Generell biokjemi, MBV1030 Lehninger Principles of Biochemistry David L. Nelson & Michael M Cox 4. Utgave ISBN 0-7167-4339-6

Undervisning Forelesninger: Winnie Eskild Kollokvier: start 26.august Tirsdag 12.15-14.00 Onsdag 14.15-16.00 Kollokvier: start 26.august Torsdag 12.15-14.00 gr. I og II Torsdag 14.15-16.00 gr. III og IV Midttermineksamen: uke 42 (3t) Slutteksamen: Mandag 6. Desember (3 t)

Undervisning Forelesninger: timeplan på MBV1030s hjemmeside I tillegg finnes: Forelesningsnotater, beskrivelse av læringsmål, pensumbeskrivelse, lenker til andre interessante hjemmesider, oppgaver, selvsjekk Lærebokens egen hjemmeside: http://www.whfreeman.com/lehninger Her finnes mye lærestoff.

Biokjemi Matematikk Genetikk Fysikk Biokjemi Cellebiologi Kjemi Informatikk

Biokjemi er det levendes kjemi Beskrive og forstå de kjemiske prosessene i levende celler og organismer Levende organismer består av et utall av forskjellige molekyler Hver for seg er disse molekylene livløse og underlagt de fysiske og kjemiske lovene som gjelder på vår klode Grunnleggende formål: Forstå hvordan en samling av hver for seg livløse molekyler som utgjør en levende organisme fungerer samlet med det resultat at organismen overlever og formerer seg, dvs bringer genene videre. Biokjemien søker Å beskrive på det molekylære plan de strukturer, mekanismer og kjemiske prosesser som er felles for alle organismer Å klarlegge de prinsipper som styrer alt liv

Hva er det som gjør celler og organismer levende? Spesielle trekk karakteriserer levende organismer De er kompliserte og strengt organiserte strukturer De har evne til å ekstrahere, endre og utnytte energi i omgivelsene De vedlikeholder og reproduserer seg selv med stor nøyaktighet De har mekanismer til å oppfatte endringer i miljøet og evne til å respondere på dem Alle komponenter har definert funksjon og regulert interaksjon De gjennomgår evolusjonsmessige endringer

Cellen Den strukturelle og funksjonelle enheten for alle levende organismer Minste organisme = 1 celle Minste mulige størrelse må gi plass til nødvendige organeller Bakterier: 1-2 mm; dyre- og planteceller: 5-100 mm; mykoplasma: 0,3 mm Største mulige størrelse begrenset av diffusjonshastigheten for de molekyler som må helt inn i sentrale deler av cellen, spesielt oksygen Store organismer består oftest av mange celler som gjerne er forskjellige og har spesialiserte funksjoner Mennesket anses å ha 1014 celler

Fire organisasjonsnivåer i cellen

Cellen - Alle celler er omgitt av en plasmamembran - I cytosol finner vi en mengde forskjellige små og store molekyler Celler deles i 2 grupper Prokaryoter: Har ikke cellekjerne, men nukleoid hvor genene finnes Har plasmider Eukaryoter: har cellekjerne

Ribosomer Peroksisomer Cytoskjelett Lysosomer Transportvesikkel Golgi kompleks Glatt endoplasmatisk retikulum Kjerne Ru endo-plasmatisk retikulum Kjernemembran Ribosomer Nukleolus Mitokondrion Plasmamembran Kloroplast Stivelseskorn Thylakoide Cellevegg Vakuole Glyoksysom

Cellemembranen er semipermeabel Definerer cellens grense mot omverden Cellemembranen består av lipider og proteiner som holdes sammen av ikke-kovalente krefter En hydrofob barriere som er svært tynn men smidig og sterk Fri passage av H2O, O2 og CO2 Utskillelsesmekanismer: eksocytose Opptaksmekanismer: endocytose Spesialiserte proteiner Transportører: ioner, næringsstoffer Reseptorer: generer intracellulære signaler, formidler opptak Ionekanaler: ioner Enzymer

Cellekjernen Omgitt av kjernemembran: 2 dobbelte membraner Kjerneporer: kontrollert traffikk inn og ut av kjernen Kjerneporekomplekset, diam 90 nm Nukleoplasma: kromatin + nukleolus Nukleolus: Ribosomal RNA syntese Kromatin: DNA (genene) + histoner

Kromosomer Mitose kromosom Kromatid, 600 nm Kromatinfiber, 30 nm Nukleosom, 10 nm Histoner DNA

Endoplasmatisk retikulum - Ru: assosierte proteiner/ribosomer, proteinsyntese - Glatt: lipidsyntese

Ribosomer Ingen membran Assosiert med endoplasmatisk retikulum Frie i cytoplasma Består av ribosomalt RNA og proteiner Funksjon: Proteinsyntese

Golgi apparatet Modifiserer proteiner: kopler på sulfat, lipid, karbohydrat Sorterer proteiner: intracellulære eller ekstracellulære lokaliseringssignaler Deles i cis-, midt- og transgolgi Proteiner beveger seg fra Cis-golgi til trans-golgi Flate membranbundne sekker Transporten skjer i avsnørte vesikler Golgi

Lysosomer Lysosom Bare i dyreceller Omkranset av enkeltmembran Ca 1mm Cellens fordøyelsessystem og resykleringssenter Inneholder enzymer som bryter ned proteiner, lipider, karbohydrater og nukleinsyrer Enzymene har lavt pH-optimum Beskyttelse av cellen

Peroksisomer Fjerner H2O2, hydrogenperoksid Peroksisom 2 H2O2 => 2 H2O + O2 katalase Peroksisom

Glyoksysomer Bare i planteceller Omdanner lipid til karbohydrat

Mitokondrier To membraner, indre og ytre Ytre membran er glatt 1 mm To membraner, indre og ytre Ytre membran er glatt Små molekyler passerer Indre membran foldet i kristae Ikke permeabel Spesifikk transportør for hver type molekyle som får passere Cellens kraftverk ATP syntese Egen reproduksjon Egne gener for en del proteiner Matriks: høy enzymkons. DNA Kristae Matriks Ribosomer Indre membran Ytre membran

Kloroplaster - fotosyntese Bare i planteceller, 5 mm Cellens kraftverk Thylakoider Flate sekker Lager ATP vha. lysenergi Klorofyll To membraner Egen reproduksjon Egne gener 5 mm

Plantevakuolen Vakuolen Omgitt av tonoplasten med kontrollert passage av molekyler Makromolekyler nedbrytes her for gjenvinning (som lysosomer) Enzymer med lav pH-optimum Opptar inntill 90% av cellevolum Opprettholder spenst, fysisk støtte Kan inneholder fargepigment => farge på blomster og frukt Vakuolen

Cytoskjelettet Aktin filamenter Mikrotubuli Intermediære filamenter Opprettholder cellens form Holder organeller på plass Transport av organeller Muliggjør bevegelse Stressfibre/aktin Mikrotubuli

Fire organisasjonsnivåer i cellen Supramolekylære komplekser består av mange forskjellige/like makromolekyler som holdes sammen av ikke-kovalente krefter Funksjonelle enheter, eks. glykolysen. Vanskelige å studere

Molekyler i levende organismer Består av mindre enheter, monomerer Polymerer (makromolekyler) dannes ved sammenkopling av monomerer Alle levende organismer har samme typer av monomerer 4 klasser av makromolekyler: Nukleinsyrer Proteiner Lipider Karbohydrater

Hver klasse av makromolekyler består av et lite antall monomerer Alle levende organismer har samme type monomerer Figur 1-3 Alamus= Alamenneske Monomerene er som bokstavene i alfabetet

Makromolekyler består av monomerer Nukleinsyrer Proteiner Karbohydrater Nukleotid Aminosyrer Monosakkarid Fosfodiester- binding Peptid binding Glykosid binding Nukleotid Aminosyrer Monosakkarid Fosfodiester- binding Peptid binding Glykosid binding Nukleotid Aminosyrer Monosakkarid Fosfodiester- binding Peptid binding Glykosid binding Nukleotid Aminosyrer Monosakkarid

De fleste celler inneholder 70% vann og 30% tørrstoff Tørrstoffet består av et fåtall grunnstoffer med lave atomnummer Karbon utgjør over halvparten

Levende organismer består av et fåtall grunnstoffer C, H, N, O Ca, Cl, Mg, P, K, Na, S Co, Cu, Fe, Mn, Zn Al, As, B, Br, Cr, F, Ga, I, Mo, Ni, Se, Si, W, V Alle organismer inneholder mest av disse Alle organismer inneholder disse Alle organismer inneholder små mengder av disse Noen organismer inneholder spormengder av disse

Biomolekyler har karbonskjelett C har 4 uparrede elektroner i ytterste skal

C kan danne 4 kovalente bindinger C - C bindinger Enkel, dobbel, trippel C - N bindinger Enkel,dobbel C - O bindinger Enkel, dobbel C - H bindinger Enkel

Karbon C-bindinger danner tetraheder Størst mulig avstand, 109,5o Bindingslengde 0,154 nm

Bevegelighet i karbon-karbon bindinger Fri rotasjon omkring enkeltbindinger - unntatt ved sterisk hindring

Bevegelighet i karbon-karbon bindinger Dobbel- og trippelbindinger er låste

Biomolekyler H H H H H Har karbonskjelett H-C-C-C-C-C-H Er derivater av mettede hydrokarboner Svært stabile, lite kjemisk aktive Varierer fra enkle til svært komplekse karbonstrukturer Liniære, forgrenete, sykliske Aktivitet og særtrekk skapes av funksjonelle grupper Biokjemiske egenskaper avhenger av hvilke funksjonelle grupper som finnes i et molekyle og hvor de sitter

Biomolekylers kjemiske egenskaper bestemmes av funksjonelle grupper

Biomolekylers kjemiske egenskaper bestemmes av funksjonelle grupper

Biomolekylers kjemiske egenskaper bestemmes av funksjonelle grupper

Biomolekylers kjemiske egenskaper bestemmes av funksjonelle grupper

Biomolekylers kjemiske egenskaper bestemmes av funksjonelle grupper

Tre-dimensjonal struktur Basis: Karbonskjelett og funksjonelle grupper Biologisk aktivitet: Romlig orientering Konfigurasjon (plassering av bindinger) Konformasjon (rotasjon rundt enkeltbindinger) Biokjemien er stereospesifikk

Tre måter å avbilde 3D struktur Tredimensional modell Perspektivdiagram ”Ball & stick”

Perspektivdiagrammet Viser orientering av C-C bindinger Inn i planet Ut av planet

Ball and stick modellen (Fyrstikk) Viser bindingenes: Vinkler Lengde

Den tredimensionale modellen Viser: Molekylets ytre omkrets Enkeltatomers størrelse og interaksjon Van der Waals radius Grensen for hvor nær andre atomers elektroner får komme

Konfigurasjon og konformasjon Atomers posisjon i molekyler slik den er definert av dobbelt bindinger chirale sentre To molekyler kan bestå av de samme atomer og bindinger og likevel være forskjellige cis-transisomerer (db.binding) Stereoisomerer (chiral senter) Disse kan ikke bli like uten at kovalente bindinger brytes

Cis-trans-isomerer/geometriske isomerer

Chirale sentre C-atom med 4 forskjellige funksjonelle grupper Asymmetrisk C-atom For hvert asymmetrisk C-atom finnes 2 stereoisomerer For n asymmetriske C-atomer finnes 2n stereoisomerer

Alfa karbonatomet i aminosyrer er chiralt Glycin er eneste unntak

Enantiomerer Enantiomerer = stereoisomerer som er speilbilde av hverandre Diastereomerer = stereoisomerer som ikke er speilbilde av hverandre

Kjemiske, fysiske og biologiske egenskaper Isomerer har liknende eller samme kjemiske egenskaper Visse fysiske egenskaper er forskjellige mellom isomerer Isomerer har svært forskjellige biologiske egenskaper

Fysiske egenskaper Speilbildeisomerer er optisk aktive De avbøyer planpolarisert lys i motsatt retning D-former avbøyer lys mot høyre (dextro) L-former avbøyer lys mot venstre (laevo) Krystalliserer hver for seg Rasemisk blanding = blanding av speilbildeisomerer

Biologiske egenskaper Biologien er totalt stereospesifikk Organismen kan omsette D-glukose men ikke L-glukose Organismen bruker bare L-aminosyrer Årsaken er at våre enzymer og reseptorer er stereospesifikke, de gjenkjenner bare form og ladning

Stereoisomerer av carvon R = rectus (høyre) S = sinister (venstre)

Levende organismer utveksler energi og substanser med omgivelsene Levende organismer skaffer seg energi fra omgivelsene ved å: ta opp/spise kjemisk energi - dyr absorbere sollys - planter Energikrevende prosesser Katabolisme øker entropien Store biomolekyler omdannes til mindre Energi frigjøres, eksergone reaksjoner Anabolisme reduserer entropien Mindre biomolekyler omdannes til større Energi forbrukes, endergone reaksjoner

Eksergone reaksjoner driver endergone reaksjoner ATP -> ADP + Pi DG er negativ Endergon reaksjon Frie aminosyrer -> protein DG er positiv Kjemisk energi