Biochemia - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce
hannibal00
hannibal008 March 2013

Biochemia - Notatki - Chemia, Notatki'z Chemia. University of Podlasie in Siedlce

PDF (400.6 KB)
9 strona
884Liczba odwiedzin
Opis
Notatki przedstawiające zagadnienia z zakresu chemii: pojęcie "biochemia" dotyczy reakcji i procesów zachodzących w żywym organizmie, dzięki którym ów organizm żyje,
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 9
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Biochemia

Biochemia Pojęcie "biochemia" dotyczy reakcji i procesów zachodzących w żywym organizmie, dzięki

którym ów organizm żyje, czyli wytwarza w odpowiednim czasie i miejscu odpowiednie

substancje i postacie energii. Biochemia współcześnie, to olbrzymia - i co tu ukrywać - nie

najprostsza dziedzina wiedzy, zatem w naszym krótkim rozdziale tytuł nie tyle ma

odzwierciedlać w pełni jego treść, co być wskazówką, że tu można dowiedzieć się o

niektórych punktach łączących chemię laboratoryjną z tą ożywioną. Przy wcześniejszym

omawianiu niektórych związków i reakcji wspominaliśmy już o ich związkach z organizmem

żywym (aminokwasy, cukry...), tu raz jeszcze, w jednym miejscu, wskażemy na główne klasy

związków mających ogromne znaczenie w życiu.

Historyczna synteza Wöhlera obaliła teorię o istnieniu tajemniczej vis vitalis, koniecznej

do otrzymania związków organicznych a nie istniejącej poza żywym organizmem.

Jednocześnie otwierając drogę nieskrępowanemu rozwojowi chemii organicznej zmusiła

chemików w pewnym momencie do pokory i, paradoksalnie, do częściowego uznania

pewnej odmiany vis vitalis, już nie jako metafizycznej siły sprawczej, ale jako

możliwości żywego organizmu (nawet tak prostego jak bakterie czy drożdże),

wielokrotnie swą sprawnością i wydajnością przekraczającego inżynierskie możliwości

człowieka. Zrozumienie tej prawdy dało asumpt do powstania dziedziny wiedzy z

pogranicza wiedzy teoretycznej i inżynierskiej - biotechnologii. Można powiedzieć, że

biotechnologia to biochemia stosowana w połączeniu z inżynierią materiałową.

Kluczem do zrozumienia procesów chemicznych w żywym organizmie, ich specyfiki i

selektywności, jest zrozumienie roli enzymów. Enzymy są to biokatalizatory, regulujące

szybkość poszczególnych procesów w organizmie. Są to substancje, w których

zazwyczaj możemy wyróżnić część białkową (apoenzym) i grupę prostetyczną, czyli

element nie będący układem peptydowym (koenzym). W ogromnym uproszczeniu

można uznać, że część białkowa, dzięki swojej przestrzennej strukturze, umożliwia

jednym, a uniemożliwia innym cząsteczkom, takie zbliżenie do umieszczonego we

wgłębieniu struktury cząsteczki białka koenzymu, że koenzym może utworzyć z daną

cząsteczką kompleks aktywny lub związek przejściowy i ułatwić jej przejście w formę

produktu ("dziurka od klucza" i pasujący do niej klucz). Ponadto, grupy funkcyjne

aminokwasów tworzących łańcuch polipeptydowy białka są w stanie "przytrzymać" tak

długo reagującą cząsteczkę, by wydajność reakcji (jej szybkość) była odpowiednia dla

danego procesu życiowego.

docsity.com

Kształt części białkowej, oraz występowanie w niszy reakcyjnej ugrupowań

hydrofilowych, warunkuje sekwencja aminokwasów łańcuchów polipeptydowych.

Struktura cząsteczki białka determinuje możliwość tworzenia związków przejściowych z

substratami i działanie katalityczne. Determinacja ta jest tak silna, że np. enzymy, które

katalizują reakcje ze związkami o konfiguracji L są zupełnie nie aktywne w przypadku

identycznych związków, ale o konfiguracji D.

Reakcja nie zachodzi, jeśli kształt cząsteczki i niszy z koenzymem (klucz i "dziurka") nie

pasują do siebie. Na tej selektywności działania enzymu oparta jest cała biochemia, jest

to najistotniejszy czynnik, który odróżnia je od "zwykłych" organicznych i

nieorganicznych katalizatorów.

docsity.com

Samo działanie katalityczne enzymu polega najczęściej na działaniu grupy koenzymu i w

jego działaniu nie ma niczego tajemniczego.

Organizm aby żyć musi być zaopatrywany w energię, potrzebną np. do poruszania się,

utrzymywania temperatury ciała itp. Energia ta jest dostarczana głównie pod postacią

energii chemicznej cząsteczek pożywienia - głównie węglowodanów. Węglowodany

powstając w roślinie pod wpływem fotosyntezy, tzn. łączenia się ditlenku węgla i wody

przy katalitycznym udziale chlorofilu, są cząsteczkami o dużym potencjale

energetycznym. Zamieniając się w organizmie na dwutlenek węgla i wodę, wyzwalają tę

energię, która legła u podstaw ich syntezy. Przemiana spożywanych węglowodanów

(głównie skrobi) w zwierzęcy cukier zapasowy - glikogen, oraz przemiana policukrów w

końcowy ditlenek węgla i wodę przebiega przez szereg pośrednich reakcji, w których

stopniowo, "na raty" uwalniana jest energia wewnętrzna cząsteczek polisacharydów.

Każda z tych reakcji jest katalizowana specyficznym enzymem. Na przykład kozy, co

jest wyjątkiem wśród ssaków, maja enzym trawiący celulozę - innymi słowy mogą

karmić się np. papierem. Większość ssaków, w tym i człowiek celulozy nie trawi,

natomiast ich układy enzymatyczne bez trudu radzą sobie ze skrobią czy glikogenem.

Atomy węgla w cząsteczce polisacharydu występują na różnych stopniach utlenienia - od

-3 do +3, zaś w końcowym ditlenku węgla na +4 stopniu utlenienia. Tak więc cały proces

przetwarzania polisacharydów (i nie tylko) jest procesem utlenienia i redukcji (te dwa

typy reakcji są ze sobą nierozerwalnie połączone - reakcje redoks), prowadzącym do

utlenienia atomów węgla, a to jak wiemy jest procesem egzoenergetycznym. Całemu

temu cyklowi przemian towarzyszy kilka ważnych związków, określanych skrótowo jako

- ATP i ADP oraz NAD i NADH.

ATP to skrót od adenosine triphosphate (trifosforan adenozyny), ADP to difosforan

adenozyny (adenosine diphosphate). Adenozyna zaś, to nukleozyd zbudowany z

cząsteczki rybozy i cząsteczki adeniny, wiązanej wiązaniem 

adenozyna

docsity.com

Trifosforan adenozyny (ATP) w reakcji z innymi związkami "oddaje" jedną grupę reszty

kwasu fosforowego przechodząc w difosforan adenozyny (ADP). Ponieważ energia

wewnętrzna ADP jest mniejsza niż ATP, wraz z grupa fosforanową została przekazana

energia. ADP w innych reakcjach daje z jonem fosforanowym ponownie cząsteczkę

ATP, ta reakcja z kolei potrzebuje dostarczenia energii. Tak więc przemiany ATP <——

> ADP są metodą na przekazywanie energii, a ATP możemy uznawać za nośnik energii.

W procesie utleniania polisacharydów, w końcowych etapach procesu, gdzie dochodzi do

rozbicia cząsteczek glukozy, bierze udział koenzym A o podobnej co ADP strukturze:

Związek ten bierze także istotny udział w budowaniu cząsteczek kwasów tłuszczowych

w organizmie. Tak to koenzym A łączy przyjemność spożywania słodyczy z

nieprzyjemnością (i szkodliwością) nadwagi ciała łakomczuchów. Nadmiar

węglowodanów (w stosunku do bieżącego zapotrzebowania organizmu na energię)

dostarczonych organizmowi z pożywieniem zostaje w przeważającej części przerobiony

na tłuszcz. Synteza kwasów tłuszczowych w organizmie przebiega zawsze poprzez

dobudowywanie dwuwęglowej jednostki do łańcucha, stąd naturalne kwasy tłuszczowe

docsity.com

charakteryzuje zawsze parzysta ilość węgli w cząsteczce (łącznie z węglem grupy

karboksylowej).

W jądrach komórkowych wykryto niezmiernie ważne z punktu widzenia procesów

życiowych substancje, które otrzymały nazwy nawiązujące do miejsca występowania -

nucleus - jądro. Są to nukleozydy, nukleotydy i kwasy nukleinowe .

Nukleozydy to połączenia zawierające cząsteczkę cukru (zazwyczaj rybozy) i

heterocyklicznej zasady azotowej.

Nukleotyd, to nukleozyd, w którym alkoholowa grupa cząsteczki cukru została

zestryfikowana kwasem fosforowym(V).

Polimeryczne łańcuchy nukleotydowe noszą nazwę kwasów nukleinowych. Jeżeli jako

jednostka cukrowa w nukleozydzie, tworzącym nukleotyd, występuje ryboza, kwas taki

nazywamy kwasem rybonukleinowym (RNA - ribonucleid acid). W przypadkach gdy

jednostką cukrową jest cząsteczka rybozy pozbawiona tlenu przy węglu C2

(deoksyryboza) kwas nukleinowy nosi nazwę kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA).

Ważnymi związkami, występującymi w procesie przenoszenia energii, obok ADP i ATP

jest koenzym NAD i jego zredukowana forma NADH. Podobnie jak ATP i ADP bierze

on udział w etapach rozkładu cząsteczki glukozy do dwutlenku węgla i wody, np. NADH

uczestniczy w powstawaniu kwasu mlekowego przez redukcję kwasu pirogronowego w

mięśniach podczas wysiłku.

docsity.com

Samo przejście NAD w NADH wygląda następująco:

Kwasy nukleinowe to polimeryczne łańcuchy o budowie wg schematu:

zwane łańcuchami polinukleotydowymi. Kwas fosforowy(V) łączy estrowo grupy

alkoholowe cukru przy atomach C3 i C5 furanozowej postaci cząsteczki cukru.

Najważniejsze kwasy nukleinowe, czyli DNA i RNA zawierają tylko kilka, ściśle

określonych zasad hetrocyklicznych. W DNA stwierdzono obecność adeniny (A),

guaniny (G), cytozyny (C), 5-metylocytozyny i tyminy (T). Kwasy rybonukleinowe

(RNA) zawierają adeninę (A), guaninę (G), cytozynę (C) i uracyl (U).

docsity.com

W kwasach nukleinowych, podobnie jak w białkach wyróżniamy strukturę

pierwszorzędową, czyli sekwencję wymienionych wyżej zasad heterocyklicznych.

Kształt łańcuchów polinukleidowych i ich wzajemne usytuowanie to struktura

drugorzędowa. W DNA dwa identyczne łańcuchy w postaci prawoskrętnych spirali

(heliksów), zawierające 10 zasad na każdy skręt heliksu, są ułożone jeden wokół

drugiego w przeciwnych kierunkach, tworząc nić o średnicy około 2 nm. Heliksy łączą

się między sobą wiązaniami wodorowymi występującymi między zasadami każdego z

heliksów składowych. Wielkości cząsteczek sugerują, że wiązania te mogą występować

jedynie w parach adenina-tymina (A...T) i guanina-cytozyna (G...C).

Struktura drugorzędowa różnego rodzaju kwasów nukleinowych może być oczywiście

różna od przedstawionej powyżej

Cząsteczki DNA mogą się powielać, czyli powodować syntezę określonych nowych

cząsteczek DNA, oraz kierować syntezą specyficznych białek w organizmie.

W najprostszym ujęciu możną powiedzieć, że cztery zasady występujące w łańcuchu

kwasu DNA to cztery znaki (bity informacji genetycznej) przy pomocy których zapisana

jest cała informacja genetyczna. Tak jak w językach europejskich do zapisania wręcz

nieskończonej ilości informacji wystarcza około 20 znaków (liter) tak przyrodzie do

zapisania wszelkich koniecznych informacji dotyczących organizmu wystarczy ich 4.

docsity.com

W podwójnym heliksie DNA sekwencja zasad w jednym łańcuchu (struktura I-rzędowa)

determinuje sekwencję drugiego łańcucha. Zawsze bowiem zasady leżące naprzeciwko

siebie w DNA tworzą identyczne pary. Tak więc podwójna spirala DNA [1] po

rozwinięciu się i podzieleniu na dwie składowe nici [2] odbudowuje nowe spirale

składowe identyczne z poprzednimi [3].

Precyzyjne kierowanie syntezą białek w organizmie przez DNA i RNA, w bardzo

uproszczonym opisie, przebiega następująco:

DNA służy jako matryca, na podstawie której powstaje łańcuch RNA. Częściowo

"rozplatana" nić DNA służy do matrycowej syntezy RNA (analogicznie, jak opisana

powyżej replikacja nici DNA). Różnica polega jedynie na tym, że w syntezie RNA

uczestnicy ryboza a nie deoksyryboza, jak to było w przypadku DNA - ten proces

nazywamy transkrypcja. W łańcuchu RNA występuje zawsze uracyl tam gdzie w DNA

była adenina, cytozyna naprzeciw guaniny, adenina naprzeciw tyminy i guanina

naprzeciw cytozyny:

docsity.com

Tak więc struktura pierwszorzędowa RNA (sekwencja cząsteczek w łańcuchu

polinukleotydowym) jest zdeterminowana strukturą wytwarzającego go DNA, choć jest

od niej różna.

Jeden z RNA, zwany RNA informacyjnym (mRNA - messenger RNA) przenosi

informację genetyczna z DNA do rybosomu, gdzie następuje synteza odpowiedniego

białka (proces przez biochemików nazywany translacją). mRNA przyłącza cząsteczki

tRNA (RNA transportującego) połączone z odpowiednimi dla nich aminokwasami. Tak

więc kod DNA poprzez kodowanie mRNA i tRNA determinuje sekwencje aminokwasów

powstającego białka (jego strukturę I-rzędową, a więc główne cechy chemiczne i

biologiczne). Istnieją aż (tylko?) 64 tzw. kodony (codons), czyli trzyelementowe

sekwencje zasad, z których każda jest odpowiedzialna za wbudowanie w łańcuch

polipeptydowy odpowiedniego aminokwasu. Na przykład układ UUU dla fenyloalaniny,

GUG dla waliny, GAA lub GAG dla dla kwasu glutaminowego itp. Ponieważ kodonów

jest 64 a białkowych aminokwasów tylko nieco ponad dwadzieścia, wbudowanie tego

samego aminokwasu wywoływane jest przez kilka różnych kodonów.

Na przykładzie tego króciutkiego opisu podstawowych funkcji życiowych widzimy, jak

ważne są nie tylko właściwości cząsteczki spowodowane jej chemizmem (skład

pierwiastkowy i sposób połączenia atomów w cząsteczce) lecz także wielkość i kształt

cząsteczki - o czym dość często skłonni jesteśmy zapominać w "zwykłej" chemii, a co

ma fundamentalne znaczenie w biochemii.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome