Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1 Veres Pálné Gimnázium – BME - 2011 "Jól tervezett" biomolekulák A földi élővilág szerves kémiai alapjai Dr. Nagy József.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Veres Pálné Gimnázium – BME - 2011 "Jól tervezett" biomolekulák A földi élővilág szerves kémiai alapjai Dr. Nagy József."— Előadás másolata:

1 1 Veres Pálné Gimnázium – BME "Jól tervezett" biomolekulák A földi élővilág szerves kémiai alapjai Dr. Nagy József

2 2 Veres Pálné Gimnázium – BME Témakörök: Az élő sejt, mint kémia reaktorAz élő sejt, mint kémia reaktor A legfontosabb biomolekula típusokA legfontosabb biomolekula típusok Miért szénvázas vegyületek a biomolekulákMiért szénvázas vegyületek a biomolekulák Honnét származnak a szerves molekulákHonnét származnak a szerves molekulák Hogyan jöhetett létre az életHogyan jöhetett létre az élet

3 3 Az élő sejt, mint kémiai reaktor – 1. Mi jellemző az élő sejtre, mint kémiai reaktorra:  Stabil, de nem statikus állandó állapot  Állandó változás – folytonos kémiai reakciók, de közel változatlan kémiai összetétel  Termodinamikai (energetikai) dinamikus egyensúly

4 4 Állandóság, de változékonyság = homeosztázis Önfenntartó kémiai körfolyamat rendszer  Kémiai körfolyamatok (pl. Citrát-ciklus)  Anyagcsere Az élő sejt, mint kémiai reaktor – 2.

5 5 Szükséges feltételek  Határfelület = szelektív anyagtranszport  Biokatalizátorok = megfelelő reakciósebességek Az élő sejt, mint kémiai reaktor – 3.

6 6 Energetika: Tápanyag (S) – végtermék (T) energiakülönbség Változó tápanyagellátás: Tápanyagraktár (R) Az élő sejt, mint kémiai reaktor – 4. G

7 7 Változó környezeti feltételek  Reprodukció – szaporodás - elmúlás  Alkalmazkodás – változóképesség - evolúció Az élő sejt, mint kémiai reaktor – 5.

8 8 Lipidek  Trigliceridek = energiatárolás  Foszfolipidek = hártyaképzők A legfontosabb biomolekula típusok – 1. triglicerid foszfolipid glicerinzsírsavfoszforsavszerin

9 9 Energiaforrás - ipar  Szénhidrogének: földgáz (CH 4 ), kőolaj (C n H 2n+2 ) Gyökös reakciók, magas hőmérséklet, nyomás, gáz halmazállapot: C n H 2n+2 + (3n+1)/2 O 2 = n CO 2 + n+1 H 2 O A legfontosabb biomolekula típusok – 2.

10 10 Energiaforrás - biokémia  Zsírsav: C n-1 H 2n-x COOH (n = 12, 14, 16, 18, x = 1, 3, 5, 7) Ionos reakciók, környezeti hőmérséklet, vizes oldatban  Mitokondrium: biokémiai erőmű  Részfolyamatok: A legfontosabb biomolekula típusok – 3.  -oxidáció (szénlánc darabolás): C 15 H 31 COS-KoA + 7 H 2 O + 7 HS-KoA + 7 FAD + 7 NAD +  8 CH 3 COS-KoA + 7 FADH NADH + 7 H + Citrát-ciklus (szén-dioxid képződés): 8 CH 3 COS-KoA + 16 H 2 O + 8 HPO GDP + 8 FAD + 24 NAD +  16 CO GTP + 8 FADH NADH + 24 H + Terminális oxidáció („hidrogén-égetés” – fő energiatermelés): 15 FADH NADH + 31 H O H 2 PO ADP  15 FAD + 31 NAD H 2 O ATP H 2 O

11 11 Mitokondrium: biokémiai erőmű A legfontosabb biomolekula típusok – 4. C 15 H 31 COS-KoA + 23 O H 2 PO GDP ADP  16 CO H 2 O + HS-KoA + 8 GTP ATP H 2 O Emberi ATP termelés: kg/nap ehhez kb. 15 dkg palmitinsav „elégetésére” van szükség

12 12 Foszfolipid hártyák - kialakulás  Önszerveződés: van der Waals erők A legfontosabb biomolekula típusok – 5. Kérdés: mi stabilizálja a hártyákat?  van der Waals erők – túl gyengék  Kovalens kötés – túl merev  Ionos kötés – erős, de a mozgékonyság megmarad hidrofób hidrofil

13 13 Foszfolipid hártyák - felépülés  Miből épül fel a foszfolipid molekula? Diacil-glicerin (hidrofób láncok) Háromértékű sav (foszforsav – negatív töltés) Aminoetanol (forrás a szerin – pozitív töltés) A legfontosabb biomolekula típusok – 6. észter-kötés dekarboxileződés metilezés

14 14 Foszfolipid hártyák - szerkezet  Komplex szerkezet: fehérjék, mint transzportcsatornák A legfontosabb biomolekula típusok – 7.

15 15 Trigliceridek szintézise (energiaraktár felépítés)  Építőkövek: acetil-KoA, helyszín: citoplazma  8 CH 3 COS-KoA + 14 NADPH + 14 H ATP + H 2 O = C 15 H 31 COOH + 8 KoASH + 14 NADP ADP + 7 H 2 PO 4 -  Kondenzáció (ATP felhasználással) A legfontosabb biomolekula típusok – 8. glicerin zsírsav acetil-koenzim-A triglicerid

16 16 Honnét lesz az acetil-KoA?  Glikolízis (cukorlebontás) Tejsavképződés (anareob): Alkoholos erjedés (anareob): Acetil-KoA képződés (areob): A legfontosabb biomolekula típusok – 9. D-glükóz  piroszőlősav tejsav (izomláz) acetil-koenzim-A piroszőlősav etanol (sör, bor)

17 17 Honnét lesz a D-glükóz?  Fotoszintézis (napenergia  kémiai energia) A legfontosabb biomolekula típusok – H 2 O  O H + + 2e - 2 NADP H + + 2e -  2 NADPH 3 ADP + 3 H 2 PO 4 -  3 ATP + 3 H 2 O energia

18 18 Kloroplasztisz  Fotoszintézis (napenergia  kémiai energia) Fényszakasz: 12 NADP ADP + 18 HPO H +  12 NADPH + 18 ATP + 6 H 2 O + 6 O 2 Calvin-ciklus: CO 2 beépítés a fényszakaszban előállított kémiai energiahordozók segítségével 6 CO H 2 O + 12 NADPH + 18 ATP  C 6 H 12 O NADP ADP + 18 HPO H + Bruttó folyamat: 6 CO H 2 O  C 6 H 12 O O 2 A legfontosabb biomolekula típusok – 11.

19 19 Szénhidrátok:  Glükóz-raktár: keményítő ill. glikogén (amilopektin) Polikondenzáció Hidrolízis A legfontosabb biomolekula típusok – 12.  -D-glükopiranózamilózamilopektinglikogén

20 20 Szénhidrátok:  Vázanyag: cellulóz (termodinamikai stabilitás) A legfontosabb biomolekula típusok – 13.  -D-glükopiranóz  -D-glükopiranózcellobióz cellulóz

21 21 Bioszféra energetikai körforgalma  Összetett ökoszisztéma körfolyamat-rendszere Fotoszintézis:  Fényszakasz: O 2 termelés  Calvin-ciklus: CO 2 beépítés Szénhidrátraktár: amilopektin Szénhidrátlebontás: glikolízis Lipidraktár: triglicerid Lipidlebontás Citrát-ciklus: CO 2 fejlesztés Terminális oxidáció: O 2 fogyasztás A legfontosabb biomolekula típusok – 14. NADP + NADPH NADP + NADPH ADPATP ADP NAD + NADH NAD + NADH H2OH2O H2OH2O O2O2 O2O2 CO 2 CH 3 COS-KoA C 6 H 12 O 6 amilopektin triglicerid további életfolyamatok energiaszükségletére légkör tápanyagcsere napfény

22 22 Aminosavak – peptidek - fehérjék  20 féle oldalláncú ikerionos aminosav Apoláros Poláros Savas Bázikus Amfoter  Aminosavak  peptidek  Polikondenzáció Peptidkötés termodinamikailag stabil A legfontosabb biomolekula típusok – 15. fenilalanin szerin glutaminsav arginin hisztidin

23 23 A legfontosabb biomolekula típusok – 16. Peptidkötés  Planáris  C α mellett a síkok elforognak  Rögzített háromdimenziós alak: Globuláris (vízoldható)  Enzim  Transzport  Immun  Receptor Fibrilláris (oldhatatlan)  Változatos oldalláncok miatt önszerveződéssel létrejövő biológiai funkciónak megfelelő alak

24 24 A legfontosabb biomolekula típusok – alegység 2. alegység3. alegység Magnézium-kation: rózsaszín, Szubsztrát: narancssárga Argininek: piros és kék dUTP-áz enzim szerkezete: Szubsztrát: színes

25 25 Dezoxiuridin-imidotrifoszfát Hidrolízis mechanizmusa A legfontosabb biomolekula típusok – 18.

26 26 Nukleinsavak (információtár)  Mit kódoljunk? Működtető molekulák szerkezete  Peptidek szerkezete (aminosav-sorrend)  Hogyan kódoljunk? 4 bázisú – 3 elemes kódrendszer (4 3 = 64 kód)  hordozó: ribóz-foszfát-polimer  bázisok: nitrogéntartalmú gyűrűs vegyületek  20 aminosav, start, stop A legfontosabb biomolekula típusok – 19. RNS

27 27 A legfontosabb biomolekula típusok – 20. Nukleinsavak (információtár)  Kódbiztonság? Egy szálú RNS  Két szálú DNS  Optimalizálás Két-két bázis egymás komplementere  adenin – timin  guanin – citozin  Kódolás Hidrogénhíd-képző képesség Gyűrűméret

28 28 A legfontosabb biomolekula típusok – 21. Nukleinsavak (információtár)  Önszerveződés (reprodukció)

29 29 A legfontosabb biomolekula típusok – 22. Nukleinsavak (információtár)  Replikáció Két szálú DNS  Két db. két szálú DNS  Fehérjeszintézis Két szálú DNS (ROM, sejtmag)  egy szálú RNS (program) Riboszóma (hardver, citoplazma)  fehérjeszintézis

30 30 Miért szénvázas vegyületek a biomolekulák ? CNOF SiPSCl Periódusos rendszer:  Elektronegativitás (0,9 – 4,1; középérték: 2,5)  Kovalens kötés erőssége  F-F: 37 C-F: 116  O-O: 35 C-O: 86  N-N: 39C-N: 73  S-S: 54C-S: 65  Cl-Cl: 58C-Cl: 81  C-C: 83 C-H: 99  C=C: 146C=O: 179 gyémánt

31 31 Honnét származnak a szerves molekulák? – 1. Prebiotikus „evolúció”:  Urey – Miller kísérlet CO 2 + CH 4  H 2 C=O + H 2 O CO + NH 3  HCN + H 2 O H 2 C=O + HCN + NH 3 + H 2 O  H 2 NCH 2 COOH (aminosav) H 2 C=O + H 2 C=O  HOCH 2 CH=O (glikolaldehid) HOCH 2 CH=O + H 2 C=O  HOCH 2 CH(OH)CH=O (glicerinaldehid) glikolaldehid + glicerinaldehid  pentózok 2 glicerinaldehid  hexózok 2 NH 3 + CO 2 = H 2 NCONH 2 + H 2 O H 2 NCONH 2 + HOCH 2 CH(OH)COOH  uracil Valamint egyszerű zsírsavak, stb.

32 32 Honnét származnak a szerves molekulák? - 2. Prebiotikus „evolúció”:  Spiegelman kísérlet Élősejt nélküli replikáció – gyors mutáció 74. lombikban egy erre a körülményre specializálódott, gyorsan replikálódó RNS „Spiegelman szörnye” Q  vírus RNS Q  vírus replikációs enzim tápoldat minta tápoldat 74. lombik minta

33 33 Hogyan jöhetett létre az élet? - 1. Ősmaradványok: Sztromatolit = cianobaktérium 3,5 milliárd éves Eukarióta 1,5 milliárd éves Állat 0,5 milliárd éves

34 34 Hogyan jöhetett létre az élet? - 2.

35 35 Hogyan jöhetett létre az élet? - 3. Yellowstone-park: archeák élőhelye Hol jött létre az élet?  Archeák: termofilek halofilek anareob metanogének

36 36 Hogyan jöhetett létre az élet? - 4. Az első kémiai ciklusok, élőlények? Mélytengeri kürtők Vas-szulfid hártyák Agyagásványok, (pl. zeolitok)  adszorpciós felület  katalizátorok Energiaforrás (geotermikus) Litotróf anyagcsere Redox-rendszer (vas – kén) zeolit Nem bizonyított lehetséges változat

37 37 Hogyan jöhetett létre az élet? - 5. További lépések? – 1. Agyagásvány-felületen  Peptidszintézis  RNS-szintézis Organokatalizátorok  Peptidek (enzimek)  RNS (ribozimek) Vas-szulfid hártyákon  Lipidadszorpció  Másodlagos lipid-membrán Metanogén energiaforrás Kemotróf anyagcsere Redox-rendszer (vas – kén) Nem bizonyított lehetséges változat

38 38 Hogyan jöhetett létre az élet? - 6. További lépések, első valódi sejtek? Elválás a vas-szulfid hártyáktól  Önálló lipid-membrán Auto-katalízis  Peptidek (enzimek) segítik az RNS replikációt  RNS (ribozimek) segítik a peptidszintézis  RNS kódrendszer kialakulás Energiatermelés fejlődése  Elszakadás a geotermikus kötődéstől  Felszínre kerülve fotoszintézis kifejlődése Autotróf anyagcsere Redox-rendszer (vas – kén) majd (vas – oxigén) Nem bizonyított lehetséges változat

39 39 Veres Pálné Gimnázium – BME Köszönöm a figyelmet Dr. Nagy József


Letölteni ppt "1 Veres Pálné Gimnázium – BME - 2011 "Jól tervezett" biomolekulák A földi élővilág szerves kémiai alapjai Dr. Nagy József."

Hasonló előadás


Google Hirdetések