جزوه بیوشیمی ساختار
تایپ شده
مقدمه
موجودات زنده از مولكولهاي بيجان ساخته شدهاند، هنگاميكه اين مولكولها بطور جداگانه و تكتك مورد مطالعه قرار گيرند از همگي قوانين فيزيكي :
ً ) ( ) – – – ( ً :
% :
:
در روز مورد نياز مي باشند.
عناصر کمیاب:
نياز بدن به آنها بسيار كمتر است و كسر ناچيزي از وزن بدن را تشكيل مي دهند ولي همگي آنها براي ادامه حيات ضروري هستند.
کربن:
تمامي بيومولكول ها تركيبات كربن هستند. كربن به دليل اندازه كوچك و داشتن خاصيت الكترون خواهي متوسط، عنصر اصلي در ايجاد بيومولكول ها است. تركيبات حاوي كرين را تركيبات آلي گويند. كربن قادر به ايجاد چهر پيوند كووالانسي از انواع يگانه، دوگانه و سه گانه است. چيزي كه در بيولوژي اهميت بيشتري دارد، توانايي اتم هاي كربن در ايجاد پيوندهاي بسيار پايدار با حداكثر چهار اتم ديگر مي باشد. همچنين دو اتم كربن مي توانند دو يا سه جفت الكترون را به اشتراك بگذارند و به ترتيب ايجاد پيوندهاي دوگانه و سه گانه نمايند. البته پيوندهاي سه گانه در بيومولكول ها نادر است.
اتم هاي كربن مي توانند ساختمان هاي زنجيري، شاخه دار و حلقوي ايجاد كنند كه پايه تشكيل بيومولكول ها است.
بیومولکول ها:
بيومولكول ها تركيبات كربن همراه با گروههاي عامل مختلف هستند. بيشتر بيومولكول ها را مي توان به عنوان مشتقات هيدروكربن ها در نظر گرفت كه با استخلاف اتم هاي هيدروژن آنها توسط انواع گروههاي عامل كه ويژگيهاي شيميايي خاصي را به مولكول مي دهند، خانواده هاي مختلف تركيبات آلي ايجاد مي گردند.
معمولترين اين تركيبات عبارتند از الكل ها كه به آنها يك يا چند گروه هيدروكسيل اتصال دارد، آمين ها كه گروههاي آمينو دارند، آلدئيدها و كتون ها كه گروههاي كربونيل در ساختمان آنها مشاهده مي گردد و اسيدهاي كربوكسيليك كه حاوي گروههاي كربوكسيل هستند .
بسياري از بيومولكول ها چند عاملي بوده و در ساختمان آنها دو يا چند گروه عامل متفاوت وجود دارد كه هر كدام داراي خصوصيات و واكنش هاي شيميايي خاص خود هستند .
اسيدهاي آمينه، منوساكاريدها، اسيدهاي چرب و نوكلئوتيدها جزو بيومولكول ها هستند.
گروههای عامل:
گروه هاي عامل مجموعه اي از اتم هايي مي باشند كه با پيوندهاي كووالانسي به يكديگر متصل شده اند و خصوصيات مشخصي را در مولكول ايجاد مي كنند .
مثل گروه هاي كربوكسيل) COOH-(، آمينو) NH2-(، جزوه بیوشیمی ساختار ) CO-NH2-(، آلدئيدي) CHO-(، كتوني) –CO( هيدروكسيل) OH-(، سولفيدريل) SH-( و….
گروههاي عامل تعيين كننده خصوصيات بيومولكول ها هستند.
بیوشیمی ساختار
ماکرومولکول ها:
اكثر مولكولهاي بيولوژيك از نوع ماكرومولكولها هستند كه پليمرهايي با وزن مولكولي بالاي حدود 5000 هزار هستند و از پيش سازهاي نسبتا ساده تشكيل مي شوند. ماكرومولكول ها حاصل اتصال كووالان بيومولكول ها هستند.
پروتئين ها، اسيدهاي نوكلئيك و پلي ساكاريدها ماكرومولكول هايي متشكل از منومرهايي با وزن مولكولي 500 يا كمتر هستند. مولكولهاي ليپيد وزن مولكولي بسيار كوچكتر) 750 تا 1500( دارند و به عنوان ماكرومولكول طبقه بندي نمي شوند .
هرچند تعداد زيادي از مولكولهاي ليپيدي مي توانند بطور غيركووالان در كنار يكديگر همايش يافته و ايجاد ساختمان هاي بسيار بزرگ كنند.
اساس ايجاد ماكرومولكولها واكنش بين گروههاي عامل موجود در بيومولكول ها است. اكثر اين واكنش ها از نوع كندانساسيون يا سنتز آبدهي هستند كه طي آن براي اتصال دو مولكول به يكديگر، گروه OH از يك مولكول و اتم H از يك مولكول ديگر برداشت شده و توليد يك مولكول آب مي شود. انواع پيوندهاي توليدي عبارتند از:
بیوپلی مر:
پلي ساكاريدها، پروتئين ها و اسيدهاي نوكلوئيك را بيوپليمر گويند، زيرا از پليمريزاسيون منومرهاي ساختماني منوساكاريدي، اسيدآمينه اي و نوكلئوتيدي ايجاد مي شوند. پيوند اين منومرها بترتيب گليكوزيدي، پپتيدي و فسفو دي استري است كه به واسطه واكنش كندانساسيون ايجاد مي شوند. منومر موجود در پليمر را يك ريشه گويند. اين بيوپلي مرها در واكنش عكس، يعني هيدروليز به منومرها تجزيه مي گردند .
ليپيدها ساختمان بيوپليمري ندارند، ولي اسيدهاي چرب به عنوان يكي از اجزاء ساختماني در اكثر آنها يافت مي شوند.
جزوه بیوشیمی ساختار خلاصه کتاب پی دی اف کامل دانلود رایگان
ساختمان سه بعدی:
هر چند پيوندهاي كووالان و گروههاي عامل يك بيومولكول براي عملكرد آن حياتي هستند، آرايش اتم هاي تشكيل دهنده آن مولكول در فضاي سه بعدي يعني شيمي فضايي آن، نيز اهميت فوق العاده اي دارد. ماهيت شيميايي يك تركيب توسط شيمي گروههاي عامل آن و وضعيت قرارگيري اين گروهها در فضاي سه بعدي، تعيين مي گردد.
براي بيان آرايش فضايي مختلف ماكرومولكول ها از دو اصطلاح استفاده مي شود:
كنفورماسيون و كونفيگوراسيون
کنفورماسیون:
براي اشاره به آرايش هايي كه بدون شكستن پيوند كووالانسي و بدون كمك آنزيم به يكديگر تبديل مي شوند. براي مثال آزادي چرخش تقريبا كامل حول پيوند C-C وجود دارد كه بر اساس شدت چرخش، كنفورماسيون هاي متعددي براي مولكول اتان ممكن است كه قابل تبديل به جزوه بیوشیمی ساختار هستند.
کونفیگوراسیون:
براي اشاره به آرايش هايي كه تبديل آنها به يكديگر نياز به شكستن پيوند كووالانسي و ايجاد پيوند جديد با كمك آنزيم دارد.
كونفيگوراسيون حاصل وجود يكي از موارد زير است:
– پيوندهاي دوگانه كه در اطراف آنها آزادي چرخش وجود ندارد.
– مركز كايرال كه حول آن گروههاي استخلاف شده با يك توالي اختصاصي قرار دارند.
پیوندهای دوگانه که در اطراف آنها آزادی چرخش وجود ندارد
اسيد فوماريك و اسيد ماليك ايزومر هندسي سيس – ترانس هستند و از نظر آرايش گروههاي استخلاف شده خود نسبت به پيوند دوگانه غير قابل چرخش، با يكديگر اختلاف دارند.كلمه cis به معني “در اين سمت” براي اشاره به گروههايي كه در يك سمت پيوند دوگانه قرار دارند و trans به معني “درعرض” براي اشاره به گروههايي كه در دو سمت مخالف قرار دارند. اسيد مالئيك ايزومر سيس و اسيد فوماريك ايزومر ترانس هستند. هر كدام از اينها يك تركيب مشخص است كه مي توان آن را از ديگري جدا كرد و هر كدام خصوصيات شيميايي بي همتاي خود را دارد.
مرکز کایرال که حول آن گروههای استخلاف شده با یک توالی اختصاصی قرار دارند
در اين نوع، چهار استخلاف متصل به اتم كربن نامتقارن )مركز كايرال(، ممكن است به دو طريق مختلف در فضا آرايش پيدا كنند ) يعني دو كونفيگوراسيون داشته باشند( و ايجاد دو ايزومر فضايي با خصوصيات شيميايي مشابه ولي متفاوت از نظر برخي خصوصيات فيزيكي و بيولوژيك كنند .
اتم کربن نامتقارن یا کایرال:
اتم كربني كه چهار استخلاف متفاوت دارد را كربن كايرال يا نامتقارن گويند و كربن هاي نامتقاران را مراكز كايرال مي نامند. مولكول هاي حاوي اين كربن را مولكول كايرال نامند.
وقتي يك كربن چهار وجهي تنها 3 گروه غيريكسان دارد )يعني يك گروه 2 بار تكرار شده باشد( تنها يك كونفيگوراسيون ممكن بوده و اين مولكول قرينه يا غيركايرال است. در اين حالت مولكول بر روي تصوير آينه اي خود قابل انطباق است.
وقتي چهار استخلاف كربن متفاوت باشد اين گروه ها مي توانند با دو آرايش قرار گيرند كه تصاوير غير قابل انطباق بر يكديگر هستند.
کربوهیدراتها
قبل از شروع مبحث بيوشيمي كربوهيدراتها، مروري مختصر بر گروه هاي عاملي كه در بخش كربوهيدراتها با آنها برخورد خواهيم داشت، داريم.
1 .الکلها :
داراي گروه هيدروكسيل -OH مي باشند و بطور كلي به 3 دسته تقسيم ميشوند. الكلهاي نوع اول ، الكلهاي نوع دوم و الكلهاي نوع سوم كه به ترتيب داراي يك ، دو و سه گروه الكيل در اتصال با كربني كه گروه هيدروكسيل -OH روي آن قراردارد، مي باشند.
H
R C OH
الکل نوع اول داراي گروه CH2OH – مي باشد. H H
الکل نوع دوم داراي گروه CHOH < مي باشد. R C OH R
R
الکل نوع سوم داراي گروه COH- مي باشد . R C OH R
از نظر فيزيولوژيك هم الكلهاي منوهيدريك ) داراي يك گروه OH- ( و هم پلي هيدريك ) داراي بيش از يك گروه OH – ( داراي اهميت هستند.
بسياري از تركيبات بيوشيميايي مانند قندها، بعضي از چربي ها و اسيدهاي آمينه از دسته الكل ها مي باشند. اين تركيبات هم خصوصيات قطبي) OH- ( و هم خصوصيات غير قطبي) آلكيل ( را دارند. قندها مشتقات الكلهاي پلي هيدريك هستند خاصيت قطبي شديد الكلهاي پلي هيدريك سبب ميشود كه از الكلهاي منوهيدريك كه داراي همان تعداد كربن هستند در آب محلولتر باشند.
واکنشهای الکلها:
الف ( اکسیداسیون:
در اثر اكسيداسيون الكلهاي نوع اول آلدئيد ايجاد ميشود كه در صورت اكسيد شدن مجدد اسيدهاي كربوكسيليك ايجاد مي گردد.
O O
R C OH اكسيداسيونR C H اكسيداسيون R CH2OH
اسيد كربوكسيليك آلدئيد الكل نوع اول
در اثر اكسيداسيون الكل هاي نوع دوم ستونها يا كتونها ايجاد ميشوند كه در مقابل اكسيداسيون نسبت به آلدئيدها مقاومتر هستند .
OH O
R C R1 اكسيداسيون 1R CH R ستن الكل نوع دوم
اكسيداسيون الكل هاي نوع سوم در شرايط متعادل با مقاومت صورت ميگيرد، نهايتاً در اين واكنش پيوندهايC-C شكسته شده و مخلوطي از تركيبات كه ممكن است كتونها يا اسيدهاي كربوكسيليك باشند توليد شوند.
ب( تبدیل به استر:
با حذف يك مولكول آب بين الكل و يك اسيد، استر به وجود ميآيد اين اسيد ممكنست آلي يا معدني باشد.
O O
R1 OH+ H2O
R C OH +
استر الكل اسيد
دانلود رایگان خلاصه بیوشیمی ساختار pdf
2– آلدئیدها و ستونها:
آلدئيدها و ستونها داراي گروه كربونيل C = O هستند كه احيا كننده قوي است. آلدئيدها داراي يك گروه آلكيل)RCHO ( و ستونها داراي دو گروه آلكيل ) 1RCOR ( متصل به گروه كربونيل مي باشند.
O O
R C H R C R1
ستون يا كتون آلدئيد
واکنشهای مهم آلدئیدها و ستونها:
الف ( اکسیداسیون :
آلدئيدها در اثر اكسيدشدن تبديل به اسيدهاي كربوكسيليك ميشوند. ستونها به آساني قابل اكسيدشدن نيستند.
O O
R C OH اكسيداسيون R C H اسيد كربوكسيليك آلدئيد
ب (احیاء :
در اثر احياء، آلدئيدها به الكل هاي نوع اول و ستونها به الكلهاي نوع دوم تبديل ميشوند.
O
R CH2 H
الكل نوع اول آلدئيد
O OH
R C R1 R C R1
H
الكل نوع دوم ستن ج ( تشکیل همی استال و استال:
در حضور اسيد، آلدئيدها با يك يا دو گروه هيدروكسيل الكلها تركيب شده و به ترتيب همي استال و استالها را به وجود ميآورند.
O H OH H OR1
R C H +
R OR1 R OR1
استال همي استال الكل آلدئيد
بطور مشابه، يك كتون با يك يا دو گروه هيدروكسيل الكلها تركيب شده و به ترتيب همي كتال و كتالها را تشكيل مي دهد.
د ( ترکیب آلدئیدها با هم:
در محيط قليايي، آلدئيدها و به نسبت كمتري ستونها به وسيله تركيب گروه آلدئيدي يك مولكول با كربن آلفاي يك مولكول ديگر بهم متصل شده وآلدولها يا بتا هيدروكسي آلدئيدها يا ستونها را به وجود ميآورند. بتاهيدروكسي اسيدهايي كه از اين فراوردهها به وجود ميآيند در متابوليسم اسيدهاي چرب اهميت دارند.
O O H H
H3C C H + H3C C H 3 OH
آلدول يا بتا هيدروكسي آلدئيد
کربوهیدراتها
كربوهيدرات يكي از فراوانترين مواد آلي موجود در طبيعت مي باشند. اهميت اين تركيبات نه تنها در فراواني آنهاست بلكه وظيفهاي كه آنها در گياهان دارند نيز مورد توجه ويژه قرار گرفته است. اين مواد منبع انرژي و رشد گياهان به حساب ميآيند.
نام كربوهيدارت يا كربنهاي هيدارته بر گروهي از مواد آلي نهاده شده است كه جزوه بیوشیمی ساختار هيدروژن و اكسيژن در مولكول آنها شبيه مولكول آب است. اين نام براي اولين بار از مشاهدهي اين امر كه بسياري از اعضاي اين گروه داراي فرمول مولكولي Cn (H2O )n هستند ناشي شده است و يا به عبارت ديگر به ازاي هر اتم كربن داراي يك مولكول آب مي باشد. اما امروز ديگر بدين معني محدود بكار نميرود كلاً براي توصيف بسياري از تركيبات آليفاتيك پلي هيدروكسي ) تركيبات با گروه هيدروكسيل بسيار ( و مشتقات آنها بكار ميرود. كربوهيدارتها تركيبات آلدئيدي يا ستوني با گروه هاي هيدروكسيل متعدد هستند.
ساختار مولکولی کربوهیدرات ها:
كربوهيدراتها پلي هيدروكسي آلدئيد يا پلي هيدروكسي كتون و يا موادي كه در اثر شكست به اين مواد تبديل مي شوند هستند.
بطور كلي كربوهيدرات ها به 3 دسته تقسيم ميشوند:
1. منوساکاریدها
2. دی و الیگوساکاریدها
3. پلی ساکاریدها
منوساکاریدها:
ستوزها آلدوزها تعداد کربن
دي هيدروكسي ستون گليسرآلدئيد تریوزها )n = 3 (
اريترولوز اريتروز ـ ترئوز تتروزها ) n = 4 (
ريبولوز ـ گزيلولوز ريبوز ـ آرابينوز ـ گزيلوزـ ليگزوز پنتوزها ) n = 5 (
فروكتوز ـ تاگاتوز ـ سوربوز پسيكوز گلوكز ـ گالاكتوز ـ مانوزـ گولوز آلوز ـ آلتروز ـ ايدوز ـ تالوز هگزوزها ) n = 6 (
سدوهپتولوز هپتوزها ) n = 7 (
منوساكاريدها تركيبات جامد كريستالي و بي رنگي هستند كه به راحتي در آب حل مي شوند ولي در حلالهاي غير قطبي نامحلول هستند. اكثر منوساكاريدها مزه شيرين دارند. در ساختمان منوساكاريدها كربن ها بصورت خطي و بدون انشعاب با پيوند ساده به هم متصل هستند. به غير از يكي از كربن ها كه با پيوند دوگانه به اكسيژن متصل است )گروه كربونيل( روي تمام كربن هاي ديگر يك گروه هيدروكسيل وجود دارد. اگر گروه كربونيل در انتهاي زنجير كربني باشد منوساكاريد يك آلدوز خواهد بود، درحاليكه اگر در موقعيت ديگري باشد قند يك كتوز خواهد بود. بعبارت ديگر منوساكاريدها از نظر شيميايي پلي الكلهائي هستند كه يكي از عوامل الكلي آنها به عوامل آلدئيدي يا ستني تبديل شده است. منوساكاريدها را بر اساس داشتن عامل احياكنندگي، آلدئيدي يا ستني، و همچنين تعداد كربن تقسيم بندي مي كنند. منوساكاريدهايي كه داراي عامل آلدئيدي هستند ) پلي هيدروكسي آلدئيدها ( آلدوز و منوساكاريدهايي كه داراي عامل كتني هستند ) پلي هيدروكسي كتون ( ستوز ناميده ميشوند. شماره گذاري كربن ها بصورتي انجام مي شود كه به كربن گروه كربونيل كوچكترين عدد تعلق گيرد. منوساكاريدها به آساني متبلور مي شوند و در آب محلولند، كم و بيش شيرين هستند و همگي خواه به شكل آلدئيدي و يا ستني داراي خاصيت احياكنندگي ميباشند.
فرمول عمومی منوساکاریدها:
منوساكاريدهايي كه در طبيعت يافت ميشوند جزوه بیوشیمی ۱ سه تا هفت جزوه بیوشیمی ساختار هستند ) n بين 3 تا 7 ( كه بترتيب تريوزها، تتروزها ،پنتوزها و هگزوزها و هپتوزها نامگذاري ميشوند.
تقسیمبندی کلی قندهای ساده بر اساس نوع عامل احیاءکنندگی و تعداد کربن
در صورتيكه گروه كربونيل در انتهاي زنجير :
– – ) ( ()()) ( ()():
:
– – – :
فهرست مطالب