Biomolekyylit ja biomeerit

Transkriptio

1 Biomolekyylit ja biomeerit Polymeerit ovat hyvin suurikokoisia, pitkäketjuisia molekyylejä, jotka muodostuvat monomeereista joko polyadditio- tai polykondensaatioreaktiolla.

2 Polymeerit Synteettiset polymeerit Biopolymeerit Additiopolymeerit Kondensaatiopolymeerit Polysakkaridit eli hiilihydraatit Polypeptidit eli proteiinit Polynukleotidit eli nukleiinihapot polyeteeni polypropeeni polyesterit polyamidit tärkkelys selluloosa Insuliini amylaasi DNA RNA

3 Biomolekyylit Soluissa esiintyvät orgaaniset yhdisteet, joissa on hiilen ja vedyn lisäksi usein happea tai typpeä. Happea sisältäviä biomolekyylejä ovat esim. hiilihydraatit (polysakkaridit) ja erilaiset lipidit, joista tärkeimpiä ovat triglyseridit eli rasvat. Typpeä sisältävistä tavallisimpia ovat aminohapot, joita esiintyy soluissa vapaina tai pitkinä polypeptidiketjuina eli proteiineina. Nukleiinihapoissa typpiatomit ovat osa orgaanista emäsmolekyyliä.

4 Hiilihydraatit Hiilihydraatit rakentuvat monosakkarideista eli pienistä sokerimolekyyleistä. Sokerimolekyylit ovat polyalkoholeja ja niiden avoketjuisessa rakenteessa on aina joko aldehydi- tai ketoryhmä. Polysakkaridit muodostuvat yksinkertaisista sokereista siten, että monosakkaridien hydroksyyliryhmät liittyvät yhteen polykondensaatioreaktiossa, jossa samalla lohkeaa vettä. Syntyvä sidos on nimeltään glykosisidos, joka on samanalainen kuin eetterisidos O.

5 Rasvat Elimistössä eniten esiintyvä lipidiryhmä on varsinaiset rasvat eli triglyseridit. Rasvat ovat kemialliselta rakenteeltaan glyserolin ja erilaisten rasvahappojen estereitä. Kolmiarvoisena alkoholina glyseroli voi liittyä esterisidoksilla yhteen, kahteen tai kolmeen rasvahappomolekyyliin (mono-, di-, triglyseridit). Triglyserideissä esiintyvät rasvahapot ovat joko tyydyttyneitä tai tyydyttymättömiä. Kasvisöljyjä voidaan kovettaa liittämällä niihin lisää vetyä, jolloin osa öljyn rasvahapoista muuttuu tyydyttyneiksi ja rasva kovettuu. Saippuoituminen (Mooli 3 s. 61)

6 Aminohapot Aminohapot ovat orgaanisia yhdisteitä, joissa on sekä aminoryhmä (-NH 2 ) että karboksyyliryhmä (-COOH). Kaikki proteiineissa esiintyvät aminohapot ovat α- eli 2-aminohappoja, eli amino- ja karboksyyliryhmä ovat liittyneet samaan hiiliatomiin. Aminohappojen korkea sulamispiste selittyy niiden esiintymisenä kahtaisioneina.

7 Aminohapot Proteiinien muodostuessa aminohapot liittyvät toisiinsa polykondensaatioreaktiolla siten, että toisen aminohapon aminoryhmä liittyy toisen aminohapon karboksyyliryhmään (syntyy vettä). Sidosta kutsutaan peptidisidokseksi. Entsyymit ovat proteiineja, jotka nopeuttavat solujen kemiallisia reaktioita.

8 Nukleiinihapot Perimämme geneettinen tieto on kemiallisesti varastoitunut tumassa olevaan deoksiribonukleiinihappomolekyyliin (DNA). Ribonukleiinihappomolekyylit (RNA) osallistuvat geneettisen tiedon siirtoon tumasta solulimaan ja tämän tiedon muuttamiseen proteiinien primäärirakenteeksi soluliman ribosomien pinnalla. Sekä DNA- että RNA-molekyylit ovat polymeerejä, joiden monomeeri on rakentunut sokerimolekyylistä, fosfaattiosasta ja typpipitoisesta orgaanisesta emäksestä. Näistä koostuvaa yksikköä sanotaan nukleotidiksi.

9 Nukleiinihapot Sokeriosa on joko DNA:ssa esiintyvä deoksiriboosi tai RNA:ssa esiintyvä riboosi.

10 Nukleiinihapot Polynukleotidiketju muodostuu, kun nukleotidien sokeri- ja fosfaattiosan välille muodostuu kovalenttinen fosfodiesterisidos. DNA:n kaksoiskierre muodostuu, kun kaksi pitkää polynukleotidiketjua liittyvät toisiinsa emästen välisillä vetysidoksilla.

11 Synteettiset polymeerit Synteettiset polymeerit valmistetaan tavallisesti orgaanisista yksinkertaisista molekyyleistä. Muovi koostuu peruspolymeeristä ja useista lisäaineista. Kestomuovi voidaan muotoilla lämmittämällä uudelleen useita kertoja. Kertamuovia ei voi. Elastomeeri on polymeeri, joka on rakenteeltaan kimmoisaa.

12 Additiopolymeerit Polyadditioreaktiossa tyydyttymättömät monomeerit liittyvät toisiinsa siten, että kaksoissidos aukeaa ja monomeerit liittyvät yhteen pitkiksi polymeeriketjuiksi. Esim. Polyeteeni (PE), polypropeeni (PP), polyvinyylikloridi (PVC), polytetrafluorieteeni (TEFLON) ja polystyreeni (PS).

13 Kondensaatiopolymeerit Polykondensaatioreaktiossa monomeerien molekyyleissä tulee olla kaksi funktionaalista ryhmää. Molekyylien välistä lohkeaa jotain pienimolekyylistä reaktiotuotetta (usein vettä). Esim. dikarboksyylihappo + kahdenarvoinen amiini -> polyamidi Dioli + dikarboksyylihappo -> polyesteri

14 Tasapainoreaktiot Etenevä ja palautuva reaktio Dynaaminen tasapainotila: etenevän ja palautuvat reaktion nopeudet ovat yhtä suuret. Homogeeninen tasapainotila: reagoivat aineet samassa olomuodossa. Heterogeeninen tasapainotila: aineet eri olomuodoissa.

15 Tasapainoreaktiot Tasapainovakio K Reaktiolle aa+bb cc+dd K >> 1 Tasapainoasema on reaktiotuotteiden puolella. K << 1 Tasapainoasema on lähtöaineiden puolella. K 1 K 2 =1 K c C D a A B d b

16 Suolan liukoisuus Suola on niukkaliukoinen, kun sen liukoisuus on pienempi kuin 1 g/1 l vettä. Suolan kylläisessä liuoksessa suolaa liukenee samalla nopeudella kuin sitä saostuu. Liukoisuustulo K s M m X x (s) m M a+ (aq) + x X b- (aq) K s = [M a+ ] m [X b- ] x.

17 Ionitulo Ionitulon lauseke on sama kuin liukoisuustulossa, mutta konsentraatiot ovat alkukonsentraatioita. Jos Q > K s, saostuminen tapahtuu. Jos Q = K s, liuos on kylläinen (tasapainossa). Jos Q < K s, suolaa ei saostu.

18 Le Châtelier Jos tasapainotilassa olevan systeemin olosuhteita muutetaan, systeemi pyrkii kumoamaan tehdyn muutoksen. Voidaan muuttaa aineiden konsentraatioita, painetta tai lämpötilaa. Vain lämpötilan muutos muuttaa tasapainovakion arvoa. Katalyytti ei muuta reaktion tasapainotilaa, mutta nopeuttaa sen saavuttamista.