Curs 1-Introducere Legaturi Apa

Curs Curs introductivintroductiv

CHIMIE CHIMIE ŞŞI BIOCHIMIEI BIOCHIMIE

The Business Software CompanyThe Business Software Company

StructuraStructura disciplineidisciplinei de de ChimieChimie, , BiochimieBiochimie si si BiologieBiologie MolecularaMoleculara

Curs:Curs: semestrulsemestrul I I -- 3 ore/3 ore/săptămânăsăptămână (Prof. dr. Adela Pintea)(Prof. dr. Adela Pintea)

semestrulsemestrul II II –– 3 ore/3 ore/săptămânăsăptămână (Prof. dr. C. Bele) (Prof. dr. C. Bele)

semestrulsemestrul III III –– 2 ore/2 ore/săptămânăsăptămână (Conf. dr. Sanda Andrei)(Conf. dr. Sanda Andrei)

semestrulsemestrul IV IV –– 1 1 ora/saptamanaora/saptamana optional (optional (Conf.drConf.dr. . SandaSanda Andrei)Andrei)

PrezenPrezenţţaa –– celcel putinputin 50 % 50 % diindiin cursuricursuri

LucrăriLucrări practice:practice: semestrulsemestrul I I -- 2 ore/2 ore/săptămânăsăptămânăsemestrulsemestrul II II –– 2 ore/2 ore/săptămânăsăptămânăsemestrulsemestrul III III –– 2 ore/2 ore/săptămânăsăptămână

PrezenPrezenţţaa esteeste obligatorieobligatorie!!

VorVor fi fi admisiadmisi la la examenexamen doardoar studentiistudentii cece au au efectuatefectuat toatetoate

lucrarilelucrarile practice.practice.

�� TematicaTematica:: afiafişşatăată la la disciplinădisciplină�� BibliografieBibliografie:: afiafişşatăată la la disciplinădisciplină�� ExaminareExaminare:: -- verificareverificare pepe parcursparcurs la la lucrărilucrări practice, practice, eliminatorieeliminatorie

-- examenexamen partial ???partial ???

-- examenexamen scrisscris din din parteapartea de curs, de curs, îîn n sesiuneasesiunea ianuarieianuarie--

februariefebruarie 2015 (2015 (semestrulsemestrul I)I)

�� CerinCerintete:: reactualizareareactualizarea cunostintelorcunostintelor de de chimiechimie, , studiustudiu individual, individual,

frecventafrecventa, , interesinteres


CursCurs�� OriceOrice carte de biochimiecarte de biochimie


LucrariLucrari practicepractice


CeCe esteeste BiochimiaBiochimia??

BiochimiaBiochimia esteeste ChimiaChimia organismelororganismelor viivii

sausau

StiintaStiinta cece studiazastudiaza moleculelemoleculele constituenteconstituente

ale ale materieimateriei vii, vii, transformariletransformarile pepe care care

acesteaacestea le le suferasufera si si interconexiunileinterconexiunile dintredintre

eleele


BiochimiaBiochimia::

�� StructuralaStructurala sausau descriptivadescriptiva

�� DinamicaDinamica sausau metabolismmetabolism


AlcatuireaAlcatuirea materieimateriei viivii

�� MateriaMateria vie vie esteeste alcatuitaalcatuita din din biomoleculebiomolecule

�� BiomoleculeleBiomoleculele sunt sunt alcatuitealcatuite din din bioelementebioelemente


BiomoleculeBiomolecule == moleculelemoleculelecece alcatuiescalcatuiesc materiamateria vievie

�� AnorganiceAnorganice: : apaapa, acid , acid clorhidricclorhidric, ,

amoniacamoniac

�� OrganiceOrganice: : -- unitatiunitati structuralestructurale ((glucozaglucoza))

-- oligomerioligomeri ((zaharozazaharoza))

-- polimeripolimeri ((amidonamidon))


CU ROL PLASTIC ŞI ENERGETIC� GLUCIDE� LIPIDE� PROTIDE

CU ROL INFORMAŢIONAL� ACIZI NUCLEICI

CU ROL DE BIOCATALIZATORI� ENZIME� VITAMINE

BIOMOLECULE

CU ROL DE REGLARE� HORMONI

ClasificareaClasificarea biomoleculelorbiomoleculelor


OrganizareaOrganizarea ierarhicaierarhica a a materieimateriei viivii


IERARHIA MATERIEI VIIIERARHIA MATERIEI VII

Hematie - 100000 ÅHematii, LeucociteCelule

Mitocondrie – 15000 ÅNucleu, MitocondrieOrganite celulare

Ribozomi – 250 ÅRibozomi, MicrotubuliAnsambluri supramoleculare

Hemoglobina – 64 ÅPoliglucide, Proteine, Acizi

nucleiciBiopolimeri

Aminoacid – 8 ÅMonoglucide, Aminoacizi,

Baze nucleiceBiomolecule unităţi

structurale

-Acid acetic, Glicerol,

Piruvat, CitratIntermediari metabolici

H2O - 4 ÅCO2, H2O, NH3Precursori din mediu

DimensiuneExempleStructura


StructuraStructura uneiunei celulecelule eucarioteeucariote


AlcatuireaAlcatuirea materieimateriei vii vii -- BioelementeBioelemente



urmeB, F, Si, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu,

Zn, Se, Mo, Sn, I

0,3Magneziu Mg

0,7Sodiu Na

0,7Clor Cl

1,3Potasiu K

5,0Calciu Ca

1,0Sulf S

3,3Fosfor P

5,7Hidrogen H

9,3Oxigen O

11,0Azot N

61,7Carbon C

Procente de masă(substanţă uscată)

Element



�� MajoritateaMajoritatea organismelororganismelor vii vii conconţţinin

6060--70 % 70 % apăapă

�� SubstanSubstanţţaa uscatăuscată conconţţineine ~ 60 % C~ 60 % C

�� MajoreMajore sunt sunt elementeleelementele organogeneorganogene: :

N, O, P, S, HN, O, P, S, HDeciDeci::

�� BiochimiaBiochimia esteeste chimiechimie organicăorganică

constrânsăconstrânsă săsă se se desfădesfăşşoareoare îîn n mediumediu

aposapos, , temperaturătemperatură moderatămoderată şşii pH pH

neutruneutru


LEGATURI CHIMICE SI INTERACTIUNI LEGATURI CHIMICE SI INTERACTIUNI

CHIMICECHIMICE

�� LegaturaLegatura ionicaionica

�� LegaturaLegatura covalentacovalenta

�� LegaturaLegatura coordinativacoordinativa

�� LegaturaLegatura de de hidrogenhidrogen

�� InteractiuniInteractiuni van der Waalsvan der Waals

�� InteractiuniInteractiuni hidrofobehidrofobe


LegaturaLegatura ionicaionica

Na + Cl Na+ Cl-

+

atom de sodiu

atom de clor

cationsodiu

anionclorura

CO

OR1 H3N R2

anioncarboxilat amina

protonata

R CH2 O P

O

O

OCa2+

constă în atracţia electrostatică dintre doi ioni, unul pozitiv (cation)şi unul negativ (anion)


LegaturaLegatura covalentacovalentase realizează prin punerea se realizează prin punerea îîn comun a câte unui n comun a câte unui

electron din partea a doi atomi, identici sau diferielectron din partea a doi atomi, identici sau diferiţţii

�� SimplaSimpla

�� DublaDubla

�� TriplaTripla

��PolaraPolara

��NepolaraNepolara

C C LEGĂTURĂ SIMPLĂ 1,54 Å kJ/mol 348E leg. =

C C LEGĂTURĂ DUBLĂ 1,34 Å kJ/mol 611E leg. =

C C LEGĂTURĂ TRIPLĂ 1,1 Å kJ/mol 816E leg. =

C CHH H

H HH H C C

H

H

H

H

H

Legătură covalentă nepolară

C

H

HH

Cl

Legătură covalentă polară

H C Cl

H

H

δ+

δ−


LegaturaLegatura covalentacovalenta

� Nepolara – intre elemente cu electronegativitateidentica/apropiata (∆E = 0 ÷ 0.4)

� Polara - intre elemente cu electronegativitatediferita (∆E = 0.4 ÷ 1.7)

C CHH H

H HH H C C

H

H

H

H

H

Legătură covalentă nepolară

C

H

HH

Cl

Legătură covalentă polară

H C Cl

H

H

δ+

δ−

Legatura covalenta nepolaraC-H; ∆En = 0,35

Legatura covalenta polara(sarcini partiale)C-Cl; ∆En = 0,61


C 1

H

H

HH

sp3

s + 3 p

HibridizareaHibridizarea spsp33


s + 2 p

3 sp2 orbitals

Un orbital p ramane nehibridizat

HibridizareaHibridizarea spsp22C

H

HC

H

H

116.6o

121.7o


HibridizareaHibridizarea spspC1

C2

HH

180o

acetylenacetylenee

s + p = sp + sp

Two sp orbitals

Doi orbitali p ramannehibridizati


FormareaFormarea legaturiilegaturii covalentecovalente



LegaturaLegatura coordinativacoordinativa

H+ + N H

H

H

N H

H

H

H

+

Proton Amoniac Ion amoniu(acceptor) (donor)

este un tip special de legătură covalentă în care unul dintre parteneri joacă rolul de donor, aducând în legătură o pereche de electroni,în timp ce celălalt atom este acceptor.


LegaturaLegatura coordinativacoordinativa

N

N

Fe2+

N

N

Ligand (donor)

Ion central (acceptor)

- intalnita in ioni poliatomici, combinatii complexe, biomolecule (hemoglobina)- legatura mai slaba decat legatura covalenta


LegaturiLegaturi de de hidrogenhidrogen

• se realizează între un atom de hidrogen legat de un atom cu caracter electronegativ şi un alt atom electronegativ, identic sau diferit• sunt legaturi slabe 3-5 kcal/mol

O H --------- O H ---------- O

R R H

Legatura de hidrogen


- Apar in numar mare in structura proteinelor- Importante pentru structura bicatenara a ADN (baze perechi)

NHN

N N

O

NH2

N N

H2N

O

Guanina Citozina

C

O

CH

R2

N

H

CH

R4

C

O

C

O

CH

R2

HN

CH N C

R1 H O

CH

R3

C

O

N

H

CH

R4

C

O

N

H

HN

CH N C

R1 H O

CH

R3

C

O

N

H

Legatura de hidrogen


InteractiuniInteractiuni van der Waalsvan der Waals

Forte de Forte de atractieatractie nespecificenespecifice sisi foartefoarte slabeslabe (< 1 (< 1 kcal/mol), la kcal/mol), la distantedistante de 3 Ade 3 A

� Dipol permanent - dipol permanent (intre doua molecule polare) – forte Keesom

� Dipol instantaneu - dipol indus (intre molecule nepolare) – forte de dispersie London

� Dipol permanent - dipol indus – forte Debye


InteractiuniInteractiuni hidrofobehidrofobe

H3C

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

COO-

Parte hidrofobă Parte hidrofilă

MOLECULĂ AMFIPATICĂ

MicelaMicela

- se formeaza intre molecule cu caracter nepolar (hidrofob) atunci cand acestea se gasesc in mediu apos, si intrepartile hidrofobe ale moleculelor amfipatice- apar in structura membranelor celulare si a proteinelor- sunt interactiuni foarte slabe


ModuriModuri de de asociereasociere a a moleculelormoleculeloramfipaticeamfipatice

MicelaMicela DubluDublu stratstratlamelarlamelar

LipozomLipozom


Semnificația biologică a

legaturilor/interactiunilor slabe

� Legaturile slabe sunt de o importanță capitală pentruprocesele biologice

� Deși mai slabe decât legaturile covalente, efectul lorcumulativ consolideaza forma tridimensională a macromoleculelor și le menține structura; oferind in acelasi timp flexibilitatea și dinamica conformationalanecesare

� Exemple: structura ADN (legaturi de hidrogen, interactiuni hidrofobe); structura proteinelor (toatefortele slabe); interactiunea enzima substrat (legaturaionica, etc.); asamblarea membranelor biologice si plierea proteinelor (interactiunile hidrofobe)


ApaApa -- structurastructura

O H

H 104,50

δ+

δ+

2δ−

(-0,82)(+0,41)

(+0,41)

- +

OH

H O HH

-- ApaApa esteeste o o moleculamolecula polarapolara


ApaApa –– asociereaasocierea prin prin legaturilegaturi de de hidrogenhidrogen


ProprietatileProprietatile apeiapei

�� PunctPunct de de fierberefierbere ridicatridicat

�� PunctPunct de de topiretopire ridicatridicat

�� CalduraCaldura specificaspecifica maremare

�� TensiuneTensiune superficialasuperficiala maremare

�� Constanta Constanta dielectricadielectrica maremare


RolulRolul apeiapei

�� SolventSolvent

�� MediuMediu de de reactiereactie

�� ReactantReactant

�� RolRol structuralstructural

�� RolRol in in termoreglaretermoreglare


SolutiiSolutii ioniceionice

ExempleExemple: NaCl, : NaCl, NaOHNaOH, HCl, HCl

OH H

OH H

O

H

H

OH

HNa+

Na+ - +

-+

-+

-+

Cl-OH

HO

H

H

O

H H

OH H

δ+

δ+

δ−

-+- +

-+

-+

Cl-


SolutiiSolutii molecularemoleculare

ExempleExemple: : alcoolialcooli, , aldehidealdehide, , ozeoze


SolutiiSolutii coloidalecoloidale

ExempleExemple: : amidonamidon, , proteineproteine, molecule , molecule amfipaticeamfipatice


IonizareaIonizarea apeiapei

Ο

Η

Η Η

+

+ ΗΟ−

Ο

Η Η

Η

Ο

Η

Apă Ion hidroniu

Ion hidroxil

ionhidroniu

Η2Ο + Η2Ο Η3Ο+ + ΗΟ

−

sau: H2O Η+ + ΗΟ

−

ion hidroxil

KeKe = 1.8x10= 1.8x10--1616

[H2O] = 55.6[H2O] = 55.6



NotiuneaNotiunea de pHde pH

pH = -lg[H+] pOH = -lg[OH_

]

pH + pOH = 14

pH[H+]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10-1 10

-2 10-3 10

-4 10

-5 10-6

10-7 10

-8 10-9 10

-10 10-11 10

-12 10-13 10-14

pHneutru

pH acid pH bazic

Ke = 1.8x10-16

[H2O] = 55.6Kw = 1 x 10-14


ValoriValori ale pHale pH--uluiului in diferite in diferite mediimedii

140 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Suc gastric

Lapte Saliva

Lacrima Sânge

Bicarbonat de amoniu

1MHCl 1MNaOH Cola Albuş de ou

Suc pancreatic

Documents

Curs 1-Introducere Legaturi Apa