Tema 1. Elements i molècules. (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 1º curso
Asignatura Estructura i funció de biomolècules
Año del apunte 2014
Páginas 6
Fecha de subida 20/12/2014
Descargas 56
Subido por

Descripción

Apuntes realizados con las anotaciones del docente, el soporte visto en clase y bibliografía.

Vista previa del texto

EFG (Bioquímica) Tania Mesa González 1º CURS BIOLOGIA UAB TEMA1:ELEMENTS, MOLÈCULES I ENTORN FÍSIC DELS ÉSSERS VIUS.
 La matèria viva  la vida  caracteritzada per: 1. Estructures amb un alt grau de complexitat  Estructures internes amb funcions definides.
2. Utilització d’energia per crear i mantenir les estructures i les seves funcions.
3. Tenir l’habilitat per captar i respondre a canvis i estímuls den l’entorn.
4. Tenir la capacitat de autoreplicació  que les poblacions evolucionin mitjançant modificacions atzaroses.
 Bioquímica  ciència que estudia la química de la matèria viva.
 Organismes vius  Son complexos, amb estructures internes amb funcions definides.
Estan formats per un gran numero de compostos y macromolècules amb un alt nivell d’interaccions específiques.
- Les macromolècules s’organitzen i estructuren en nivells diferents: BIOELEMENTS:  El éssers vius estan formats dels mateixos bioelements, que es troben presents en diferents quantitats i estructures  La matèria viva esta composta per diferents substàncies i elements inorgànics.
 Els elements principals per a la vida són: C / N / H / O. Però també hi ha d’altres 30 essencials: Taronja  gran quantitat Groc  petites quantitats - IMPORTÀNCIA: 1. QUANTITATIVA: Són aquelles que es presenten en els organismes vius en grans quantitats.
2. QUALITATIVA: Aquelles que es troben en poca quantitat però que han de ser per a que tot funcioni.
 C/H/O/N  Són els elements de la vida perquè tenen una alta reactivitat i són els àtoms més petits capaços de formar enllaços covalents amb estructures 3D (enllaços no covalents). Donen molta versatilitat.
BIOMOLÈCULES:  LES BIOMOLÈCULES  són les molècules constituents dels éssers vius . Els bioelements més abundants en els éssers vius són (C,H,O,N,P,S) representant al voltant del 99% de la massa de la majoria de les cèl·lules, amb ells es creen tot tipus de substàncies o biomolècules - Aquests sis elements són els principals components de les biomolècules pel fet que: 1. Permeten la formació d'enllaços covalents entre ells , compartint electrons , per la seva petita diferència de electronegativitat . Aquests enllaços són molt estables , la força d'enllaç és directament proporcional a les masses dels àtoms units.
2. Permeten als àtoms de carboni la possibilitat de formar estructures tridimensionals per formar compostos amb nombre variable de carbonis .
3. Permeten la formació d'enllaços múltiples ( dobles i triples ) entre C i C; C i O , C i N. Així com estructures lineals , ramificades , cícliques , heterocícliques , etc .
4. Donen la possibilitat que amb pocs elements es donin una enorme varietat de grups funcionals Amb propietats químiques i físiques diferents.
 Grups funcionals biomolècules: són estructures submoleculars, caracteritzades per una conectivitat i composició específica elemental, que confereix reactivitat a la molècula que els conté conjuntament amb la seva estructura 3D. Es componen per a classificar les biomolècules depenent del seu grup radical. Tot i així les molècules poden tenir diferents grups funcionals.
 Nivells d’organització estructural de les biomolècules: - Les proteïnes són qui marquen el nivell de divergència entre les espècies. A més són les biomolècules que ens permeten conèixer part de l’evolució tant dins de l’espècie com entre espècies.
- Per sota de les proteïnes es representen les biomolècules compartides per tots els blocs estructurals també coneguts com biomolècules primordials. Aquests tenen la mateixa composició però diferents estructures.
 REPRESENTACIÓ D’ESTRUCTURES MOLECULARS: Hi ha molècules que tenen la mateixa formula empírica però no es poden considerar la mateixa molècula perquè tenen diferent configuració respecte l’àtom de carboni central. Aquest aspecte en els aspectes biològics és fonamental.
2 - STEREOQUÍMICA: Aquella secció de la química que estudia l’estructura en l’espai de les biomolècules.
- Els isòmers poden ser de dos tipus: 1. Cis  2 substituents més grans en el mateix hemisferi.
2. Trans  2 substituents més grans en hemisferis diferents.
- Carboni quiral  té els 4 radicals diferents. Sempre donen lloc a dues configuracions, però normalment només en trobem una que forma part de les biomolècules, ja que no tots els isòmers són aptes per a la vida.
- Configuració / convenció  es dona a causa de la presencia d’enllaços dobles i la de carbonis asimètrics (Quirals). És el que dona que hi hagin molècules L-/ D-  ENANTIÒMERS. També es poden anomenar amb el sistema S- / R-.
 RSentit rellotge 2  SSentit anti-rellotge 2 3 3 1  1 CONCLUSIONS: 1. Configuració  Dona 2 molècules diferents 2. Conformació  Com que l’enllaç covalent simple pot girar lliurement tenim la mateixa molècula però amb l’orietació d’un dels enllaços diferent.
3. Només els L-amino-àcids es troben a les proteïnes.
4. Només els D-glucids estan presents en els polisacàrids.
L’AIGUA: Medi de la vida.
- La vida va evolucionar a l’aigua, ja que en aquest medi es protegien dels raig UV.
- La major part dels organismes (biomolècules) contenen entre un 70-90% d’aigua, per tant en són rics.
- Les reaccions químiques es donen mitjançant aquest medi.
- L’aigua és la que determina la estructura (conjuntament amb la presencia o no d’enllaços covalents) i la funció de les proteïnes, àcids nuclèics i les membranes.
3  ESTRUCTURA MOLECULAR DE L’AIGUA: - La regla de l'octet dicta que hi ha quatre parells d'electrons al voltant d'un àtom d'oxigen en l'aigua, aquests electrons estan en quatre orbitals sp3.
- Dos d'aquests parells d'enllaçar covalentment són d’hidrogen units a un àtom d'oxigen central.
 - Els dos parells restants romanen no enllaçant (parells solitaris).
- La geometria d'aigua és un tetraedre distorsionat - L'electronegativitat de l'àtom d'oxigen indueix un moment dipolar net.
- Pel moment dipolar, l'aigua pot servir com a donador i acceptor degut a l'enllaç d'hidrogen.
INTERACCIONS NO COVALENTS EN UN MEDI AQÜÓS: La "fórmula de la seqüència" d’un lisoenzim, per exemple, no ens pot dir res sobre l’estructura tridimensional. Però aquestes es pleguen de forma diferent i única entre elles a causa de les múltiples interaccions febles, no covalents en un medi aquós.
 Interaccions Iòniques (Coulomb)  Interaccions electrostàtiques entre espècies de càrregues permanent , o entre el ió i un dipol permanent.
 Són unions fortes.
 Es donen en el interior de les molècules, però no fora ja que sinó l’aigua els desfà a causa de que la seva elevada constant dielèctrica redueix l'atracció entre ions de càrrega oposada. Per tant la presencia o absència d’aigua és la que marca si es poden donar o no.
 Interaccions dipol  Interaccions electrostàtiques entre molècules sense càrrega, però polars.
 Forta interacció que sorgeix entre un àcid (donador de protons) i una base (acceptor de protons).
 En general implica dos àtoms electronegatius: donant i receptor (Freqüència de nitrogen i oxigen)  PONTS D’H: Interacció del tipus dipol-dipol o càrrega-dipol. Més forta si està orientat per maximitzar interacció electrostàtica i els tres àtoms involucrats estan alineats. Es trenquen en presencia de l’aigua.
 Interaccions de Van der Waals  Interaccions febles entre els àtoms, amb independència de polaritat.
 Interaccions febles = tenen una energia d’enllaç amb un ordre molt reduït.
 Es produeixen entre dos àtoms que estan a prop els uns dels altres a causa a l'atracció entre els dipols induïts transitòriament.
4  Al apropar-se dos àtoms es sumen l’atracció (dispersió) i la repulsició (estèric). Però hi ha un moment en que arriben a una interacció favorable.
 La distància mínima d'energia  van distància de contacte der Waals  Efecte hidrofòbic  Fenomen complexos associats amb l'ordre de les molècules d'aigua al voltant de les substàncies no polars.
 L’aigua en contacte amb soluts hidròfobs com que no tenen una bona interacció pren alts grau d’organització per a fer-se més estable i firmes al voltant de les molècules hidròfobes. Però l’aigua vol tornar al seu estat de llibertat de moviment.
 L’aigua altament ordenada té una baixa entropia, que és termodinàmicament desfavorable, per tant, els soluts hidrofòbics tenen baixa solubilitat en ella.
 La solubilitat  Una molècula és soluble o no depenent de la seva càrrega, la polaritat i el seu caràcter amfipàtic.
 IONITZACIÓ DE L’AIGUA: L’aigua és lleugerament ionitzable.
1,8·10-16 M  a 25ºC i 55,5 M [H+] = [OH-] = 10-7M  Ionic product of water: Kw = Keq · [H2O] = [H+] [OH-] = 1·10-14 M2  En aigua pura: -log [H+] -log [OH-] = 14 pH + pOH = 14 -log = p [H+] =10-7 M i pH = 7  L’aigua actua com a reactiu en la bioquímica: 5 TAMPONS.
 Els tampons o solucions amortiguadores: són substàncies formades per parells àcid-base conjugats que ni per adició ni dissolució pateixen canvis en el pH.
- Estan formades per un àcid dèbil i una de les seves sals. Són un cas de l'efecte de l'ió comú.
- Actuen a causa de que l’àcid feble és capaç de dissociar-se fins a cert punt.
- Equació de Henderson-Hasselbalch: - Quan pH = pKa, [A-] = [HA]  Podem dir que el tampó té el màxim poder.
- Un tampó no pot fer de tampó en una altre dissolució degut a la constant iònica de l’aigua. És per aquesta mateixa constant, que la línea del pH presenta corbes en la gràfica, ja que [OH-] i [H+] varia.
 Tampons biològics: 1. Manteniment del pH intracel·lular; és vital per a totes les cèl·lules.
 Reaccions catalitzades per enzims, que tenen un pH òptim.
 La solubilitat de molècules polars depèn de donants Enllaços d’H i acceptadors.
 L'equilibri entre el gas CO2 i HCO3- dissolt depèn del pH.
2. Sistemes tampó en “viu” es basen principalment en:  Fosfat, la concentració en el rang milimolar.
 Bicarbonat, important per al plasma sanguini  CO2  Histidina (en proteïnes), tampó eficaços a pH neutre.
 Els sistemes tampó in vitro es basen sovint en els àcids sulfònics d'amines cícliques: a) HEPES b) PIPES c) TRIS 6 ...