Solun kemia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010.

Esitys aiheesta: "Solun kemia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010."— Esityksen transkriptio:

1 Solun kemia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

2 Solun kemiallinen peruskoostumus eläinsolu
paino-% Vesi 75-90 proteiinit 10-20 Lipidit 2 Hiilihydraatit 1 RNA/DNA 0,7/0,4 Epäorg. 1,5 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

3 Solun kemiallinen peruskoostumus bakteerisolu
paino-% molekyylilajeja vesi 70 1 epäorg. ionit 20 sokerit yms. 3 200 aminohapot ym. 0,4 100 nukleotidit 2 50 muut pienet molekyylit makromolekyylit (prot., nukl.hapot, hh:t) 22 5000 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

4 Vesi 1 yleisliuotin solussa
osallistuu myös reaktioihin (hydrolyysi jne.) aineenvaihdunnan tuote (metabolinen vesi) esim. 1 g rasvaa + O2  1,1 g H2O pH on vetyionikonsentraa-tion negatiivinen logaritmi: pH= -log[H+] veden ionitulo [H+]·[OH-]= 10-14 puhtaassa vedessä [H+] = [OH-] = 10-7 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

5 Vesi 2 makromolekyylien ympärillä kidemäinen vesivaippa
epäorgaaniset ionit hydratoituneet lämmönsidonta tehokasta dipoliluonne vetysillat vetysidoksen energia on n. 1/20 kovalenttisen sidoksen energiasta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

6 Vesi 3 Elektropositiivinen alue
Oxygen is more electronegative than hydrogen Elektropositiivinen alue Varausten epätasainen jaukautuminen vesimolekyylissä. Happi- ja vetyatomin välillä kovalenttinen sidos. Elektroneja on enemmän happen ympärillä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

7 Vesi 4 Vetysilta (0.2 nm) Hydrogen bonds Vetysidokset kahden vierekkäisen vesimolekyylin välillä. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

8 Vesi 5 Kun suola (NaCl) liukenee veteen, vesi asettuu ionien ympärille
Happi vetää puoleensa positiivisia ioneja (Na+) ja vety negatiivisia (Cl-) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

9 Vesi 6 Water Nonpolar molecules Hydrofobiset vuorovaikutukset. Nonpolaarinen molekyyli ei voi muodostaa vetysidosta veden kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

10 Jää Water molecule Hydrogen bonds Jäässä vesimolekyylit muodostavat vetysidoksia neljän muun vesimolekyylin kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

11 1 Å = 10-10m = 0.1 nm =100 pm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

12 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

13 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure 2-15a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

14 Ionisidos 1 Step1: Sodium gives up its one weakly
held electron to chlorine Sodium atom Chlorine atom BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

15 Ionisidos 2 Step2: The sodium and chloride ions both have
stable outer shells that are filled with electrons + - Sodium ion (Na+) Chloride ion (Cl-) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

16 Ionisidos 3 Step3: The Na+ and Cl- ions are attracted to
each other because of their opposite charges BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

17 Kiteinen rakenne Chloride ions (Cl-) Sodium ions (Na+) Kiteisen suolan elektrostaattiset voimat pitävät ioneja yhdessä. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

18 Solun tärkeimmät alkuaineet
Muistisääntö: C HOPKN’S CaFe, Mg + Na Cl (”see Hopkin’s Cafe, mightly good”) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

19 Epäorgaaniset ionit määrä erilainen solun sisällä (intrasellulaarineste) ja ulkopuolella (ekstrasellulaari-neste) yleiset: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, PO33-, HCO3-, SO42-, Fe2+ kofaktoreina: Ca2+, Mn2+, Zn2+, Mo2+, Co2+, Se2+ ns. hivenaineet Na+, K+, Ca2+ ja Mg2+ tärkeitä solun ärtyvyydelle BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

20 Epäorgaanisten ionien esiintyminen solun sisällä ja soluvälitilassa
mmol/l intrasell. ekstrasell. Na+ 10 142 K+ 141 5 Ca2+ <0,5 2,5 Mg2+ 29 1,5 Cl- 4 103 HCO3- 28 fosfaatit 33 1,3 sulfaatit 2 1 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

21 Hydroksyyli Hydroxyl group C OH BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

22 Karbonyyli Carbonyl group C O BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

23 Karboksyyli Carboxyl group O C OH
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

24 Aminoryhmä Amino group H N H BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

25 Orgaaniset pienmolekyylit
karkeasti 4 perusryhmää 1. sokerit 2. rasvahapot + muut lipidit 3. aminohapot 4. nukleotidit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

26 Sokerit 1 useita kymmeniä 5C  pentoosit 6C  heksoosit
runsaasti isomeerejä stereoisomeria (OH-ryhmät) peilikuvaisomeria BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

27 Sokerit 2 monosakkaridi: 1 sokeri disakkaridi: 2 sokeria
esim. sakkaroosi = glukoosi + fruktoosi muita disakkaridejä mm. laktoosi, mannoosi johdannaisia mm. C-vitamiini (askorbiinihapon pelkistynyt muoto) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

28 Glukoosi -D-glukoosi (heksoosi, aldoosi) Glucose
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

29 Riboosi Ribose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

30 Sokereja (3D-kuvina) Riboosi Glukoosi
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

31 Deoksiriboosi Deoxyribose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

32 Maltoosi Glucose Glucose Condensation synthesis of maltose
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

33 Maltoosi 2 1-4 glycosidic linkage Maltose
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

34 Disakkaridi Sakkaroosi (glukoosi + fruktoosi) 1-2 glycosidic linkage
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

35 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

36 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

37 Rasvahapot sis. pitkän rasvaliukoisen (hydrofobisen) hiilivetyketjun ja vesiliukoisen (hydrofiilisen) karboksyylipään  polaarisia esim. C18 steariinihappo C18:1 oleiinihappo (sis. yhden kaksoissidoksen) rasvahapot + glyseroli (alkoholi)  esteri; neutraalirasvat eli triglyseridit (varastorasva) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

38 Rasvat fosfolipidit: glyseroli + 2 rasvahappoa + fosfaatti/alkoholi (esim. koliini) - erittäin voimakkaasti polaarisia molekyylejä - solumembraanissa vedessä: - triglyseridit muodostavat misellin (pisara) ø nm - fosfolipidit muodostavat kaksoiskalvon muita lipidejä: kolesteroli, glykolipidit (sis. sokeriosan) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

39 Miselli Triglyseridit muodostavat vedessä misellin:
Rasvapäät (hydrofobiset) sisällä ja hydrofiilisit ulospäin. Vesimolekyyli Vesivaippa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

40 Steariinihappo (C18) Hydrophopic region Hydrophilic region
Stearic acid (saturated) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

41 Steariinihappo pakattuna
Packing of stearic acid BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

42 Oleiinihappo C18:1 yksi kaksois-sidos Oleic acid (unsaturated)
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

43 Oleiinihappo pakattuna
Packing of oleic acid and stearic acid BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

44 Aminohapot 1 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

45 Aminohapot 2 solussa aina: +H3N-CH-COOH +H3N-CH-COO- H2N-CH-COO- R R R
pH: hapan emäksinen Kahtaistaittava eli Zwitter-ioni BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

46 Aminohapot 3 4. non-polaarinen, hydrofobinen Sivuketju R voi olla:
1. varaukseton H2N-CH-COOH glysiini H 2. hapan -CH2-COO- aspartaatti 3. emäksinen -CH2-CH2-CH2-CH2-NH3+ lysiini 4. non-polaarinen, hydrofobinen CH3 -C-H valiini -CH2-SH rikkisillat BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

47 Nonpolaariset aminohapot (hydrofobisia)
GLYCINE (Gly) ALANINE (Ala) VALINE (Val) ISOLEUCINE (Ile) LEUCINE(Leu) PROLINE (Pro) PHENYLALANINE (Phe) METHIONINE (Met) TRYPTOPHAN (Trp) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

48 Polaariset aminohapot (hydrofiilisia)
THREONINE (Thr) CYSTEINE (Cys) ASPARAGINE (Asn) GLUTAMINE (Gln) SERINE (Ser) TYROSINE (Tyr) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

49 Polaarisia, varautuneita aminohappoja (hydrofiilisia)
ACIDIC BASIC ASPARTIC ACID (Asp) HISTIDINE (His) GLUTAMIC ACID (Glu) LYSINE (Lys) ARGININE (Arg) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

50 Aminohapot 4 aminohapoista dipeptidit, oligopeptidit, polypeptidit (proteiinit) peptidisidos BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

51 Peptidisidos H H O H H O N - C - C - N - C - C H R R OH
Aminoterminaali Karboksyyliterminaali Dipeptidi, tripeptidi jne. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

52 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

53 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010
Figure Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

54 Peptidisidoksen muodostuminen
BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

55 Peptidi Poly- peptide backbone Side chains Peptide bond Amino end
(N-terminus) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

56 Nukleosidit emäs nukleosidi lyhenne adeniini adenosiini A guaniini
guanosiini G tymiini tymidiini T sytosiini sytidiini C urasiili uridiini U BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

57 Nukleotidit 1 P P emäs + sokeri nukleosidi
emäs + sokeri + fosfaatti  nukleotidi puriiniemäkset: adeniini ja guaniini pyrimidiiniemäkset: tymiini, sytosiini ja urasiili esim. A  AMP = adenosiini-monofosfaatti P P BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

58 Nukleotidit 2 mononukleotidit  DNA, RNA sokeriosa: pentoosi
riboosi  RNA deoksiriboosi  DNA muita tehtäviä ATP: energian siirtäjä syklinen AMP (cAMP): solun sis. välittäjäaine GDP: vaikuttaa reseptoreihin ym. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010