1.Μαθησιακοί στόχοι του μαθήματος

Transcript

1 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ 1.Μαθησιακοί στόχοι του μαθήματος της ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ (ΕΤΥ-232) 1)εξοικείωση των φοιτητών με τον μοριακό σχεδιασμό της ζωής 2)εμπέδωση της δομής και λειτουργίας των θεμελιωδών βιοχημικών μορίων, που χρησιμοποιούνται από την φύση ως δομικοί λίθοι (νουκλεϊνικά οξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια) 3) προετοιμασία των φοιτητών για την διδασκαλία του μαθήματος των φυσικών βιοϋλικών και των εφαρμογών τους (μάθημα 391)

2 Η ύλη του μαθήματος περιλαμβάνει εισαγωγή στις βασικές έννοιες του μοριακού σχεδιασμού της ζωής, της δομής και λειτουργίας των θεμελιωδών βιοχημικών μορίων, της βιοχημικής εξέλιξης και της ροής των γενετικών πληροφοριών. Αναλυτικά, η ύλη του μαθήματος έχει ως εξής: - Μοριακός σχεδιασμός της ζωής - Βιοχημική εξέλιξη - Δομή και λειτουργία των πρωτεϊνών - DNA, RNA και η ροή των γενετικών πληροφοριών - Εξερευνώντας την εξέλιξη - Ενζυμα: βασικές αρχές και κινητική - Στρατηγικές κατάλυσης - Υδατάνθρακες και λιπίδια

3

4 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

5 ΟΙ ΔΟΜΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ ΤΩΝ ΖΩΝΤΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ DNA(ΔΕΟΧΥΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ) RNA (ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ) ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ

6 MIA ΒΑΣΙΚΗ ΑΡΧΗ ΚΟΙΝΗ ΓΙΑ ΌΛΑΤΑΒΙΟΜΟΡΙΑ: Η ΣΧΕΣΗ ΔΟΜΗΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΤΟ DNA (ΔΕΟΧΥΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ) ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ DNA ΔΟΜΗ ΣΕ ΤΡΕΙΣ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ

7 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΤΟ DNA EINAI ENA ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ Ο ΚΟΡΜΟΣ ΤΟΥ: ΕΠΑΝΑΛΑΜΒΑΝΟΜΕΝΕΣ ΟΜΑΔΕΣ ΣΑΚΧΑΡΟΥ- ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΣΑΚΧΑΡΟ: ΔΕΟΞΥ ΡΙΒΟΖΗ

8 ΚΆΘΕ ΜΌΡΙΟ ΔΕΟΞΥΡΙΒΟΖΗΣ ΕΊΝΑΙ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΑ ΣΥΝΔΕΔΕΜΈΝΟ ΜΕ ΜΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ ΑΚΟΛΟΥΘΕΣ ΒΑΣΕΙΣ:

9 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗ ΔΟΜΗ ΤΟΥ DNA: H ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ

10 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΗΣ ΔΙΠΛΗΣ ΕΛΙΚΑΣ ΟΙ ΒΑΣΕΙΣ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΥΝ ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΑ ΖΕΥΓΗ ΒΑΣΕΩΝ (BP=BASE PAIRS) A-T και G-C

11 ΤΑ ΖΕΥΓΗ ΒΑΣΕΩΝ ΣΥΓΚΡΑΤΟΥΝΤΑΙ ΜΕ ΔΕΣΜΟΥΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΕΊΝΑΙ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΟΙ ΓΙΑ ΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑΤΙ; 1-ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 2-ΑΣΘΕΝΕΣΤΕΡΟΙ ΑΠΌ ΤΟΥΣ ΟΜΟΙΠΟΛΙΚΟΥΣ 3-ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ

12 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

13 ΑΠΌ ΤΗΝ ΔΟΜΗ ΤΟΥ DNA ΑΠΟΡΡΕΟΥΝ ΔΥΟ ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΥ ΚΑΘΟΡΙΖΟΥΝ ΤΟΝ ΡΟΛΟ ΤΟΥ ΣΑΝ ΓΕΝΕΤΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Η ΔΟΜΗ ΕΊΝΑΙ ΣΥΜΒΑΤΗ ΜΕ ΟΠΟΙΑΔΗΠΟΤΕ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΒΑΣΕΩΝ Η ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΣΕ ΜΙΑ ΑΛΥΣΙΔΑ ΚΑΘΟΡΙΖΕΙ ΑΠΟΛΥΤΑ ΤΗΝ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΤΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΣΤΗΝ ΆΛΛΗ ΑΛΥΣΙΔΑ

14 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΗΔΟΜΗΤΟΥDNA ΑΥΤΟΜΑΤΑ ΕΙΣΗΓΕΙΤΑΙ ΤΗΝ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ, ΔΗΛ. ΤΟΝ ΠΙΘΑΝΟ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΤΟΥ

15 ΤΟ RNA (ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ)EINAI TO ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ ΜΟΡΙΟ ΣΤΗ ΡΟΗ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΔΟΜΗ: ΑΡΚΕΤΕΣ ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΜΕ ΤΟ DNA ΓΡΑΜΜΙΚΟ ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ ΣΑΚΧΑΡΟ: ΡΙΒΟΖΗ ΑΝΤΙ ΤΗΣ ΔΕΟΞΥΡΙΒΟΖΗΣ ΜΙΑ ΑΠΌ ΤΙΣ 4 ΒΑΣΕΙΣ: ΟΥΡΑΚΙΛΗ ΑΝΤΙ ΓΙΑ ΘΥΜΙΝΗ

16 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΤΟ RNA (ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ)EINAI TO ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ ΜΟΡΙΟ ΣΤΗ ΡΟΗ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΔΟΜΗ: ΣΥΝΗΘΩΣ ΜΟΝΗ ΑΛΥΣΙΔΑ ΠΟΛΛΑ ΤΜΗΜΑΤΑ ΑΝΑΔΙΠΛΩΝΟΝΤΑΙ ΜΕ ΖΕΥΓΗ G-C και U-T, ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΜΟΡΙΑ ΜΕ ΠΟΛΥΠΛΟΚΕΣ ΔΟΜΕΣ ΚΑΙ ΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΕΣ

17 ΤΟ RNA (ΡΙΒΟΝΟΥΚΛΕΙΚΟ ΟΞΥ) ΕΧΕΙ ΒΑΣΙΚΟΥΣ ΡΟΛΟΥΣ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ ΕΝΔΙΑΜΕΣΟ ΜΟΡΙΟ ΣΤΗΝ ΡΟΗ ΤΗΣ ΓΕΝΕΤΙΚΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ : ΤΟ DNA ΑΝΤΙΓΡΑΦΕΤΑΙ ΣΕ αγγελιοφόρο RNA messenger RNA ΤΟ ΟΠΟΙΟ ΜΕ ΤΗΝ ΣΕΙΡΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΦΡΑΖΕΤΑΙ ΣΕ ΠΡΩΤΕΙΝΗ ΤΑ ΜΟΡΙΑ RNΑ ΑΠΟΤΕΛΟΥΝ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΤΩΝ ΡΙΒΟΣΩΜΑΤΩΝ ΜΕΡΙΚΟΙ ΙΟΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝ ΤΟ RNA ΣΑΝ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΑΝΤΙ ΤΟΥ DNA ΤΑ ΜΟΡΙΑ RNΑ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΟΥΝ ΣΑΝ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ ΑΡΑ, ΤΟ RNΑ ΜΠΟΡΕΙ ΚΑΙ ΣΥΝΔΥΑΖΕΙ ΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ

18 ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗ RNA ΚΑΙ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΟ RNA

19 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ: ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΔΟΜΙΚΟΙ ΛΙΘΟΙ: ΑΜΙΝΟΞΕΑ 20 ΕΙΔΗ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΜΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΗ ΠΛΕΥΡΙΚΗ ΟΜΑΔΑ (R)

20 Η ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΜΙΑΣ ΠΡΩΤΕΙΝΗΣ ΥΠΑΓΟΡΕΥΕΙ ΑΠΟΛΥΤΑ ΤΗΝ ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗ ΤΗΣ ΣΤΗΝ ΤΡΙΔΙΑΣΤΑΤΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ, Η ΟΠΟΙΑ ΚΑΘΟΡΙΖΕΙ ΤΗΝ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

21 ΒΙΟΛΟΓΙΚΟΙ ΡΟΛΟΙ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ: ΣΗΜΑΝΤΙΚΑΔΟΜΙΚΑΣΤΟΙΧΕΙΑΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΜΕΝΟΙ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ (ΕΝΖΥΜΑ)

22 ΜΕΤΑΒΑΣΗ ΑΠΌ ΤΗΝ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΒΑΣΕΩΝ ΤΟΥ DNA ΣΤΗΝ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΒΑΣΕΩΝ ΚΑΤΆ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΠΡΩΤΕΙΝΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ ΤΡΕΙΣ ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΤΆ ΜΗΚΟΣ ΤΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ DNΑ/RNA ΚΩΔΙΚΕΥΟΥΝ ΈΝΑ ΑΜΙΝΟΞΥ ΓΕΝΕΤΙΚΟΣ ΚΩΔΙΚΑΣ: Η ΣΥΓΚΕΚΡΙΜΕΝΗ ΑΝΤΙΣΤΟΙΧΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΕΝΌΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΟΥ ΤΡΙΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΜΕ ΤΟ ΚΑΘΕΝΑ ΑΠΌ ΤΑ 20 ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΟΙ ΙΔΙΕΣ ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΕΣ ΤΡΙΩΝ ΒΑΣΕΩΝ ΚΩΔΙΚΕΥΟΥΝ ΤΑ ΙΔΙΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΣΕ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΖΩΗΣ, ΑΠΌ ΤΟΥΣ ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ ΜΕΧΡΙ ΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ

23 ΟΙ ΚΟΙΝΕΣ ΒΙΟΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΤΗΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΠΟΙΚΙΛΟΜΟΡΦΙΑΣ ΟΙ ΖΩΝΤΕΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΕΧΟΥΝ ΑΞΙΟΣΗΜΕΙΩΤΕΣ ΟΜΟΙΟΤΗΤΕΣ ΣΕ ΜΟΡΙΑΚΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΥΝΕΠΩΣ ΕΧΟΥΝ ΚΟΙΝΟΥΣ ΠΡΟΓΟΝΟΥΣ ΚΑΙ ΚΟΙΝΗ ΚΑΤΑΓΩΓΗ Η ΠΟΙΚΙΛΟΜΟΡΦΙΑ ΠΡΟΚΥΠΤΕΙ ΑΠΌ ΤΗΝ ΠΡΟΣΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΤΩΝ ΥΠΑΡΧΟΝΤΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΣΕ ΚΑΙΝΟΥΡΓΙΟΥΣ ΡΟΛΟΥΣ

24 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

25 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ

26

27 ΟΙ ΧΉΜΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ ΣΤΗΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΣ ΔΕΣΜΟΣ: ΜΟΙΡΑΣΜΑ ΕΝΌΣ ΖΕΥΓΟΥΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΓΕΙΤΟΝΙΚΩΝ ΑΤΟΜΩΝ ΔΕΣΜΟΣ C-C: ΜΗΚΟΣ 1,54 A, ΕΝΕΡΓΕΙΑ 85 kcal / mole (356 kj/mole) ΔΙΠΛΟΙ ΔΕΣΜΟΙ, π.χ. C=O, ΜΗΚΟΣ 1,24 Α, ΕΝΕΡΓΕΙΑ 175kCal / mole (732 kj/mole) ΔΟΜΕΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ

28 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΧΉΜΙΚEΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΩΝ ΔΕΣΜΩΝ Η ΡΟΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ ΑΠΕΙΚΟΝΙΖΕΤΑΙ ΜΕ «ΣΠΡΩΞΙΜΟ ΒΕΛΩΝ»

29 ΟΙ ΜΗ ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΕΊΝΑΙ ΠΟΛΎ ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΑΝΤΙΣΤΡΕΠΤΕΣ ΕΙΔΗ : ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΕΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ VAN DER WAALS

30 ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΙΕΠΟΝΤΑΙ ΑΠΌ ΤΟΝ ΝΟΜΟ ΤΟΥ COULOMB E = kq 1 q 2 / Dr k = 332 (kcal/mole), k=1389 (kjoules/mole) D = διηλεκτρική σταθερά του μέσου, για το νερό= 80

31 ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΣΗ ΕΊΝΑΙ Η ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΜΕΤΑΞΥ ΔΥΟ ΑΤΟΜΩΝ ΤΑ ΟΠΟΙΑ ΕΧΟΥΝ ΦΟΡΤΙΑ +1 ΚΑΙ -1, ΚΑΙ ΑΠΕΧΟΥΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ 3 Å, ΣΕ ΥΔΑΤΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ? Ε = 332 x (-1) x (+1) / 80 x 3 = 1.4 kcal/mol

32 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΔΕΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

33 ΔΕΣΜΟΙ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: 1-3 kcal/mole (ΑΣΘΕΝΕΙΣ) ΕΥΘΕΙΣ ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΟΛΎ ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΙ ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΓΙΑ ΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ

34 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ VAN DER WAALS

35 ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ VAN DER WAALS ΕΝΕΡΓΕΙΑ: 0,5 1 kcal/mole (ΑΣΘΕΝΕΙΣ) ΑΘΡΟΙΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: GECKO FEET

36 Η φύση σαν πηγή έμπνευσης για τον σχεδιασμό καινοτόμων υλικών: το παραδειγμα του gecko Ποια είναι η φύση των δυνάμεων που επιτρέπουν Την προσκόλληση σε κάθε είδους επιφάνεια, ακόμα Και κάθετα?

37 -Κάθε δάχτυλο αποτελείται από περίπου 2 εκατομμύρια setae -Τα setae έχουν στις απολήξεις τους εκατοντάδες χιλιάδες spatulae -H προσκόλληση στις επιφάνειες γίνεται με δυνάμεις van der Vaals -αποτέλεσμα: το άθροισμα εκατομμυρίων μικρών δυνάμεων (περίπου 100 nn) δημιουργεί Δύναμητηςτάξεωςτου10 Ν/ cm 2 setae spatulae

38 Η ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΕΊΝΑΙ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΗΣ ΣΗΜΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΙΟΛΟΓΙΑ 1) ΤΟ ΝΕΡΟ ΕΊΝΑΙ ΠΟΛΙΚΟ ΜΟΡΙΟ

39 Η ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΟΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΕΊΝΑΙ ΚΑΘΟΡΙΣΤΙΚΗΣ ΣΗΜΑΣΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΟ ΝΕΡΟ ΕΧΕΙ ΠΟΛΎ ΜΕΓΑΛΗ ΣΥΝΟΧΗ: Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΠΑΓΟΥ ΣΥΓΚΡΑΤΕΙΤΑΙ ΜΕ ΔΙΚΤΥΟ ΔΕΣΜΩΝ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ

40 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ ΣΥΝΕΠΩΣ: ΤΟ ΝΕΡΟ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑ ΕΚΤΕΝΩΣ ΜΕ ΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΤΟ ΝΕΡΟ ΑΠΟΔΥΝΑΜΩΝΕΙ ΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΤΟΥΣ ΔΕΣΜΟΥΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ ΑΡΑ: ΠΟΛΎ ΚΑΛΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ

41 Η ΥΠΑΡΞΗ ΖΩΗΣ ΣΤΗΝ ΓΗ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΑΠΌ ΤΟ ΝΕΡΟ ΤΟ ΝΕΡΟ ΔΙΑΛΥΕΙ ΕΝΑ ΣΥΝΟΛΟ ΜΟΡΙΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΕΥΟΥΝ ΣΑΝ ΚΑΤΑΛΥΤΕΣ, ΔΟΜΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΚΑΙ ΦΟΡΕΙΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ

42 ΤΟ ΝΕΡΟ ΕΙΝΑΙ ΠΟΛΎ ΚΑΛΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ

43 ΤΟ ΝΕΡΟ ΕΙΝΑΙ ΠΟΛΎ ΚΑΛΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ

44 ΤΟ ΝΕΡΟ ΕΙΝΑΙ ΠΟΛΎ ΚΑΛΟΣ ΔΙΑΛΥΤΗΣ A.M. στην Νεκρά Θάλασσα, Σεπτέμβρης 2007

45 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΥΝΟΧΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 5 είδη πρωτεϊνών Mefp χρησιμεύουν για την πρόσφυση των μυδιών σε στερεές επιφάνειες

46 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΥΝΟΧΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 5 είδη πρωτεϊνών Mefp, πλούσια σε διυδροξυ φαινυλαλανίνη και λυσίνη

47 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΥΝΟΧΗΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΣΥΓΚΟΛΛΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ διυδροξυ φαινυλαλανίνη: Απαραίτητη για την συνοχή Του συγκολλητικού υλικού (cohesion) Σημαντική επίσης για την πρόσφυση (adhesion) Σε στερεές επιφάνειες

48 1) ΠΩΣΌΜΩΣΕΞΗΓΕΙΤΑΙΤΟΌΤΙ: ΤΑ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ (πχ. ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ) ΠΕΡΙΕΧΟΥΝ ΚΑΙ ΜΗ ΠΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΑΤΙΚΑ ΜΠΟΡΟΥΝ ΝΑ «ΑΝΑΔΙΠΛΩΝΟΝΤΑΙ» ΣΤΟΝ ΧΩΡΟ?

49 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ (ΤΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΤΗΣ ΣΤΑΓΟΝΑΣ ΤΟΥ ΛΑΔΙΟΥ )

50 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΤΟΥ ΛΩΤΟΥ (THE LOTUS EFFECT)

51 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ A droplet on a hydrophilic rough surface seems to sink into the gaps A droplet on a rough hydrophobic surface sitting on the spikes

52 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΤΟΥ ΛΩΤΟΥ (THE LOTUS EFFECT) Diagram showing a droplet cleaning a superhydrophobic surface by rolling off

53 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΤΟΥ ΛΩΤΟΥ (THE LOTUS EFFECT)

54 ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΗΣ ΥΔΡΟΦΟΒΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΑ ΥΛΙΚΑ ΤΑ ΦΥΛΛΑ ΤΟΥ ΛΩΤΟΥ (THE LOTUS EFFECT)

55 BIOXHMEIA, TOMOΣ I ΠANEΠIΣTHMIAKEΣ EKΔOΣEIΣ KPHTHΣ Η ΑΝΑΔΙΠΛΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ : ΤΑ ΥΔΡΟΦΟΒΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΘΑΒΟΝΤΑΙ ΑΥΘΟΡΜΗΤΑ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ, ΑΦΗΝΟΝΤΑΣ ΤΑ ΠΟΛΙΚΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΕΤΣΙ Η ΠΡΩΤΕΙΝΗ ΑΠΟΚΤΑ ΤΗΝ ΤΡΙΔΙΑΣΤΑΤΗ ΚΑΙ ΒΙΟΛΟΓΙΚΑ ΕΝΕΡΓΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ

56 ΓΙΑΤΙ Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ? ΈΝΑ ΣΥΝΑΡΠΑΣΤΙΚΟ ΣΥΝΟΛΟ ΒΑΣΙΚΗΣ ΓΝΩΣΗΣ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗ ΤΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΤΗΣ ΖΩΗΣ, ΤΗΣ ΕΞΕΛΙΞΗΣ, ΤΗΣ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΒΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΣΘΕΝΕΙΩΝ Πχ. ΑΡΡΩΣΤΕΙΕΣ ΌΠΩΣ Η ΔΡΕΠΑΝΟΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΝΑΙΜΙΑ, ΗΚΥΣΤΙΚΗΙΝΩΣΗκλπ. ΟΦΕΙΛΟΝΤΑΙ ΣΕ ΑΛΛΑΓΗ ΕΝΌΣ ΜΟΝΟ ΑΜΙΝΟΞΕΩΣ ΣΕ ΜΙΑ ΠΟΛΥΠΕΠΤΙΔΙΚΗ ΑΛΥΣΙΔΑ

57 Δρεπανοκυτταρικη αναιμια Μια απλη μεταλλαξη: Glu 6 Val Οδηγει σε δρεπανοειδη μορφολογια των ερυθρων αιμοσφαιριων

58 Εξηγηση σε μοριακο επιπεδο: δημιουργια υδροφοβης εκτεθειμενης προεξοχης (βαλινη) που μπορει να προσαρμοστη σε μια υδροφοβη κοιλοτητα ενός αλλου μοριου αιμοσφαιρινης, δημιουργωντας πολυμερη με μορφη ινιδιων, που παραμορφωνουν τα κυτταρα Τετραμερης δομη της φυσικης αιμοσφαιρινης Μοντελο των ινιδιων και ΕΜ

59 ΓΙΑΤΙ Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ? Η ΓΝΩΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΦΑΡΜΑΚΩΝ ΔΕΟΞΥΓΟΥΑΝΟΣΙΝΗ (ΔΕΟΞΥΡΙΒΟΖΗ + ΓΟΥΑΝΙΝΗ) ACYCLOVIR (ZOVIRAX)

60 ΦΑΡΜΑΚΟ ΚΑΤΆ ΤΟΥ ΙΟΥ ΤΟΥ ΕΡΠΗΤΑ (Gertrude Ellion, Nobel Prize in Medicine 1988) ΔΕΟΞΥΓΟΥΑΝΟΣΙΝΗ (ΔΕΟΞΥΡΙΒΟΖΗ + ΓΟΥΑΝΙΝΗ) ACYCLOVIR (ZOVIRAX)

61 ΓΙΑΤΙ Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ? ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΊΝΑΙ ΣΥΝΕΧΕΙΣ Πχ. ΜΕ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΒΑΚΤΗΡΙΑΚΩΝ ΣΤΕΛΕΧΩΝ ΠΟΥ ΕΊΝΑΙ ΑΝΘΕΚΤΙΚΕΣ ΣΤΑ ΑΝΤΙΒΙΟΤΙΚΑ, ΝΕΑ ΠΕΔΙΑ ΕΡΕΥΝΑΣ ΑΝΟΙΓΟΝΤΑΙ

62 ΓΙΑΤΙ Η ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑΣ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΗΓΙΑΤΗΝΕΠΙΣΤΗΜΗΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ? ΣΗΜΑΝΤΙΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΓΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ (ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΝΕΣ ΌΠΩΣ ΜΕΤΑΞΙ, ΜΑΛΛΙ, ΙΣΤΟΙ ΑΡΑΧΝΩΝ ) ΔΟΜΗ ΔΕΡΜΑΤΟΣ, ΟΣΤΩΝ, ΔΟΝΤΙΩΝ Η ΓΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΊΝΑΙ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠΝΕΥΣΜΕΝΩΝ ΑΠΌ ΤΗΝ ΦΥΣΗ

63 Η ΓΝΩΣΗ ΤΗΣ ΔΟΜΗΣ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΒΙΟΥΛΙΚΩΝ ΕΊΝΑΙ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΕΜΠΝΕΥΣΜΕΝΩΝ ΑΠΌ ΤΗΝ ΦΥΣΗ

64 ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ GECKEL (DRY/WET ADHESIVE) Lee et al., (2007) Nature 448: 338

65 ΒΙΟΜΙΜΗΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ GECKEL (DRY/WET ADHESIVE) Lee et al., (2007) Nature 448: 338 Ο σχεδιασμός συνδυάζει μικρο-κατασκευή συστοιχίας στηλών (μιμούνται την κατασκευή των ποδιών του gecko) Και επικάλυψη των στηλών με ένα πολυμερές που μιμείται την κατασκευή των συγκολλητικών πρωτεϊνών των μυδιών (πλούσια σε ομάδες διυδροξυ-φαινυλαλανινης) Η ικανότητα πρόσφυσης της κατασκευής σε υδατικό περιβάλλον αυξάνεται σχεδόν 15 φορές όταν επικαλύπτεται με το πολυμερές και διατηρείται για σχεδόν 1000 κύκλους προσκόλλησης-αποκόλλησης.