Bιοχημεία Νοσηλευτικής Τρούγκος Κωνσταντίνος Αν. Καθ. Βιοχημείας Εργ. Βιολογικής Χημείας ΕΚΠΑ- Ιατρική Σχολή

Τρούγκος Κ./ επικοινωνία Ιατρική σχολή , κτίριο 16, γραφείο 247 Τηλ 210-7462686 Mail ktrougkos@med.uoa.gr Kάθε Τρίτη 09- 11 h στο γραφείο δέχομαι τους φοιτητές οπωσδήποτε. Δέχομαι πάντα τους φοιτητές και όποτε είμαι διαθέσιμος.

BIOXHMEIA ΜΑΘΗΜΑ 1ο: ΒΙΟΜΟΡΙΑ 2014

ΕΠΙΠΕΔΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ Η Βιοχημεία ασχολείται με τη δομή των βιομοριών και τις αντιδράσεις μετατροπής των σημαντικών αυτών βιομορίων (υποκυτταρικές δομές, παραγωγή ενέργειας)

Εισαγωγή στα βιομόρια I 20 μόνο (από τα 108 στοιχεία της φύσης) απαντιούνται φυσιολογικά στους οργανισμούς. > 99% της μάζας σώματος των ζωικών οργανισμών : τα αμέταλλα στοιχεία άνθρακα (C), υδρογόνο (Η), οξυγόνο (Ο) και άζωτο (Ν). Τα τέσσερα αυτά στοιχεία καθώς και τα στοιχεία θείο (S) και φώσφορο (Ρ) αποτελούν τα κύρια συστατικά των οργανικών ενώσεων, από τις οποίες εξαρτάται η πλειοψηφία των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στους έμβιους οργανισμούς. Δομικές μονάδες Μακρομόριο Συμπύκνωση (αποβολή Η20) Υδρόλυση (κατανάλωση Η20) πρόδρομες ενώσεις ενδιάμεσες δομικοί λίθοι Μακρομόρια Βιομόριο : κάθε χημικό μόριο που αποτελεί συστατικό (δομικό ή λειτουργικό) του οργανισμού. Τα βιομόρια μπορούν να ιεραρχηθούν σε κλίμακα αυξανόμενης πολυπλοκότητας:

Σύνδεση δομικών μονάδων Είναι προφανές ότι οι δομικές μονάδες πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους με ισχυρούς δεσμούς. Τα σάκχαρα με γλυκοζιτικούς => πολυσακχαρίδια (γλυκογόνο, άμυλο) Τα αμινοξέα με πεπτιδικούς => Πρωτείνες Τα νουκλεοτίδια με φωσφοδιεστερικούς => DNA, RNA

Υπενθύμιση βασικών ομάδων

Ασθενείς δεσμοί Συμβάλλουν στη λειτουργικότητα των μακρομορίων και είναι Δεσμοί υδρογόνου Ιοντικοί δεσμοί Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Δυνάμεις Van der Walls

Δεσμός Υδρογόνου Αναπτύσσεται μεταξύ ενός ατόμου υδρογόνου (Η), που φέρεται από Ν, Ο, F, και ενός ατόμου Ν, Ο, F.

Ιοντικοί Δεσμοί Είναι δυνάμεις έλξης ή απώθησης που αναπτύσσονται μεταξύ φορτισμένων ομάδων.

Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Αναπτύσσονται μεταξύ υδρόφοβων ομάδων λόγω της τάσης να αποφύγουν το νερό.

Δυνάμεις van der Walls Είναι πολύ ασθενείς δυνάμεις έλξης που αναπτύσσονται από παροδικά δίπολα. Συνήθως αναπτύσσονται όταν έχουμε συμπληρωματικό σχήμα. Προσοχή. ΔΕΝ ΕΧΟΥΜΕ δυνάμεις vdW στο DNA. Οι δύο αλυσίδες (συμπληρωματικές) συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου Α…T (2δ. Η) και G…C (3 δ.Η)

Σάκχαρα ή Υδατάνθρακες.

Σάκχαρα Αποτελούνται από άνθρακα και ύδωρ εξού και υδατάνθρακες Cn (H2O)n Εχουν καρβονυλομάδα (κετονομάδα ή αλδευδομάδα) και πολλές υδροξυλομάδες, και διακρίνονται σε κετόζες και αλδόζες αντίστοιχα Στη φύση βρίσκονται D-σάκχαρα Στο νερό κυκλοποιούνται

Υδατάνθρακες Ομάδα καρβονυλικών ενώσεων (αλδεΰδες ή κετόνες) με πολλές υδροξυλομάδες με γενικό μοριακό τύπο (CH2O)n Διακρίνονται στους: 1. Μονοσακχαρίτες (ή απλά σάκχαρα) 2. Δισακχαρίτες 3. Ολιγοσακχαρίτες 4. Πολυσακχαρίτες Ευρύ φάσμα λειτουργιών: 1. Αποθήκευση και παραγωγή ενέργειας 2. Δομικό ρόλο (βακτήρια, φυτά) 3. Συστατικό των νουκλεοτιδιών (δομικών λίθων των νουκλεϊκών οξέων) 4. Συστατικό των γλυκοπρωτεϊνων της κυτταρικής μεμβράνης (διακυτταρική επικοινωνία) 5. Συστατικό των διαλυτών στο πλάσμα γλυκοπρωτεϊνών, που αποτελούν συστατικα της εξωκυττάριας θεμέλιας ουσίας.

Μονοσακχαρίτες (απλά σάκχαρα) Οι μονοσακχαρίτες μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με: Τη φύση της καρβονυλικής ομάδας σε αλδόζες (αλδεύδη) και κετόζες (κετόνη) Με τον αριθμό των ατόμων C που περιέχουν, σε τριόζες, τετρόζες-, πεντόζες (ριβόζη, δεοξυριβόζη, εξόζες (γλυκόζη, γαλακτόζη, φρουκτόζη) κ.ο.κ. Η γλυκόζη αποτελεί τη μορφή με την οποία κατανέμονται οι υδατάνθρακες μέσω της κυκλοφορίας (σάκχαρο αίματος). Τα σάκχαρα απαντώνται στη φύση κυρίως στην D-μορφή τους

Ιδιότητες των μονοσακχαριτών Κυκλοποίηση: <1% κάθε μονοσακχαρίτη με περισσότερα από 5 άτομα C βρίσκεται στη φύση με ανοικτή μορφή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ακόμα χειρομορφικού κέντρου στον C-1 (ανωμερή).

Συμμετοχή σε πολλές αντιδράσεις: τα σάκχαρα έχουν πολλές δραστικές ομάδες και μπορούν να συμμετέχουν σε πάρα πολλές αντιδράσεις.

Γλυκοζιτικός δεσμός Γλυκοζιτικός δεσμός: δεσμός στον οποίο συμμετέχει το υδροξύλιο –ΟΗ ενός μονοσακχαρίτη και μία –ΟΗ ή –ΝΗ2 (Ο- ή Ν-γλυκοζιτικός δεσμός). Όλοι οι γλυκοζιτικοί δεσμοί μεταξύ των σακχάρων είναι Ο-γλυκοζιτικοί δεσμοί. Στους φυσικούς υδατάνθρακες οι δεσμοί αυτοί σχηματίζονται στεροειδικά με τη βοήθεια ενζύμων, με αποτέλεσμα να απαντάται ένα μόνο ανωμερές. Οι υδατάνθρακες μπορούν να συνδεθούν με γλυκοζιτικούς δεσμόυς και με μη υδατανθρακικές δομές, σχηματίζοντας σύμπλοκους υδατάνθρακες (γλυκοζίτες), π.χ. πουρίνες/πυριμιδίνες, γλυκοπρωτεΐνες, γλυκολιπίδια

Δισακχαρίτες Αποτελούνται από δύο απλά σάκχαρα ενωμένα με γλυκοζιτικούς δεσμούς Μαλτόζη (2 μόρια γλυκόζης): ενδιάμεσο προϊόν κατά την πέψη του αμύλου Λακτόζη (1 μόριο γαλακτόζης+1 μόριο γλυκόζης): κύριο σάκχαρο στο γάλα Σακχαρόζη (1 μόριο γλυκόζης+1 μόριο φρουκτόζης): κύριο μέσο μεταφοράς των υδατανθράκων στα φυτά.

Πολυσακχαρίτες Ι Αποτελούνται από περισσότερα από 10 απλά σάκχαρα ενωμένα με γλυκοζιτικούς δεσμούς Ανάλογα με τη σύστασή τους διακρίνονται σε: 1. Ετεροπολυσακχαρίτες (περισσότερα από ένα είδος απλών σακχάρων). - Γλυκοζαμινογλυκάνες: αποτελούν τη βάση της θεμέλιας ουσίας και συνήθως απαντώνται ομοιοπολικά συνδεδεμένες με πρωτεΐνες. Αποτελούνται από επαναλαμβανόμενα δισακχαρίδια ένα εκ των οποίων είναι αμινοσάκχαρο. 2. Ομοπολυσακχαρίτες (ένα είδος σακχάρου) - Γλυκογόνο: αποθηκευτικός υδατάνθρακας των ζωϊκών οργανισμών (ήπαρ/μυς) - Άμυλο: αποθηκευτικός υδατάνθρακας των φυτικών οργανισμών - Κυτταρίνη: δομικό ρόλο στα φυτά (συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος)

Πολυσακχαρίτες ΙΙ Γλυκογόνο: -διακλαδισμένος ομοπολυσακχαρίτης α-D γλυκόζης (δενδροειδείς δομές ενωμένες με την πρωτεΐνη γλυκογενίνη) -ο κύριος γλυκοζιτικός δεσμός είναι α1->4 -κάθε 8-10 υπολείμματα γλυκόζης υπάρχει μία διακλάδωση (α1->6 γλυκοζιτικός δεσμός).

Πολυσακχαρίτες ΙΙ Άμυλο: - ομοπολυσακχαρίτης α-D γλυκόζης - αποτελείται από 15-25% αμυλόζη και 75-85% αμυλοπηκτίνη - Αμυλόζη: αποτελείται από μη διακλαδισμένες αλυσίδες 200-300 κατάλοιπων γλυκόζης (α1->4 δεσμοί) - Αμυλοπηκτίνη: διακλαδισμένη πρακτικά αδιάλυτη μορφή (ένα κάθε 20-25 κατάλοιπα γλυκόζης συνδέεται με μία άλλη αλυσίδα μέσω α1->6 δεσμών)

Αμυλο = αμυλόζη + αμυλοπηκτίνη α-1,4 και λίγοι α-1,6 δεσμοί

Πολυσακχαρίτες ΙΙ Κυτταρίνη: γραμμικός ομοπολυσακχαρίτης β-D γλυκόζης ενωμένων με β1->4 δεσμούς Ο μη διακλαδισμένος β1->4 δεσμός οδηγεί σε γραμμικές αλυσίδες που σταθεροποιούνται με δεσμούς Η εντός της αλυσίδας και μεταξύ διαφορετικών αλυσίδων. 50-100 μόρια κυτταρίνης σχηματίζουν ένα στοιχειώδες ινίδιο και 20 τέτοια ινίδια σχηματίζουν ένα μικροινίδιο. -Ανθεκτική σε μηχανικές πιέσεις και ενζυμική υδρόλυση (άπεπτη)

Σύνδεση σακχάρων με πρωτείνες Σύνδεση σακχάρων με πρωτείνες Προκύπτουν γλυκο-πρωτείνες Η σύνδεση γίνεται με γλυκοζιτικούς δεσμούς 0 (μέσω οξυγόνου/Ser,Thr) και Ν (μέσω αζώτου/Gln, Asn) Στο DNA, RNA, οι βάσεις συνδέονται με τις ριβόζες με Ν-γλυκοζιτικούς δεσμούς.

Ν-γλυκοζιτικός δεσμός συνδέει Βάση με ριβόζη Βάσεις

Σάκχαρα Ε Θ Ο Εξωκυττάρια Θεμέλια Ουσία Σάκχαρα Ε Θ Ο Εξωκυττάρια Θεμέλια Ουσία Υαλουρονικό Θειική κερατάνη Θειική χονδροιτίνη Πρόκειται για επαναλαμβανόμενα δισακχαρίδια , ένα εκ των οποίων είναι αμινοσάκχαρο (γλυκοζαμινογλυκάνες).

ΛΙΠΙΔΙΑ

Aρίθμηση λιπαρών οξέων Δ1 αρίθμηση από καρβοξυλομάδα =C1. ω-αρίθμηση από τελευταίο -CH3 Πχ ω-3 λιπαρό οξύ σημαίνει διπλός δεσμός στο τρίτο πριν το τέλος άτομο C.

Λιπίδια Ετερογενής ομάδα βιομορίων διαλυτών σε οργανικούς διαλύτες Λόγω απουσίας πολωμένων ατόμων Ο, Ν, S, Ρ, τα λιπίδια είναι αδιάλυτα στο νερό Τα λιπίδια του οργανισμού βρίσκονται γενικά είτε διαμερισματοποιημένα (π.χ. μεμβρανικά λιπίδια, σταγονίδια λιπών στα λιποκύτταρα), είτε μεταφέρονται με το πλάσμα μαζί με πρωτεΐνες (λιποπρωτεΐνες) Ανάλογα με το εάν μπορούν να υδρολυθούν, τα λιπίδια κατατάσσονται στα: α. στα λιπίδια που περιέχουν εστερικούς δεσμούς (υδρολυόμενα) και β. στα λιπίδια που δεν έχουν εστερικούς δεσμούς (μη υδρολυόμενα) Λιπίδια

Κοινά είδη αποθηκευτικών και μεμβρανικών λιπιδίων

Μη Υδρολυόμενα Λιπίδια: Λιπαρά οξέα Καρβοξυλικά οξέα με μη διακλαδιζόμενες υδρογονανθρακικές αλυσίδες 4-24 ατόμων C Διακρίνονται σε κορεσμένα και ακόρεστα (στη φύση σχεδόν πάντα σε cis μορφή) Κάποια λιπαρά οξέα δεν μπορούν να συντεθούν από τον οργανισμό (απαραίτητα). Πρόκειται για πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Το αραχιδονικό οξύ αποτελεί την πρόδρομη ουσία των εικοσανοειδών (π.χ. προστα-γλαδίνες, θρομβοξάνες) με ποικίλες φυσιολογικές δράσεις («τοπικές ορμόνες» π.χ. συστολή λείων μύϊκών ινών, πήξη αίματος)

Υδρολυόμενα Λιπίδια: Εστέρες λιπαρών οξέων Ανάλογα με την αλκοόλη τα λιπίδια αυτά διακρίνονται σε: Κηρούς (μακροσκελή αλκόολη) Γλυκερολιπίδια (γλυκερόλη) Σφιγολιπίδια (σφιγγοσίνη) Εστέρες χοληστερόλης (χοληστερόλη)

Μη Υδρολυόμενα Λιπίδια: Στεροειδή Χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη μιας κοινής μοριακή πυρηνική δομής τεσσάρων κορεσμένων δακτυλίων (γονάτιο) Οι σημαντικότερες ομάδες των στεροειδών: α. Στερόλες (στεροειδείς αλκοόλες). Η χοληστερόλη είναι σημαντικότερη στερόλη στα ζώα, αποτελεί συστατικό των κυτ.μεμβρανών. Αποτελεί συστατικό της χολής Αποθηκεύεται ως εστέρας με λιπαρά οξέα Μεταφέρεται στο πλάσμα μαζί με πρωτεΐνες β. Χολικά οξέα (παρουσία καρβονυλικής ομάδας στο τελευταίο άτομο άνθρακα) Παράγονται από τη χοληστερόλη στο ήπαρ Διατηρούν τη χοληστερόλη της χολής σε διαλυτή μορφή Σημαντικό ρόλο στην πέψη των λιπιδίων γ. Στεροειδείς ορμόνες Παράγωγα της χοληστερόλης Σημαντικό ρόλο στη ρύθμιση του μεταβολισμού, της αύξησης και της αναπαραγωγής

Γλυκερολιπίδια Διακρίνονται στα: 1. Ουδέτερα λίπη (τριακυλογλυκερόλες ή τριγλυκερίδια): Καύσιμο 2. Φωσφολιπίδια -φωσφατιδικά: ενδιάμεσο προϊόν στη βιοσύνθεση των γλυκερολιπιδίων -φωσφατίδια:συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών Τα φωσφολιπίδια είναι αμφίφιλες ενώσεις, περιλαμβάνουν ένα υδρόφοβο τμήμα (λιπαρά οξέα) και ένα υδρόφιλο τμήμα (φωσφορικό και αμινοαλκόολη). Σε υδατικό διάλυμα σχηματίζουν αυθόρμητα, διπλοστοιβάδες, λιποσώματα. Η ιδιότητά τους αυτή είναι σημαντική για την ικανότητα των φωσφολιπιδίων προς σχηματισμό διπλοστοιβάδων

Σφιγγολιπίδια Στα σφιγγολιπίδια, η σφιγγοσίνη αντικαθιστά τη γλυκερόλη και ένα κατάλοιπο ακυλίου Κεραμίδια: πρόδρομη ένωση Γλυκολιπίδια: μεμβρανικά λιπίδια με λειτουργίες υποδοχέα Σφιγγομυελίνη: συστατικό των μεμβρανών των νευρικών κυττάρων

Όραση (καρωτενοειδές ρετινάλη) Μεταβολισμό, αναπαραγωγή (στεροειδείς ορμόνες) Συμπαράγοντες ενζύμικών αντιδράσεων (ουμπικινόνη) Σηματοδότητση (4,5 διφωσφορική φωσφατιδυλοϊνοσιτόλη)

Νουκλεϊκά Οξέα Δύο μείζονες ομάδες: το δεόξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) τα ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA) Κεντρικό ρόλο στην αποθήκευση (DNA) και την έκφραση (RNA) της γενετικής πληροφορίας Δομική μονάδα των νουκλεϊκών οξέων: νουκλεοτίδια

Νουκλεοτίδια Ι Αποτελούνται από μία βάση, ένα σάκχαρο (πεντόζη) και ένα κατάλοιπο φωσφορικού οξέος Στα νουκλεϊκά οξέα απαντώνται πέντε βάσεις: τρεις βάσεις πουρίμιδίνης (U, Τ, C) και 2 βάσεις πουρίνης (Α, G) δύο πεντόζες: ριβόζη και η 2-δεόξυρόζη

Νουκλεοτίδια ΙΙ Νουκεοσίδιο: ένωση της αζωτούχου βάσης και της πεντόζης με Ν-γλυκοζιτικό δεσμό Νουκλεοτίδιο: ένωση νουκλεοσιδίου και φωσφορικού οξέως με εστερικό δεσμό

Νουκλεοτίδια ΙΙΙ Εκτός του DNA, τα νουκλεοτίδια συμμετέχουν στο σχηματισμό και άλλων σημαντικών ενώσεων ΑDP/ATP (δι/τρι-φωσφορικό νουκλεοσίδιο): «ενεργειακό» νόμισμα cAMP: μεταγωγή των σημάτων («δεύτερο μήνυμα») Τα συνένζυμα FAD, CοΑ, ΝΑD+ ΝΑDP+ (δινουκλεοτίδια με φωσφορική ανυδριτική δομή)

FAD/ FADH2

Σε αντίθεση με τα ένζυμα, τα συνένζυμα (οργανικά μόρια προσδεδεμένα με ασθενείς δεσμούς στο ένζυμο): - δεν έχουν καταλυτική δράση - υφίστανται μετατροπή κατά τη διάρκεια της αντίδρασης (συνυποστρώματα: προσωρινοί δέκτες ηλεκτρονικών, π.χ. NAD+, NADP+, ή ομάδων ατόμων π.χ. συνένζυμο Α) και αναγεννιόνται μέσω μιας 2ης αντίδρασης καταλυόμενης είτε από το ίδιο είτε από ένα άλλο ένζυμο - δεν είναι ειδικά ως προς το ένζυμο

Πολυνουκλεοτίδια: DNA Τα νουκλεοτίδια που συμμετέχουν στον σχηματισμό του DNA έχουν ως σάκχαρο τη 2-δεόξυ-ριβόζη και μία από τις βάσεις Α, Τ, G ή C Το DNA αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες (κλώνοι) με αντίθετη κατεύθυνση Η δομή της διπλής έλικας συγκρατείται μέσω των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των συμπληρωματικών βάσεων (η Α με τη Τ και η G με τη C) Οι βάσεις εντοπίζονται στο εσωτερικό της έλικας (μη πολική περιοχή) Η επιφάνεια του μορίου είναι πολική και αρνητικά φορτισμένη Στο DNA είναι αποθηκευμένη η γενετική πληροφορία

Πολυνουκλεοτίδια: RNA Τα νουκλεοτίδια που συμμετέχουν στον σχηματισμό του RNA έχουν ως σάκχαρο τη ριβόζη και μία από τις βάσεις Α, U, G ή C Τα μόρια του RNA έχουν πολύ μικρότερο μήκος (σε σχέση με το DNA) Μονόκλωνα μόρια (λόγω των 2-ΟΗ της ριβόζης υπάρχουν χωρικές δυσκολίες που δεν επιτρέπουν τον σχηματισμό διπλής έλικας) Τα RNAs παίζουν σημαντικό ρόλο στη μετάφραση της γενετικής πληροφορίας Τα RNAs διακρίνονται σε τρεις κύριες κατηγορίες: -rRNA: συστατικό των ριβοσωμάτων -mRNA: μεταφορά των γενετικών πληροφοριών από τον πυρήνα στο κύτταρόπλασμα -tRNA: δρουν ως δεσμοί ανάμεσα στα νουκλείκά οξέα και στις πρωτεΐνες

Κωδικοποίηση της γενετικής πληροφορίας

Δεσμοί Μακρομορίων ομοιοπολικοί (σταθερότητα) Γλυκοζιτικός (πολυσακχαρίδια) Φωσφοδιεστερικός (DNA/RNA) Πεπτιδικός (πρωτείνες)

Πρωτεΐνες Τα πιο διαδεδομένα μόρια στη φύση Εξυπηρετούν μία ποικιλία λειτουργιών - δομικό ρόλο (κολλαγόνο) - μεταφορά ουσιών (αιμοσφαιρίνη) - κίνηση (ακτίνη, μυοσίνη) - άμυνα (ανοσοσφαιρίνες) - έλεγχος και ρύθμιση (ινσουλίνη) - κάταλυση (ένζυμα) Αποτελούνται από αμινοξέα που συνδέονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς

Αμινοξέα Σε φυσιολογικό pH (7,4) Αποτελούνται από έναν Ανθρακα Cα στον οποίο συνδέονται μία αμινομάδα (-ΝΗ2) μία καρβοξυλομάδα (-COOH) ένα άτομο υδρογόνου ( - Η ) μία χαρακτηριστική πλευρική αλυσίδα ( -R ) Όλα τα αμινοξέα στη φύση είναι L-αμινοξέα Στις πρωτεΐνες απαντώνται μόνο 20 από τα 300 αμινοξέα που υπάρχουν στη φύση Σε φυσιολογικό pH (7,4)

Ανάλογα με τη φύση της πλευρικής αλυσίδας (R) τα πρωτεϊνογόνα αμινοξέα διακρίνονται: υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Στο εσωτερικό των πρωτεϊνών σε υδατικά διαλύματα, στην επιφάνεια των πρωτεϊνών στις μεμβράνες 2. ΜΗ φορτισμένη πολική R Ser, Thr, Asn, Gln, Tyr:δεσμούς υδρογόνου 2Cys-> κυστίνη μέσω δισουλφιδικών δεσμών (-S-S-) 3. Mε φορτισμένες R 3i. Mε όξινες R: πρωτονιοδότες (αρνητικά φορτισμένες σε φυσιολογικό pH) 3ιι. Με βασικές R: πρωτονιοδέκτες (θετικά φορτισμένες σε φυσιολογικό pH)

Oξέα και βάσεις Οξύ = ουσία που δίνει ιόντα Η+ Βάση = ουσία που δέχεται ιόντα Η+

Διπολική ροπή των αμινοξέων Τα αμινοξέα έχουν την ικανότητα να προσλαμβάνουν ή να δίνουν πρωτόνια, όπως τα οξέα και οι βάσεις (διπολικά ιόντα ή αμφολύτες) Σε όξινο διάλυμα (↑[Η+]) η καρβοξυλομάδα δρα ως βάση Σε αλκαλικό διάλυμα (↓[Η+]) η αμινομάδα δρα ως οξύ Για το λόγο αυτό τα αμινοξέα ονομάζονται ΑΜΦΟΛΥΤΕΣ

Iσοηλεκτρικό σημείο Ισοηλεκτρικό σημείο (pI): η τιμή του pH στην οποία το συνολικό φορτίο του αμινοξέος ισούται με 0 Το pI είναι χαρακτηριστικό για κάθε αμινοξύ Τα αμινοξέα με μη φορτισμένες R έχουν pI κοντά σε ουδέτερο pH Tα αμινοξέα με φορτισμένες R έχουν το pI τους είτε σε χαμηλότερο (όξινες R), είτε σε υψηλότερο (βασικές R) pH

Διαχωρισμός και ταυτοποίηση αμινοξέων Με χρωματογραφικές μεθόδους > ιοντοανταλλακτική > συγγένειας Με βάση το P.I (ισοηλεκτρικό σημείο) (Βλέπε τεχνικές διαχωρισμού)

Ανίχνευση αμινοξέων Τα αμινοξέα ανιχνεύονται καθώς με τη νινυδρίνη δίνουν ιώδες χρώμα και η οπτική πυκνότητα του διαλύματος είναι ανάλογη της συγκέντρωσης του αμινοξέος.

Πεπτίδια και Πρωτείνες

Τα αμινοξέα ενώνονται μεταξύ τους με πεπτιδικούς δεσμούς πεπτιδικός δεσμός: δεσμός μεταξύ της –COOH του ενός αμινιξέος και της –ΝΗ2 του επόμενου κοκ (δι-, τρι-, όλιγο- πολυπεπτίδιο) Πολύ σταθεροί δεσμοί Έχουν μερικό χαρακτήρα διπλού δεσμού (αδυναμία περιστροφής) Ο πεπτιδικός δεσμός είναι γενικά trans Οι ομάδες –C=O και –ΝΗ του πεπτιδικού δεσμού ΔΕΝ προσλαμβάνουν/αποβάλλουν Η+ Οι ομάδες –C=O και –ΝΗ του πεπτιδικού δεσμού είναι ΠΟΛΙΚΕΣ και εμπλέκονται σε δεσμούς υδρογόνου Η αλληλουχία των αμινοξέων σε ένα πολυπεπτίδιο (πρωτεΐνη) καλείται πρωτοταγή δομή

Δισουλφιδικός δεσμός μεταξύ κυστεινών Cys-SH

Επίπεδα οργάνωσης των πρωτεϊνών Πρωτοταγής δομή: αλληλουχία των αμινοξέων Δευτεροταγής δομή: ο προσανατολισμός τμημάτων της πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο χώρο ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ α-ελικα και β-πτυχωτό φύλλο Τριτοταγής δομή: στη συνολική διαμόρφωση μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας στο χώρο Τεταρτοταγής δομή: ο τρόπος με τον οποίο διατάσσονται στο χώρο οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες σε πρωτείνες που αποτελούνται από περισσότερες από μία αλυσίδες (υπομονάδες)

Πρωτοταγής δομή των πρωτεϊνών Η πρωτοταγής δομή είναι αλληλουχία των αμινοξέων Στο ένα άκρο βρίσκεται η ελεύθερη αμινομάδα και στο άλλο η ελεύθερη καρβοξυλομάδα Γραφή Νt-------------------------------Ct Η πρωτοταγής δομή υπαγορεύει τα επόμενα επίπεδα οργάνωσης των πρωτεϊνών

Δευτεροταγής δομή των πρωτεϊνών Η δευτεροταγής δομή επιτυγχάνεται με τη δημιουργία δεσμών Η μεταξύ των πεπτιδικών δεσμών Τρεις κύριοι τύποι αναδιπλώσεων: 1. α-έλικα -Δεξιόστροφη σπειροειδής δομή -Οι R στην εξωτερική επιφάνεια -Ενδομοριακοί δεσμοί Η (κάθε 4ο αμινοξύ) παράλληλοι με τον άξονα της έλικας 2. β-επιφάνεια ή πτυχωτή επιφάνεια -Δεσμοί υδρογόνου ενώνουν τμήματα της πολυπεπτιδικής αλυσίδας σε παράλληλη ή αντιπαράλληλη διάταξη - Οι δεσμοί Η κάθετοι στον άξονα της έλικας 3. β-καμπή (στροφή ή θηλειά) -Αντιστροφή της κατεύθυνσης μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας -συνήθως στην επιφάνεια του μορίου -τέσσερα αμινοξέα (προλίνη) - σταθεροποιείται με δεσμούς υδρογόνου αλλά και ιοντικούς

Διαμεμβρανική πρωτείνη με μορφή α-ελικας

Πολλές α-ελικες δημιουργούν υδρόφιλο πόρο

β-πτυχωτό παράλληλο και αντι -παράλληλο και στροφές/θηλειές

β-πτυχωτό φύλλο πχ πορίνη

Τριτοταγής δομή των πρωτεϊνών Η τριτοταγής δομή επιτυγχάνεται με τη δημιουργία δεσμών μεταξύ των πλευρικών ομάδων των αμινοξέων Στους δεσμούς αυτούς περιλαμβάνονται:

Τεταρτοταγής δομή των πρωτεϊνών Αφορά πρωτεΐνες που αποτελούνται από περισσότερες από μία πολυπεπτιδικές αλυσίδες (υπομονάδες) Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορεί να είναι όμοιες ή διαφορετικές Στην τεταρτοταγή δομή της αιμοσφαιρίνης (2α +2β HbA) συμμετέχουν μη ομοιοπολικοί δεσμοί - δεσμοί υδρογόνου - υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις - ιοντικοί δεσμοί Στην ΙV αγή των ανοσοσφαιρινών (αντισωμάτων) συμμετέχουν και δισουλφιδικοί δεσμοί. Ab 2H +2 L αλυσίδες (Ηeavy H, Light L) Δομή της αιμοσφαρίνης

Δομή αντισώματος

Η στερεοδιαμόρφωση των πρωτεϊνών καθορίζει τη λειτουργία τους Οι πρωτεΐνες ταξινομούνται ως προς το σχήμα του μορίου σε δύο κατηγορίες: -σφαιρικές πρωτεΐνες (ένζυμα, αιμοσφαιρίνη, αλβουμίνες, ιστόνες) -ινώδεις πρωτεΐνες, κολλαγόνο, ελαστίνη, κερατίνη. Δραστική αλλοίωση της φυσιολογικής διαμόρφωσης = απώλεια της φυσιολογικής δράσης.

Κολλαγόνο = ινώδης πρωτείνη

Σφαιρικές υπομονάδες δημιουργούν ινώδη πρωτείνη

Μετουσίωση των πρωτεϊνών καθορίζει τη λειτουργία τους Εκτύλιξη και αποδιοργάνωση της στερεοδομής της πρωτεΐνης, χωρίς υδρόλυση των πεπτιδικών δεσμών (σε σπάνιες περιπτώσεις) Απώλεια της λειτουργίας της πρωτεΐνης Αποδιατακτικοί παράγοντες: - αύξηση της θερμοκρασίας - οργανικοί διαλύτες - ισχυρά οξέα ή βάσεις - απορρυπαντικά - αναγωγικά μέσα

Αποδιάταξη = απώλεια λειτουργίας

Ερωτήσεις για μελέτη. Γλυκοζιτικοί δεσμοί. Ποιοι οι κύριοι δισακχαρίτες στη φύση (σύσταση λειτουργία); Ποιοι οι αποθηκευτικοί πολυσακχαρίτες σε φυτικούς και ζωικούς οργανισμούς; Διαφορές μεταξύ των δύο κύριων φυτικών πολυσακχαριτών. Λειτουργίες των λιπιδίων Κατηγορίες λιπιδίων. Δομή τριακυλογλυκερολών και φωσφολιπιδίων, γλυκολιπιδίων και Χοληστερόλης. Ποιες οι κατηγορίες των γλυκερολιπιδίων και ποιες οι μεταξύ τους διαφορές. Γιατί τα φωσφολιπίδια είναι σημαντικά για το σχηματισμό των μεμβρανών; Λιποσώματα. Αναφέρατε τις διαφορές μεταξύ των δύο τύπων νουκλεϊκών οξέων. Δομή και λειτουργίες των αμινοξέων Τα αμινοξέα είναι αμφολύτες. Εξηγείστε. Τι ονομάζεται ισοηλεκτρικό σημείο και από τι εξαρτάται η τιμή του; Ταξινόμηση αμινοξέων. Ποια τα επίπεδα οργάνωσης των πρωτεϊνών, ποιοι δεσμοί συμμετέχουν σε αυτά; Τι είναι η μετουσίωση των πρωτεϊνών; ΕΡΩΤΗΣΗ Εμπέδωσης. Που οφείλεται η σταθερότητα του δίκλωνου DNA; Πού οφείλεται η μορφή έλικας του DNA;