ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: Η ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

Κεφάλαιο 1ο: ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΤΟΥ

ΚΥΤΤΑΡΟΥ

Βιολογία Β’ Λυκείου Γενικής Παιδείας

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ

Υ ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ

Εισαγωγή

Δομή κυττάρων <=> λειτουργία Επίπεδα οργάνωσης ζωής με νέες ιδιότητες

Φυσικοχημικοί νόμοι άβιας/έμβιας ύλης Ίδια χημικά μόρια = κοινή καταγωγή

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


1.1. Η χημεία της ζωής

Χημικά στοιχεία Περιοδικού Πίνακα: 118Χημικά στοιχεία του πλανήτη: 92Χημικά στοιχεία απαραίτητα για ζωή: 27Βασικά χημικά στοιχεία ζωντανών οργανισμών (96%) › Άνθρακας (C)› Υδρογόνο (H)› Οξυγόνο (O)› Άζωτο (N)

ΣΤΑΘΕΡΟΤΗΤΑ + ΠΟΙΚΙΛΟΜΟΡΦΙΑ(ομοιοπολικοί δεσμοί)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Σταθερότητα & ποικιλομορφίαΏστε να εξασφαλίζονται οι

σταθερές δομές, που είναι απαραίτητες

στους οργανισμούς

Ώστε να υπάρχει μεγάλη ποικιλία λειτουργιών και

μορφών, που είναι απαραίτητη για τη ζωή

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Η χημεία της ζωής4% είναι άλλα στοιχεία:› Φώσφορο (P)› Θείο (S)› Νάτριο (Na)› Κάλιο (K)› Ασβέστιο (Ca)› Μαγνήσιο (Mg)› Και άλλα: 0,01% είναι ΙΧΝΟΣΤΟΙΧΕΙΑ: απαραίτητα!Σίδηρος, σελήνιο, ιώδιο, φθόριο, χαλκός, χρώμιο,

ψευδάργυροςΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Κύτταρο αμοιβάδας

Κύτταρο ανθρώπου

Ζει στο νερόΕνδοκυτταρικά νερόΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΟΥΣΙΩΝ› Πρόσληψη› Απέκκριση

Περιβάλλεται από το μεσοκυττάριο υγρό (υδατικό)Ενδοκυτταρικά νερόΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΟΥΣΙΩΝ› Πρόσληψη› Απέκκριση

Η Χημεία της ζωής είναι “υγρή”

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


1.2. Μακρομόρια• ΜΟΝΟΜΕΡΗ

(δομικοί λίθοι)

› Αμινοξέα

› Νουκλεοτίδια

› Μονοσακχαρίτες

• ΠΟΛΥΜΕΡΗ (μακρομόρια)

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ

ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ

ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ομοιοπολικοί δεσμοί• ΣΥΜΠΥΚΝΩΣΗ

› Δημιουργείται δεσμός› Προκύπτει H2O› Απαιτεί ενέργεια

• ΥΔΡΟΛΥΣΗ› Σπάει δεσμός› Χρειάζεται H2O› Ελευθερώνει ενέργεια

Επιπλέον δεσμοί (π.χ. υδρογόνου) συμμετέχουν στη διαμόρφωση των μορίων

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Παράδειγμα

• Μια πρωτεΐνη που αποτελείται από:› 2 αμινοξέα› 3 αμινοξέα› 4 αμινοξέα› …› 100 αμινοξέα› …› ν αμινοξέα

• Χρειάστηκε:

› 1 μόριο νερού /1 δεσμός› 2 μόρια νερού /2 δεσμοί› 3 μόρια νερού /3 δεσμοί› …› 99 μόρια νερού /99 δεσμοί› …› (ν-1) μόρια νερού /(ν-1) δεσμοί

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Η ιεραρχία των βιομορίων

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ερωτήσεις βιβλίου

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Το πιο διαδεδομένο & πολυδιάστατο πολυμερές

Πήραν το όνομά τους από το μύθο του Πρωτέα: ήρωα & βασιλιά στη μυθολογία

Αποτελούνται από αμινοξέα που συνδέονται σε σειρά με ισχυρούς δεσμούς που ονομάζονται ΠΕΠΤΙΔΙΚΟΙ ΔΕΣΜΟΙ

20 διαφορετικά αμινοξέα πρωτεΐνες› 24 γράμματα λέξεις

ΠΡΩΤΕΪΝΕΣ

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Αμινοξέα

>170 στη φύση 20 στις πρωτεΐνες Σταθερό τμήμα: C με αμινομάδα,

καρβοξυλομάδα, υδρογόνο Μεταβλητό τμήμα: πλευρική ομάδα (R)- 20

διαφορετικές πλευρικές ομάδες

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Πεπτιδικός δεσμόςΣυμπύκνωση:ΟΗ (καρβοξυλομάδας) +Η (αμινομάδας) διπεπτίδιο, τριπεπτίδιο, …, πολυπεπτίδιο

Αν έχεις δύο αμινοξέα, τη σερίνη-Σκαι την αλανίνη-Α, πόσα διαφορετικά

τριπεπτίδια μπορείς να φτιάξεις χρησιμοποιώντας κάθε είδος αμινοξέος

Από 1 έως 3 φορές;ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Γιατί υπάρχουν άπειροι συνδυασμοί πολυπεπτιδίων;

20 διαφορετικά αμινοξέα Μπορούν να μπουν με διαφορετική σειρά Η αλυσίδα μπορεί να έχει διαφορετικό μήκος

Διαφορετικές ιδιότητες-άρα το διπεπτίδιο Α-Β είναιδιαφορετικό από το διπεπτίδιο Β-Α

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ας σκεφτούμε...σελ.24

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Οργάνωση πρωτεϊνών

ΠΡΩΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ: αλληλουχία αμινοξέων

ΔΕΥΤΕΡΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ: α- έλικα ή β-πτύχωση

ΤΡΙΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ (3D): αναδίπλωση στο χώρο

ΤΕΤΑΡΤΟΤΑΓΗΣ ΔΟΜΗ: συνδυασμός διαφορετικών αλυσίδων

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Σημασία των πλευρικών ομάδωνΔιαμόρφωση της πρωτεΐνης, άρα και ανάλογη λειτουργία

Αλληλουχία των αμινοξέων(πρωτοταγής δομή)

Δεσμοί ανάμεσα στις πλευρικές Ομάδες R

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Δομή & λειτουργία πρωτεϊνών Άνθρωπος > 30.000 πρωτεΐνες Διακρίνονται σε δομικές & λειτουργικές: Κολλαγόνο: ελαστικότητα δέρματος Αιμοσφαιρίνη: μεταφέρει O2 Ένζυμα: χημικές αντιδράσεις

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Μετουσίωση πρωτεϊνών Είναι η καταστροφή της τριτοταγούς δομής (3D)

μιας πρωτεΐνης με μη αντιστρεπτό τρόπο Καταστροφή λειτουργίας (ΜΕΤΟΥΣΙΩΣΗ)

Σπάσιμο δεσμών (μεταξύ R) λόγω:a. Ακραίας θερμοκρασίαςb. Ακραίου pH

Παράδειγμα: Αλβουμίνη (ασπράδι αβγού)Π

ΕΧΤΕΛΙΔ

ΟΥ ΑΝ

ΑΣΤΑΣΙΑ

Άλλο παράδειγμα...

Είναι το ίσιωμα ή η περμανάντ μετουσίωση;;;

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ



ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Πρωτεΐνες => υπεύθυνες για τις λειτουργίες των οργανισμών (πήξη αίματος, μεταφορά & αποθήκευση ουσιών, ρύθμιση σακχάρου, κυτταρικός κύκλος, κίνηση κλπ.)

Ποιος καθορίζει όμως τη δομή τους;

ΝΟΥΚΛΕΪΚΑ ΟΞΕΑ

Νουκλεϊκά οξέα => απομονώθηκαν το 19ο αιώνα από τον Ελβετό γιατρό & βιολόγο Φρίντριχ Μίσερ από πυρήνες λευκών αιμοσφαιρίων

Μετά τον Β' παγκόσμιο πόλεμο αποδείχτηκε τελικά ότι τα νουκλεϊκά οξέα ελέγχουν όλες τις λειτουργίες και τα γνωρίσματα των οργανισμών

RNA & DNA

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Μονομερή των νουκλεϊκών οξέων- Νουκλεοτίδια

• Μία πεντόζη, δηλ. Σάκχαρο με 5 άνθρακες (δεοξυριβόζη στο DNA και ριβόζη στο RNA)

• Μια φωσφορική ομάδα Ρ (ένα μόριο φωσφορικού οξέος)

• Μία αζωτούχο βάση (αδενίνη-Α, θυμίνη-Τ, ουρακίλη- U, γουανίνη- G ή κυτοσίνη- C)

Το DNA περιέχει

Αδενίνη Αδενίνη ΘυμίνηΘυμίνηΚυτοσίνη Κυτοσίνη ΓουανίνηΓουανίνη

Γι αυτό τα νουκλεοτίδια του DNA λέγονται δεοξυριβονουκλεοτίδια,

ενώ του RNA λέγονται ριβονουκλεοτίδια

Το RNA περιέχει:Το RNA περιέχει:Αδενίνη Αδενίνη ΟυρακίληΟυρακίληΚυτοσίνη Κυτοσίνη Γουανίνη Γουανίνη

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Δομικά συστατικά των νουκλεοτιδίων

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα (πολυμερές)

Δινουκλεοτίδιο Τρινουκλεοτίδιο Τετρανουκλεοτίδιο Πολυνουκλεοτίδιο

4 x 4 x 4 x 4Απεριόριστη δυνατότητα συνδυασμών των 4 νουκλεοτιδίων για να φτιάξουν μια αλυσίδα (4ν) => δικαιολογεί και το ρόλο του DNA ως το γενετικό υλικό των οργανισμών

Για να θυμηθώ... πώς λέγεται αυτή η αντίδραση,

όπου ενώνονται μονομερή;;

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ας σκεφτούμε, σελ.28

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Δομή του DNA- δεοξυριβονουκλεϊκό οξύΔευτεροταγής δομή νουκλεϊκών οξέων =>Μοντέλο διπλής έλικας (Watson & Crick, Βραβείο Νόμπελ

1962)2 πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες, που σχηματίζουν στο χώρο μια διπλή έλικαΑζωτούχες βάσεις εσωτερικά2 αλυσίδες συγκρατούνται με δεσμούς H ανάμεσα στις βάσεις των απέναντι κλώνων (συμπληρωματικές)Ισχύει ο κανόνας συμπληρωματικότητας› A = T› G Ξ C

Χάρη στη συμπληρωματικότητα, το μόριο μπορεί να αντιγράφεται με ακρίβεια, οπότε σε όλα τα κύτταρά μας να χουμε το ίδιο γενετικό υλικό!

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Χάρη στη δύναμή μου σταθεροποιείται

το γενετικό σας υλικό στο χώρο(στερεοδιάταξη του DNA)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Βιολογικός ρόλος του DNA Αποθηκεύει τις γενετικές πληροφορίες Ελέγχει κάθε κυτταρική δραστηριότητα Μεταβιβάζει τις πληροφορίες αναλλοίωτες από κύτταρο σε κύτταρο & από γενιά σε γενιά (αυτοδιπλασιασμός DNA) Επιτρέπει τη δημιουργία γενετικής ποικιλομορφίας Το σύνολο των μορίων DNA ενός κυττάρου αποτελεί το γενετικό του υλικό Πυρήνας- μιτοχόνδρια- χλωροπλάστες

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


RNA- ριβονουκλεϊκό οξύ

Βιολογικός ρόλοςΑγγελιαφόρο (mRNA)

Μεταφέρει την πληροφορία από τον πυρήνα στα ριβοσώματα => πρωτεϊνοσύνθεση

Μεταφορικό (tRNA)Μεταφέρει τα αμινοξέα στα ριβοσώματα για την πρωτεϊνοσύνθεση

Ριβοσωμικό (rRNA)Συστατικό των ριβοσωμάτων (+πρωτεΐνες)

Δομή Μονόκλωνο με κάποιες αναδιπλώσεις, λόγω

δεσμών Η Βρίσκεται σε πυρήνα, κυτταρόπλασμα,

χλωροπλάστες, μιτοχόνδρια

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Διαφορές DNA - RNA• Δίκλωνο• Πεντόζη: δεοξυριβόζη• A, T, G, C

• Μονόκλωνο• Πεντόζη: Ριβόζη• A, U, G, C

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ



ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ (σάκχαρα)

Μονοσακχαρίτες Δισακχαρίτες Πολυσακχαρίτες

Κυτταρίνη (φυτά): Συστατικό του

κυτταρικού τοιχώματος

Άμυλο (φυτά): Αποταμιευτική

ουσία

Γλυκογόνο (ζώα- μύκητες): Αποταμιευτική

ουσία

Τριόζες

Εξόζες ΓλυκόζηΦρουκτόζηΓαλακτόζη

Πεντόζες ριβόζηδεοξυριβόζη

Λακτόζη: Γλυκόζη + γαλακτόζη

Μαλτόζη:Γλυκόζη + γλυκόζη

Σακχαρόζη: γλυκόζη + φρουκτόζη

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Δημιουργία πολυσακχαριτών

ΔίσακχαρίτηςΤρισακχαρίτης

.....Πολυσακχαρίτης

Γλυκοζιτικός δεσμός

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ (σάκχαρα)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ρόλος των υδατανθράκων

• Δομικά συστατικά των κυττάρων (πχ. κυτταρίνη)• Πηγή ενέργειας για το κύτταρο (πχ. Γλυκόζη, σακχαρόζη, γλυκογόνο)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ



ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΛΙΠΙΔΙΑ• Δομικά συστατικά των κυττάρων (πχ. συστατικά

μεμβρανών)• Λειτουργικά (πχ.αποταμιευτικές ουσίες)• Χαρακτηριστικό όλων είναι ότι δε διαλύονται στο

νερό• Γνωστό λιπίδιο στα ζωικά κύτταρα =>

χοληστερόλη, που η συσσώρευσή της δημιουργεί την αρτηριοσκλήρωση

Κατηγορίες λιπιδίων Ουδέτερα λίπη (κορεσμένα ή ακόρεστα) Φωσφολιπίδια Στεροειδή(πχ. χοληστερόλη)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Ουδέτερα λίπη (τριγλυκερίδια) Αποτελούνται από:

1 μόριο γλυκερόλης3 μόρια λιπαρών οξέων

Μπορεί να είναι:Κορεσμένα (μόνο απλοί δεσμοί)Ακόρεστα (και διπλοί δεσμοί)

Προέλευση:Φυτικά (συνήθως υγρά- έλαια)Ζωικά (συνήθως στερεά)

Τα «υδρογονωµένα φυτικά έλαια» είναι ακόρεστα που έχουν µετατραπεί σε κορεσµένα µε την προσθήκη υδρογόνου, πχ.µαργαρίνη

Σπουδαίες αποταμιευτικές ουσίες (2πλάσιο ποσό ενέργειας από υδατάνθρακες)

Θερμομονωτικός ρόλος

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Σχηματισμός τριγλυκεριδίων Τα τρία λιπαρά οξέα συνδέονται µε τη γλυκερίνη µε εστερικούς

δεσµούς. Και τα τρία λιπαρά οξέα µπορεί να είναι τα ίδια ή να είναι δύο ή

τριών ειδών.

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Κορεσμένα & ακόρεστα λίπη

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Λιπαρά και διατροφή

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΦωσφολιπίδιαΑποτελούνται από:

1 μόριο γλυκερόλης2 μόρια λιπαρών οξέων1 μόριο φωσφορικού οξέος1 μικρότερο πολικό μόριο

Βασικό χαρακτηριστικό για συγκρότηση μεμβρανών (διπλοστοιβάδα)

Υδρόφοβη ουρά

Υδρόφιλη κεφαλή

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Διάταξη των φωσφολιπιδίων

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Συμπεριφορά φωσφολιπιδίων στο νερό

Οι υδρόφιλες κεφαλές στρέφονται προς το υδατικό εξωκυττάριο & ενδοκυττάριο περιβάλλον Οι υδρόφοβες ουρές “κρύβονται” στο εσωτερικό της διπλοστιβάδας Πολύ σημαντική ιδιότητα για τη συγκρότηση & λειτουργία των μεμβρανών του κυττάρου

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Δημιουργία διπλοστιβάδας στις κυτταρικές μεμβράνες

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Στεροειδή Διαφορετική δομή Χοληστερόλη

Συστατικό μεμβρανών ζωικών κυττάρωνΣυσσώρευση => αρτηριοσκλήρυνση

Αρσενικές και θηλυκές φυλετικές ορµόνες (ουσιαστικά παράγονται από τη χοληστερόλη)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Χημικές δομές στεροειδών

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Λειτουργίες οιστρογόνωνΔομή1) προωθούν την διαμόρφωση των γυναικείων δευτερευόντων φυλετικών χαρακτηριστικών (πχ. μαστός)2) Συντελούν στην ανάπτυξη του κόλπου, του τραχήλου και του σώματος της μήτρας και των σαλπίγγων3) διατηρούν αγγεία και δέρμα4) ελαττώνουν την επαναρρόφηση των οστών και αυξάνουν την δημιουργία νέου οστικού ιστούΛιπίδια1) αυξάνουν επίπεδα HDL χοληστερόλης, τριγλυκεριδίων, απόθεση λίπους.2) μειώνουν επίπεδα LDL χοληστερόλης, η οποία προκαλεί τις αθηρωματικές πλάκες στις αρτηρίες3) Αναστέλλουν την πρόσληψη σιδήρου από τα ερυθρά με συνέπεια την μείωση της αιμοσφαιρίνης στις γυναίκες4) Μπορούν να αναστείλουν την οστεοπόρωση.5) Μπορούν να αναστείλουν την ανάπτυξη όταν η εμμηνορρυσία εμφανίζεται νωρίςΟμοιοστασία1) συγκράτηση άλατος και νερούΓαστρεντερικός σωλήνας1) μειώνουν την κινητικότητα του εντέρου2) αυξάνουν χοληστερόλη στη χολήΣτους άνδρες τα οιστρογόνα ρυθμίζουν διάφορες λειτουργίες του αναπαραγωγικού συστήματος (ωρίμανση του σπέρματος, κανονική σεξουαλική επιθυμία)

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


Λειτουργίες τεστοστερόνηςΚυτταρική δράση

1) προάγουν την πρωτεϊνοσύνθεση και την ανάπτυξη των ιστών

2) Η τεστοστερόνη είναι αναβολική, που σημαίνει ότι αναπτύσσει τα οστά και τη

μυϊκή μάζα αλλα σε υπερβολικες δοσεις μπορει να γινει θανατιφορα

Ανδρογονικές ιδιότητες

1) ωρίμανση των γεννητικών οργάνων, ιδίως του πέους και το σχηματισμό των

όρχεων στο έμβρυο

2) στην εφηβεία βάθυνση της φωνής, την αύξηση των τριχών του προσώπου και

της μασχάλης (δευτερευόντων χαρακτηριστικών του αρσενικού φύλου)

3) ανάπτυξη του προστάτη και των σπερματοδόχων κύστεων

Στις γυναίκες υψηλή συγκέντρωση τεστοστερόνης συνδέεται με το σύνδρομο

πολυκυστικών ωοθηκών

ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ



ΠΕΧΤΕΛΙΔΟ


ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: Η ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ

Education

Transcript of ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1ο: Η ΧΗΜΕΙΑ ΤΗΣ ΖΩΗΣ