χημική σύσταση του κυττάρου βιολογία β΄ λυκείου χημική σύσταση του κυττάρου

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Η δομή των συστατικών του κυττάρου είναι τέτοια, ώστε να εξυπηρετεί τη συγκεκριμένη λειτουργία που αυτό επιτελεί. Κάθε επίπεδο οργάνωσης εμφανίζει φαινόμενα και ιδιότητες μη υπάρχουσες στο προηγούμενο. Αυτά δεν εξηγούνται από τις ιδιότητες των επιμέρους συστατικών ή δομών του. Π.χ. ένα κύτταρο είναι πολλά περισσότερα από το άθροισμα των μερών του. Έμβια και άβια ύλη διέπονται από τους ίδιους φυσικοχημικούς νόμους. Όλοι οι οργανισμοί αποτελούνται από το ίδιο είδος χημικών μορίων  Κοινή προέλευσή τους.

Η ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

ΧΗΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 92 χημικά στοιχεία στη Γη  Μόνο 27 απαραίτητα για ζωή: C, H, O, N  96% w/w στους οργανισμούς Γιατί: Συμμετοχή σε μεγάλο βαθμό στη σύνθεση βασικών μορίων, που αποτελούν βασικά δομικά & λειτουργικά συστατικά των οργανισμών & Παραγωγή τους από τους οργανισμούς Βασικές ιδιότητες μορίων: Σταθερότητα  Συμμετοχή στη δημιουργία σταθερών δομών απαραίτητων για τους οργανισμούς Ποικιλομορφία  Μεγάλη ποικιλία λειτουργιών και μορφολογικών χαρακτηριστικών

ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ 4 βασικά στοιχεία: ικανότητα σχηματισμού ομοιοπολ. δεσμών μεταξύ ατόμων του ίδιου στοιχείου και μεταξύ ατόμων αυτών των 4 στοιχείων Ισχυροί δεσμοί  Σταθερότητα μορίων C, N, O: Σύνδεση με απλούς ή πολλαπλούς δεσμούς με άτομα του ίδιου ή διαφορετικών στοιχείων, π.χ. ο C έως και με 4 άλλα άτομα  αλυσίδες απλές ή με διακλαδώσεις  μεγάλη ποικιλία μορίων Υπόλοιπο 4% w/w: P, S, Na, K, Ca, Mg, Cl (πιν. Σελ. 19) 0, 01% w/w: Ιχνοστοιχεία (I, Fe, Cu) – απαραίτητα για σημαντικές λειτουργίες οργανισμών

ΔΙΑΦΟΡΑ ΕΤΕΡΟΠΟΛΙΚΟΥ – ΟΜΟΙΟΠΟΛΙΚΟΥ ΔΕΣΜΟΥ http://www.youtube.com/watch?feature=player_embe dded&v=QqjcCvzWwww

Η2Ο (ΝΕΡΟ) Από την αμοιβάδα έως ένα ανθρώπινο κύτταρο: όλα «κολυμπούν» σε ΝΕΡΟ (άμεσα ή έμμεσα)  απ’ αυτό απαραίτητα συστατικά για επιβίωση & σ’ αυτό παράγωγα του μεταβολισμού τους Εσωτερικό περιβάλλον υδατικό (80% νερό) Χημικές ουσίες κυττάρου ευδιάλυτες στο νερό  Μετακίνηση από το ένα σημείο στο άλλο  Διευκόλυνση επαφής διαφορετικών ουσιών  Πραγματοποίηση αντιδράσεων στο κύτταρο Συμμετοχή νερού σε βιολογικές αντιδράσεις

ΆΛΛΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΕΝΩΣΕΙΣ Απλές χημικές ενώσεις μικρού Μ.Β. όπως οξέα, βάσεις και άλατα έως… Ενώσεις πολύ μεγάλου Μ.Β., όπως ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ, ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ, ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ, ΛΙΠΙΔΙΑ (σελ. 21) ΟΞΕΑ – ΒΑΣΕΙΣ – ΑΛΑΤΑ: Σε μικρή συγκέντρωση στο κύτταρο Διατήρηση σταθερού pH στο εσωτερικό του κυτ. Συμβολή στη σωστή διεκπεραίωση των διάφορων κυτταρικών λειτουργιών

ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ, ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ, ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ, ΛΙΠΙΔΙΑ Πολλά αμινοξέα Πρωτεΐνες, Πολλά νουκλεοτίδια  DNA / RNA (Νουκλεϊκά οξέα), Μονοσακχαρίτες  Υδατάνθρακες (σάκχαρα) ΜΟΝΟΜΕΡΗ (επαναλαμβανόμενα πολλές φορές) ΠΟΛΥΜΕΡΗ / ΜΑΚΡΟΜΟΡΙΑ Μονομερή ίδια (π.χ. πρωτεΐνες) ή διαφορετικά (π.χ. λιπίδια) Συμπύκνωση – Υδρόλυση (σελ. 20) Άλλοι μη ομοιοπολικοί δεσμοί: Δεσμοί Η, υδρόφοβοι δεσμοί, δυνάμεις van der Waals

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ Πιο διαδεδομένα και πολυδιάστατα σε μορφή & λειτουργία Πιο διαδεδομένα και πολυδιάστατα σε μορφή & λειτουργία Οικοδόμησή τους από 20 διαφορετικά αμινοξέα (έχουν ανιχνευτεί περισσότερα από 170): Διαφορετικός αριθμός αμινοξέων κάθε φορά, συνδεόμενα με διαφορετική αλληλουχία (σειρά)  Τεράστια ποικιλία πρωτεϊνών (π.χ. αλφάβητο σελ. 22) Κάθε αμινοξύ: Σταθερό (Η-, NH2- & COOH-)και μεταβλητό τμήμα (πλευρική ομάδα R-), όλα ενωμένα σε ένα κοινό άτομο C. 20 διαφορετικές ομάδες R 20 διαφορετικά αμινοξέα

ΒΑΣΙΚΗ ΔΟΜΗ ΑΜΙΝΟΞΕΟΣ

ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΠΕΠΤΙΔΙΚΟΥ ΔΕΣΜΟΥ

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ Αριθμός αμινοξέων > 50: πολυπεπτίδιο. Ικανότητα εκδήλωσης του βιολογικού ρόλου πρωτεΐνης μόλις πάρει την τελική διαμόρφωσή της στο χώρο: Τέσσερα Επίπεδα Οργάνωσης Πρωτοταγής δομή: αλληλουχία αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα Δευτεροταγής: αναδίπλωση (ελικοειδής ή πτυχωτή μορφή) Τριτοταγής: καθορισμένη (τελική) μορφή στο χώρο Τεταρτοταγής: > 1 πολυπεπτιδικές αλυσίδες

ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ - ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ

ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ - ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ

ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ 3D Καθορίζεται από την αλληλουχία των αμινοξέων στην πολυπεπτιδική αλυσίδα και σταθεροποιείται από τους δεσμούς που σχηματίζονται ανάμεσα στις ομάδες R των αμινοξέων (σελ. 23) Διαφορετική αλληλουχία αμινοξέων (σελ. 25)  Η δυνατότητα να σχηματιστούν δεσμοί ανάμεσα στις στις ομάδες R αμινοξέων βρίσκεται σε διαφορετικά σημεία της πολυπεπτιδικής αλυσίδας  Διαφορετική αναδίπλωση μορίου και διαφορετική β-ταγή και γ-ταγή δομή, άρα και διαφορετικές…

…ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ > 30.000 διαφορετικές πρωτεΐνες στον άνθρωπο π.χ. Αιμοσφαιρίνη: μεταφορά οξυγόνου – διοξειδίου άνθρακα Κολλαγόνο: δομική πρωτεΐνη συνδετικού ιστού Ένζυμα: επιτάχυνση αντιδράσεων στο κύτταρο (κεφ. 3) Δομικές και λειτουργικές πρωτεΐνες Μετουσίωση: έκθεση πρωτεΐνης σε ακραίες τιμές pH ή θερμοκρασίας (π.χ. αλβουμίνη αυγού)  σπάσιμο δεσμών μεταξύ ομάδων R και καταστροφή 3D δομής και απώλεια λειτουργικότητας

ΜΕΤΟΥΣΙΩΣΗ ΑΥΓΟΥ

ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ: νήματα και αγγελιαφόροι της ζωής Απομόνωση από Ελβετό γιατρό Φ. Μίσερ των νουκλεϊκών οξέων από πυρήνες κυττάρων  Ικανότητα τους για: Καθορισμό παραγωγής πρωτεϊνών Έλεγχο όλων των λειτουργιών και των κληρονομικών γνωρισμάτων DNA – RNA: Δε(σ)οξυριβονουκλεϊκό οξύ – Ριβονουκλεϊκό οξύ Δομικοί λίθοι: Νουκλεοτίδια

ΔΟΜΗ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ Πεντόζη (σάκχαρο με 5C) – Φωσφορικό οξύ – Οργανική αζωτούχος βάση Πεντόζη: δεσοξυριβόζη (DNA) – ριβόζη (RNA) Αζωτούχες βάσεις: Α – G – C – T (RNA: U) Δύο νουκλεοτίδια  Δινουκλεοτίδιο (επαναλαμβανόμενο χιλιάδες φορές: πολυνουκλεοτίδιο) Αλυσίδες πολυνουκλεοτιδικές με μεγάλο μήκος  Μεγάλο Μ.Β. και Φορέας γενετικών πληροφοριών οργανισμού Απεριόριστος αριθμός διαφορετικών αλληλουχιών νουκλεοτιδίων: διαφ. συνδυασμός πληροφοριών

Watson & Crick - Μοντέλο διπλής έλικας (1953)

ΔΟΜΗ DNA 2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες (κλώνους)  διπλή έλικα 2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες (κλώνους)  διπλή έλικα Αζωτούχες Βάσεις κάθετες στον κύριο άξονα του μορίου και προεξέχουν προς το εσωτερικό του Συγκράτηση 2 κλώνων με δεσμούς Η μεταξύ Α.Β. Α – T : 2 δεσμούς Η, G – C: 3 δεσμούς Η (συμπληρωματικές βάσεις) Συμπληρωματικότητα: α. Αντιγραφή με ακρίβεια και β. Κατευθυντήριος ρόλος του DNA σε όλες τις δραστηριότητες του κυττάρου

ΔΟΜΗ DNA (εικόνες)

DNA ικανό να… …φέρει τις γενετικές πληροφορίες, …ελέγχει μέσω αυτών κάθε κυτταρική δραστηριότητα, …μεταβιβάζει τις πληροφορίες αναλλοίωτες από γενιά σε γενιά και …επιτρέπει τη δημιουργία γενετικής ποικιλομορφίας. Γενετικό υλικό: Το σύνολο των μορίων του DΝΑ ενός κυττάρου  Πυρήνας (χρωμοσώματα) – Μιτοχόνδρια – Χλωροπλάστες (ικανότητα για πολλαπλασιασμό ανάλογα με ανάγκες κυττάρου και ανεξάρτητα από αυτό & σύνθεση κάποιων πρωτεϊνών τους)

RNA Ριβόζη αντί δεσόξυριβόζης, U αντί T: Μονόκλωνο αντί δίκλωνου DNA, αλλά αναδιπλώνεται σε ορισμένα σημεία  Σταθεροποίηση αυτής της δομής με δεσμούς Η ανάμεσα σε συμπληρωματικές βάσεις (A – U, G – C) της ίδιας αλυσίδας Τρεις τύποι: Αγγελιαφόρο (mRNA) [πυρήνας  κυτ/σμα] Μεταφορικό (tRNA) [κυτταρόπλασμα] Ριβοσωμικό (rRNA) [κυτταρόπλασμα] RNA σε πυρήνα – κυτ/σμα – μιτοχόνδρια - χλωροπλάστες

mRNA Μεταφορά γενετικής πληροφορίας από DNA στα ριβοσώματα, όπου γίνεται η σύνθεση των πρωτεϊνών.

tRNA Μεταφορά των αμινοξέων στα ριβοσώματα για χρησιμοποίησή τους στην πρωτεϊνοσύνθεση.

rRNA Αποτελεί, μαζί με πρωτεΐνες, δομικό συστατικό των ρβοσωμάτων.

ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ Πηγή ενέργειας για το κύτταρο Κάποιοι απ’ αυτούς  δομικά συστατικά κυτ. Πιο διαδεδομένος: Κυτταρίνη (δομικό συστατικό κυτταρικού τοιχώματος φυτικών κυττάρων) Μονοσακχαρίτες: Τριόζες (3C), Πεντόζες (5C), Εξόζες (6C)  Πηγή ενέργειας και συμμετοχή στη σύνθεση δι- και πολυσακχαριτών Γνωστές εξόζες: ΓΛΥΚΟΖΗ, Φρουκτόζη, Γαλακτόζη Δισακχαρίτες: Μαλτόζη (από διάσπαση αμύλου – πολυσακχαρίτη), Σακχαρόζη (συστατικό φρούτων – κύρια πηγή γλυκόζης για ζωικούς οργανισμούς), Λακτόζη (σάκχαρο γάλακτος)

Μονοσακχαρίτες - Δισακχαρίτες

Πολυσακχαρίτες Προκύπτουν από τη συνένωση πολλών μορίων μονοσακχαριτών Προκύπτουν από τη συνένωση πολλών μορίων μονοσακχαριτών ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ – ΑΜΥΛΟ (φυτικά κύτταρα) – ΓΛΥΚΟΓΟΝΟ (ζωικά κύτταρα) : Οικοδόμηση από το ίδιο μονομερές (γλυκόζη) Διαφορά ως προς μέγεθος, μορφή που παίρνει το μόριο στο χώρο & το βιολογικό ρόλο τους Κυτταρίνη: συστατικό κυτταρικού τοιχώματος (παράθεμα σελ. 35) Άμυλο: αποταμιευτική ουσία Γλυκογόνο: αποταμιευτική ουσία σε κυτ. ζωικά και μυκήτων

Λιπίδια Δομικά συστατικά κυττάρων (π.χ. συστατικά μεμβρανών) ή λειτουργικά (π.χ. αποταμιευτικές ουσίες) ΔΕ(Ν) διαλύονται στο νερό ΟΥΔΕΤΕΡΑ ΛΙΠΗ (ΤΡΙΓΛΥΚΕΡΙΔΙΑ) – ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΑ – ΣΤΕΡΟΕΙΔΗ Στεροειδές χοληστερόλη: συστατικό μεμβράνης ζωικών κυττάρων – σε μεγάλες ποσότητες προκαλεί αρτηριοσκλήρυνση Ανάγνωση παραθέματος για χοληστερόλη (σελ. 38)

Ουδέτερα λίπη (τριγλυκερίδια) 1 μόριο ουδέτερου λίπους = 3 μόρια λιπαρών οξέων + 1 μόριο γλυκερόλης Λιπαρά οξέα κορεσμένα (απλοί δεσμοί) ή ακόρεστα (απλοί και διπλοί δεσμοί) Ακόρεστα λίπη (συχνότερα σε φυτά παρά ζώα): τάση να παραμένουν υγρά (διάφοροι τύποι λαδιών π.χ. ελαιόλαδο) Κορεσμένα λίπη (συχνότερα σε ζώα παρά φυτά): τάση να στερεοποιούνται (π.χ. βούτυρο) Ρόλος: 1. Σπουδαίες αποθηκευτικές ουσίες (διπλάσιο ποσό ενέργειας για ίδιο βάρος με υδατάνθρακες) & 2. Θερμομονωτικός ρόλος λιπών στον υποδόριο ιστό

Φωσφολιπίδια 1 μόριο φωσφολιπιδίου = 1 μόριο γλυκερόλης + 2 μόρια λιπαρών οξέων + 1 μόριο φωσφορικού οξέος + 1 μικρότερο πολικό μόριο Κεφαλή μορίου  Υδρόφιλη, Ουρά  Υδρόφοβη Έτσι: Τοποθέτηση τους στο νερό  Τάση για σχηματισμό λεπτού στρώματος (κεφαλές μέσα στο νερό – ουρές προβάλλουν έξω από την ελεύθερη επιφάνειά του)

Φωσφολιπίδια - Μεμβράνες Εξωκυτταρικό και εσωκυτταρικό περιβάλλον (υδατικά)  Αυθόρμητη (και αυτόματη) συγκρότηση διπλοστιβάδας από φωσφολιπίδια «Επιθυμία» υδρόφοβου μέρους για αποφυγή νερού  Υδρόφοβες ουρές έλκονται και τα μόρια προσεγγίζουν στενά το ένα το άλλο  ΣΤΑΘΕΡΗ ΔΟΜΗ  Σημαντική ιδιότητα για συγκρότηση και λειτουργικότητα μεμβρανών κυττάρων (φωσφολιπίδια: κύριο συστατικό τους)