Inligting

S2018_Lesing03_Lees - Biologie

S2018_Lesing03_Lees - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Waterstofbindings

Wanneer waterstof 'n polêre kovalente binding met 'n atoom van hoër elektronegatiwiteit vorm, sal die gebied rondom die waterstof 'n fraksionele positiewe lading hê (genoem δ+). Wanneer hierdie fraksionele positiewe lading 'n gedeeltelike negatiewe lading teëkom (genoem δ-) van 'n ander elektronegatiewe atoom waaraan die waterstof NIE gebind is nie, EN dit word in 'n geskikte oriëntasie aan daardie negatiewe lading aangebied, 'n spesiale soort interaksie wat 'n waterstofbinding kan vorm. Terwyl chemici steeds die presiese aard van die waterstofbinding debatteer, in BIS2A, hou ons daarvan om dit te beskou as 'n swak elektrostatiese interaksie tussen die δ+ van die waterstof en die δ- lading op 'n elektronegatiewe atoom. Ons noem die molekule wat die gedeeltelik gelaaide waterstofatoom bydra "die waterstofbinding skenker" en die atoom met die gedeeltelike negatiewe lading die "waterstofbinding aanvaarder." Jy sal gevra word om te begin leer om algemene biologiese waterstofbindingskenkers en aanvaarders te herken en om vermoedelike waterstofbindings uit modelle van molekulêre strukture te identifiseer.

Waterstofbindings is algemeen in biologie binne en tussen alle tipes biomolekules. Waterstofbindings is ook kritieke interaksies tussen biomolekules en hul oplosmiddel, water. Dit is algemeen, soos gesien in die figuur hieronder, om waterstofbindings in figure met stippellyne voor te stel.

Figuur 1: Twee watermolekules word uitgebeeld wat 'n waterstofbinding vorm (geteken as 'n blou stippellyn). Die watermolekule bo-op "skenk" 'n gedeeltelik gelaaide waterstof terwyl die watermolekule aan die onderkant daardie gedeeltelike lading aanvaar deur 'n komplementêre negatief gelaaide suurstofatoom aan te bied.

Erkenning: Marc T. Facciotti (oorspronklike werk)

Funksionele groepe

'n Funksionele groep is 'n spesifieke groep atome binne 'n molekule wat verantwoordelik is vir 'n eienskap van daardie molekule. Baie biologies aktiewe molekules bevat een of meer funksionele groepe. In BIS2A sal ons die belangrikste funksionele groepe wat in biologiese molekules voorkom, hersien. Dit sluit die volgende in: hidroksiel, metiel, karboniel, karboksiel, amino en fosfaat (sien Figuur 1).

Figuur 1. Die funksionele groepe wat hier getoon word, word in baie verskillende biologiese molekules aangetref. "R" verteenwoordig enige ander atoom of verlenging van die molekule.
Erkenning: Marc T. Facciotti (eie werk aangepas uit vorige beeld van onbekende bron)

'n Funksionele groep kan aan 'n verskeidenheid chemiese reaksies deelneem. Sommige van die belangrike funksionele groepe in biologiese molekules word hierbo getoon: hidroksiel, metiel, karboniel, karboksiel, amino, fosfaat en sulfhidriel (nie getoon nie). Hierdie groepe speel 'n belangrike rol in die vorming van molekules soos DNA, proteïene, koolhidrate en lipiede. Funksionele groepe kan soms geklassifiseer word as met polêre of niepolêre eienskappe, afhangende van hul atoomsamestelling en organisasie. Die term polêr beskryf iets wat 'n eienskap het wat nie simmetries daaroor is nie - dit kan verskillende pole hê (min of meer van iets op verskillende plekke). In die geval van bindings en molekules is die eienskap waarvoor ons omgee gewoonlik die verspreiding van elektrone en dus elektriese lading tussen die atome. In 'n niepolêre binding of molekule sal elektrone en lading relatief eweredig versprei wees. In 'n polêre binding of molekule sal elektrone geneig wees om in sommige gebiede meer gekonsentreer te wees as in ander. 'n Voorbeeld van 'n nie-polêre groep is die metaanmolekule (sien bespreking in Bond Tipes Hoofstuk vir meer besonderhede). Onder die polêre funksionele groepe is die karboksielgroep wat in aminosure voorkom, sommige aminosuursykettings en die vetsure wat trigliseriede en fosfolipiede vorm.

Niepolêre funksionele groepe

Metiel R-CH3

Die metielgroep is die enigste nie-polêre funksionele groep in ons klaslys hierbo. Die metielgroep bestaan ​​uit 'n koolstofatoom wat aan drie waterstofatome gebind is. In hierdie klas sal ons hierdie CH-bindings as effektief nie-polêre kovalente bindings behandel (meer hieroor in die Bond Tipes hoofstuk). Dit beteken dat metielgroepe nie waterstofbindings kan vorm nie en nie met polêre verbindings soos water in wisselwerking sal tree nie.

Figuur 2. Die aminosuur isoleucien is aan die linkerkant, en cholesterol is aan die regterkant. Elkeen het 'n metielgroep wat in rooi omsirkel is. Erkenning: geskep deur Marc T. Facciotti (eie werk aangepas deur Erin Easlon)

Die metielgroepe wat hierbo uitgelig is, word in 'n verskeidenheid biologies relevante verbindings aangetref. In sommige gevalle kan die verbinding 'n metielgroep hê, maar steeds 'n polêre verbinding oor die algemeen wees as gevolg van die teenwoordigheid van ander funksionele groepe met polêre eienskappe (sien die bespreking oor polêre funksionele groepe hieronder).

Soos ons meer leer oor ander funksionele groepe, sal ons by die lys van nie-polêre funksionele groepe voeg. Bly wakker!

Polêre funksionele groepe

Hydroksiel R-OH

'n Hidroksiel (alkoholgroep) is 'n -OH-groep wat kovalent aan 'n koolstofatoom gebind is. Die suurstofatoom is baie meer elektronegatief as óf die waterstof óf die koolstof, wat sal veroorsaak dat die elektrone in die kovalente bindings meer tyd om die suurstof spandeer as om die C of H. Daarom sal die OH- en OC-bindings in die hidroksielgroep polêre kovalente bindings wees. Figuur 3 beeld die gedeeltelike ladings uit, δ+ en δ-, wat met die hidroksielgroep geassosieer word.

Figuur 3. Die hidroksiel funksionele groep wat hier getoon word, bestaan ​​uit 'n suurstofatoom gebind aan 'n koolstofatoom en 'n waterstofatoom. Hierdie bindings is polêre kovalent, wat beteken dat die elektron betrokke by die vorming van die bindings nie gelykop tussen die C-O- en O-H-bindings gedeel word nie. Facciotti (eie werk)

Figuur 4. Die hidroksiel funksionele groepe kan waterstofbindings vorm, getoon as 'n stippellyn. Die waterstofbinding sal tussen die δ vorm - van die suurstofatoom en die δ + van die waterstofatoom. Dipole word in blou pyle getoon. Erkenning: Marc T. Facciotti (oorspronklike werk)

Hidroksielgroepe is baie algemeen in biologiese molekules. Hidroksielgroepe verskyn op koolhidrate (A), op sommige aminosure (B) en op nukleïensure (C). Kan jy enige hidroksielgroepe in die fosfolipied in (D) vind?

Figuur 5. Hidroksielgroepe verskyn op koolhidrate (A, glukose), op sommige aminosure (B, Serine) en op nukleotiede (C, adenosientrifosfaat). D is 'n fosfolipied.

Karboksiel R-COOH

Karboksielsuur is 'n kombinasie van 'n karbonielgroep en 'n hidroksielgroep wat aan dieselfde koolstof geheg is, wat nuwe eienskappe tot gevolg het. Die karboksielgroep kan ioniseer, wat beteken dit kan as 'n suur optree en die waterstofatoom van die hidroksielgroep vrystel as 'n vrye proton (H+). Dit lei tot 'n gedelokaliseerde negatiewe lading op die oorblywende suurstofatome. Karboksielgroepe kan heen en weer wissel tussen geprotoneerde (R-COOH) en gedeprotoneerde (R-COO)-) state afhangende van die pH van die oplossing.

Die karboksielgroep is baie veelsydig. In sy geprotoneerde toestand kan dit waterstofbindings met ander polêre verbindings vorm. In sy gedeprotoneerde toestand kan dit ioniese bindings met ander positief gelaaide verbindings vorm. Dit sal verskeie biologiese gevolge hê wat meer ondersoek sal word wanneer ons ensieme bespreek.

Kan jy al die karboksielgroepe op die makromolekules wat hierbo in Figuur 5 getoon word identifiseer?

Amino R-NH3

Die aminogroep bestaan ​​uit 'n stikstofatoom wat deur enkelbindings aan waterstofatome geheg is. 'n Organiese verbinding wat 'n aminogroep bevat, word 'n amien genoem. Soos suurstof is stikstof ook meer elektronegatief as beide koolstof en waterstof, wat daartoe lei dat die aminogroep 'n polêre karakter vertoon.

Aminogroepe kan ook as basisse optree, wat beteken dat die stikstofatoom aan 'n vierde waterstofatoom kan bind, soos getoon in Figuur 6. Sodra dit gebeur, kry die stikstofatoom 'n positiewe lading en kan nou deelneem aan ioniese bindings.

Figuur 6. Die amien funksionele groep kan in 'n gedeprotoneerde of geprotoneerde toestand bestaan. Wanneer dit geprotoneer word, is die stikstofatoom aan drie waterstofatome gebind en het 'n positiewe lading. Die gedeprotoneerde vorm van hierdie groep is neutraal. Erkenning: geskep deur Erin Easlon (eie werk)

Fosfaat R-PO4-

'n Fosfaatgroep is 'n fosforatoom wat kovalent aan vier suurstofatome gebind is en bevat een P=O-binding en drie P-O verbande. Die suurstofatome is meer elektronegatief as die fosforatoom, wat tot polêre kovalente bindings lei. Daarom is hierdie suurstofatome in staat om waterstofbindings te vorm met nabygeleë waterstofatome wat ook 'n δ het+(waterstofatome gebind aan 'n ander elektronegatiewe atoom). Fosfaatgroepe bevat ook 'n negatiewe lading en kan deelneem aan ioniese bindings.

Fosfaatgroepe is algemeen in nukleïensure en op fosfolipiede (die term "fosfo" verwys na die fosfaatgroep op die lipied). In Figuur 7 is beelde van 'n nukleotied, deoksiedenosienmonfosfaat (links) en 'n fosfoserien (regs).

Figuur 7. 'n Nukleotied, deoksiedenosienmonfosfaat, is aan die linkerkant, en fosfoserien is aan die regterkant. Elkeen het 'n fosfaatgroep wat in rooi omsirkel is.
Erkenning: geskep deur Marc T. Facciotti (eie werk)

Water

Water is 'n unieke stof waarvan die spesiale eienskappe intiem gekoppel is aan die prosesse van die lewe. Lewe het oorspronklik in 'n waterige omgewing ontwikkel, en die meeste van 'n organisme se sellulêre chemie en metabolisme vind binne die water-gesolvateerde inhoud van die sel plaas. Water solveer of "nat" die sel en die molekules daarin, speel 'n sleutelrol as reaktant of produk in 'n ontelbare aantal biochemiese reaksies, en bemiddel die interaksies tussen molekules in en uit die sel. Baie van water se belangrike eienskappe is afkomstig van die molekule se polêre aard, wat opgespoor kan word na die polêre molekules wie se dipool afkomstig is van sy polêre kovalente bindings tussen waterstof en suurstof.

In BIS2A is die alomteenwoordige rol van water in byna alle biologiese prosesse maklik om oor die hoof te sien deur vasgevang te word in die besonderhede van spesifieke prosesse, proteïene, die rolle van nukleïensure en in jou opgewondenheid vir molekulêre masjiene (dit sal gebeur). Dit blyk egter dat water sleutelrolle in al daardie prosesse speel en ons sal voortdurend bewus moet bly van die rol wat water speel as ons 'n meer funksionele begrip wil ontwikkel. Wees op die uitkyk en let ook op wanneer jou instrukteur dit uitwys.

In 'n vloeibare toestand tree individuele watermolekule met mekaar in wisselwerking deur 'n netwerk van dinamiese waterstofbindings wat voortdurend vorm en breek. Water is ook in wisselwerking met ander molekules wat funksionele groepe en/of funksionele groepe gelaai het met waterstofbindingskenkers of -ontvangers. 'n Stof met voldoende polêre of gelaaide karakter kan oplos of hoogs mengbaar in water word na verwys as synde hidrofiel (hidro- = "water"; -filies = "liefdevol"). Daarenteen tree molekules met meer nie-polêre karakters soos olies en vette nie goed in wisselwerking met water nie en skei daarvan eerder as om daarin op te los, soos ons sien in slaaisouse wat olie en asyn ('n suurwateroplossing) bevat. Hierdie nie-polêre verbindings word genoem hidrofobies (hidro- = "water"; -fobies = "vreesend"). Ons sal sommige van die energieke komponente van hierdie tipe reaksies in 'n ander hoofstuk oorweeg.

Figuur 1. In 'n vloeibare toestand vorm water 'n dinamiese netwerk van waterstofbindings tussen individuele molekules. Getoon is een skenker-aanvaarder-paar.
Erkenning: Marc T. Facciotti (oorspronklike werk)

Water se oplosmiddel eienskappe

Aangesien water 'n polêre molekule is met effens positiewe en effens negatiewe ladings, kan ione en polêre molekules maklik daarin oplos. Daarom word daar na water verwys as 'n oplosmiddel, 'n stof wat in staat is om ander polêre molekules en ioniese verbindings op te los. Die ladings wat met hierdie molekules geassosieer word, sal waterstofbindings met water vorm, wat die deeltjie met watermolekules omring. Dit word na verwys as 'n sfeer van hidrasie, of 'n hidrasiedop en dien om die deeltjies geskei of in die water versprei te hou.

Wanneer ioniese verbindings by water gevoeg word, tree die individuele ione in wisselwerking met die poolstreke van die watermolekules, en die ioniese bindings word waarskynlik ontwrig in die proses genaamd dissosiasie. Dissosiasie vind plaas wanneer atome of groepe atome van molekules afbreek en ione vorm. Oorweeg tafelsout (NaCl, of natriumchloried). 'n Droë blok NaCl word deur ioniese bindings bymekaar gehou en is moeilik om te dissosieer. Wanneer NaCl-kristalle egter by water gevoeg word, dissosieer die molekules van NaCl in Na+ en Clione, en sfere van hidrasie vorm rondom die ione. Die positief gelaaide natriumioon word omring deur die gedeeltelik negatiewe lading van die watermolekule se suurstof. Die negatief gelaaide chloriedioon word omring deur die gedeeltelik positiewe lading van die waterstof op die watermolekule. Mens kan 'n model voorstel waarin die ioniese bindings in die kristal "verruil" word vir baie kleiner skaal ioniese bindings met die polêre groepe op watermolekules.

Figuur 2. Wanneer tafelsout (NaCl) in water gemeng word, word sfere van hidrasie rondom die ione gevorm. Hierdie figuur beeld 'n natriumioon (donkerblou sfeer) en 'n chloriedioon (ligblou sfeer) uit wat in 'n "see" van water opgelos is. Let op hoe die dipole van die watermolekules wat die ione omring, so in lyn gebring is dat komplementêre ladings/gedeeltelike ladings met mekaar assosieer (dws die gedeeltelike positiewe ladings op die watermolekules belyn met die negatiewe chloried-ioon terwyl die gedeeltelike negatiewe ladings op die suurstof van water in lyn met die positief gelaaide natriumioon).
Erkenning: Ting Wang - UC Davis (oorspronklike werk gewysig deur Marc T. Facciotti)

Let wel: moontlike bespreking

Beskou die model van water wat 'n soutkristal oplos wat hierbo aangebied word. Beskryf in jou eie woorde hoe hierdie model gebruik kan word om te verduidelik wat op molekulêre vlak gebeur wanneer genoeg sout by 'n volume water gevoeg word wat die sout nie meer oplos nie (die oplossing bereik versadiging). Werk saam om 'n gemeenskaplike prentjie te skep.