Главная » Просмотр файлов » Lodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003)

Lodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (794361), страница 14

Файл №794361 Lodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (H. Lodish - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003)) 14 страницаLodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (794361) страница 142019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 14)

Constituting 70–80 percent byweight of most cells, water is the most abundant moleculein biological systems. About 7 percent of the weight of living matter is composed of inorganic ions and small moleculessuch as amino acids (the building blocks of proteins), nucleotides (the building blocks of DNA and RNA), lipids (thebuilding blocks of biomembranes), and sugars (the buildingblocks of starches and cellulose), the remainder being themacromolecules and macromolecular aggregates composedof these building blocks.Many biomolecules (e.g., sugars) readily dissolve inwater; these water-liking molecules are described as hydrophilic.

Other biomolecules (e.g., fats like triacylglycerols)shun water; these are said to be hydrophobic (water-fearing).Still other biomolecules (e.g., phospholipids), referred to asamphipathic, are a bit schizophrenic, containing both hydrophilic and hydrophobic regions.

These are used to buildthe membranes that surround cells and their internal organelles (Chapter 5). The smooth functioning of cells, tissues, and organisms depends on all these molecules, from thesmallest to the largest. Indeed, the chemistry of the simpleproton (H) with a mass of 1 dalton (Da) can be as important to the survival of a human cell as that of each giganticDNA molecule with a mass as large as 8.6 1010 Da (single strand of DNA from human chromosome 1).A relatively small number of principles and facts of chemistry are essential for understanding cellular processes at themolecular level (Figure 2-1). In this chapter we review someof these key principles and facts, beginning with the covalent bonds that connect atoms into a molecule and the noncovalent forces that stabilize groups of atoms within andbetween molecules. We then consider the key properties ofthe basic building blocks of cellular structures.

After reviewing those aspects of chemical equilibrium that are most relevant to biological systems, we end the chapter with basicOUTLINE2.1Atomic Bonds and Molecular Interactions2.2Chemical Building Blocks of Cells2.3Chemical Equilibrium2.4Biochemical Energetics29CHAPTER 2 • Chemical Foundations(a)(b)Protein AOHO−+CH3NHCH3CH3CH3CH3OCCH3+ +_ _CHO30ONoncovalentinteractionsCProtein BSmall moleculesubunits(c)Macromolecule(d)γ"High-energy"phosphoanhydridebondsβkfαkrkeq =kfkr▲ FIGURE 2-1 Chemistry of life: key concepts. (a) Covalent andnoncovalent interactions lie at the heart of all biomolecules, aswhen two proteins with complementary shapes and chemicalproperties come together to form a tightly bound complex.

Inaddition to the covalent bonds that hold the atoms of an amino acidtogether and link amino acids together, noncovlent interactions helpdefine the structure of each individual protein and serve to help holdthe complementary structures together. (b) Small molecules serveas building blocks for larger structures. For example, to generatethe information-carrying macromolecule DNA, the four smallnucleotide building blocks deoxyadenylate (A), deoxythymidylate (T),deoxyguanylate (G), and deoxycytidylate (C) are covalently linkedtogether into long strings (polymers), which then dimerize into thedouble helix.

(c) Chemical reactions are reversible, and the distributionof the chemicals between starting compounds (left) and the productsprinciples of biochemical energetics, including the centralrole of ATP (adenosine triphosphate) in capturing and transferring energy in cellular metabolism.2.1 Atomic Bonds and MolecularInteractionsStrong and weak attractive forces between atoms are the gluethat holds them together in individual molecules and permitsinteractions between different biological molecules. Strongforces form a covalent bond when two atoms share one pairof electrons (“single” bond) or multiple pairs of electrons(“double” bond, “triple” bond, etc.). The weak attractiveforces of noncovalent interactions are equally important inAdenosinetriphosphate(ATP)of the reactions (right ) depends on the rate constants of theforward (kf, upper arrow) and reverse (kr, lower arrow) reactions.In the reaction shown, the forward reaction rate constant isfaster than the reverse reaction, indicated by the thickness of thearrows.

The ratio of these Keq, provides an informative measureof the relative amounts of products and reactants that will bepresent at equilibrium. (d) In many cases, the source of energyfor chemical reactions in cells is the hydrolysis of the moleculeATP. This energy is released when a high-energy phosphoanhydridebond linking the α and β or the β and γ phosphates in the ATPmolecule (yellow) is broken by the addition of a water molecule.Proteins can efficiently transfer the energy of ATP hydrolysis toother chemicals, thus fueling other chemical reactions, or toother biomolecules for physical work.determining the properties and functions of biomoleculessuch as proteins, nucleic acids, carbohydrates, and lipids.There are four major types of noncovalent interactions: ionicinteractions, hydrogen bonds, van der Waals interactions,and the hydrophobic effect.Each Atom Has a Defined Numberand Geometry of Covalent BondsHydrogen, oxygen, carbon, nitrogen, phosphorus, and sulfurare the most abundant elements found in biological molecules.

These atoms, which rarely exist as isolated entities,readily form covalent bonds with other atoms, using electrons that reside in the outermost electron orbitals surrounding their nuclei. As a rule, each type of atom forms a2.1 • Atomic Bonds and Molecular Interactionscharacteristic number of covalent bonds with other atoms,with a well-defined geometry determined by the atom’s sizeand by both the distribution of electrons around the nucleusand the number of electrons that it can share.

In some cases(e.g., carbon), the number of stable covalent bonds formed isfixed; in other cases (e.g., sulfur), different numbers of stable covalent bonds are possible.All the biological building blocks are organized aroundthe carbon atom, which normally forms four covalent bondswith two to four other atoms. As illustrated by the methane(CH4) molecule, when carbon is bonded to four other atoms,the angle between any two bonds is 109.5º and the positionsof bonded atoms define the four points of a tetrahedron(Figure 2-2a).

This geometry helps define the structures ofmany biomolecules. A carbon (or any other) atom bonded tofour dissimilar atoms or groups in a nonplanar configurationis said to be asymmetric. The tetrahedral orientation of bondsformed by an asymmetric carbon atom can be arranged inthree-dimensional space in two different ways, producingmolecules that are mirror images of each other, a propertycalled chirality. Such molecules are called optical isomers, or(a) MethaneHH109.5°HCHCHHHH(b) FormaldehydeOHCOHHC~120°HChemicalstructureBall-and-stickmodelSpace-fillingmodel▲ FIGURE 2-2 Geometry of bonds when carbon is covalentlylinked to four or three other atoms. (a) If a carbon atom formsfour single bonds, as in methane (CH4), the bonded atoms (all Hin this case) are oriented in space in the form of a tetrahedron.The letter representation on the left clearly indicates the atomiccomposition of the molecule and the bonding pattern.

The ball-andstick model in the center illustrates the geometric arrangement ofthe atoms and bonds, but the diameters of the balls representingthe atoms and their nonbonding electrons are unrealistically smallcompared with the bond lengths. The sizes of the electron cloudsin the space-filling model on the right more accurately representthe structure in three dimensions. (b) A carbon atom also can bebonded to three, rather than four, other atoms, as in formaldehyde(CH2O).

In this case, the carbon bonding electrons participate intwo single bonds and one double bond, which all lie in the sameplane. Unlike atoms connected by a single bond, which usually canrotate freely about the bond axis, those connected by a doublebond cannot.TABLE 2-1Atomand OuterElectrons31Bonding Properties of Atoms MostAbundant in BiomoleculesUsual Numberof Covalent BondsBond GeometryHH1O2OS2, 4, or 6SN3 or 4NP5PC4Cstereoisomers.

Many molecules in cells contain at least oneasymmetric carbon atom, often called a chiral carbon atom.The different stereoisomers of a molecule usually have completely different biological activities because the arrangementof atoms within their structures differs, yielding their uniqueabilities to interact and chemically react with other molecules.Carbon can also bond to three other atoms in which allatoms are in a common plane. In this case, the carbon atomforms two typical single bonds with two atoms and a double bond (two shared electron pairs) with the third atom(Figure 2-2b).

In the absence of other constraints, atomsjoined by a single bond generally can rotate freely about thebond axis, while those connected by a double bond cannot.The rigid planarity imposed by double bonds has enormoussignificance for the shapes and flexibility of large biologicalmolecules such as proteins and nucleic acids.The number of covalent bonds formed by other commonatoms is shown in Table 2-1. A hydrogen atom forms onlyone bond. An atom of oxygen usually forms only two covalent bonds, but has two additional pairs of electrons that canparticipate in noncovalent interactions. Sulfur forms two covalent bonds in hydrogen sulfide (H2S), but also can accommodate six covalent bonds, as in sulfuric acid (H2SO4) andits sulfate derivatives.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
29,79 Mb
Тип материала
Предмет
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6458
Авторов
на СтудИзбе
304
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее