Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Celler og kjemi yalll - Coggle Diagram
Celler og kjemi yalll
BIOMOLEKYLER
Hva karakteriserer levende organismer?
Paul Nurse’s 5 store idéer i biologi:
v) Evolusjon: I populasjoner med individer med nedarvbar variasjon, vil de mest suksessfulle individer ha størst sjanse for å reprodusere til neste generasjon (seleksjon). grunnlag for tilpassing til ulike miljø og - over tid - for artsdannelse
iv) Kommunikasjon. Ved siden av kommunikasjon fra DNA til RNA til protein, har cellene mange systemer for kommunikasjon både inno cellene og mellom celler
seg sin historie, - både på evolusjonær skala og på tidsskala for et individ.
Levender systemer skiller seg fra ikke-levende, i det de har med
iii) Cellene fungere med grunnleggende prinsipper fra kjemi (og fysikk)
ii) Genene som bærere av arvelig informasjon
Alle celler oppstår ved deling av eksisterende celler.
cellen avgrenser/beskytter fra omgivelsene, men har systemer for å kommunisere med andre celler.
i) Cellen som grunnleggende enhet for alt liv
Cellene viser stor variasjon i form og utseende
Cellenes har myriader av molekyler og strukturer og de har en svært kompleks organisering. Vi kan likevel identifisere ulike typer organeller etc (mer i F4; Campbell kap 7)
Molekylene (DNA, proteiner, matbolitter etc) beveger seg svært hurtig inni cellene,
men prosesser som skjer på nano- til mikrosekund-skala
Det er mye innhold i cellene, proteiner, nukleinsyrer, små biomolekyler etc. og det er relativt trangt (“molecular crowding”). Dette innebærer at molekyler kommer borti hverandre svært ofte (dette i motsetning til molekyler i tynne løsninger
kjemisk grunnlag
Grunnstoffene i levende celler (MM Tab 1.2):
Karbon, N, O, H, Ca, P, K, S, Cl, Na, Mg …
Kort om kovalente bindinger = atomene deler elektroner
WOC Kap 2 pp44-48 - MM Fig 1.5; KJM1101-stoff
Karbons kjemi, med sine 4 valenselektroner, er særlig godt egnet til å bygge
komplekse strukturer: enkelt-binding, dobbelt-binding, C-O, C-N etc.
Karbonkjemiens geometri: karbon med fire bindinger har tetraedrisk geometri. Fri
rotasjon rund alle bindinger. Karbon med dobbeltbindinger begrenser rotasjon og gjør
bindingene flate (WOC p47; MM Fig 1.6)
Ulike kjemiske grupper kan kobles til karbon og gir molekylær diversitet
(MM Fig 1.7) - funksjonelle grupper: -amino, hydroxyl, -SH, phsopho, cvarbonyl, …
Noen hovedgrupper biomolekyler: aminosyrer, nukleotider, sukker (MM Fig 1.8)
Aminosyrer, nukleotider og sukkere kan danne lineære polymerer -> proteiner,
DNA/RNA, polysakkarider (sistnevnte kan også være forgrenede; MM Fig 1.10, 1.11)
MM kapittel 2.1: vann: hydrofile og hydrofobe effekter;
ulike svake bindingstyper som er ikke-kovalente.
Vann’s struktur (H2O) - WOC: pp49-51
Ulike svake (ikke-kovalente) bindinger: Mest i MM.
a. hydrogenbindinger (MM Fig 2.14; 2.15)
b. ioniske interaksjoner (MM Fig 2.21)
c. van der Waals-interaksjoner (MM Fig 2.22; 2.23)
d. hydrofob effekt (MM Fig 2.24)
biomolekyler interagerer med vann med de funksjonelle grupper de har
(MM Fig 2.25)
Interaksjon mellom proteiner; betydning av svake bindinger (MM Fig 2.26; 2.28); -
flere (mange) svake bindinger adderes og kan i sum gi sterke interaksjoner.
MM kapittel 2.2 (og Campbell kap 8): cellemembraner
Membraner dannes som bi-lag av phospholipider (WOC 53-56; MM Fig 2.40; 2.41)
polare “hoder” og hydrofobe “haler” i midten (MM 2.42). Halene samles og danner
bilag basert hydrofob effekt og eksponering av polare “hoder” til vannfasen.
Membranenes dynamikk: lateral, rotasjonell, flip-flop (MM Fig 2.45)
F3: Biomolekyler 2 - Proteiner - struktur og funksjon
Figurer, konsepter mm fra Misfeld & McEvoy kapittel 4 - Protein structure
Erstatter Kap 5.4 (s123-131) i Campbell.
Pensum for selve proteinsyntesen er i WOC kap19 - Gene expression II, Genetic code and
protein synthesis (pp561-589) og er tema i BIOS1110 forelesning F12
MM kapittel 4.1 Proteinenes primærtstruktur
Aminosyrer med hydrofobe sidekjeder samles i midten (den hydrofobe effekt) av
globulære proteiner, med polare og ladede aminosyrer på overflaten (Fig 4.1)
Aminosyrenes kiralitet repeteres i Fig 4.3 og 4.4; gjelder for 19 av aminosyrene som har
fire forskjellige funksjonelle grupper på karbon-alfa. Disse forekommer i L- og D-form, hvor
kun L-formene inngår i proteiner.
Det er ikke pensum å lære alle aminosyrene og deres egenskaper (Tab 4.1), men de skal
kunne de fire hovedgruppene og følgende 9 eksempler fra disse
Fig 4.7 ladede: glutamate (-COOH; negativ); lysine (-NH2; positiv)
Fig 4.8 hydrofile (polare): serin og threonin (-OH); cystein (-SH)
Fig 4.11 hydrofobe: glycin, alanin, leucin. Inngår i hydrofobe interaksjoner
inni proteiner og i interfasen mellom mange proteiner.
Fig 4.12 aromatiske: tyrosin (-ring; -OH)
Serin og threonin har hydroksylgrupper i sine sidekjeder; og disse er gjenstand for
fosforylering i cellesignalisering (Fig 4.9; - mer i Campbell Ch 9)
To cysteiner kan oksyderes slik at det dannes disulfidbroer i proteiner (Fig 4.10); gir
stabilitet. Oksyderende miljø for dette er kun i ER, Golgi og ekstracellulært; aldri i cytosol og i
cellekjernen.
GFP - Green fluorescent protein (Fig 4.14)) - er ikke ment som pensum, men med siden
dette brukes i labøvelse og som imaging-tag i fluorescensmikroskopi.
Peptidbindingen mellom to aminosyrer har partiell dobbeltbindingskarakter (Fig 4.18).
Dette gjør at de 6 involverte atomer: Cɑ1-CO-NH-Cɑ2 ligger i et flatt plan; - altså:
peptidbindingen er flat og kan ikke rotere (slik som dobeltbindinger).
Konsekvensen av dette er at, i peptidkjeden, er det kun to bindinger som tillater rotasjon,
nemlig bindingen før og etter Cɑ: disse bindnigsvinklene kalles phi og psi (φ og 𝜓). Derfor
kan peptidkjedens folding i 3D beskrives med φ og 𝜓 for hver aminosyre.
Den genetiske kode (Fig 4.21), leserammen i RNA (og DNA; Fig 4.22) og de ulike typer
mutasjoner (Fig 4.23) er med her, men dekkes sammen med pensum i Campbell Ch 16 og 17
MM 4.2 Proteinenes hierarkiske organisering
Proteinenes funksjon bestemmes av proteinenes tredimensjonale struktur (foldingen)
og egenskapene til de aminosyre-sidekjeder som stikker ut på overflatene; - altså: deres
funksjonelle grupper (ladning; polaritet; mulighet for modifisering etc.). Dette er
eksemplifisert i Fig 4.25 med et DNA-bindende proteiner (restriksjonsenzymet BamHI er
brukt).
I slike figurer er positiv ladning vist med blått, mens negativ lading vist med rødt. (obs: dette kan være
forvirrende, siden negativt ladete sidekjeder har karboksylsyrer (-COO-), som har oksygen … som vi
farger røde på atomnivå, mens aminogrupper (-NH3+) har nitrogen, som farges blått på atomnivå.
Proteinkjeden foldes i hovedsak med 3 strukturelementer (sekundærstrukturer; Fig 4.26):
ɑ-heliks, 𝛽-tråd og turns og loops.
ɑ-heliks er karakterisert ved en høyre-dreiet helix stabilisert med hydrogenbindinger (med N
og O i peptidbindingen) langs heliksen (Fig 4.27). Sidekjedene stikker ut og gir heliksen
funksjon, eksemplifsert med en amfifil helix (Fig 4.31) som har hydrofobe sidekjeder på en
side og ladede og polare på den andre siden. En slik heliks vil typisk kunne finnes på
overflaten av et protein, med den hydrofobe siden inn mot hydrofob kjerne, mens de
polare/ladete sidekjedene stikker ut i det vandige miljø.
𝛽-tråder er helt utstrakt slik at annenhver sidekjede stikker ut over eller under kjeden.
Parallelle 𝛽-tråder (Fig 4.36) danner hydrogenbinding på tvers (vhja N og O i
peptidbindingene), og danner 𝛽-flak med to eller flere 𝛽-tråder. 𝛽-flakets form bestemmes
av flakets form (størrelse og krumming), mens funksjon bestemmes av sidekjedene som
stikker ut over og under flaket.
Turns og loops binder sammen ɑ-helikser og 𝛽-tråder (Fig 4.38 og 4.39).
Proteinstrukturer kan grovt klassifiseres i tre typer (Fig 4.42):
helikske (eks. hemoglobin)
beta-proteiner (eks. mange membranproteiner, som ompF i fig)
blandede ɑ/𝛽-proteiner.
I tillegg finnes mange typer organiseringer som danne filamenter (actin, tubulin, collagen etc).
Mange proteiner (kanskje de fleste) er organisert i flere strukturelle domener (Fig 4.43;
eks. pyruvat kinase; som 4 domener). Slike domener kalles ofte globulære domener og har
ofte en hydrofob kjerne i midten.
Dette vil vi se i mange av proteinene vi kommer tilbake til i Campbell’s pensum (f.eks. cyclin/cdk;
signal-reseptorer; og mange strukturelle proteiner) - og det er flott eksemplifisert med de hetero-
trimeriske G-proteinene som virker i GPCR-signalisering (Fig 4.57). Dette drøftes i forelesning F3,
men settes i kontekst i F7 (Cellesignalisering).
Struktur til et immunooglobulin (IgG) vises kort (Fig 4.58) siden bruk av antistoffer dukker opp
mange steder i pensum.