ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΥΛΗ ΕΝΟΤΗΤΑ 2: Η ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ 2.1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ, 5 9 (απλή αναφορά) 2.2 ΤΟ ΝΕΡΟ ΚΑΙ Η ΒΙΟΛΟΓΙΚΗ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΑ, 9 14 (απλή αναφορά), 2.4 ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ, σελ. 20 36 Οργανικές Ουσίες Είναι σημαντικές επειδή: Αποτελούν βασικά δοµικά συστατικά του σώµατος Εξυπηρετούν ενεργειακές ανάγκες Ασκούν έλεγχο σε όλες τις βιοχηµικές διεργασίες Πολυπλοκότητα Οργανικών Ουσιών Οφείλεται κατ αρχήν στην παρουσία του άνθρακα που είναι τετρασθενές στοιχείο και όπου βρεθεί, σε κάθε χηµική ένωση, δηµιουργεί τέσσερις οµοιοπολικούς δεσµούς. Οφείλεται επίσης στο οξυγόνο που είναι δισθενές και αυτό κάνει το µόριο του κατάλληλο για να συνδέει δυο άτοµα άνθρακα µεταξύ τους και να δηµιουργούνται έτσι πλευρικές αλυσίδες. Επίσης στο υδρογόνο που είναι µονοσθενές είναι πάντοτε καταληκτικό (τελευταίο) άτοµο στις οργανικές ενώσεις. Στο άζωτο που είναι συστατικό στις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊνικά οξέα. Είναι τρισθενές και βασικό συστατικό ορισµένων κυκλικών ενώσεων, όπως οι πορφυρίνες, τα στεροειδή και τις αζωτούχες βάσεις των νουκλεϊνικών οξέων. 1
Κατηγορίες Οργανικών Ενώσεων (Μακρομορίων) Υδατάνθρακες Λιπίδια Πρωτεΐνες Νουκλεινικά οξέα Υδατάνθρακες Οι µονοσακχαρίτες είναι οι πιο απλοί υδατάνθρακες και η γλυκόζη είναι ο πιο κοινός µονοσακχαρίτης Ο µοριακός τύπος της γλυκόζης είναι C6H12O6, ενώ στα δεξιά παρουσιάζεται ο συντακτικός της τύπος. Οι µονοσακχαρίτες που αποτελούνται από 6 άνθρακες αποκαλούνται εξόζες. ενώ αυτοί µε 3 άνθρακες τριόζες και µε 5 άνθρακες πεντόζες. Ανάλογα µε τη θέση της καρβονυλοµάδας, το σάκχαρο κατατάσσεται στις αλδόζες ή στις κετόζες. Η γλυκόζη, και η γαλακτόζη για παράδειγµα, είναι αλδόζες (φέρουν την αλδεϋδοµάδα CHO), ενώ η φρουκτόζη, που παρουσιάζει συντακτική ισοµέρεια µε τη γλυκόζη, είναι µια κετόζη (φέρει την κετονομάδα CO).. 2
Καρβονυλομάδα στις εξόζες Αλδόζες - Κετόζες 3
Γραμμική και κυκλική μορφή γλυκόζης Γλυκόζη - Φρουκτόζη Κυκλική μορφή 4
Οι μονοσακχαρίτες Είναι κυρίαρχες θρεπτικές ουσίες για τα κύτταρα Εξασφαλίζουν ενέργεια στα κύτταρα (Η γλυκόζη είναι απαραίτητη στην κυτταρική αναπνοή) Ο ανθρακικός σκελετός τους χρησιμεύει ως πρώτη ύλη για σύνθεση άλλων μικρών μορίων όπως αμινοξέα και λιπαρά οξέα. Χρησιμεύουν για τη παραγωγή δισακχαριτών και πολυσακχαριτών. Υδατάνθρακες Οι δισακχαρίτες (C12H22O11) αποτελούνται από δύο μονοσακχαρίτες ενωµένους µε γλυκοσιδικό δεσµό (οµοιοπολικός δεσµός) Η γλυκόζη είναι απαραίτητη στη σύσταση των δισακχαριτών και αναλόγως του δευτέρου μονοσακχαρίτη, παίρνει και το όνομα του ο δισακχαρίτης ως εξής: Δισακχαρίτης 1 ος Μονοσακχαρίτης Μαλτόζη Γλυκόζη Γλυκόζη Λακτόζη Γλυκόζη Γαλακτόζη ενέργεια C6H12O6 + C6H12O6 C12H22O11 + H2O ένζυµο 2 ος Μονοσακχαρίτης Σακχαρόζη Γλυκόζη Φρουκτόζη 5
Δισακχαρίτες (συμπύκνωση*) *Συμπύκνωση ονομάζεται η αντίδραση ένωσης δύο μονομερών με ταυτόχρονη αποβολή νερού. Το αντίθετο η διαδικασία διάσπασης- με προσθήκη νερού π.χ ενός δισακχαρίτη σε μονοσακχαρίτες, ονομάζεται υδρόλυση. Κάθε δισακχαρίτης αποτελείται από δύο απλά σάκχαρα ενωμένα με γλυκοσιδικό δεσμό, που είναι βέβαια ομοιοπολικός δεσμός. Δισακχαρίτες 6
ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ ΑΠΟΤΑΜΙΕΥΤΙΚΟΙ ΔΟΜΙΚΟΙ ΑΜΥΛΟ (φυτά: χλωροπλάστες/ αμυλοπλάστες) ΓΛΥΚΟΓΟΝΟ (ζώα: μύες και συκώτι) ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ (φυτά: κυτταρικό τοίχωμα) ΧΙΤΙΝΗ (ζώα: ασπόνδυλα -μέρος του εξωσκελετού) Αποταμιευτικοί πολυσακχαρίτες: Άμυλο και Γλυκογόνο 7
Κυτταρίνη Δομή κυτταρίνης του κυτταρικού τοιχώματος 8
Λιπαρές Ουσίες ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ: Μεγαλομοριακές ουσίες Αποτελούνται κυρίως από άνθρακα και υδρογόνο Είναι υδρόφοβες και αδιάλυτες στο νερό. Διαλύονται σε μη πολικούς διαλύτες π.χ αιθέρας, χλωροφόρμιο Χωρίζονται σε Ουδέτερα Λίπη, Φωσφορολιπίδια και στεροειδή Ουδέτερα Λίπη Αποτελούνται από ένα µόριο γλυκερίνης (αλκοόλη με 3C) και τρία µόρια λιπαρού οξέος (γραμμικές αλυσίδες με 16-18C, με τύπο R-COOH) Είναι υδρόφοβα αφού έχουν μη πολικές ουρές Αδιάλυτα στο νερό (λόγω των δεσμών υδρογόνου) Έχουν ζωική ή φυτική προέλευση 9
Η γλυκερίνη ή γλυκερόλη είναι αλκοόλη με τρία άτομα άνθρακα και τρία υδροξύλια. Τα λιπαρά οξέα Τα λιπαρά οξέα είναι επιμήκεις γραμμικές αλυσίδες ατόμων άνθρακα των 16 ή 18 συνήθως ατόμων. 10
15/09/2014 Τα λιπαρά οξέα Η «κεφαλή» της αλυσίδας διαθέτει καρβοξυλομάδα στην οποία βρίσκεται προσκολλημένη η υδρογονανθρακική «ουρά».. «ουρά» Οι δεσμοί μεταξύ ατόμων άνθρακα και ατόμων υδρογόνου στην «ουρά» δεν είναι πολικοί και αυτό προσδίδει στα ουδέτερα λίπη υδροφοβικές ιδιότητες. ιδιότητες. Τα λιπαρά οξέα: Κορεσμένα - Ακόρεστα 11
Ουδέτερα λίπη Κορεσμένα: Ζωικά (βλαβερά) R: CvH2v+1 Ακόρεστα: Φυτικά και ιχθυέλαια (ωφέλιμα) R: CvH2v-1 12
Ιδιότητες και χρησιμότητες των ουδετέρων λιπών Κακοί αγωγοί της θερµότητας θερµοµονωτικά Αδιάβροχα νερού παρεµποδίζουν την εξάτµιση του Περιβάλλουν και προστατεύουν διάφορα όργανα, όπως τους νεφρούς. Αποταμιευτικές ενεργειακές ουσίες (αποδίδουν διπλάσια ενέργεια και είναι πολύ ελαφρύτερες από τους υδατάνθρακες) 13
Φωσφορολιπίδια Συγγενικά των ουδετέρων λιπών (αλλά η γλυκερίνη τους ενώνεται με δύο λιπαρά οξέα και μία φωσφορική ομάδα). Έχουν υδρόφιλη κεφαλή και υδρόφοβη ουρά Σχηματίζουν μυκήλια (σφαιρικά σώματα) όταν περιβάλλονται από νερό. Βασικά συστατικά των βιολογικών μεμβρανών (μαζί με πρωτεΐνες). 14
Στεροειδή Τα άτομα του άνθρακα είναι τοποθετημένα σε 4 δακτύλιους Πάνω στους δακτύλιους υπάρχουν πλευρικές ομάδες. Η χοληστερόλη* και οι φυλετικές ορμόνες (π.χ τεστοστερόνη, οιστραδιόλη) είναι στεροειδούς φύσης. * Μπορεί να θεωρηθεί ωφέλιμη επειδή λαμβάνει μέρος στη δομή των βιολογικών μεμβρανών αλλά και βλαβερή επειδή η περίσσεια της φράσσει τα αιμοφόρα αγγεία δημιουργώντας αθηροσκλήρωση 15
Πρωτεΐνες Χαρακτηριστικά: Αποτελούν το 50% της ξηρής μάζας των κυττάρων Δομικές ουσίες των κυτταρικών δομών Παίζουν πρωτεύοντα ρόλο στις δραστηριότητες των κυττάρων Αποταμιευτικές ενεργειακές ουσίες Δρουν ως ένζυμα-καταλύτες (βιοχημικές δραστηριότητες) Δρουν ως αντισώματα (Άμυνα οργανισμού) 16
Δομή Πρωτεϊνών Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από αµινοξέα εκ των οποίων 20 έχουν βιολογική σημασία. Τα αμινοξέα αποτελούνται από ένα ασύµµετρο άτοµο άνθρακα συνδεδεµένο οµοιοπολικά µε τέσσερις «συνεταίρους»: ένα άτοµο υδρογόνου (-H), µια καρβοξυλοµάδα (-COOH), µια αµινοµάδα (-NH2) και µια πλευρική οµάδα (R). 17
Σχηματισμός Διπεπτιδίων (με συμπύκνωση) Σχηματισμός πολυπεπτιδίων (με συμπύκνωση) ύο αμινοξέα μπορούν να ενωθούν μεταξύ τους µε πεπτιδικό δεσμό (οµοιοπολικός) και µε ταυτόχρονη αποβολή ενός µορίου νερού. Με αυτό τον τρόπο σχηµατίζεται ένα διπεπτίδιο. Όταν ενώνονται περισσότερα αμινοξέα με συμπύκνωση, τότε σχηματίζεται ένα πολυπεπτίδιο ή πολυπεπτιδική αλυσίδα (ταυτόχρονα σχηματίζονται και μόρια νερού). Η διαδικασία αυτή ονομάζεται πολυμερισμός. Οι συνδυασμοί των 20 αµινοξέων για ένα πολυπεπτίδιο µε 150 π.χ αμινοξέα είναι 20 150. 18
Επίπεδα οργάνωσης πρωτεϊνών Πρωτοταγής δομή: δομή: η σειρά των αμινοξέων (συνδεδεμένα με πεπτιδικούς δεσμούς). Καθορίζεται απόλυτα από το γενετικό κώδικα -DNA. Δευτεροταγής δομή: οφείλεται σε δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των πλευρικών ομάδων των αμινοξέων. Υπάρχουν δύο δομές: η α-έλικα και η β-πτυχωτή επιφάνεια (ή β-έλασμα). Τριτοταγής δομή: οφείλεται σε δεσμούς υδρογόνου, ιοντικούς, δισουλφιδικούς και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Αποτέλεσμα της το τρισδιάστατο σχήμα (στερεοχημεία) της πρωτεΐνης που είναι άμεσα συνυφασμένο με τη λειτουργικότητα της πρωτεΐνης. Τεταρτοταγής δομή: Είναι η Είναι η σχέση μεταξύ δύο η περισσοτέρων πολυπεπτιδικών αλυσίδων.(π.χ κολλαγόνο και αιμοσφαιρίνη) 19
Δευτεροταγής δομή Τριτοταγής δομή 20
Τεταρτοταγής δομή 21
Μετουσίωση ή αποδιάταξη Είναι το φαινόμενο κατά το οποίο μία πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργικότητά της. Ως αποδιατακτικός παράγοντας λειτουργεί ο,τιδήποτε επηρεάζει την στερεοχημεία της (δηλ την τριτοταγή δομή). Η θέρμανση (βράσιμο)της πρωτεΐνης έχει ως αποτέλεσμα να σπάσουν οι δεσμοί υδρογόνου μεταξύ των πλευρικών αλυσίδων των αμινοξέων. Η αλλαγή του ph (προσθήκη οξέος ή βάσης) έχει ως αποτέλεσμα να σπάσουν οι ιοντικοί δεσμοί μεταξύ των πλευρικών ομάδων των αμινοξέων. Μετουσίωση πρωτεΐνης Η μετουσίωση ή αποδιάταξη συμβαίνει επειδή σπάζουν οι δεσμοί μεταξύ των πλευρικών ομάδων, καταστρέφεται η τρισδιάστατη δομή της και η πρωτεΐνη χάνει τη λειτουργικότητά της, π.χ. το ασπράδι του αυγού κατά τη θέρμανση. Η μετουσίωση μπορεί να είναι: Ανατρέψιμη (όταν ο παράγοντας που προκαλεί μετουσίωση πάψει να υφίσταται) Μη ανατρέψιμη 22
Οι βιολογικοί ρόλοι των πρωτεϊνών οµικές πρωτεΐνες Το κολλαγόνο, η ελαστίνη και η κερατίνη Αποταµιευτικές πρωτεΐνες Αποθήκευση αµινοξέων Η αλβουµίνη, η καζεΐνη και οι πρωτεΐνες τωνκοτυληδόνων Μεταφορικές πρωτεΐνες Μεταφορά άλλων ουσιών Η αιµοσφαιρίνη και οι διαµεµβρανικές πρωτεΐνες Πρωτεΐνες- Ορµόνες Έλεγχος δραστηριοτήτων Η ινσουλίνη, η θυρεοειδοτρόπος και πολλές άλλες ορµόνες Πρωτεΐνες- Υποδοχείς Αντίδραση στα χηµικά ερεθίσµατα Πρωτεϊνικοί υποδοχείς στην πλασµατική µεµβράνη Συσταλτικές πρωτεΐνες Κίνηση Η ακτίνη και η µυοσίνη Αµυντικές πρωτεΐνες Προστασία κατά ασθενειών Τα αντισώµατα Πρωτεΐνες- Ένζυµα Επιτάχυνση και έλεγχος των αντιδράσεων Τα ένζυµα του πεπτικού συστήµατος, π.χ. Η αµυλάση Πρωτεΐνες-ρυθµιστικά διαλύµατα Ρύθµιση του ph του πρωτοπλάσµατος Οι διαλυµένες στο πρωτόπλασµα ή στο µεσοκυττάριο υγρό πρωτεΐνες Πρωτεΐνες- καύσιµα υλικά Απελευθέρωση ενέργειας(σε περιπτώσεις εκτάκτου ανάγκης) Οι διαλυµένες στο πρωτόπλασµα πρωτεΐνες 23