Anvendt BioKemi: MM4. Anvendt BioKemi: Struktur. 1) MM4- Opsummering. Små molekyler: fedtsyre. Store molekyler: fedt, lipids, lipoproteiner

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 kemiske systemer 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: MM4 1) MM4- Opsummering Små molekyler: monosaccharider, fedtsyre Stor molekyler: Kulhydrater, fedt (lipids) Anvendelse: Energi metabolisme Små molekyler: fedtsyre Uforgrenet hydrocarbon kæder carbon atomer lange, med en carboxylic acid gruppe (COOH). Generel formel CH 3 (CH 2 ) n COOH Store molekyler: fedt, lipids, 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 Lipoproteiner trygliceride kerne 1

2 Små molekyler: monosaccharider Store molekyler: kulhydrater Generel formel C n H 2n O n For eksempel Molekyler knyttes i kæder for at danne carbohydrate, f.eks. to molekyler af glucose kan sammenkædes for at give maltose. Glycolisis Det første trin i at bruge glucose som en energikilde 1gram molekylær vægt glucose CHECK 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) Adenine nucleotide triphosphate (ATP): Korttidsopbevaring af energi 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 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. 2

3 Interrelation for fedt, carbohydrater og proteiner Anvendt BioKemi: MM5 Kemiske målingsteknikker Biokemisk sensorer: måling af ph, CO2, O2 Isotoper, brug af kemi til at måle biologiske processer Estimering af parametre til dynamiske kemiske processer Kemiske Biosensorer En kemisk biosensor som producerer et elektrisk signal proportionalt til koncentrationen af biokemiske analyter Kemiske Biosensorer: Hvad er målt hvor og hvornår Kritisk medicin, Point of Care analyse. Kronisk behandlingsmedicin, den kliniske kemiafdeling Invasiv, non-invasiv teknologi F.eks. Blod gasser v puls oximetry 3

4 Kemiske Biosensorer Vigtige kritiske behandlingsanalyter Kemiske biosensorer Kemisk elektrodeprincip ph målings-elektrode CO2 målings-elektrode Gibbs fri energi kalkulation: energi absorberet ved forøgelse af gasvolumen Gibbs fri energi Kalkulation: energi frigivet ved en exergonic reaktion Arbejde udført (energi krævet) af gassen ved ekspansion til et volumen ved konstant tryk Arbejde udført = - P * V Ved forskellige tryk integreres over små volumenændringer d.v.s. P 1 V 1 n Vi så tidligere den absorberede energi for en ekspanderende gas Q = -nrt ln (V B /V A ) På samme måde kan det påvises, at den energi, der frigøres som et substrat (A), der omdannes til produkt (B) er Q = -nrt ln (c B /c A ) A B + 15 kcal dw= -P(V)dV Den fri energi kan så beskrives som følger, fra en reference koncentration c ref W = - (V1to V2) P(V) dv From PV= nrt P 2 V 2 n G= Energi frigjort fra c A,B til c ref(a,b) energi frigjort fra c equib(a,b) til c ref (A,B) W = - (V1to V2) nrtp dv V W = -nrt ln (V 1 /V 2 ) Hvilket forenklet - når c ref tilstanden elimineres - giver (kontakt mig for udledning, hvis du er interesseret) G= RT ln (c B /c A ) RT ln (c equib(b) /c equib(a) ) 4

5 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) ph effekter på elektrisk potentiale ph elektroden For en oxydation reaktion Den generelle Nernst ligning kan skrives således så når A og AH 2 holdes konstante E = Eo log [H + ] Externt system ved ph Glaskolbe permeabel alene for H + Glas-elektrode Sølv/ sølv chloride (Ag, Ag/Cl) KCl opløsning -> K + + Cl - Reaktion 2AgCl + 2e - -> 2 Ag + 2 Cl - Reference elektrode Calomel, Masse af Hg 2 Cl 2 og Hg KCl opløsning -> K + + Cl - Reaktion 2Hg + 2Cl - -> 2 Hg 2 Cl e - 5

6 ph elektroden ph elektroden: Et eksempel En ph elektrode er kalibreret til at bruge en kendt opløsning ved ph = 7.4, giver E = 1 mv. Hvad er ph-en på en opløsning, som giver en voltmeteraflæsning på 1.5 mv? H + = 10 -ph = = 3.98 * 10 8 mmol/l E= Eo log [H + ] = Eo log [3.98*10-8 ] Eo = V Proces : Koncentrationer af alle substrater er relativ konstant. E er på grund af redox reaktioner konstant. Spredning (Diffusion) af H + gennem glaskolben (begge retninger), forårsager ændringer i elektron-flowet mellem elektroner.d.v.s. en ændring i potentialet ifølge forholdet E = Eo log [H + ] = log [H + ] [H + ] = *10-8 ph = ( Et ph meter viser normalt 3 decimaler) PCO 2 elektroden Elektrode konstruktion: tilsvarende til ph meter Extern buffer, bicarbonate carbon dioxide buffer. Semipermeabel buffer, permeabel til CO2, men ikke for charge partikler Proces: Prøve med ukendt PCO 2 placeres i samme kammer PCO 2 holdes i ligevægt (equilibrates) over membranen, og giver samme koncentration Bufferens ph ændrer sig ifølge Henderson-Hasselbalch ph = pk + log 10 [HCO 3- ] α PCO 2 6