Anvendt BioKemi: Struktur. Anvendt BioKemi: MM3. 1) MM3- Opsummering. Forholdet mellem Gibbs fri energi og equilibrium (ligevægt) konstant K

Transkript

1 Anvendt BioKemi: Struktur 1) MM1 Intro: Terminologi, Enheder Math/ biokemi : Kemiske ligninger, syre, baser, buffer Små / Store molekyler: Aminosyre, proteiner 2) MM2 Anvendelse: Blod som et kemisk system 3) MM3 Math/ biokemi: Enzymer, energibevarelse 4) MM4 Små molekyler: Monosaccharider, fedtsyre Stor molekyler: Kulhydrater, fedt (lipids) Anvendelse: Energi metabolisme 5) MM5 Kemiske målingsteknikker Isotoper, brug af kemi til at måle biologiske processer Anvendt BioKemi: MM3 1) MM3- Opsummering Math/ biokemi: Enzymer, energibevarelse Exergonic, Endergonic reaktioner Forbundne reaktioner Forholdet mellem Gibbs fri energi og equilibrium (ligevægt) konstant K G= RT ln (c B /c A ) RTln(c equib(b) /c equib(a) ) G o er den fri energiændring ved kinetisk equilibrium G o = RT ln (c equib(b) /c equib(a) ) Hvis K eq = (c equib(b) /c equib(a) ) Så, G o = RT ln K eq K eq = e - Go /RT 1

2 Enzymer aktiveringsenergi Enzymer enzym kinetik Termodynamisk ustabilitet betyder ikke nødvendigvis kinetisk ustabilitet: Aktiveringsenergi (E a ) v = Vmax[S] Km + [S] Hvor Km = [S][E] = k -1 +k p [ES] k 1 Når alle enzymer i [ES], Km =0 Når Km =[S], v=0.5 Vmax Når S er meget mindre end Km, returner til den lineære model Anvendt BioKemi: Struktur 4) MM4 Små molekyler: monosaccharider, fedtsyre Stor molekyler: Kulhydrater, fedt (lipids) Anvendelse: Energi metabolisme Små molekyler: fedtsyre Uforgrenet hydrocarbon kæder carbon atomer lange, med en acidic carboxylic acid gruppe (COOH). Generel formel CH 3 (CH 2 ) n COOH Mættet /Umættet grad af carbon binding med hydrogen 2

3 Små molekyler: fedtsyre Monounsaturated, trans Monounsaturated cis Store molekyler: fedt, lipid, lipoproteiner Generelt kan et fedt eller olie (d.v.s. Lipid) ses som en kombination af 1, 2 or 3 fedtsyremolekyler på en glycerin rygrad CH2OOC R CH2OOC R 3 fedtsyrekæder = triglyceride CH2OOC R Lipoproteins trygliceride kerne Lipoproteiner i forbindelse Lipoprotein metabolism/stofskifte Små molekyler: monosaccharider Generel formel C n H 2n O n For eksempel Isomer 3

4 Små molekyler: monosaccharider Molekyler af højere sukker (n>3) dannes ved at tilsætte CHOH. Store molekyler: kulhydrater Ring-struktur formation Molekyler knyttes i kæder for at danne carbohydrate, f.eks. to molekyler af glucose kan sammenkædes for at give maltose. Glucose metabolism/stofskifte: Den fysiologiske sammenhæng Glycolysis og glucose oxydation (CHECK) Hvad er oxydation/ reduktion Matematisk præsentation Oxydation af glucose Transfer molekylers rolle (ATP) 4

5 Oxydation reaktioner Oxydation reaktioner genererer typisk fri energi, f.eks. 1gram molekylær vægt glucose oxyderet giver 2820 kj energi generelt fri energi. Oxydation: Tab af elektroner Reduktion: Forøgelse af elektroner Forskellige former for oxydation reaktioner Simpelt elektrontab Binding til oxygen Fjernelse af hydrogen Generelt bruger cellerne hydrogen-tilsætning og -fjernelse som en redox mekanisme. Dette kræver tilstedeværelsen af molekyler det kan binder hydrogen, som f.x. nicotinamide adenine (NAD) Matematisk beskrivelse af Redox reaktioner Potentiale for elektron flow - ε By relating the work done when a charge (Q) flows across a potential difference a relationship can be derived between the change in free energy and the change in electrical potential for redox reactions. G= -Q ε G= -n F ε (F er Faradays konstant, total charge i 1 mol elektroner) Matematisk beskrivelse af Redox reaktioner På samme måde som Gibbs fri energi kan et udtryk blive afledt et udtryk der beskriver forandringen i potentialet, når reaktionsdeltagerne ikke er i deres standard (normale) tilstand. For at opnå forandring i den fri energi G= RT ln (c B /c A ) RTln(c equib(b) /c equib(a) ) For at opnå forandring i det elektriske potentiale ε = - RT/(nF) ln (c B /c A ) + RT /(nf) ln(c equib(b) /c equib(a) ) eller ε = - RT/(nF) ln (c B /c A ) + ε o (Nernst ligningen ( for en single substrat produkt reaktion) Glycolisis Det første trin i at bruge glucose som en energikilde 1gram molekylær vægt glucose oxyderet giver 2820 kj energi. Dette kan ikke frigives på en gang. Glucose oxyderes i to trin: Glycolysis, og (aerobic) glucose oxydation Glycolysis! ADP til ATP NAD til NADH Nedbrydning af glucose til to puruvic syre molekyler (3 carbon atomer) 5

6 Adenine nucleotide triphosphate (ATP) Den frigjorte energi fra en oxydation reaktion kan ikke bruges straks og skal derfor lagres. ATP er korttidslagringen i energi metabolism/stofskifte ATP ADP + P deltag = -31 kj Glucose oxydation, citronsyre cyklus (Krebs Cycle) Princip: Enkeltvis nedbrydning af carbon kæden for at frigive energi. Hver gang, der frigøres 31 kj, kan et molekyle ATP blive syntetiseret ATP bruges som en energikilde i muskelsammentrækning og i synteser af andre substanser. Interrelation for fedt, carbohydrater og proteiner 6