HŐ (q) és MUNKA (w): energia átmenet közben a rendszer és környezete között. A különböző energiafajták átalakulásukkor végső soron termikus energiává

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "HŐ (q) és MUNKA (w): energia átmenet közben a rendszer és környezete között. A különböző energiafajták átalakulásukkor végső soron termikus energiává"

Norbert Török
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 TERMODINAMIKA 1

2 HŐ (q) és MUNKA (w): energia átmenet közben a rendszer és környezete között. A különböző energiafajták átalakulásukkor végső soron termikus energiává degradálódnak (disszipáció). BELSŐ ENERGIA (E): Molekulák transzlációs, vibrációs és rotációs energiája + kémiai kötések energiája (E = E kin + E köt + E 0 ) 2

3 A TERMODINAMIKA ELSŐ TÖRVÉNYE: (az energia-megmaradás törvénye) E = E vég E kezd E = Q + W tf + W egyéb ENTALPIA (H): Hőtartalom = belső energia + térfogati munka (P = konst.) H = E + p V Biológiai rendszerekben történő változások közel állandó nyomáson játszódnak le, és a térfogati munka általában kicsi érték, így jó közelítéssel E = Q, H = Q H E 3

4 A TERMODINAMIKA MÁSODIK TÖRVÉNYE: (a folyamatok iránya: spontán lejátszódó, rev, irrev) Az önként végbemenő folyamatok egyirányúsága Izolált rendszer entrópiája maximum érték felé tart (egyensúly). Spontán lejátszódó folyamatban a rendszer és a környezet entrópiája növekszik. 4

5 ENTRÓPIA (S) Rendezetlenség (véletlenszerűség) mértéke A folyamatok irányát megszabja a kevésbé valószínű valószínűbb állapot irány. Önként végbemenő folyamatban rendezetlenné válás következik be (energia, hely szerint is). Hely szerint maximális kitöltés Energia szerint Boltzmann-eloszlás S = k B lnw (L. Boltzmann, 1877) S q/t (R. Clausius, 1864) 5

6 6

7 Spontán lejátszódó (irreverzibilis) folyamatban: S rendsz. + S körny. > 0 (Entrópiaváltozással járó spontán folyamat pl. a diffúzió.) SZABADENERGIA (G) (Gibbs szabadenergia!) A két főtétel egyesítése; (P és T konst.) Változása az a maximális energia, ami hasznos munkára fordítható. G = H T S (J.W. Gibbs, 1878) (csak a rendszerre vonatkozik!) 7

8 Önként lejátszódó folyamat: Szabadenergia befektetés: Termodinamikai egyensúly: G < 0 G > 0 G G = 0 exergonikus endergonikus Mivel a szabadenergia állapotfüggvény, a változását csak a végállapot (a termékek szabadenergiájának összege) és a kezdeti állapot (a kiindulási anyagok szabadenergiájának összege) szabja meg, azaz független az átalakulás tényleges molekuláris mechanizmusától. A G nem ad információt a reakciók sebességéről, amit a tőle teljesen független aktivációs szabadenergia szab meg ( G ). 8

9 H + + S + + G = H T S Exoterm reakció,, spontán n lejátsz tszódik minden hőmérsékleten Exoterm reakció,, spontán n lejátsz tszódik, ha T < H/ H/ S Endoterm reakció,, spontán n lejátsz tszódik, ha T > H/ H/ S Endoterm reakció,, spontán n nem megy végbe v (endergonikus) 9

10 10

11 NAGYENERGIÁJÚ FOSZFÁT VEGYÜLETEK Szabadenergia befektetést igénylő folyamatok fizetőeszköze : ATP (F. Lipmann és H. Kalckar, 1941) Nagy foszfát-transzfer potenciál Hidrolíziskor nagy szabadenergia csökkenés. 11

12 Az ATP és hidrolízise 12

13 Nagyenergiájú kötés, ha G o < 25 kj/mol Vegyület Foszfoenol-piruvát 1,3-foszfoglicerát Kreatin-foszfát Pirofoszfát (PP i ) foszfoanhidrid 33,5 ATP AMP + PP i foszfoanhidrid 32,2 ATP ADP + P i foszfoanhidrid 30,5 AMP ade + P i foszfát-észter 14,0 Glükóz-6-foszfát Glicerin-3-foszfát Kötéstípus enol-foszfát acil-foszfát foszfoguanidin foszfát-észter foszfát-észter G o (kj/mol) 61,9 49,4 43,1 13,8 9,2 13

14 Az ATP kötés szerkezeti magyarázat: Ortofoszfát (HPO 4 2-, P i ) rezonancia stabilizációja (tetraéderes foszfát) ATP negatív töltések taszítása destabilizál Hidrolízis termékek nagyobb szolvatációs energiája Entrópia hatás (ATP 4- + H 2 O ADP 3- + HPO H + ) G-t befolyásolja: [ATP] = 8 mm, [ADP] = 1 mm, [P i ] = 8 mm, ph, Mg 2+ konc., ionerősség G cell 50 kj/mol Az ATP metastabil vegyület : enzimek nélkül nagyon lassan hidrolizál Aktivációs szabadenergia ( G ): kj/mol 14

15 Ortofoszfát (HPO 4 2-, P i ) rezonancia 15

16 Az élő sejtet felépítő fontosabb molekulák Szénhidrátok - monoszacharidok (egyszerű cukrok) - oligoszacharidok - poliszacharidok Lipidek (membránokban: zsírsavak glicerinészterei) Aminosavak, peptidek, fehérjék Nukleozidok, nukleotidok, nukleinsavak 16

17 AMINOSAVAK, PEPTIDEK, FEHÉRJÉK AMINOSAVAK α-l-aminosavak (20 + Sec) pk amino =8,0 pk karboxil =3,1 (függ: T, ionerősség, mikrokörnyezet) homokiralitás enantiomerek R NH + 3 C α COO H 17

18 apoláros oldallánc: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Met, Phe, Trp, Pro (iminosav) poláros oldallánc: Ser, Thr, Asn, Gln, Cys (pk R =8,4), Tyr (10,5) bázikus oldallánc: Lys (10,5), Arg (12,5), His (6,0) savas oldallánc: Asp (3,9), Glu (4,1) 18

19 19

20 20

21 Módosított aminosavak 5-hidroxi-Lys, 4- hidroxi-pro (pl. kollagén) 3-met-His, ε-n,n,ntrimet-lys (pl. miozin) N-formil-Met (prokarióta N- terminus) γ-karboxil-glu (Gla, pl. protrombin) tiroxin (tiroglobulin) 21

22 Módosított aminosavak fehérjékben 22

23 diszulfid-híd Cys Cys oxidáci ció redukció cisztin SS-híd 23

24 A PEPTIDKÖTÉS hidrolízis kondenzáció szubsztituált amid 24

25 FEHÉRJE SZERKEZETI SZINTEK Elsődleges: aminosav szekvencia N-terminus C-terminus 25

26 Másodlagos: lokálisan ismétlődő feltekeredés szuperszekunder elemek (motívumok) domén (kvázi-független térszerkezeti egység) Harmadlagos: globális térszerkezet Negyedleges: alegység szerkezet (több polipeptid) mioglobin hemoglobin 26

27 Immunoglobulin-G 27

28 A FEHÉRJEMŰKÖDÉS LÉNYEGE Specifikus kötődés indukálta konformáció változások laktoferrin 28

29 Katalitikus hatékonyság (enzimek) Szabályozás: allosztérikus effektorok irreverzibilis kovalens módosítás (proteolitikus hasítás) reverzibilis kovalens módosítás (foszforiláció/defoszforiláció, acetiláció/dezacetiláció) Molekuláris motorok (energia transzdukció) és molekuláris kapcsolók (információ transzdukció) kalmodulin Ca 2+ -kapcsoló 29

30 FEHÉRJÉK CSOPORTOSÍTÁSA Funkció szerint enzimek regulációs fehérjék (pl. hormonok, transzkripciós faktorok) transzport fehérjék (pl. hemoglobin, transzferrin, szérum albumin) tároló fehérjék (pl. ovalbumin, kazein, zein, ferritin) motorfehérjék (pl. aktin, miozin, kinezin, dinein) szerkezeti fehérjék (pl. kollagén, keratin, elasztin) adapter ( scaffold ) fehérjék (pl. Grb 2, stat, crk, shc) immunfehérjék, toxin-fehérjék (pl. IgG, antifreeze fehérje, ricin) exotikus fehérjék (pl. monellin, rezilin, glue fehérjék) 30

31 Konjugált (összetett) fehérjék glikoprotein (pl. IgG, fibronektin, proteoglikán) lipoprotein (pl. LDL, HDL) foszfoprotein (pl. kazein, glikogén foszforiláz-a) metalloproteinek (pl. ferritin, alkohol-dehidrogenáz, nitrogenáz) hemoprotein (pl. hemoglobin, citokróm-c, kataláz, nitrát-reduktáz) flavoprotein (pl. szukcinát-dehidrogenáz, NADH-dehidrogenáz) 31

Hasonló dokumentumok

A fehérjék hierarchikus szerkezete

Fehérjék felosztása A fehérjék hierarchikus szerkezete Smeller László Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Biológiai funkció alapján Enzimek (pl.: tripszin, citokróm-c ) Transzportfehérjék