Atomer, molekyler og tilstande 5 Side 1 af 9 Aminosyrer, proteiner og enzymer

Transkript

1 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 1 af 9 Sidste gang: Tistandsformer og overgange samt diverse kustofforbindeser og disses betydning for nanoteknoogien. I dag: Som opvarmning noget syre/base-teori, herefter noget om aminosyrer, proteiner og enzymer, og ti sidst idt om DNA. Syrer og baser En syre består af moekyer, der kan afgive en proton ( H + ) (protondonorer), og en base består af moekyer, som kan optage en proton (protonacceptorer). En syre-base-reaktion er en reaktion, hvor der udvekses en proton (protoyse): HNO3 + OH NO + H 3 2O. (sapetersyre) (hydroxidion) En syre indehoder såedes en øst bundet proton, hvorimod en base enten er en negativ ion eer et neutrat moekye med et såkadt one pair: Vand som både syre og base Vand kan optræde både som syre og som base: HO 2 + NH3 OH + NH 4. * (vand som syre) (ammoniak) HC + H O C + H O 2 3. (satsyre) (vand som base) koridion hydroniumion Syre-base-par I reaktion * biver syren HO ( ) ( NH NH H O OH + 4, 3, 2, ) 2 ti basen OH, og basen NH : 3 one pair NH3 biver ti syren NH + 4., kades derfor, og tisvarende også ( HC, C ), ( H ) 3O, H 2O for konjugerede eer korresponderende syre-base-par. En syres konjugerede base kades i øvrigt for syreresten. Syrer og basers styrke Stærke og svage syrer og baser Styrken af en syre (base) er et udtryk for dens viighed ti at afgive (optage) en proton ifm. en syre-base-reaktion.

2 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 2 af 9 En syre kades pr. definition en stærk syre, hvis ae dens moekyer eer ioner afgiver en proton ved reaktion med vand (fudt protoyseret). Tisvarende kades en base en stærk base, hvis ae dens moekyer eer ioner optager en proton ved reaktion med vand. En syre, som ikke er fudt protoyseret i vand, kades en svag syre og tisvarende for baser. HC er en stærk syre, svarende ti at ae HC -moekyer i en vandig opøsning af HC gennemgår reaktionen. NH 3, derimod, er en svag base, så * forøber kun for en de af NH 3 -moekyerne. Sagt på en anden måde forøber kun fra venstre mod højre, hvorimod * forøber begge veje. I en syre-base-reaktion meem en svag syre og en svag base vi der såedes indstie sig en igevægt: HO + NH OH + NH CH COOH + H O CH COO + H O (eddikesyre) (acetat). Hvordan igevægten indstier sig, svarende ti f.eks. hvor mange CH3COO -ioner der er i en opøsning i forhod ti antaet af CH3COOH -moekyer, afgøres af eddikesyres styrke som syre og vands styrke som base. I dette tifæde er igevægten forskudt meget angt mod venstre, idet bot 1% af CH3COOH -moekyerne er protoyseret. Eddikesyre og vand er såedes hhv. en meget svag syre og en meget svag base, hvorimod acetat og H 3O + hhv. er en forhodsvis stærk base og en forhodsvis stærk syre. Jo stærkere en syre er, jo svagere er dens konjugerede base, og omvendt. Vands autoprotoyse I vand vi der indstie sig fg. syre-base-igevægt (autoprotoyse): H O + H O OH + H O, som er forskudt meget angt mod venstre, svarende ti at HO 2 er en meget svag såve syre som base, hvorimod H O + og OH er en forhodsvis stærk hhv. syre og base. 3 Koncentration Ved angivese af en syre eer en bases koncentration angives den totae koncentration af det konjugerede syre-base-par.

3 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 3 af 9 mo I en 0,1 = 0,1M eddikesyreopøsning er såedes [ ] ph-værdi CH 3COOH + CH 3COO = 0,1M. + 7 I rent vand ved 25 C er HO 3 = OH = 10 mo, svarende ti at der er , H O + - og OH -ioner pr. iter vand. N A 3 Hvis vandet tisættes en syre (base), vi koncentrationen af H 3O + (OH ) øges, idet + vandets ionprodukt H O OH forbiver konstant for konstanthodt temperatur. 3 7 Den vandige opøsning kades sur for HO OH > < 7 mo + 7 mo 10, H3O 10 og neutra for. mo 3 > 10, OH < , basisk for For ikke at skue regne med små titaspotenser indførte man i sin tid den ogaritmiske ph-skaa for surhedsgraden: ph og H O, poh og OH. + 3 mo For ph < 7, ph > 7, ph = 7 er opøsningen dermed hhv. sur, basisk og neutra. Da 25 C + ph + poh = og H3O og OH = og H3O OH = 14, er det muigt at omregne fra ph ti poh-skaaen, og sidstnævnte er derfor sjædent brugt. Neutraisation Hvis en syre og en base bandes, vi de kunne neutraisere hinanden: HC + NaOH + + H 2O C + H NaC( aq) + 2H 3O + Na + OH 2O (kaustisk soda) satvand Hvis der tisættes ige store stofmængder syre og base, vi neutraisationen være fudstændig ( ph = 7 ). Bemærk, at vand indgår som både start- og sutprodukt, svarende ti at vandet har virket som kataysator for neutraisationsprocessen.

4 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 4 af 9 Aminosyrer En aminosyre er et moekye, som indehoder en amino- ( NH 2 ) og en carboxysyre-gruppe ( COOH ). Begge disse grupper er eksemper på det, man i kemien kader funktionee grupper. -svag base -svag syre En aminosyre har dermed fg. opbygning, hvor sidegruppen/sidekæden R afgør, hviken af de i at 20 forskeige aminosyrer, der er tae om. Aminosyrer kan være både poære (hydrofie) og ikke-poære (hydrofobe) og såve sure som basiske (en aminosyre kan såedes godt være basisk). Proteiner og enzymer To aminosyrer kan binde sig ti hinanden ved at danne en peptidbinding, som er en kovaent binding dannet ved fraspatning af vand, meem deres respektive amino- og carboxysyregrupper [F1]. Ved dannese af sådanne peptidbindinger kan aminosyrer poymerisere ti en ang kæde af aminosyrer kadet en peptidkæde. Et protein er et moekye, som består af en eer fere peptidkæder, og proteiner består såedes af meem 10 og aminosyrer. Proteiner Proteiner indgår i en ang række sammenhænge: Proteiner udgør byggestenene i eks. hud, hår, nege og muskefibre. De antistoffer, hvormed immunforsvaret bekæmper sygdomsfremkadende organismer, er proteiner. Transport af materiae ind og ud af ceerne. Hæmogobin, som transporterer itmoekyer fra ungerne ud i vævet, er et protein. De ysføsomme ceer i nethinden er proteiner. Insuin, som reguerer sukkerniveauet i bodet, er et protein.

5 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 5 af 9 I at findes fere tusind forskeige proteiner, som hver er speciaiseret ti en specie opgave. Enzymer Enzymer er en bestemt gruppe af forhodsvis små proteiner, der fungerer som kataysatorer i diverse kemiske processer. Eks. indehoder vaskepuver snavsopøsende enzymer, og fordøjesen finder sted, ved at kosten nedbrydes af enzymer i mave-tarmsystemet. Hastigheden, hvormed disse katayseprocesser forøber, stiger indti et vist niveau med temperaturen, hviket er grunden ti, at tøjvask foregår bedst med varmt vand. Proteinstruktur For at beskrive et bestemt proteins opbygning er det sevsagt nødvendigt at angive rækkeføgen af de aminosyrer, som indgår i proteinets peptidkæder. Denne opysning fastægger proteinets primærstruktur. Herudover er det nødvendigt at angive peptidkædernes fodning (sekundærstruktur), idet en peptidkæde enten vi være ruet op som en α -spira (α -heix) eer igge fodet frem og tibage i en pan zigzag-struktur kadet et β -ag ( β -sheet). α -spira H -atomet i den n te peptidgruppe danner en brintbinding med O -atomet i den n + 4 de peptidgruppe [F2, F3]. Brintbindingerne er orienteret i spiraens retning, og R-sidegrupperne peger ud af spiraen. Spiraen har 3,6 aminosyrer pr. vinding svarende ti en gevindstigning på 0,54nm. Antaet af aminosyrer i spiraen varierer meem 4 og 40. α -spiraer eksisterer både som højre- og venstresnoede. β -ag Brintbindingerne dannes meem H - og O -atomer i peptidgrupper, som sidder angt fra hinanden i peptidkæden [F4,F5]. Sidegrupperne peger skiftevis den ene og den anden vej, idet ængden af en zigzagenhed er 0,7nm. β -ag eksisterer både med antiparaee (vist på figuren) og paraee kæder. β -agsstrukturen er mere stiv og mindre feksibe end α -spiraen.

6 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 6 af 9 Yderigere skenes meem tertiær- (en peptidkæde kan bestå af et anta regioner, hvor sekundærstrukturen vekser meem α - og β -struktur) og kvarternærstruktur (sammensætningen af proteinets evt. fere peptidkæder). Denaturering Hvis et protein udsættes for høj varme, ekstreme ph-værdier eer opøsningsmider, vi brintbindingerne i dets sekundærstruktur bive ødeagt. En sådan proces, hvor proteinets struktur ødeægges, kades en denatureringsproces. Stegning af kød eer kogning af et æg er eksemper på denaturering. Livets kemi Ceer Ae evende organismer er opbygget af ceer, som udgør den mindste evende enhed. Den menneskeige organisme består såedes af ca. 75 miiarder ceer. Der findes tre typer af ceer: Vira: Enceet organisme, som ever og formerer sig i fremmede organismer. Procaryoter (ceer uden ceekerne): Eks. bakterier. Eucaryoter (ceer med ceekerne): Dyreceer (menneskeceer): Eks. fedt-, muske-, syns-, nerve- og bodceer [F6]. Panteceer (ceuosevæg, grønkorn). Kromosomer Hver eneste eucaryot cees kerne (nuceus) indehoder a den information, som er nødvendig for at skabe den organisme, som ceen er en de af! I et menneske er denne information (arvemateriaet) i ae ikke-kønsceer organiseret i 23 kromosompar (46 kromosomer) [F7]. Det 23. kromosompar afgør personens køn, idet XX koder for en kvinde, og XY koder for en mand. Kønsceer (sædceer og æg) indehoder kun 23 kromosomer, idet ægget indehoder et X-kromosom og sædceen indehoder enten et X- eer et Y-kromosom. Ved undfangesen smeter sædceen og ægget sammen og biver ti en cee med 23 kromosompar, som ved ceedeing biver ti et het individ med de ceer speciaiseret som fedt-, muske-, syns-, nerve-, bodceer, osv.!

7 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 7 af 9 DNA Hvert kromosom består af et Dna-moekye viket op om kugeformede proteiner [F8]. Dna-moekyet er såedes et makromoekye med en udstrakt ængde på ca. 2 meter, sevom kromosomerne ti sammenigning kun er ca. 0,004mm ange. Dna-moekyet består af en dobbetspira, hvis to vægge består af sukkermoekyer (deoxyribose) bundet sammen af fosforsyre ( HPO 3 4 ) [F9, F10]. Tværbroerne, der hoder de to vægge sammen, består af de fire kvæstofhodige baser Adenin, Thymin, Cytosin og Guanin sat sammen, så A danner brintbindinger med T, og C danner brintbindinger med G. Sammensætningen af deoxyribose, fosforsyre og en af disse baser kades et nuceotid, og DNA står såedes for DeoxyriboNuceinAcid. Gener Et gen er et stykke af Dna-strengen i et af kromosomerne og koder for fremstiingen af et bestemt protein. Det enkete gens egenskaber (hviket protein, det producerer) er bestemt af rækkeføgen af AT- og CG-baseparrene. Rækkeføgen af baseparrene afgør såedes, om det gen, der koder for øjenfarve, producerer proteiner svarende ti bå, grønne eer brune øjne. Tisvarende er der et gen, der koder for produktionen af insuin, som er et hormon og dermed et protein. Hvis dette gen er defekt, ider man såedes af genetisk betinget sukkersyge. Genet for insuinproduktion findes i ae kroppens ceer, men er kun aktivt i de ceer, som udgør bugspytkirten..! Det menneskeige genom I at indehoder en menneskecee omkring gener, som atså bærer ae arveige informationer om det pågædende menneske. I øjebikket arbejder videnskabsfok over hee verden med at kortægge og gennemskue det menneskeige genom, sådan at man biver i stand ti at identificere de forskeige geners pacering på Dna-strengene i de forskeige kromosomer samt gennemskue hvike egenskaber, de forskeige gener koder for.

8 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 8 af 9 Vigende og dominerende gener Da et menneske arver et het sæt arvemateriae fra begge forædre, er der to gener for eks. øjenfarve; et på hvert af kromosomerne i det pågædende kromosompar. Af disse to gener er kun det ene aktivt. Da genet for yse øjne er vigende, og genet for mørke øjne er dominerende, vi et barn med et gen for begge dee få mørke øjne. Dette barn vi i så fad være bærer af et inaktivt gen for yse øjne, som kan bestemme et barnebarns øjenfarve, idet to brunøjede forædre, der begge er bærere af et inaktivt gen for bå øjne, såedes med 25% sandsynighed vi få et barn med bå øjne, hvorimod to båøjede forædre ikke kan få et barn med brune øjne. Kønnet og ukønnet formering Når en sædcee smeter sammen med en ægcee, biver de genetiske kort bandet, og den deraf føgende genetiske variation er netop forcen ved den kønnede formering. Ved ukønnet formering (som eks. bakterier benytter sig af) vi afkommet være en kon med de samme gener som ophavet, medmindre arvemateriaet ændrer sig som føge af en mutation (genetisk fej). Surviva of the fittest Den genetiske variation, hvad enten den er resutatet af kønnet formering eer mutationer, danner baggrunden for princippet om den bedst egnedes overevese. Giraffens forfædre har såedes i kraft af den genetiske variation haft forskeige hasængder. De mest anghasede individer har været bedst egnede ti at tiegne sig føde fra bade, som andre arter ikke har kunnet nå, og har derfor karet sig bedre og sat fere unger i verden, hviket gennem miioner af år har ændret artens genpuje i retning af giraffen som den art, vi kender i dag. En bakteriestamme vi som føge af de het tifædige mutationer kunne skabe individer, der er modstandsdygtige (resistente) over for et givet antibiotika. Hvis bakteriestammen søges bekæmpet med det pågædende antibiotika, vi der være skabt et mijø, som gør de muterede, resistente bakterier bedst egnede ti overevese. Det vi såedes være de resistente bakterier, som giver deres gener videre ti næste generation, og en resistent bakteriestamme er skabt. I angt de feste tifæde vi en ændring af arvemateriaet som føge af en mutation dog føre ti et ikke overevesesdygtigt individ. Men en sjæden gang imeem opstår mutationer, som giver ivet et skub i en ny retning.

9 Atomer, moekyer og tistande 5 Side 9 af 9 Kursusevauering