Introduksjon til Biokjemi. Ingar Leiros, Institutt for Kjemi, UiT

Transkript

1 Introduksjon til Biokjemi Ingar Leiros, Institutt for Kjemi, UiT

2 Biokjemi Biokjemi (Wikipedia): -Studien av de kjemiske prosesser i levende organismer, eller sagt på en annen måte; det molekylære grunnlaget for liv. -Biokjemi tar for seg strukturen og funksjonen av cellulære komponenter, slik som proteiner, karbohydrater, lipider, nukleinsyrer og andre biomolekyler.

3 Biologiske størrelser er små..

4 Hva inneholder en celle?

5 Karbohydrater/sakkarider -Energirike organiske molekyler som brukes som energikilde og energilager i alle levende bioorganismer. -Inngår som strukturelementer i celleveggene til bakterier, planter og trær, og i bindevev hos dyr. -Karbohydrater er de aller vanligste biomolekylene på jorden.

6 Lipider -Generelt definert som ethvert fett-løselig (lipofilt), naturlig molekyl som fett, olje, voks, kolesterol, sterol, fett-løselig vitamin (A, D, E og K), mono- di- og tri-glyserid, fosfolipid, og andre. -Den vanligste biologiske funksjonen til lipider inkluderer energilagring, oppbygging av cellemembraner og som signalmolekyler.

7 DNA DNA - er bærer av den genetiske informasjonen i cellene våre; genene består av DNA. DNA-molekylene er bygget opp av tre kjemiske bestanddeler: et sukker (deoksyribose), en av fire forskjellige baser, og fosfat. Enheten 'Base- Sukker-Fosfat' kalles nukleotider og DNA-molekylene består av to nukleotid-kjeder tvunnet om hverandre i en dobbel-heliks.

8 DNA Dobbelt-heliksen er laget slik at den ene tråden er et "kjemisk speilbilde" av den andre, dvs. dersom der er en adenin i den ene tråden, er det alltid thymin i den andre. På samme måten: dersom det er en guanin i den ene, så er det en cytosin i den andre. Dette kalles baseparingsregelen: A=T og G C. Vi sier at de to DNA-trådene er komplementære. Dette er grunnlaget for at DNA kan kopieres ved replikasjon før celledeling.

9

10 DNA Replikasjon Før en celle kan dele seg må den kopiere alt sitt DNA. Denne prosessen blir kalt DNA-replikasjon. DNAreplikasjonen er nøye regulert for å minske faren for feil under kopieringen.

11 DNA Replikasjon II

12 DNA/RNA-baser A=T basepar G C basepar

13 Hva er forskjellen på DNA og RNA? RNA- ribonukleinsyre DNA- deoksyribonukleinsyre

14 RNA RNA er en forkortelse for ribonukleinsyre. Nesten likt DNA, men RNA har uracil (U) istedenfor thymin (T). Den samme baseparingen og antall hydrogenbindinger kan dannes mellom A=U i RNA som A=T i DNA. RNA er en kopi av DNA og brukes hovedsakelig til å lage proteiner av aminosyrer etter DNAets oppskrift. I cellene er det mange ulike typer RNA og de fyller mange forskjellige oppgaver. De tre hovedtypene er: mrna budbringer-rna (eng. messenger RNA) rrna ribosomal-rna trna transport-rna (eng. transfer RNA).

15 mrna budbringer-rna rrna ribosomalt-rna trna transport-rna Disse tre klassene RNA er alle involvert i dekoding av genene. Når et gen uttrykkes, kopierer enzymet RNA polymerase informasjonen i genet til mrna. Dette mrna fraktes ut av cellekjernen til cytoplasma hvor ribosomene binder til mrna og setter sammen aminosyrer til proteiner etter oppskriften som ligger i mrna.

16 Hvordan oversette RNA til aminosyrer? Tre og tre baser (tripletter) i mrna koder for aminosyrene. En slik triplett kalles et kodon. Dersom basene er det genetiske språkets "bokstaver", er kodonene "ordene".

17

18 DNA-RNA-protein "DNA makes RNA, RNA makes protein, and proteins make us." Francis Crick

19 Proteiner består av 20 aminosyrer Proteiner er bygd opp av 20 aminosyrer som er bundet til hverandre i polypeptidkjeder. Åtte såkalte essensielle aminosyrer er viktige å få tilført gjennom mat, siden kroppen ikke produserer dem selv. Disse åtte er tryptofan, lysin, metionin, fenylalanin, treonin, valin, leucin og isoleucin. To andre, histidin og arginin, er i tillegg essensielle for barn.

20 Proteiner- fire nivåer av struktur -Primærstruktur: Aminosyrenes rekkefølge -Sekundærstruktur: Dannelse av strukturer på høyere nivå gjennom interaksjoner mellom sidekjedene i aminosyrene, blant annet hydrogenbindinger. Sekundære strukturer kalles gjerne motifer (fra engelsk motifs) -Tertiærstruktur: Den overordnede strukturen av proteinet, som regel dannet via hydrofobe interaksjoner og hydrogenbindinger. -Kvartærnærstruktur: Interaksjon mellom flere polypeptidkjeder. Ett enkelt protein kan bestå av mange slike kjeder eller underenheter.

21 En kjede av aminosyrer blir til et protein

22 Typer av sekundærstruktur

23 Typer av tertiærstruktur β-strand α-helix/β-strand α-helix

24 Kvartærnærstruktur Tertiærstruktur Kvartærnærstruktur En kjede av aminosyrer Flere kjeder av aminosyrer

25 Proteiner er verktøyer!! Det er proteinene som i hovedsak er de "utøvende" molekylene i cellene. Alle enzymer er proteiner, men ikke alle proteiner er enzymer. Enzymer deltar i å bygge opp og bryte ned alle bestanddelene i cellene. Proteiner er nødvendige for struktur, funksjon og regulering av celler (og organer). I en celle kan det være mer enn forskjellige proteiner. Enzymer er katalysatorer i kjemiske reaksjoner som ellers ville gått sakte eller ikke i det hele tatt. En katalysator senker aktiveringsenergien som kreves for at reaksjonen skal skje, i enkelte tilfeller ved å bringe reaktanter i nærheten av hverandre, mens andre reaksjoner krever tilførsel av energi fra for eksempel adenosin trifosfat (ATP).

26 Proteiners funksjon: Immunforsvar. Eks: Immunoglubuliner Antikropper (antibodies) binder til spesifikke fremmede partikler, f.eks. virus og bakterier for å beskytte kroppen. Immunoglobulin G er en type antikropp som sirkulerer i blod og gjenkjenner fremmede partikler som kan være skadelige.

27 Proteiners funksjon: Enzymer Eks: Fenylalanin hydroksylase Enzymer utfører nesten alle kjemiske reaksjoner som foregår i cellene. Det aktive enzymet fenylalanin hydroksylase dannes av fire identiske enheter. Enzymet omdanner aminosyren fenylalanin til tyrosin. Mangel eller feil på dette enzymet er årsaken til Føllings syndrom som alle nyfødte testes for.

28 Proteiners funksjon: Signalproteiner Eks: Veksthormon Veksthormon er et signalprotein som produseres i hypofysen. Cellevekst reguleres ved at veksthormonet binder til veksthormon reseptorproteinet.

29 Proteiners funksjon: Strukturelle proteiner Eks: Actin Disse proteinene danner strukturer og opprettholder cellestrukturen. Actin er et strukturelt protein som danner filamenter bestående av mange enkeltenheter. Actin er nødvendig for muskelsammentrekning (bevegelse).

30 Proteiners funksjon: Transport og lagring Eks: Ferritin Proteiner som binder og transporterer atomer og små molekyler både inne i cella og rundt om i kroppen. Funksjonelt ferritin er bygd opp av 24 identiske enkeltenheter og er involvert i lagring av jern. Et ferritinkompleks kan inneholde opp til 4500 Fe 3+ atomer.

31 Nesten alle proteiner virker ved at de gjenkjenner og binder til andre molekyler - Molekyler i sykdomsforsvaret gjenkjenner og binder fremmede molekyler - DNA blir regulert av at proteinmolekyler binder. - Signaler fra utsiden til innsiden av en celle blir utført ved at molekyler binder til molekyler på celleoverflaten - Enzymer blir skrudd av ved å binde til inhibitorer

32 Biokjemi er også studien av ganske komplekse systemer fotosyntese

33 Fotosyntese: Sollys+H 2 O+CO 2 O 2 +energi

34

35

36 Vi har løst strukturen til enzymet laktat oxidase (LOX) - denne strukturen gir et viktig bidrag til utviklingen av biosensorer for måling av melkesyrenivå i blod.