بیوشیمی سال تحصیلی 89/90 دانشگاه کردستان دانشکده کشاورزی گروه علوم دامی بیوشیمی سال تحصیلی 89/90

تعریف بیوشیمی بیوشیمی: به دنبال شناسایی ساختار، سازمان و فعالیت مواد زیستی با به کاربردن روش ها و مسیرهای شیمیایی است چگونه مولکول های غیرزنده در تشکیل یک مجموعه زنده شرکت می کنند

Biochemistry is interdisciplinary

بیوشیمی: علمی مدرن با ساختاری بین رشته ای است تاثیر دانشمندان علم شیمی و فیزیک تئوری ها و قوانین شیمی و فیزیک بیولوژی سلول ژنتیک قانون فشار اسمزی مثال های دیگر؟

سوال های مطرح در بیوشیمی ساختار شیمیایی ترکیبات مواد زنده چیست؟ چگونه اثرات متقابل ملکول های غیرزنده، ساختار های ملکولی بزرگ، سلول ها، بافت های چند سلولی و موجودات زنده را می سازند؟ چگونه ماده زنده انرژی را از محیط اطراف خود به منظور زنده ماندن جذب می کند؟ و ...................................

موجود زنده؟ تغذیه رشد دفاع از خود تکثیر ژنوم (مرکز اطلاعات و دستورات) آنزیم ها مسیرهای متابولیکی خاص

واحد سازنده موجودات عالی سلول حیوانی

واکنش های درون سلولی گلیکولیز پنتوز فسفات ساخت منبع مسقیم انرژی سلولی در چرخه تری کربوکسیلیک اسید (کربس) ساخت اسیدهای چرب بتااکسیداسیون اسیدهای چرب (ATP)

واکنش های درون سلولی کل واکنش های درون سلول از قانون های ترمودینامیک پیروی می کنند! قانون های ترمودینامیک؟ وجود آنزیم در درون سلول مسیر خاص نظم دقیق و تنظیم شده

واکنش های درون سلولی Exergonic واکنش های انرژی زا <0

واکنش های درون سلولی Endergonic واکنش های انرژی خواه >0

Exergonic or Endergonic? آنزیم glucose glucose 6-phosphate Exergonic or Endergonic?

گروه های عاملی مهم در بیوشیمی

گروه های عاملی مهم در بیوشیمی R?

گروه های عاملی مهم در بیوشیمی استیل کوآنزیم A

سه بخش اصلی در بیوشیمی شیمی ساختاری: روابط ساختاری-عملکردی موجود در پروتئین ها، کربوهیدرات ها، DNA/RNA، لیپیدها و ... سوخت و ساز (متابولیسم): در ارتباط با کلیت واکنش های شیمیایی که در موجودات زنده رخ می دهند: الف: کاتابولیسم ب: آنابولیسم ج:مدیریت انرژی سلولی ذخیره، انتقال و بیان اطلاعات ژنتیکی: تکثیر DNA و ساخت پروتئین

انواع اصلی ماکروملکول های زیستی کربوهیدرات ها لیپیدها پروتئین ها اسیدهای نوکلئیک چربی ها Fats روغن ها Oils

مونومرها و پلیمرها مونومر ماکرومولکول مونوساکارید کربوهیدرات لیپید پروتئین اسیدهای نوکلئیک مونومر مونوساکارید زنجیره های هیدروکربنی آمینواسیدها نوکلئوتیدها

مونومرها و پلیمرها (کربوهیدرات ها) ماکروملکول(پلیمر) مونومر گلوکز نشاسته و سلولز

مونومرها و پلیمرها (لیپیدها) ماکروملکول(پلیمر) مونومر تری آسیل گلیسرول (تری گلیسرید) گلیسرول اسید چرب

مونومرها و پلیمرها (پروتئین ها) ماکروملکول(پلیمر) مونومر آمینواسید پلی پپتید

مونومرها و پلیمرها (زنجیره پلی نوکلئوتید) ماکروملکول(پلیمر) مونومر نوکلئوتید

آب خصوصیات مهم آب: 1- نقطه جوش 100 درجه سانتی گراد 2- نقطه ذوب صفر درجه سانتی گراد 3- بالاترین گرمای ویژه تبخیر 4- قابلیت گرمای ویژه آب 5- حلال مواد قطبی و یونی فایده در حیوانات؟ دلیل؟

آب پیوندهای هیدروژنی اثر یا اثرات وجود پیوندهای هیدروژنی بر خصوصیات آب؟

آب چند کالری بر گرم؟ نقطه جوش (سانتی گراد) گرمای نهان تبخیر (ژول/گرم) نقطه ذوب (سانتی گراد) ماده ۷۸٫۳ ۸۵۵ -۱۱۴ الکل اتیلیک -۳۳٫۳۴ ۱۳۶۹ -۷۵ بخار امونیاک -۷۸ ۵۷۴ -۵۷ دی‌اکسید کربن -۲۶۸٫۹۳ ۲۱   هلبوم -۲۵۳ ۴۵۵ -۲۵۹ هیدروژن ۱۷۵۰ ۸۷۱ ۳۷۲٫۳ سرب -۱۹۶ ۲۰۰ -۲۱۰ نیتروژن -۱۸۳ ۲۱۳ -۲۱۹ اکسیژن ۱۱۰٫۶ ۳۵۱ -۹۳ تولوئن ۲۹۳ تربانتین ۱۰۰ ۰ آب ۲۲۶۰ چند کالری بر گرم؟

گرماي نهان مقدار گرمایی كه در تبديل حالات آب از آن گرفته يا آزاد مي شود  محاسبه برحسب cal/gr  تغييرات دما حالت جديد  نوع گرماي نهان Le=597.3-0.57T + بخار گرماي نهان تبخير Lc=-Le - مايع  گرماي نهان تقطير Ls=677-0.07T  گرماي نهان تصعيد Lm=79.7  گرماي نهان ذوب Lf=-79.7 يخ  گرماي نهان انجماد

منبع درسی بیوشیمی هارپر صفحات: 33 تا 151، بخش I 153 تا 406 ، بخش II

گروه های عاملی مهم در بیوشیمی R?

اسید و باز اسید؟ باز؟

تعریف اسید مزه لیمو سرکه Robert Boyle 1- خورنده فلزات 2- تغییر دهنده رنگ لیتموس قرمز 3- در مخلوط با باز (قلیا) کاهش قدرت خورندگی

تعریف باز (قلیا) مزه گس-تلخ Robert Boyle 1- لغزنده 2- تغییر دهنده رنگ لیتموس آبی 3- در مخلوط با اسید کاهش قدرت بازی

تعریف اسید Arrhenius 1- ترکیبات دارای هیدروژن 2- قابل حل در آب 3- آزاد کردن یون هیدروژن به درون آب HCl → H+ (aq) + Cl- (aq) H2O

تعریف باز (قلیا) Arrhenius 1- قابل حل در آب 2- آزاد کردن یون هیدروکسید به درون آب NaOH → Na+ (aq) + OH-(aq) H2O

واکنش خنثی شدن HCl(aq) + NaOH(aq) → H۲O(l) + NaCl(aq) Neutralization Reaction آب نمک HCl(aq) + NaOH(aq) → H۲O(l) + NaCl(aq) کم یا بی اثر شدن باز و اسید

تعریف آرینوس H+ (H3O+) اسید ترکیبی است که در آب یون هیدروژن آزاد می کند OH- باز ترکیبی است که در آب هیدروکسید آزاد می کند

نقص تعریف آرینوس NaHCO3 1- بی کربنات سدیم 2- جوش شیرین NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3 NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O باز اسید

تعریف برونستد-لوری Brǿnsted-Lowry 1923 1- اسید دهنده پروتون 2- باز گیرنده پروتون Proton Donor Proton Acceptor یک پروتون دقیقاً یک اتم هیدروژن است که الکترون خود را از دست داده است

ترکیب آمفوتر Amphoteric Compound NaHCO3 NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3 NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O گیرنده پروتون دهنده پروتون

A Brønsted-Lowry acid is a proton donor A Brønsted-Lowry base is a proton acceptor conjugate acid conjugate base base acid

بر اساس تعریف برونستد-لوری: 1- NH3 در داخل آب یک باز است 2- آب نیز یک اسید است

بر اساس تعریف برونستد-لوری: 1- (HCO3-) در داخل آب یک اسید است 2- آب نیز یک باز است اسید کربنیک

تعریف لویس تعریف H+ Lewis اسید ترکیبی است که یک جفت الکترون می پذیرد باز ترکیبی است که یک جفت الکترون انتقال می دهد

اسید و باز لویس H3O+ تشکیل یون هیدرونیوم H3O+ H2O H+ +

واکنش اسید و باز لویس

واکنش اسید و باز لویس در بیولوژی گروه هم در هموگلوبین: با اکسیژن و مونواکسید کربن واکنش می دهد یون آهن در ساختمان هموگلوبین یک اسید لویس یا یک باز لویس است یون آهن Heme group

رابطه: Ka, Kb, [H3O+] , pH pH?

:pH 1- معیاری است از قدرت یک اسید و باز 2- برابر است: 10 به توان منفی مقدار مولاریته یون H+ یا OH-

pH = - log [H+] محاسبه pH ( نشانه مولاریته است[ ]) ( نشانه مولاریته است[ ]) Example: If [H+] = 1 × 10-10 pH = - log 1 × 10-10 pH = - (- 10) pH = 10 Example: If [H+] = 1.8 × 10-5 pH = - log 1.8 × 10-5 pH = - (- 4.74) pH = 4.74

محاسبه pH A 0.15 M solution of Hydrochloric acid? 2) A 3.00 X 10-7 M solution of Nitric acid?

محاسبه pH دو مثال برای هر گروه؟ pH = - log [H+] -pH = log [H+] antilog (10x) 10-pH = [H+] [H+] = 10-3.12 = 7.6 x 10-4 M دو مثال برای هر گروه؟ “Shift” یا“2nd function” log + antilog

8/5 باشد،pH اگر یک محلول دارای غلظت یون هیدروژن؟

pOH حالت عکس در واقعیت وجود ندارد pH pOH = - log [OH-] pH + pOH = 14

pH محلول NaOH 0/001 مولار چند است؟ [OH-] = 0.0010 (1.0 × 10-3 M) pOH = - log 0.0010 pOH = 3 pH = 14 – 3 = 11

pH [H+] [OH-] pOH

تفکیک الکترولیتها در آب HA + H2O⇌ H3O+ + A- تعادل یونی B + H2O⇌ BH++ OH- الکترولیتهای ضعیف (اسیدها یا بازهای ضعیف) در محلول آبی بطور کامل یونیزه نمی‌شوند الکترولیتهای قوی (اسیدها یا بازهای قوی) در محلول آبی بطور کاملاً یونیزه می‌شوند

تفکیک یک اسید ضعیف در آب اسید ضعیف Ka < 1 کم[H3O+] وpH = 2 - 7 HA + H2O⇌ H3O+ + A- آب+ اسید باز مزدوج+ یون هیدرونیوم = ثابت تفکیک باز مزدوج+ یون هیدرونیوم اسید Ka < 1 کم[H3O+] وpH = 2 - 7 اسید ضعیف

تفکیک یک باز ضعیف در آب باز ضعیف Kb < 1 کم[OH-] وpH = 12 - 7 B + H2O⇌ BH++ OH- آب+ باز یون هیدروکسید+ اسید مزدوج = ثابت تفکیک یون هیدروکسید +اسید مزدوج باز Kb < 1 کم[OH-] وpH = 12 - 7 باز ضعیف

تفکیک اسید ضعیف HCOOH (aq) H+ (aq) + HCOO- (aq) [H+] [HCOO-] Ka = [HCOOH] pH = 3.98 16.2

آب می تواند هم به صورت اسید و هم باز عمل کند: Kw ثابت تفکیک برای آب Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 at 25 oC

Autoionization Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 [H3O+] = [OH-] = 1.00 x 10-7 M

معادله هندرسون-هسلباخ pH = - log [H+] pKa = - log Ka

با غلظتهای ذکر شده را محاسبه کنید؟ فرمیک HCOOH اسیدیته محلول اسید HCOOH 0.30 M 0.52 M HCOO- pKa = 3.77 HCOOH (aq) H+ (aq) + HCOO- (aq)

HCOOH (aq) H+ (aq) + HCOO- (aq) غلظت اولیه(M) تغیرات(M) غلظت در حالت تعادل(M) 0.30 0.00 -x +x 0.30 - x 0.52 x 0.52 + x 0.30 – x  0.30 0.52 + x  0.52 pH = pKa + log [HCOO-] [HCOOH] pH = 3.77 + log [0.52] [0.30] pH= 4.01

اسیدیته محلول با غلظتهای ذکر شده محاسبه کنید؟ اسیدیته محلول با غلظتهای ذکر شده محاسبه کنید؟ اسید مزدوج 0.36 M NH4Cl باز 0.30 M NH3 [NH4+] [OH-] [NH3] Kb = = 1.8 ×10-5

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq) 0.30 0.36 0.30 - x 0.36 + x x - x + x غلظت اولیه(M) تغیرات(M) غلظت در حالت تعادل(M) (0.36 + x)(x) (0.30 – x) 1.8 × 10-5 = pOH =- log pOH 1.8 × 10-5  0.36x 0.30 pOH = 4.82 x = 1.5 × 10-5 =[OH-] pH= 14-4.82=9.18

80.0 mL 0.05 M NaOH 20.0 mL final volume = 80.0 mL + 20.0 mL = 100 mL NH3 0.30 M × 0.080 L = 0.024 mol / 0.1 L = 0.24M OH- 0.050 M × 0.020 L = 0.001 mol /0 .1 L = 0.01M NH4+ 0.36 M × 0.080 L = 0.029 mol / 0.1 L = 0.29 M NH4+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) + NH3 (aq) start (M) 0.29 0.01 0.24 end (M) 0.28 0.0 0.25 Ka= = 5.6 × 10-10 [H+] [NH3] [NH4+] [H+] = 6.27 × 10 -10 = 5.6 × 10-10 [H+] 0.25 0.28 pH = 9.20

اگر غلظت اسید و باز کنژوکه با هم برابر باشد pH = pKa + log [HCOO-] [HCOOH] [A-] = [HA] ? log10(1)= pH = p Ka

تیتراسیون یک اسید قوی با باز قوی (واکنش خنثی سازی) حجم باز

تیتراسیون یک اسید ضعیف با باز قوی حجم باز

تیتراسیون یک اسید ضعیف HA + H2O⇌ H+ + A- pKa = 4.7

اثر بافری

بافر چیست؟ مثال؟ اسید استیک و استات سدیم یک محلول بافر را می‌توان از یک اسید ضعیف و نمکی از اسیدضعیف (باز مزدوج) تهیه کرد. اسید استیک و استات سدیم یک محلول بافر را می‌توان از یک باز ضعیف و نمکی از بازضعیف (اسید مزدوج) تهیه کرد. مثال؟

بافر چیست؟ بافر: توانایی مقاومت در مقابل تغیر pH در اثر افزودن مقادیر کم باز یا اسید به آن را دارا می باشد. بافر: تنها از ترکیب یک اسید یا باز ضعیف با نمک آنها (به ترتیب باز مزدوج و اسید مزدوج) ایجاد می شود. بازها و اسیدهای قوی نمی توانند به عنوان بافر عمل کنند. دلیل؟؟؟ بازها و اسیدهای قوی نمی توانند به عنوان بافر عمل کنند.

مقدار برابری از اسید استیک و نمک آن یعنی استات سدیم: CH3COOH CH3COONa

تیتراسیون محلول اسید استیک و باز مزدوج آن: CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) HCL اصل لوشاتلیه؟ CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) NaOH CH3COOH (aq) H2O (aq) + CH3COO- (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) CH3COOH (aq) OH- (aq) + CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H2O (l)

مقایسه تغیرات pH در تیتراسیون بازضعیف با اسیدقوی HCl H+ + Cl- HCl + CH3COO- CH3COOH + Cl-

تجزیه اسید فسفریک سوال: چگونه بافر فسفاتی تهیه کنیم که pH آن در حدود 7/4 باشد؟

H2PO4−(aq) → H+(aq) + HPO42 −(aq) pH = pKa + log [باز مزدوج] [اسید] pH = pKa + log [HPO42 −] [H2PO4−] log [HPO42 −] [H2PO4−] [HPO42 −] [H2PO4−] =0.19 =Antilog 0.19 =10 0.19= 1.5 [NaH2PO4] ] [Na2HPO4] 1.5 Mol 1Mol حل کردن در آب و به حجم 1 لیتر رساندن =

بافر فسفات چرا بافر چند جزء دارد؟ مزیت؟ Phosphate buffered saline (PBS) Salt Concentration (mmol/L) (g/L)   NaCl   137 8.00   KCl      2.7 0.20   Na2HPO4 • 2 H2O    8.1 1.44   KH2PO4     1.76 0.24   pH    7.4 چرا بافر چند جزء دارد؟ مزیت؟

سیستم بافر بی کربنات انتقال CO2 در خون: 1- 7 تا 10 درصد محلول در پلاسما 2- 20 درصد از راه اتصال به هموگلوبین 3- 70 درصد به صورت یون بی کربنات در پلاسما

ساختار یک اسید آمینه R  NH2 – C – COOH H Neutral pH

ساختار یک اسید آمینه pH [OH- ] R  NH2 – C – COO- + H+ H R 

ساختار یک اسید آمینه pH [H+ ] R R   NH3+ – C – COOH NH2 – C – COOH H

ساختار یک اسید آمینه R  NH2 – C – COOH H Neutral pH

ساختار یک اسید آمینه R  NH2 – C – COOH H Neutral pH

تجزیه اسید فسفریک H3PO4(aq) → H+(aq) + H2PO4−(aq) HPO42−(aq) → H+(aq) + PO43 −(aq)

کربوهیدراتها کربوهیدراتها: ترکیبات آلدهیدی یا کتونی که دارای چندین گروه هیدروکسیل هستند. بخش اعظم ترکیبات آلی در زمین را کربوهیدراتها تشکیل می دهند.

سیستم بافر بی کربنات انتقال CO2 در خون: 1- 7 تا 10 درصد محلول در پلاسما 2- 20 درصد از راه اتصال به هموگلوبین 3- 70 درصد به صورت یون بی کربنات در پلاسما

سیستم بافر بی کربنات

بازجذب بی کربنات در کلیه سیستم بافر بی کربنات بازجذب بی کربنات در کلیه