Лекция (9) (Презентации лекций)

Цикл I «Химия живого»11. 9.Что такое жизньс точки зрения химика13. 9. Вода. Биологическиемембраны. Липидный бислой18. 9. Структура и функция белка20.9.Обмен веществомПреобразование энергии25. 9. Контрольная 1 (помни об27. 9.автомате и премии Апто-Фарма)Разбор контрольной 1Текучесть клеточной мембраны10.1Проникновение липидов и ПАВ в бислойРазрушение мембраны детергентом (ПАВ)10.3Биологическая мембрана:липидный бислой + белкиЛипиды и белкиклеточных мембран (% по весу)ЛипидыФосфолипидыЧеловек(миелиновая оболочка)Кукуруза (лист)ДрожжиБактерии (E. coli)3026725БелкиСтерины(холестерин)197430475275Подвижностьлипидови белковв мембранеПодвижность мембранных белков10.6Латеральная диффузияБелки обеспечивают транспортвеществ через мембрану2 типаПассивный транспорт – движениепо градиенту концентрации(диффузия)Активный транспорт – движениепротив градиента концентрацииЭнергетикатрансмембранногопереносаГидрофобные и гидрофильные участкитрансмембранного белка215701ТрансмембранныебелкиТрансмембранныйдоменальфа‐спиралиупаковка бок‐о‐бокα-спиральводородная связь полипептидной цепиПАССИВНЫЙТРАНСПОРТдиффузияпоградиенту концентрацииАквапорин – транспорт воды(Питер Эгр)Аквапорин: 109 молекул Н2О/сек (∆G < 15 kJ/mol)Ферменты: число оборотов1 – 104 молекул/сек(максимум - 4 х 107 молекул/сек, каталаза)Осморегуляцияи болезниАКВАПОРИНPreston GM,Carroll TP,Guggino WB,Agre PКакаквапоринразрешаеттранспортводыиисключаеттранспортпротона?КоординацияН-связиРастворимостьЭлектростатическийбарьерКакаквапоринразрешаеттранспортводыи исключаеттранспортпротона?+К-каналКалиевый канал+Кв калиевом каналеКраун - эфирыАнтибиотики –вещества, которые токсичныдля микроорганизмов.Обычно являются продуктомметаболизма особыхмикроорганизмов илирастений.Антибиотики ионофоры –мембранные поры дляпассивного транспортаионов(«дырки» для ионов)Антибиотик валиномицин –пептидный ионофор связывает К+Валиномицин, ИБХ РАНАнтибиотик грамицидин –пептидный ионофор для H+, M+, NH4+Trp(W)Молекулярные болезниводно - солевого обменаАКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТЭнергозависимый переноспротивградиента концентрацииЖивые организмысоздают и поддерживаютсвою сложнуюструктуру/системуиспользуя энергиюСолнца(прямо или косвенноза счет питательных веществ)ТрадиционныйПревращениеХим Биологияэнергии света вэнергию фосфоангидриднойхимической связи АТРI.

энергия квантасвета →II. энергияразностипотенциаловна мембране →классическийфотосинтезIII. энергияфосфоангидриднойсвязи ATPα-спирали бактериородопсина вмембранеКвант светаизомеризует ретинальРетиналь вбактериородопсинеБактериородопсинБактериородопсин1. Исходная структура2. Фотоизомеризация ретиналя идепротонирование основания Шиффа3. Протонирование основанияШиффа4.

Протонирование карбоксильной группы 1Депротонирование карбоксильной группы 21. Исходная структураТранспорт протонабез перемещенияНиОМеханизм ГротхусаC.J.T.V. Grotthuss,Sur la decomposition de l'eau etdes corps qu'elletient endissolution a l'aide del'electricite galvanique(Theory of decomposition ofliquids by electric currents),Ann. Chim. 58 (1806) 54–74(Атомная теория)J. Dalton, A New System ofChemical Philosophy, Part I, R.Bickerstaff, London, 1808Что лимитирует скорость всего процесса:электростатика, гидратация или вращение?Превращение энергиии веществасвет → Н+→ ATP70 мВ/7-8 нм100 кВ/см (!)1-100 мсекЭнергияфотонаЭлектрическаяэнергия(батарейка/конденсатор)Гидролизангидрида10 Kcal/molЭнергияфосфоангидриднойхимическойсвязиТермодинамика живогоЛенинджер и ПригожинИлья Р. Пригожин1917 ‐ 2003Что стоит за названием «энергетические фабрики клетки»археиПротонный насос и синтез АТР1.

Биоэнергетикаизучает превращение энергии вклетке (биол.)Термодинамика количественно описывает химическиепроцессы (хим.)2.АТР, аденозинтрифосфат, универсальная энергетическаявалюта, макроэрг (биол.)АТР - активированное химическое соединение (хим.)(универсальный реакционный модуль)3.

Фотосинтез, электрохимический потенциал и синтез АТР4. Транспорт протонов и синтез АТР- Бактериородопсин как протонный насос- АТР-синтетаза как молекулярная машинаАденозин-5’-трифосфат, АТРсинтез АТР/день =вес тела человекаПрирода «не любит»реакции прямого синтеза:А + В = А-В,поскольку они энергетическизатратны.Природа используетобменные реакции:А-Х + В-Y = А-В + Х-Y,поскольку они не требуютэнергииЭнергетическийпрофильпроцессаиреакции∆G для реакций гидролизаGlnGlyGlyЭтилацетатР-O-РАмиды и пептидыЭфирыАнгидридыkcal/molkJ/mol- 3.4- 2.2- 14.2- 9.2- 4,7- 19.6- 4,6- 19.2Условная граница --------------------------------------------------------- (- 25)АТР до АDР и PiATP до АМР и РРiУксусный ангидрид- 7.3- 10,9(в клетке - 12 – 15)- 21,8- 30.5- 45.5- 91.1Изменения стандартной энергиидвух реакций аддитивныkJ/mol+ 13.8ROH + p= ROp + H2OHOH + pppA = p + ppA- 30.5--------------------------------------------ROH + pppA = ROp + ppA- 16.7(- 4.0 kcal/mol)АТР-зависимые реакции расходуют энергиюгидролиза АТР (биол.)Реакционно способный АТРлегко вступает в реакции замещения (хим.)Универсальный химический реакционный модуль.