύτιμο κριτήριο για το αν μια αντίδραση γίνεται αυτόματα ή οχι Μια αντίδραση μπορεί να προχωρήσει αυτόματα μόνο αν το ΔG είναι αρνητικό Ενα σύστημα είναι σε ισορροπία και καμμιά αλλαγή δεν γίνεται αν ΔG=0 Μια αντίδραση δεν μπορεί να προχωρήσει αυτόματα εάν ΔG είναι θετικό.η αρνητικη μεταβολη της ελευθερης ενέργειας είναι απαραίτητη για να οδηγηθεί μια τετοια αντίδραση

20 Η μεταβολή της ΔG σε σχεση με την σταθερα ισοοροπίας Κ σε μια αντιδραση της μορφής Α+Β C+D δίδεται από την σχεση ΔG= ΔG0 + RT + ln [C] [D] / [A][B] H σχεση μεταξύ της ΔG0 και της σταθερας ισσοροπίας Κ βρίσκεται ευκολα μια και τότε ΔG0 = 0 0=DG0 +RT ln[c][d]/ [A][B] ή ΔG0=-RT ln [C][D] /[A][B] με δεδομένο οτι Κeq= [C][D]/[A][B] εχωμε ΔG0=-RT ln Keq ή ΔG0=-2.303RT log Keq Keq= 10 στην Δgo /2.303 RT ή Κeq = 10 στην ΔG0 /1.36 Οπου ΔG0 αλλαγή ελευθερης ενέργειας υπό σταθερας συνθήκας και οταν Α,Β,C,D βρίσκονται σε συγκεντρωση 1Μ R σταθερά αερίων Τ απολυτος θερμοκρασια

21 Υπο σταθεράς συνθήκας η μεταβολή στην ελευθερη Ενεργεια ΔG0 και η σταθερά ισορροπίας της αντιδρασης σχετίζονται από μια απλή εκφραση που περιγράφεται από την σχέση 0=ΔGo + RT lnkeq η ΔGo= -RT lnkeq.μετα από αντικατασταση των παραμετρων R=1.987 cal/mol T=298 που σημαίνει 25 C.και lnx =2.303log10X η σχεση γίνεται ΔGo=-(1.987)(298) (2.303) log10keq = log10 Keq Από τη επίλυση αυτής της εξίσωσης προκύπτει η σχεση μεταξύ Κ και ΔG0 Keq Log Keq ΔGo (Cal) o.oo , Για παραδειγμα μια σταθερα ισορροπίας 10 αντιστοιχει σε μια αλλαγή στην ελευθερη ενέργεια 1,36 Kcal/mol στους 25

22 Από την Διερευνηση της εξίσωσης ΔG0=-RT ln Keeq η ΔG0=-2.303RT log10keq προκύπτει οτι Αντιδράσεις οι οποίες εχουν Κeq μεγαλυτερο από το 1 προχωρούν με ελάττωση την ελευθερη ενεργεια Εαν Α Β εχει Κeq =1000 που σημαίνει Β/Α =1000 η ταση της αντίδρασης είναι να προχωρεί πρός την κατευθυνση σχηματισμού Β.Εαν λοιπόν αρχίζει με 1001 μερη Α η ισορροπία θα προσεγγισθεί μόνο οταν 1000 μερη ή 99.9% του Α θα εχουν μετατραπεί σε Β Εαν η Α Β εχει Keq = 10 στην 3 σημαίνει Β/Α =0.001 που σημαίνει οτι η ισορροπία θα επιτευχθεί μόνο οταν ενα μερος ή 0.1% του Α θα εχουν μετατραπεί σε Β Οταν Α=Β=1Μ η σχεση γίνεται ΔG0=ΔG=RTln1/1=ΔG

23

24 Υπάρχουν σήμερα τρείς διαφορετικοί τρόποι για να παρασταθεί χημικά η μοριακή δομή ενός αμινοξέος Τρόπος Α Προβολή κατα Fisher Το μόριο σχεδιάζεται σε ενα επίπεδο οι τεσσερεις ομάδες παρουσιάζονται προσκολημένες στο κεντρικό ατομο του ανθρακος και προβάλονται προς τα εξω σχηματίζοντας ορθή γωνία η μια με την αλλη Τροπος Β Με μοντελλα που δημιουργούνται από σφαίρες και βραχίονες. Σύμφωνα με τον τροπο αυτό οι τεσσερεις ομάδες παρουσιάζονται προσκολημμένες στο κεντρικό ατομο του ανθρακος και κατευθύνονται ακτινωτα προς τις τεσσερεις κορυφες του τετραεδρου.η μια από τις τεσσερεις προβάλλεται μπροστα στο επίπεδο του χαρτιού ενώ οι αλλες προς τα πίσω Με μοντελλα χώρου Ο τρόπος αυτός είναι και ο πλέον ακριβης τρόπος. Στην παρουσίαση αυτή( πυρήνας και περιβαλλοντα ηλεκτρονικά νέφη) εμφανίζονται να βρισκονται το ενα κοντα στο αλλο.με αυτό τον τρόπο οχι μόνο το εσωτερικό αλλά και στην επιφανεια εμφανίζεται ενας αριθμός καλά προσδιορισμένων περιοχών

25

26

27

28

29 Στα διάφορα αμινοξέα εντοπίζονται διάφορες πλευρικές ομάδες μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται Ομάδες με θετικά ή αρνητικά φορτία.καθιστούν τα αμινοξέα υδρόφιλα και συχνά εμπλέκονται στον σχηματισμό ιονικών δεσμών Θειομάδες εμπλέκονται στον σχηματισμο S-S δεσμών Υδρόφοβες ομάδες χρησιμευουν για σχηματισμό υδροφόβων δεσμών αλλά και για να σχηματίσουν συσσωματωματα πληρωσης χώρου Υδροξυλομάδες εμπλέκονται στον σχηματισμό υδρογονοδεσμών Με επιπεδους δακτυλιους λόγω του σχήματος μπορούν να συμμετασχουν στον σχηματισμό γεωμετρικών διευθετήσεων Ομάδες που προκύπτουν ως παραγωγα του Ασπαρτικού και του Γλουταμινικού οξεος.οι ομάδες λόγω ελλείψεως φορτίων δεν συμμετεχουν σε ιονικούς δεσμούς συμμετεχουν ομως σε υδρογονοδεσμούς

30

31

32

33

34

35

36

37

38 Με βάση τόν ρόλο της Πλαγίας αλυσίδας στον σχηματισμό της Χωροδιάταξης των Πρωτεινών τα αμινοξέα διακρίνονται σε τεσσερεις ομάδες Αμινοξέα με μη πολική ομάδα R.Πλαγίες αλυσίδες αποκλειστικά από υδρογονάνθρακες.οι πλάγιες αλυσίδες των αμινοξέων μπορούν να σχηματίσουν υδρόφοβους δεσμούς Αμινοξέα με μη ιονιζόμενες αλλά πολικές ομάδες (οπως- ΟΗ SH CONH2 και μερικές ετεροκυκλικές οπως τυροσίνη Τρυπτοφάνη.Οι πολικές ομάδες συμμετεχουν στον σχηματισμο δεσμών Υδρογόνου Οξινα αμινοξεα Μονοαμινο δικαρβοξυ αμινοξέα Βασικά αμινοξέα Διαμινο μονοκαρβοξυ αμινοξέα

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48 Σπάνια Αμινοξέα Στην ομάδα αυτή περιλαμβάνονται αμινοξέα τα οποία προκύπτουν από τον μεταβολισμό κανονικών αμινοξεων Τα σημαντικώτερα εξ αυτών είναι Ορνιθίνη παράγεται στον κύκλο ουρίας από την αργινίνη Β-βαλίνη παράγεται από το ασπαραγινικο οξύ Κυστεινικό οξύ προέρχεται από κυστείνη Ομόκυσείνη Προερχεται απο μεθειονίνη με απομεθυλίωση Αζασερίνη προέρχεται από την σερίνη και παραγεται από διάφορα στελέχη μυκήτων Κυκλοσερίνη επίσης προέρχεται από την σερίνη Φαινυλοσερίνη επίσης προέρχεται από την σερίνη,με μια υποκατασταση στην αμινομάδα παίρνομε την γνωστη χλωραμφενικόλη