2η θεματική ενότητα Μακρομόρια-Χημικοί δεσμοί-Δομή

ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΩΝ ΖΩΝΤΑΝΩΝ ΟΡΓΑΝΙΣΜΩΝ Οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από χημικά στοιχεία (περιβάλλον) Δεν αποτελούνται όμως από ελεύθερα στοιχεία, αλλά από ενώσεις στοιχείων, οι οποίες διακρίνονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Ανόργανες και στις Οργανικές Ανόργανες ενώσεις: Οι οργανισμοί τις παίρνουν απ’ ευθείας από το περιβάλλον τους και ή τις χρησιμοποιούν όπως είναι ή τις μετασχηματίζουν σε άλλες ενώσεις Οργανικές ενώσεις (δηλ. τις ενώσεις του άνθρακα): Οι οργανισμοί έχουν την ικανότητα να τις συνθέτουν μόνοι τους. Φλοιός γης: 92 στοιχεία…..4 τα επικρατέστερα και μάλιστα σε ποσοστό 96 % (C, H,O,N) Από αυτά συντίθενται μόρια που αποτελούν τα βασικά δομικά ή λειτουργικά συστατικά των οργανισμών

Μακρομόρια: Τι είναι? Αλυσίδα με μεγάλο αριθμό επαναλαμβανόμενων υπομονάδων Φλοιός γης: 92 στοιχεία…..4 τα επικρατέστερα και μάλιστα σε ποσοστό 96 % (C, H,O,N) Από αυτά συντίθενται μόρια που αποτελούν τα βασικά δομικά ή λειτουργικά συστατικά των οργανισμών Μακρομόρια: Ποιά είναι? Πρωτεΐνες (20 διαφορετικά αμινοξέα) Πολυσακχαρίτες Πυρηνικά οξέα (4 διαφορετικά νουκλεοτίδια) Λιπίδια Υδρόλυση

Χημικοί δεσμοί Δεσμοί υδρογόνου Ομοιοπολικοί δεσμοί Ιοντικόι δεσμόι Μη ομοιοπολικοι δεσμοί Van der Waals

Λειτουργικές ομάδες βιολογικών μακρομορίων Υδροξυλικές –(ΟΗ) Καρβονυλικές (>C=O) Καρβοξυλικές (>CΟOΗ) Αμινικές (ΝΗ2) Φωσφορικές (-ΡΟ4) Σουλφυδρυλικές –(SH) H2O =>80% των συστατικών αποτελείται από νερό

1. Πρωτεΐνες

Δομικοί λίθοι πρωτεινών 20 διαφορετικά αμινοξέα

Ένωση αμινοομάδας του ενός αμινοξέος με την καρβοξυλομαδα του επόμενου Πεπτιδικός δεσμός Ένωση αμινοομάδας του ενός αμινοξέος με την καρβοξυλομαδα του επόμενου

Τροποποιήσεις πρωτεϊνών Φωσφορυλίωση (Ser,Thr,Tyr) Ακετυλίωση Μεθυλίωση Σημαντικές για την λειτουργικότητα των πρωτεϊνών…αλλαγή πλευρικής ομάδας

Δευτεροταγής δομή Α-έλικα Β-δομή (πτυχωτή επιφάνεια)

Τριτοταγής διαμόρφωση Δισουλφιδικοί δεσμοί

Τεταρτοταγής δομή Πρωτεΐνες που αποτελούνται από περισσότερες από μια πολυπεπτιδικές αλυσίδες Αιμοσφαιρίνη

Πεμπτοταγής δομή Πολυενζυμικά σύμπλοκα

Βιολογικός ρόλος πρωτεϊνών Δομικές πρωτείνες Κολλαγόνο Κερατίνες Μεμβρανών Λειτουργικές πρωτείνες Καταλυτικές, μεταφέρουσες, κινητικές αμυντικές, ρυθμιστικές, αποθηκευτικές,ορμονικές, συσταλτές ΜΕΤΟΥΣΙΩΣΗ

2.Υδατάνθρακες

Διακρίνονται σε τρεις ομάδες: Υδατάνθρακες: Αλδεϋδικές ή κετονικές ενώσεις με πολλαπλές υδροξυλικές ομάδες Διακρίνονται σε τρεις ομάδες: σε Μονοσακχαρίτες σε Ολιγοσακχαρίτες σε Πολυσακχαρίτες

Μονοσακχαρίτες Οι μικρότεροι μονοσακχαρίτες είναι η γλυκεριναλδεϋδη και η διυδροξυακετόνη, οι οποίοι ονομάζονται τριόζες Τα σάκχαρα με 4, 5, 6 και 7 άτομα άνθρακα, ονομάζονται τετρόζες, πεντόζες, εξόζες και επτόζες αντίστοιχα. Δύο κοινές εξόζες είναι η D – γλυκόζη και η D – φρουκτόζη.

Μονοσακχαρίτες Στα διαλύματα, αυτές οι ανοικτές αλυσίδες κυκλοποιούνται σε δακτύλιους γλυκόζη φρουκτόζη

Δισακχαρίτες Aποτελούνται από δύο σάκχαρα ενωμένα με έναν Ο – γλυκοζιτικό (ή γλυκοσιδικό) δεσμό Πιο διαδεδομένα σακχαρα: Σακχαροζη, Λακτόζη, Μαλτόζη Σακχαρόζη (η κοινή ζάχαρη): Παρασκευάζεται εμπορικά από το ζαχαροκάλαμο ή τα ζαχαρότευτλα. Αποτελείται από έναν δακτύλιο γλυκόζης και έναν δακτύλιο φρουκτόζης. Η Υδρόλυση της σακχαρόζης σε γλυκόζη και Φρουκτόζη καταλύεται από τη σακχαράση.

Λακτόζη: Δισακαχαρίτης του γάλακτος Λακτόζη: Δισακαχαρίτης του γάλακτος. Αποτελείται από γαλακτόζη που ενώνεται με τη γλυκόζη με έναν γλυκοζιτικό δεσμό β – 1,4. Η υδρόλυση της λακτόζης σε γαλακτόζη και γλυκόζη στον άνθρωπο, καταλύεται από τη λακτάση. (ΔΥΣΑΝΕΞΙΑ ΓΑΛΑΚΤΟΣ) Μαλτόζη:Προέρχεται από την υδρόλυση του αμύλου και υδρολύεται σε γλυκόζη από τη μαλτάση. Η σακχαράση, η λακτάση και η μαλτάση εντοπίζονται στην εξωτερική επιφάνεια των επιθηλιακών κυττάρων που βρίσκονται στο λεπτό έντερο

Πολυσακχαρίτες Γλυκογόνο Τα ζωικά κύτταρα αποθηκεύουν τη γλυκόζη με τη μορφή του γλυκογόνου. Άμυλο Το θρεπτικό απόθεμα των φυτών είναι το άμυλο που υπάρχει σε δύο τύπους. Ο ένας τύπος είναι η αμυλόζη και είναι χωρίς διακλαδώσεις. Αποτελείται από κατάλοιπα γλυκόζης συνδεδεμένα με δεσμό α – 1,4. Η αμυλοπηκτίνη είναι ο άλλος τύπος, στον οποίο παρατηρούνται διακλαδώσεις με δεσμούς α – 1,6 κάθε τριάντα δεσμούς α – 1,4. (Μοιάζει πολύ με το γλυκογόνο, εκτός από το ότι έχει μικρότερο βαθμό διακλάδωσης). (α – αμυλάση: εκκρίνεται από τους σιελογόνους αδένες και το πάγκρεας) Δεξτράνη Η δεξτράνη είναι αποθηκευτικός πολυσακχαρίτης που συναντάται σε ζύμες και σε βακτήρια.

Κυτταρίνη Πολυσακχαρίτης των φυτών, αλλά χρησιμεύει περισσότερο για δομικούς λόγους παρά για λόγους διατροφής. Η πιο διαδομένη οργανική ένωση στη βιόσφαιρα και συμπεριλαμβάνει περισσότερο από τον μισό οργανικό άνθρακα. Μη διακλαδισμένο πολυμερές καταλοίπων γλυκόζης ενωμένους με δεσμούς β – 1,4. Η διαμόρφωση β επιτρέπει στην κυτταρίνη να σχηματίζει μακριές γραμμικές αλυσίδες.

Βιολογικος ρόλος των σακχαρων Χρησιμεύουν ως αποθήκες ενέργειας, ως καύσιμα και ως μεταβολικά ενδιάμεσα. Το άμυλο στα φυτά και το γλυκογόνο στα ζώα είναι πολυσακχαρίτες που κινητοποιούνται γρήγορα για να δώσουν γλυκόζη, ένα καύσιμο πρώτης γραμμής για την παραγωγή ενέργειας. Τα σάκχαρα ριβόζη και δεοξυριβόζη αποτελούν μέρος του δομικού πλαισίου των DNA και RNA. Η ευελιξία και της στερεοδιάταξης αυτών των σακχαριτικών δακτυλίων είναι σημαντική για την εναποθήκευση και έκφραση των γενετικών πληροφοριών. Οι πολυσακχαρίτες αποτελούν δομικά συστατικά στα κυτταρικά τοιχώματα βακτηρίων και φυτών και στο εξωτερικό σκελετό των αρθροπόδων. Τελευταία, προτείνεται ότι οι μονάδες των υδατανθράκων στις κυτταρικές επιφάνειες είναι ενώσεις – κλειδιά στη διεργασία αναγνώρισης κυττάρου από κύτταρο, κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης.

3. Πυρηνικα οξέα (DNA –RNA)

Πυρηνικά οξέα DNA: Πολυμερές βιομόριο που αποτελείται από πολλές μονάδες δεοξυριβονουκλεοτιδών. RNA: Πολυμερές βιομόριο που αποτελείται από πολλές μονάδες ριβονουκλεοτιδών Το κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια αζωτούχα βάση, ένα σάκχαρο και μια ή περισσότερες φωσφορικές ομάδες (στα δεοξυριβονουκλεοτίδια, το σάκχαρο είναι η δεοξυριβόζη και στα ριβονουκλεοτίδια η ριβόζη)

Το 3΄-υδροξύλιο του σακχάρου ενός δεοξυριβονουκλεοτιδίου ενώνεται με το 5΄-υδροξύλιο του επόμενου σακχάρου με φωσφοδιεστερικό δεσμό. Το μεταβλητό τμήμα του DNA είναι μια αλληλουχία 4 ειδών βάσεων (A, G, C, και Τ)

ΤΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΤΗΣ ΔΙΠΛΗΣ ΕΛΙΚΑΣ Κυρια σημεια μοντέλου Δύο ελικοειδής πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες με αντίθετες κατευθύνσεις περιστρέφονται γύρω από έναν κοινό άξονα. Οι πουρίνες και οι πυριμιδίνες (βάσεις) είναι στο εσωτερικό της έλικας, ενώ τα φωσφορικά και οι μονάδες δεοξυριβόζης βρίσκονται στο εξωτερικό μέρος της έλικας. Οι δύο αλυσίδες συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου μεταξύ ζευγών βάσεων. Α/Τ και C/G Η ακριβής αλληλουχία των βάσεων μεταφέρει τις γενετικές πληροφορίες.

4. Λιπίδια

Λιπίδια Λιπαρά οξέα Μακριές μη διακλαδιζόμενες αλυσίδες ατόμων C. Στο ένα άκρο τους υπάρχει η καρβοξυλική ομάδα, η οποία τους προσδίνει όξινες ιδιότητες. Όταν υπάρχει διπλός δεσμός στο μόριό τους, τα λιπαρά οξέα ονομάζονται ακόρεστα, ενώ όταν δεν υπάρχει ονομάζονται κορεσμένα. Όταν οι διπλοί δεσμοί είναι περισσότεροι από ένας, τα λιπαρά οξέα ονομάζονται πολυακόρεστα.

Ουδέτερα λίπη (γλυκερόλη+3 μορια λιπαρών οξέων) Φωσφολιπίδια Κύρια συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών

Γλυκολιπίδια Χοληστερόλη Πρόκειται για λιπίδια που στο μόριό τους περιέχουν σάκχαρα. Χοληστερόλη Πρόκειται για σημαντικό λιπίδιο των βιολογικών μεμβρανών. Απαντάται μόνο στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς. Επίσης αποτελεί πρόδρομη ένωση όλων των στεροειδών ορμονών