Lehninger et al.: Principles of Biochemistry 3 rd ed (2000); Worth Publ. Voet et al.: Fundamentals of Biochemistry 1 st ed (1999); John Wiley

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Lehninger et al.: Principles of Biochemistry 3 rd ed (2000); Worth Publ. Voet et al.: Fundamentals of Biochemistry 1 st ed (1999); John Wiley"

Nóra Gál
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 1

2 TANKÖNYVEK Stryer et al.: Biochemistry 5 th ed. (2002); W.H Freeman ISBN: Lehninger et al.: Principles of Biochemistry 3 rd ed (2000); Worth Publ. Garrett & Grisham: Biochemistry 2 nd ed (1998); Saunders Coll. Publ. Voet et al.: Fundamentals of Biochemistry 1 st ed (1999); John Wiley Mathews et al.: Biochemistry 3 rd ed (2000); Benjamin Cummings Bálint Miklós: Molekuláris biológia I.-III. Műszaki kiadó (2000,2002) 2

3 Az élő szervezetek anorganikus ionok, kis szerves molekulák, makromolekulák vizes oldatából és membránokból felépülő nyílt, nemegyensúlyi termodinamikai rendszerek. Az élet rendelkezik az önszerveződés, az önszabályozás, a katalízis, replikáció, a mutabilitás és az evolúció képességével. Az élet dinamikus (steady-state) állapotát a környezetből állandóan elvont, a rendszeren átáramló szabadenergia fluxus tartja fenn (disszipatív rendszer). Az élet bonyolultságát (komplexitás) az információs makromolekulák adják. 3

4 TÖRTÉNETI MÉRFÖLDKÖVEK 1828: F. Wöhler urea szintézis 1836,38: J. Berzelius protein, katalízis 1861,63: L. Pasteur erjedés mikróbákkal 1876: W. Kühne enzim, miozin, tripszin 1894: E. Fischer kulcs-zár hipotézis (1902) 1926: J. Sumner fehérje rjekristály ly (1946) 4

5 : Szent-Györgyi A. (1937), H. Krebs (1953) citrát-ciklus 1941: F. Lipmann (1953) ATP szerepe 1944: O. Avery DNS szerepe 1952: L. Pauling (1954, 63) fehérjeszerk. 1953: J. Watson, F. Crick (1962) DNS 5

6 1953: F. Sanger (1958, 80) inzulin szekvencia 1958,60: J. Kendrew & M. Perutz (1962) mioglobin és hemoglobin térszerkezet 1973: S. Cohen & Boyer (1986) rekombináns ns DNS 6

7 1995: J. Craig Venter első prokarióta genom 1996: konzorcium első eukarióta (élesztő) gen. 2000: HGP (F. Collins) & Celera (Venter) humán genom ( draft ) 7

8 ALAPELVEK DNS mint örökítőanyag (RNS vírusok, prionok) Információáramlás: DNS RNS fehérje ( centrális dogma ) Lineáris információ térbeli szerkezet specifitás, funkció 8

9 DIMENZIÓK A BIOKÉMIÁBAN MÉRETEK ATOMOK MAKROMOLEKULÁK SEJTEK MOLEKULÁK KOMPLEXEK C-C kötés hemoglobin fénymikroszkóp vörösvértest glükóz riboszóma baktérium m 10-9 m 10-8 m 10-7 m 10-6 m 10-5 m 1 Å 1 nm 1 µm kimotripszin glicin 1 nm 9

10 IDŐ fehérjék doménmozgása enzimreakciók baktérium generáció primer látás szignál DNS kitekeredés fehérje szintézis (ps) (ns) (µs) (ms) ENERGIA nem-kovalens kötés zöld fény glükóz hőmozgás ATP C-C kötés kcal/mol 0, kj/mol

11 BIOMOLEKULA Méret (nm) Tömeg * (Dalton) Víz 0,3 18 Alanin 0,5 89 Glicin 0,7 180 Foszfolipid 3,5 750 Ribonukleáz (kis protein) Immunoglobulin G Miozin (nagy protein) Riboszóma ΦX174 bakteriofág Piruvát-dehidrogenáz (multienzim komplex) Dohány mozaikvírus ,7x10-5 Mitokondrium ,5 E. coli sejt Kloroplasztisz Májsejt A molekulatömeg egysége a Dalton (vagy makromolekuláknál kd), definíció szerint a 12C-es szénizotóp tömegének 1/12-ed része. A molekulasúly (Mr) dimenzió nélküli szám, a molekulatömeg és a 12C-es szénizotóp tömege 1/12-ed részének hányadosa. (pg) 11

12 A MOLEKULÁRIS ORGANIZÁCIÓ HIERARCHIÁJA Környezeti prekurzorok, intermedierek víz acetát formamid 12

13 Építőkövek (nukleotidok, aminosavak, monoszacharidok, zsírsavak, glicerin) 13

14 Makromolekulák (>kda) nukleinsavak, fehérjék, poliszacharidok, lipidek hemolizin hemeritrin RNS polimeráz II 520 kd 14

15 Szupramolekuláris komplexek riboszóma, citoszkeleton, multienzim komplexek, vírusok stb. F-aktin Riboszóma 50S alegység 1600 kd Φ29 fág 15

16 E. coli molekuláris összetétele molekula típusa % % szárazanyag fajta Víz 70-1 Fehérje Nukleinsav DNS 1 1 RNS Szénhidrát Lipid Építőkő, Intermedier Szervetlen

17 AZ ÉLET MÁTRIXA: M GYENGE KÖLCSK LCSÖNHATÁSOK VIZES OLDATBAN Kovalens kötések k erőss ssége: : kj/mol C-C: C: 356 kj/mol mol; ; 1,54 Å Gyenge kölcsk lcsönhatás: 0,5-40 kj/mol ionkötés, hidrogén-kötés, van der Waalskötés, hidrofób b effektus Hőmozgás (kt)) 25 o C-on: 2,5 kj/mol 17

18 Ionos kötés (sóhíd, sókötés) 20 kj/mol; távolságfüggés: 1/r; kötéshossz: ~0,25 nm nem direkcionális E=kq 1 q 2 /Dr D:dielektromos konstans (D vakuum =1; D víz =80), q: töltés Hidrogén-híd donor csoport (nagy elektronegativitású atom: pl. OH, =NH) akceptor atom (pl. O, N, S) kj/mol; kötéshossz: 0,25-0,30 nm erősen direkcionális (részben kovalens jelleg) 18

19 Hidrogén donor Hidrogén akceptor Hidrogén donor Hidrogén akceptor 19

20 van der Waals kötések dipól-dipól (1/r 3 ) dipól-indukálta dipól (1/r 5 ) London-féle diszperziós (1/r 6 ) erősség: 0,5-4 kj/mol; kötéshossz: a két vdw-sugár összege (0,2-0,3 nm) sztérikus (szerkezeti) komplementaritás! 20

21 Gyenge kölcsk lcsönhatások 21

22 Hidrofób b effektus A hidrofób b molekulák k a vizes fázisbf zisból mintegy kizáródnak. Ily módon m a víz v termodinamikai szabadsága növekszik, n mivel nem kell a különállk lló hidrofób molekulák k körül k l rendezett, kvázi zi-kristályos klatrát struktúrát t létrehozni. l Tehát t a szabadenergia csökken kkenése (az interakció) ) a víz z entrópi piájának növekedn vekedéséből l adódik. dik. erőss sség: <40 kj/mol (egy CH 2 eltávol volítása vizes fázisbf zisból: -33 kj/mol mol) 22

23 A VÍZ V Z SZEREPE SZERKEZET Polaritás s (dipólus momentum: 1,85 debey) Intermolekuláris ris hidrogén-híd hálózat 23

24 Jég: hatszögű kristály, tetraéderes elrendeződés 4 H-híd / molekula kisebb sűrűségű (0,92 g/ml) mint a víz 24

25 Folyékony víz: 15%-kal kevesebb H-híd ~3,4 H-híd / molekula fluktuáló szerkezet (2x10-11 sec) 25

26 UNIVERZÁLIS OLDÓSZE SZER Hidrofil anyagok: hidrát t burok (2 nsec) Gyengíti az ionos és s H-híd H d kötéseketk (2-4 26

27 Hidrofób anyagok: klatrát szerkezet Amfipatikus (amfifil) molekulák: micellák, kettős hártyák 27

28 IONEGYENSÚLYOK Víz disszociáci ciója: H 2 O H + + OH H + + H 2 O H 3 O + Proton jumping ( ugrálás ): a H-híd hálózat következménye Gyors proton transzfer reakciók Egyensúlyi állandó: K eq = [H + ] [OH ] / [H 2 O] 28

29 Víz ionszorzata: (25 o C) K w = K eq [H 2 O] = [H + ] [OH ] = M 2 Sav-bázis reakciók: (Brønsted & Lowry, 1923) HA + H 2 O H 3 O + + A H 3 O + : konjugált sav (proton donor); A : konjugált bázis (proton akceptor) 29

30 Sav-bázis egyensúly: K a = K eq [H 2 O] = [H + ] [A ] / [HA] K a : savas disszociációs állandó (ionizációs konstans) Henderson-Hasselbalch egyenlet: pk a = lg [H + ] [A ] / [HA] = lg [H + ] lg [A ] / [HA] ph = pk a + lg [A ] / [HA] 30

Hasonló dokumentumok

Fehérjeszerkezet, és tekeredés

Fehérjeszerkezet, és tekeredés Futó Kinga 2013.10.08. Polimerek Polimer: hasonló alegységekből (monomer) felépülő makromolekulák Alegységek száma: tipikusan 10 2-10 4 Titin: 3,435*10 4 aminosav C 132983