11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика
DESCRIPTION
Цикл I «Химия живого». 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика 13. 9. Вода.Биологические мембраны. Липидный бислой 18. 9. Структура и функция белка 20.9. Обмен веществом Преобразование энергии 25. 9. Контрольная 1 (помни об автомате и премии Апто-Фарма ) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/1.jpg)
11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика
13. 9. Вода. Биологические мембраны.
Липидный бислой 18. 9. Структура и функция белка20.9. Обмен веществом
Преобразование энергии 25. 9. Контрольная 1 (помни об
автомате и премии Апто-Фарма)
27. 9. Разбор контрольной 1
Цикл I «Химия живого»
![Page 2: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/2.jpg)
Текучесть клеточной мембраны
10.1
![Page 3: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/3.jpg)
Проникновение липидов и ПАВ в бислой
![Page 4: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/4.jpg)
Разрушение мембраны детергентом (ПАВ)
10.3
![Page 5: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/5.jpg)
Биологическая мембрана:липидный бислой + белки
![Page 6: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/6.jpg)
Липиды и белки клеточных мембран (% по весу)
Липиды БелкиФосфолипиды Стерины
(холестерин) Человек (миелиновая оболочка) 30 19 30Кукуруза (лист) 26 7 47Дрожжи 7 4 52Бактерии (E. coli) 2575
![Page 7: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/7.jpg)
Подвижность липидов и белков
в мембране
![Page 8: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/8.jpg)
Подвижность мембранных белков
10.6
Латеральная диффузия
![Page 9: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/9.jpg)
Белки обеспечивают транспорт веществ через мембрану
2 типа
Пассивный транспорт – движение по градиенту концентрации (диффузия)
Активный транспорт – движение против градиента концентрации
![Page 10: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/10.jpg)
Энергетика трансмембранног
о переноса
![Page 11: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/11.jpg)
Гидрофобные и гидрофильные участки трансмембранного белка
215701
![Page 12: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/12.jpg)
Трансмембранные белки
Трансмембранныйдоменальфа-спиралиупаковка бок-о-бок
![Page 13: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/13.jpg)
α-спиральводородная связь полипептидной
цепи
![Page 14: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/14.jpg)
ПАССИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
диффузия по
градиенту концентрации
![Page 15: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/15.jpg)
Аквапорин – транспорт воды
(Питер Эгр)
Аквапорин: 109 молекул Н2О/сек (ΔG < 15 kJ/mol)
Ферменты: число оборотов1 – 104 молекул/сек
(максимум - 4 х 107 молекул/сек, каталаза)Осморегуляция
и болезни
![Page 16: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/16.jpg)
АКВАПОРИН
Preston GM, Carroll TP,Guggino WB, Agre P
![Page 17: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/17.jpg)
Как аквапорин
разрешает
транспорт воды
и исключает
транспорт протона?
Координация Н-связи
Растворимость
Электростатическийбарьер
![Page 18: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/18.jpg)
Как аквапорин разрешает транспорт
воды и исключает
транспорт протона?
![Page 19: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/19.jpg)
К+- канал
![Page 20: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/20.jpg)
Калиевый канал
![Page 21: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/21.jpg)
К+ в калиевом канале
Краун - эфиры
![Page 22: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/22.jpg)
Антибиотики – вещества, которые
токсичны для микроорганизмов.
Обычно являются продуктом метаболизма особых микроорганизмов
или растений.
![Page 23: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/23.jpg)
Антибиотики ионофоры –
мембранные поры для пассивного транспорта
ионов («дырки» для ионов)
![Page 24: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/24.jpg)
Антибиотик валиномицин – пептидный ионофор связывает
К+
![Page 25: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/25.jpg)
Валиномицин, ИБХ РАН
![Page 26: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/26.jpg)
Антибиотик грамицидин – пептидный ионофор для H+, M+,
NH4+
Trp(W)
![Page 27: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/27.jpg)
Молекулярные болезниводно - солевого обмена
![Page 28: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/28.jpg)
АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
Энергозависимый перенос против
градиента концентрации
![Page 29: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/29.jpg)
Живые организмы создают и
поддерживают свою сложную
структуру/систему используя энергию
Солнца
(прямо или косвенно за счет питательных веществ)
![Page 30: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/30.jpg)
Традиционный Превращение Хим Биология энергии света в
энергию фосфоангидриднойхимической связи АТР
I. энергия кванта света →
II. энергия разности
потенциаловна мембране →
III. энергия
фосфоангидриднойсвязи ATPклассический
фотосинтез
![Page 31: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/31.jpg)
-спирали бактериородопсина в мембране
![Page 32: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/32.jpg)
Квант света изомеризует ретиналь
![Page 33: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/33.jpg)
Ретиналь вбактерио-родопсине
![Page 34: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/34.jpg)
Бактерио-родопсин
![Page 35: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/35.jpg)
Бактериородопсин
![Page 36: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/36.jpg)
1. Исходная структура
![Page 37: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/37.jpg)
2. Фотоизомеризация ретиналя и депротонирование основания
Шиффа
![Page 38: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/38.jpg)
3. Протонирование основания Шиффа
![Page 39: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/39.jpg)
4. Протонирование карбоксильной группы 1Депротонирование карбоксильной группы 2
![Page 40: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/40.jpg)
1. Исходная структура
![Page 41: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/41.jpg)
Транспорт протона
без перемещения
Н и ОМеханизм Гротхуса
C.J.T.V. Grotthuss, Sur la decomposition de l'eau et des corps qu'elletient en
dissolution a l'aide de l'electricite galvanique
(Theory of decomposition of liquids by electric currents), Ann. Chim. 58 (1806) 54–74(Атомная теория)
J. Dalton, A New System of Chemical Philosophy, Part I, R. Bickerstaff, London, 1808
Что лимитирует скорость всего процесса: электростатика, гидратация или вращение?
![Page 42: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/42.jpg)
Превращение энергии и вещества
свет → Н+ → ATP70 мВ/7-8 нм100 кВ/см (!)
1-100 мсек
Энергияфосфоангидридной химической связи
Энергия фотона
Электрическая энергия(батарейка/конденсатор)
Гидролизангидрида10 Kcal/mol
![Page 43: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/43.jpg)
Термодинамика живогоЛенинджер и Пригожин
. Илья Р Пригожин1917 - 2003
![Page 44: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/44.jpg)
Протонный насос и синтез АТР
Что стоит за названием «энергетические фабрики клетки»
археи
![Page 45: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/45.jpg)
1.Биоэнергетика изучает превращение энергии в клетке (биол.)
Термодинамика количественно описывает химические процессы (хим.)
2. АТР, аденозинтрифосфат, универсальная энергетическая валюта, 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 машина
![Page 46: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/46.jpg)
Аденозин-5’-трифосфат, АТРсинтез АТР/день = вес тела человека
![Page 47: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/47.jpg)
Природа «не любит» реакции прямого синтеза:
А + В = А-В,поскольку они энергетически
затратны.Природа использует обменные реакции:
А-Х + В-Y = А-В + Х-Y,поскольку они не требуют
энергии
![Page 48: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/48.jpg)
Энергетический
профиль
процесса
и
реакции
![Page 49: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/49.jpg)
ΔG для реакций гидролиза kcal/mol kJ/mol
Амиды и пептиды Gln - 3.4 - 14.2 GlyGly - 2.2 - 9.2
ЭфирыЭтилацетат - 4,7 - 19.6
АнгидридыР-O-Р - 4,6 - 19.2
Условная граница --------------------------------------------------------- (- 25)
АТР до АDР и Pi - 7.3 - 30.5 ATP до АМР и РРi - 10,9 - 45.5
(в клетке - 12 – 15)
Уксусный ангидрид - 21,8 - 91.1
![Page 50: 11. 9. Что такое жизнь с точки зрения химика](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062400/56814ac1550346895db7d63a/html5/thumbnails/50.jpg)
Изменения стандартной энергии двух реакций
аддитивныkJ/mol
ROH + p = ROp + H2O + 13.8HOH + pppA = p + ppA - 30.5---------------------------------------------ROH + pppA = ROp + ppA - 16.7
(- 4.0 kcal/mol) АТР-зависимые реакции расходуют энергиюгидролиза АТР (биол.)
Реакционно способный АТР легко вступает в реакции замещения (хим.)Универсальный химический реакционный модуль