66
Cum determina proprietatile fizico-chimice ale atomilor structura si functia biomoleculelor?

Cum determina proprietatile fizico-chimice ale atomilor structura si functia biomoleculelor?

  • Upload
    michi

  • View
    131

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Cum determina proprietatile fizico-chimice ale atomilor structura si functia biomoleculelor?. Viata s-a dezvoltat in mediu apos. Apa este o molecula cu proprietati speciale care are influenta deosebita asupra biorganismelor ~ 70-80% din greutatea celulelor. - PowerPoint PPT Presentation

Citation preview

Page 1: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Cum determina proprietatile

fizico-chimice ale atomilor

structura si functia biomoleculelor?

Page 2: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

• Apa este o molecula cu proprietati speciale care are influenta deosebita asupra biorganismelor

• ~ 70-80% din greutatea celulelor

•~ 7% ioni anorganici si molecule mici (amino acizi = baza constitutiva a proteinelor), nucleotide (--acizi nucleici), lipide (--membrane), glucide (--celuloza)

•Restul: macromolecule si agregate macromoleculare

Viata s-a dezvoltat in mediu apos

specia moleculara cea mai abundenta

Page 3: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

- Hidrofil- Hidrofil

Molecule care se Molecule care se dizolva in apa dizolva in apa (glucide)(glucide)

Molecule care Molecule care prefera apaprefera apa

Molecule care Molecule care nu se dizolva nu se dizolva in apa (lipide, in apa (lipide, grasimi)grasimi)

Molecule care Molecule care evita apaevita apa

-Hidrofob

Page 4: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Molecule amfifile Molecule amfifile (amfipatice)(amfipatice)

Cam schizofre!

Contin regiuni hidrofobe si regiuni hidrofile

Exemplu: fosfolipidele (componente de baza ale membranelor)

Page 5: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

““Chimia” unor molecule Chimia” unor molecule foarte micifoarte mici

poate fi importanta pentru poate fi importanta pentru viataviata

Exemplu: Ionul de hidrogen, HExemplu: Ionul de hidrogen, H++ (1 (1 Da) este foarte important pentru Da) este foarte important pentru structura/functia unei molecule cu structura/functia unei molecule cu masa de 10masa de 101111 Da (ADN din Da (ADN din cromozomul 1)cromozomul 1)

Page 6: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Un Un numar mic de principiinumar mic de principii de de baza din chimie (fizica?) baza din chimie (fizica?) este suficient pentru este suficient pentru intelegerea proceselor de la intelegerea proceselor de la nivel molecular la nivel nivel molecular la nivel celularcelular

Page 7: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 8: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Super “glue” in lumea Super “glue” in lumea vie?vie?

Interactiuni (forte) de atractie dintre Interactiuni (forte) de atractie dintre atomi – molecule – ansambluri atomi – molecule – ansambluri supramolecularesupramoleculare

Forte puternice: legaturi covalente (simple, duble, triple); sunt implicate o pereche, doua, trei de electroni

Forte atractive slabe: interactiuni necovalente.

Determina structura/functia proteinelor, acizilor nucleici, lipidelor, glucidelor

Page 9: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Tipuri de interactiuni Tipuri de interactiuni slabeslabe

IoniceIonice Legatura de hidrogenLegatura de hidrogen Van de WaalsVan de Waals ““Efectul hidrofob”Efectul hidrofob”

Page 10: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

0.6 kcal/mol

Scara energiilor in biologie

Page 11: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Atractia dintre sarcini de Atractia dintre sarcini de semn opussemn opus

Page 12: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Legatura de Legatura de hidrogenhidrogen

Page 13: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

http://www.northland.cc.mn.us/biology/Biology1111/animations/hydrogenbonds.html

Page 14: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Energia legaturii de Energia legaturii de hidrogenhidrogen

In procese catalitice In procese catalitice poate ajunge si la 20 poate ajunge si la 20

kcal/molkcal/mol

Page 15: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Rotatie libera in jurul Rotatie libera in jurul legaturii simple de simplelegaturii simple de simple

Nu “exista” rotatie in jurul Nu “exista” rotatie in jurul legaturii dublelegaturii duble

Flexibiliatea, dinamica biomoleculelor

Page 16: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Repulsia stericaRepulsia sterica

Potential Lennard-Jones

Page 17: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Doua obiecte nu pot Doua obiecte nu pot ocupa in acelasi timp ocupa in acelasi timp aceeasi regiune din aceeasi regiune din spatiuspatiu

Page 18: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 19: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Principiul lui Pauli: doi Principiul lui Pauli: doi electroni nu pot avea electroni nu pot avea aceeasi stare cuanticaaceeasi stare cuantica

Crestere rapida a energiei la intrepatrunderea norurilor electronice

Exponentiala

Page 20: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

ε

ro

Page 21: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Se considera atomii ca doua sfere Se considera atomii ca doua sfere rigide de anumite dimensiuni, sfere rigide de anumite dimensiuni, sfere care nu se pot intrepatrunde care nu se pot intrepatrunde

• Cum se estimeaza Cum se estimeaza razele Van der Waals?razele Van der Waals?

Page 23: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html

La distanta mica miscarea sincronizata a electronilor se extinde la un numar foarte mare de molecule

Page 24: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

GazGaz TTff ((°C ) )

heliuheliu -269-269neonneon -246-246argoargonn

-186-186

criptcriptonon

-152-152

xenoxenonn

-108-108

radoradonn

-62-62+δ -δ +δ -δ

XeNe

Page 25: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Forma moleculelor este Forma moleculelor este importantaimportanta

CHCH33-CH-CH22-CH-CH22-CH-CH33

CHCH33-CH-CH-CH-CH33

|| CHCH33

-0,5o C -11,7o

C

Page 26: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Lipide saturateLipide saturateFormulaFormula Nume (acid)Nume (acid) TTmm((0 0

C)C)CHCH33(CH(CH22))1010COCO22H H lauriclauric 45 45 CHCH33(CH(CH22))1212COCO22HH miristicmiristic 5555CHCH33(CH(CH22))1414COCO22HH palmiticpalmitic 6363CHCH33(CH(CH22))1616COCO22HH stearicstearic 6969CHCH33(CH(CH22))1818COCO22HH arahidicarahidic 7676

Page 27: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

http://www.cem.msu.edu/~rhttp://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/lipids.hteusch/VirtualText/lipids.htm#lipid1bm#lipid1b

Page 28: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Lipide nesaturateLipide nesaturateFormulaFormula Nume Nume

(acid)(acid)TTmm

((0 0

C)C)CHCH33(CH(CH22))55CH=CH(CHCH=CH(CH22))77COCO22H H palmitolpalmitol

eiceic00

CHCH33(CH(CH22))77CH=CH(CHCH=CH(CH22))77COCO22H H oleicoleic 1313CHCH33(CH(CH22))44CH=CHCHCH=CHCH22CH=CH(CHCH=CH(CH22))77COCO22H H

linoleiclinoleic -5-5

CHCH33CHCH22CH=CHCHCH=CHCH22CH=CHCHCH=CHCH22CHCH=CH(CH2)=CH(CH2)77COCO22H H

linoleniclinolenic --1111

CHCH33(CH(CH22))44(CH=CHCH(CH=CHCH22))44(CH(CH22))22COCO22

H H arahidonarahidonicic

--4949

Page 29: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 30: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 31: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 32: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

www.

sciencecartoonsplus.

com

Page 33: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 34: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structuri biologice: Structuri biologice: aspecte generaleaspecte generale

Organizarea macroscopica sau Organizarea macroscopica sau microscopica vizibila a unui microscopica vizibila a unui organism organism

Pentru biolog:Pentru biolog:

Page 35: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Exemple

Page 36: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura scheletuluiwww.enchantedle

arning.com/.../skelcolor.GIF

Page 37: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura celulei

http://www.cellsalive.com/

Page 38: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura mitocondriei

http://micro.magnet.fsu.edu/cells/mitochondria/images/mitochondriafigure1.jpg

Page 39: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

In biofizicaIn biofizica

Termenul de structura are o Termenul de structura are o definitie mai largadefinitie mai larga

Page 40: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Se aplica si la:Se aplica si la: Structura atomilorStructura atomilor

http://molaire1.club.fr/e_atomequan1.gif

Page 41: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Marimi dependente de Marimi dependente de timptimp

Page 42: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Electrocardiograma normala

Page 43: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Sonograma “radarului” Sonograma “radarului” la liliecila lilieci

Page 44: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Retele metaboliceRetele metabolice

Page 45: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

EcosistemEcosistem

Page 46: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

MatematicaMatematica Sistem: agregat de elemente cu o Sistem: agregat de elemente cu o

anumita interelatie dintre eleanumita interelatie dintre ele

Structura sistemului: totalitatea Structura sistemului: totalitatea interelatiilorinterelatiilor

Page 47: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

In biofizicaIn biofizica

Relatiile dintre

elemente

DINAMICESisteme

INTERACTIUNI

Page 48: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Retele metaboliceRetele metabolice

Elementele sistemului:

Interactiunile:

metabolitii

reactiile metabolice

Page 49: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

EcosisteEcosistemm

Interactiune dintre

indivizii populatiei

Page 50: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Macromolecule biologiceMacromolecule biologiceca sistemeca sisteme

Exista patru nivele de organizareExista patru nivele de organizare

Page 51: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura primaraStructura primaraSecventa liniara a monomerilor Secventa liniara a monomerilor elementelor) dintr-un lant elementelor) dintr-un lant monomer liniar (sistem)monomer liniar (sistem)

Page 52: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?
Page 53: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura secundaraStructura secundarapozitionarea in spatiu a monomerilor pozitionarea in spatiu a monomerilor (elementelor) intr-o parte a moleculei (elementelor) intr-o parte a moleculei

(sistemului) unul relativ la celalalt (sistemului) unul relativ la celalalt

Page 54: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura tertiaraStructura tertiara

– pozitionarea in spatiu a regiunilor omogene de structuri secundare (elemente) dintr-o molecula (sistem)

Page 55: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structura cuaternaraStructura cuaternara

http://pqs.ebi.ac.uk/

– pozitionarea in spatiu a macromoleculelor (elemente) intr-un complex supramolecular (sistem).

Page 56: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structuri periodice Structuri periodice (cristale)(cristale)

Structuri neperiodice Structuri neperiodice (structuri biologice)(structuri biologice)

“cristale aperiodice”: structura inalt organizata de elemente care nu se repeta periodic

Page 57: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Procesele de formare a Procesele de formare a structurilor biologice (dezvolare structurilor biologice (dezvolare

a vietii, reproducere, …)a vietii, reproducere, …)

Entropia SCADE

Page 58: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

PARE sa fie in contradictie PARE sa fie in contradictie cu principiul al doilea al cu principiul al doilea al

termodinamiciitermodinamicii

Procese spontane din sisteme IZOLATE se produc cu o crestere a entropiei

In sisteme IZOLATE entropia atinge maximul

Page 59: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Nici un sistem biologic (chiar Nici un sistem biologic (chiar ecosistem!) incluzind si mediul ecosistem!) incluzind si mediul NU poate fi considerat izolatNU poate fi considerat izolat

Page 60: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Pamantul NU este un Pamantul NU este un sistem izolatsistem izolat

Primeste energie de la SoareEmite (iradiaza) energie

Page 61: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Flux permanent de Flux permanent de energie (substanta)energie (substanta)

Sistemele biologice sunt sisteme dinamice la neechilibru

Page 62: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Structuri la echilibru:Structuri la echilibru: Cristale de sare obtinute prin Cristale de sare obtinute prin

evaporarea apeievaporarea apei

Structuri la neechilibru (disipative)Structuri la neechilibru (disipative)

Page 63: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Autoasambalarea Autoasambalarea (autooraganizarea)(autooraganizarea)

Plierea spontana a proteinelorPlierea spontana a proteinelor Aranjarea in structuri Aranjarea in structuri

supramoleculare (complexe supramoleculare (complexe enzimatice)enzimatice)

Page 64: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

EntropieEntropie

Masura a dezordinii (lipsei Masura a dezordinii (lipsei de ordine)de ordine)

Masura a ordiniiMasura a ordinii

Un sistem cu maxim de dezordineUn sistem cu maxim de dezordine

maximul de maximul de entropieentropie

Page 65: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Entropia este un Entropia este un parametru extensivparametru extensiv

Entropiile S1 si S2 a doua subsisteme se pot suma

S=S1+S2

Page 66: Cum determina proprietatile  fizico-chimice ale atomilor  structura si functia biomoleculelor?

Rotatie libera in jurul Rotatie libera in jurul legaturii simple de simplelegaturii simple de simple

Nu “exista” rotatie in jurul legaturii Nu “exista” rotatie in jurul legaturii dubleduble

Flexibiliatea, dinamica biomoleculelor