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

Lodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (794361), страница 15

Файл №794361 Lodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (H. Lodish - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003)) 15 страницаLodish H. - Molecular Cell Biology (5ed, Freeman, 2003) (794361) страница 152019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Nitrogen and phosphorus each havefive electrons to share. In ammonia (NH3), the nitrogen atomforms three covalent bonds; the pair of electrons around theatom not involved in a covalent bond can take part in noncovalent interactions. In the ammonium ion (NH4), nitrogen forms four covalent bonds, which have a tetrahedralgeometry. Phosphorus commonly forms five covalent bonds,as in phosphoric acid (H3PO4) and its phosphate derivatives,which form the backbone of nucleic acids. Phosphate groupsattached to proteins play a key role in regulating the activity of many proteins (Chapter 3), and the central moleculein cellular energetics, ATP, contains three phosphate groups(see Section 2.4).32CHAPTER 2 • Chemical FoundationsElectrons Are Shared Unequallyin Polar Covalent Bondsδ−In many molecules, the bonded atoms exert different attractions for the electrons of the covalent bond, resulting in unequal sharing of the electrons.

The extent of an atom’s abilityto attract an electron is called its electronegativity. A bondbetween atoms with identical or similar electronegativitiesis said to be nonpolar. In a nonpolar bond, the bonding electrons are essentially shared equally between the two atoms,as is the case for most COC and COH bonds. However, iftwo atoms differ in their electronegativities, the bond between them is said to be polar.One end of a polar bond has a partial negative charge(), and the other end has a partial positive charge ().

Inan OOH bond, for example, the greater electronegativity ofthe oxygen atom relative to hydrogen results in the electronsspending more time around the oxygen atom than the hydrogen. Thus the OOH bond possesses an electric dipole, a positive charge separated from an equal but opposite negativecharge. We can think of the oxygen atom of the OOH bondas having, on average, a charge of 25 percent of an electron,with the H atom having an equivalent positive charge.

Because of its two OOH bonds, water molecules (H2O) aredipoles that form electrostatic, noncovalent interactions withone another and with other molecules (Figure 2-3). Theseinteractions play a critical role in almost every biochemicalinteraction and are thus fundamental to cell biology.The polarity of the OUP double bond in H3PO4 resultsin a “resonance hybrid,” a structure between the two formsshown below in which nonbonding electrons are shown aspairs of dots:HOHHOOPOOHHOPOO−δ−Dipolemomentδ+H104.5°Hδ++▲ FIGURE 2-3 The dipole nature of a water molecule.

Thesymbol represents a partial charge (a weaker charge than theone on an electron or a proton). Because of the difference inthe electronegativities of H and O, each of the polar HOO bondsin water has a dipole moment. The sizes and directions of thedipole moments of each of the bonds determine the net dipolemoment of the molecule.Covalent Bonds Are Much Stronger and MoreStable Than Noncovalent InteractionsCovalent bonds are very stable because the energies requiredto break them are much greater than the thermal energyavailable at room temperature (25 ºC) or body temperature(37 ºC). For example, the thermal energy at 25 ºC is approximately 0.6 kilocalorie per mole (kcal/mol), whereas theenergy required to break the carbon-carbon single bond(COC) in ethane is about 140 times larger (Figure 2-4).

Consequently at room temperature (25 ºC), fewer than 1 in 1012ethane molecules is broken into a pair of ·CH3 radicals, eachcontaining an unpaired, nonbonding electron.Covalent single bonds in biological molecules have energies similar to that of the COC bond in ethane. Becausemore electrons are shared between atoms in double bonds,they require more energy to break than single bonds. For instance, it takes 84 kcal/mol to break a single COO bond, but170 kcal/mol to break a CUO double bond. The most common double bonds in biological molecules are CUO, CUN,CUC, and PUO.The energy required to break noncovalent interactionsis only 1–5 kcal/mol, much less than the bond energies ofcovalent bonds (see Figure 2-4). Indeed, noncovalent interactions are weak enough that they are constantly beingHIn the resonance hybrid on the right, one of the electronsfrom the PUO double bond has accumulated around the Oatom, giving it a negative charge and leaving the P atom witha positive charge.

These charges are important in noncovalent interactions.Noncovalent interactions▲FIGURE 2-4 Relative energies ofcovalent bonds and noncovalentinteractions. Bond energies are determinedas the energy required to break a particulartype of linkage. Covalent bonds are one totwo powers of 10 stronger than noncovalentinteractions. The latter are somewhat greaterthan the thermal energy of the environmentat normal room temperature (25 ˚C). Manybiological processes are coupled to theenergy released during hydrolysis of aphosphoanhydride bond in ATP.OCovalent bondsElectrostaticvan derWaalsHydrogenbondsThermalenergy0.24 × 100Hydrolysis of ATPphosphoanhydride bond0.24 × 1010.24 × 102C−CC=C0.24 × 103kcal/mol2.1 • Atomic Bonds and Molecular Interactions33formed and broken at room temperature. Although theseinteractions are weak and have a transient existence atphysiological temperatures (25–37 ºC), multiple noncovalent interactions can act together to produce highly stableand specific associations between different parts of a largemolecule or between different macromolecules.

We first review the four main types of noncovalent interactions andthen consider their role in the binding of biomolecules toone another and to other molecules.The relative strength of the interaction between two ions,A and C, depends on the concentration of other ions in asolution.

The higher the concentration of other ions (e.g., Naand Cl), the more opportunities A and C have to interactionically with these other ions, and thus the lower the energyrequired to break the interaction between A and C. As aresult, increasing the concentrations of salts such as NaCl ina solution of biological molecules can weaken and even disrupt the ionic interactions holding the biomolecules together.Ionic Interactions Are AttractionsBetween Oppositely Charged IonsHydrogen Bonds Determine Water Solubilityof Uncharged MoleculesIonic interactions result from the attraction of a positivelycharged ion—a cation—for a negatively charged ion—ananion. In sodium chloride (NaCl), for example, the bondingelectron contributed by the sodium atom is completely transferred to the chlorine atom.

Unlike covalent bonds, ionicinteractions do not have fixed or specific geometricorientations, because the electrostatic field around an ion—its attraction for an opposite charge—is uniform in alldirections.In aqueous solutions, simple ions of biological significance, such as Na, K, Ca2, Mg2, and Cl, do not existas free, isolated entities. Instead, each is hydrated, surrounded by a stable shell of water molecules, which are heldin place by ionic interactions between the central ion and theoppositely charged end of the water dipole (Figure 2-5).Most ionic compounds dissolve readily in water because theenergy of hydration, the energy released when ions tightlybind water molecules, is greater than the lattice energy thatstabilizes the crystal structure. Parts or all of the aqueous hydration shell must be removed from ions when they directlyinteract with proteins.

For example, water of hydration islost when ions pass through protein pores in the cell membrane during nerve conduction (Chapter 7).A hydrogen bond is the interaction of a partially positivelycharged hydrogen atom in a molecular dipole (e.g., water)with unpaired electrons from another atom, either in thesame (intramolecular) or in a different (intermolecular) molecule. Normally, a hydrogen atom forms a covalent bondwith only one other atom. However, a hydrogen atom covalently bonded to an electronegative donor atom D may forman additional weak association, the hydrogen bond, with anacceptor atom A, which must have a nonbonding pair ofelectrons available for the interaction:Mg2HOH▲ FIGURE 2-5 Electrostatic interaction between water anda magnesium ion (Mg2).

Water molecules are held in placeby electrostatic interactions between the two positive chargeson the ion and the partial negative charge on the oxygen of eachwater molecule. In aqueous solutions, all ions are surrounded bya similar hydration shell.DH ADHAHydrogen bondThe length of the covalent DOH bond is a bit longer than itwould be if there were no hydrogen bond, because the acceptor “pulls” the hydrogen away from the donor. An important feature of all hydrogen bonds is directionality.

In thestrongest hydrogen bonds, the donor atom, the hydrogenatom, and the acceptor atom all lie in a straight line. Nonlinear hydrogen bonds are weaker than linear ones; still, multiple nonlinear hydrogen bonds help to stabilize thethree-dimensional structures of many proteins.Hydrogen bonds are both longer and weaker than covalent bonds between the same atoms. In water, for example,the distance between the nuclei of the hydrogen and oxygenatoms of adjacent, hydrogen-bonded molecules is about 0.27nm, about twice the length of the covalent OOH bondswithin a single water molecule (Figure 2-6a).

The strengthof a hydrogen bond between water molecules (approximately 5 kcal/mol) is much weaker than a covalent OOHbond (roughly 110 kcal/mol), although it is greater than thatfor many other hydrogen bonds in biological molecules (1–2kcal/mol). The extensive hydrogen bonding between watermolecules accounts for many of the key properties of thiscompound, including its unusually high melting and boilingpoints and its ability to interact with many other molecules.The solubility of uncharged substances in an aqueous environment depends largely on their ability to form hydrogenbonds with water.

For instance, the hydroxyl group (OOH)in methanol (CH3OH) and the amino group (ONH2) inmethylamine (CH3NH2) can form several hydrogen bondswith water, enabling these molecules to dissolve in water to34CHAPTER 2 • Chemical Foundations(b)(a)(c)OHHHOHHHHOHHHOOWater-waterHHOCNHOHNHCH3Methanol-water▲ FIGURE 2-6 Hydrogen bonding of water with itselfand with other compounds.

Характеристики

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

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный 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
6531
Авторов
на СтудИзбе
301
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее