Dæmi um spurningar og umræður um lífrænar stórsameindir
Lífrænar stórsameindir eru mjög stórar og flóknar sameindir sem gegna mikilvægu hlutverki í ýmsum líffræðilegum ferlum. Þekktustu lífrænu stórsameindirnar eru kolvetni, lípíð, prótein og kjarnsýrur. Í þessari grein munum við ræða nokkur dæmi um vandamál og umfjöllun um þau varðandi lífrænar stórsameindir.
1. Kolvetni
Spurning 1
Tvísykaríðsameind myndast úr tveimur glúkósaeinsykrum. Hver er hlutfallslegur mólþungi (Mr) þessarar tvísykru ef hlutfallslegur mólþungi glúkósa er 180?
Umræða 1
Tvísykrur myndast við þéttingarviðbrögð sem framleiða glýkósíðtengi og vatnssameind. Mólmassi einnar glúkósasameindar er 180. Þess vegna munu tvær glúkósasameindir hafa mólmassa upp á:
(180, u + 180, u = 360, u)
Hins vegar losnar ein vatnssameind (H₂O) við myndun tvísykru. Mólþungi vatns er 18 u.
Þannig er hlutfallsleg mólþungi (Mr) tvísykrunnar:
(360, u – 18, u = 342, u)
Þetta þýðir að hlutfallsleg mólþungi (Mr) tvísykrunnar er 342.
2. Lípíð
Spurning 2
Fituefni gegna hlutverki orkugjafa í líkamanum. Ef eitt þríglýseríðsameind framleiðir 9 hitaeiningar af orku á hvert gramm, hversu mikla orku framleiða 5 grömm af þríglýseríðum?
Umræða 2
Orkan sem framleidd er úr einu grammi af þríglýseríðum er 9 hitaeiningar. Þess vegna er hægt að reikna út orkuna sem framleidd er úr 5 grömmum af þríglýseríðum með því að margfalda fjölda þríglýseríða í grömmum með orkunni á hvert gramm:
\[ \text{Orka} = 5 \, \text{gramm} \times 9 \, \text{kaloríur/gramm} \]
\[ \text{Orka} = 45 \, \text{kaloríur} \]
Þannig gefa 5 grömm af þríglýseríðum 45 hitaeiningar af orku.
3. Prótein
Spurning 3
Nefnið og útskýrið þrjú byggingarstig próteina sem eru til staðar áður en þrívíddarbygging þeirra næst.
Umræða 3
Prótein hafa mjög flókna byggingu sem hægt er að lýsa á nokkrum stigum, þ.e.:
1. Aðalbygging
– Frumbygging er línuleg röð amínósýra innan fjölpeptíðs. Þessi röð ákvarðar beint eiginleika og virkni próteinsins sem myndast.
– Dæmi: amínósýruröð metíónín-serín-valín-alanín.
2. Aukabygging
– Aukabygging er stöðugt og reglulegt mynstur á vefja- eða fellingarmynstri fjölpeptíðkeðju. Þessi mynstur innihalda byggingar eins og alfa-helixa (α-helixa) og beta-fellingarþræði (β-þræði).
- Þessi uppbygging er stöðuguð með vetnistengjum milli atómanna í fjölsykruhryggnum.
3. Þriðja stigs uppbygging
- Þrívíddarbygging er frekari vinding og felling fjölpeptíðkeðjunnar sem myndar flókna þrívíddarbyggingu.
- Þriðja stigs uppbyggingin er stöðuguð með ýmsum gerðum víxlverkunar, þar á meðal vetnistengjum, vatnsfælnum víxlverkunum, tvísúlfíðbrýrum og jónískum víxlverkunum milli amínósýruhliðarkeðja.
Þegar þrívíddarbyggingin er mynduð geta sum prótein einnig myndað fjórvíddarbyggingu þar sem nokkrar fjölpeptíðkeðjur sameinast og mynda eina virka byggingu.
4. Kjarnsýra
Spurning 4
Hvernig getur DNA lagað skemmdir af völdum útfjólublárrar geislunar og hvert er hlutverk ensíma í þessu ferli?
Umræða 4
DNA-skemmdir af völdum útfjólublás ljóss leiða oft til myndunar týmín-dímera, sem eru óeðlileg tengsl milli tveggja aðliggjandi týmínbasa í DNA-þræði. Þetta viðgerðarferli á skemmdum er aðallega framkvæmt með núkleótíð-útskurðarviðgerð (NER).
Viðgerðarstig DNA vegna UV-skemmda eru:
1. Skemmdargreining
– Sérstök greiningarensím greina röskun á DNA-byggingu af völdum týmín-dímera.
2. Fjarlæging skaða
– Innkirtlafrumur klippa DNA-hluta í kringum skaddaða svæðið og fjarlægja þannig hluta sem innihalda týmín-dímera.
3. Endurmyndun DNA
- DNA pólýmerasi fyllir skarðið sem myndast með því að nota viðbótarþáttinn sem sniðmát til að mynda nýjan DNA-hluta.
4. Deildir
– DNA lígasi tengir síðan nýmynduðu DNA-brotin við fyrirliggjandi DNA og endurheimtir þannig heilleika DNA-byggingarinnar.
Þetta ferli tryggir að erfðaupplýsingar haldist óbreyttar og geti borist rétt við frumuafritun.
5. Greining á lífrænum stórsameindum
Spurning 5
Í rannsóknarstofuprófi er notað lausn Benedikts til að kanna hvort tiltekið kolvetni sé til staðar. Hvernig virkar þessi viðbrögð og hvaða niðurstöður gætu komið fram ef kolvetnið er til staðar?
Umræða 5
Benediktslausn er notuð til að prófa hvort afoxandi sykur, svo sem glúkósi og frúktósi, séu til staðar. Afoxandi sykur hafa frjálsan aldehýð- eða ketónhóp sem getur afoxað kopar(II)jónir í Benediktslausn í kopar(I)jónir. Þessi viðbrögð valda litabreytingu sem hægt er að sjá sjónrænt.
Aðferðirnar og niðurstöðurnar sem hægt er að sjá í Benediktsprófinu eru:
1. Að bæta við Benediktslausn
– Bláa lausn Benedikts er bætt út í kolvetnasýnislausnina og blandan er hituð.
2. Litabreyting
– Ef afoxandi sykur er til staðar mun lausnin breyta um lit úr bláum í grænan, gulan, appelsínugulan eða múrsteinsrauðan, allt eftir styrk afoxandi sykurs.
– Grænn litur gefur til kynna lágan styrk afoxandi sykra.
– Múrsteinsrauður litur gefur til kynna hátt styrk afoxandi sykra.
Þessi viðbrögð gera kleift að greina afoxandi sykur í líffræðilegum sýnum á einfaldan og beinn hátt.
Niðurstaða
Lífrænar stórsameindir eins og kolvetni, lípíð, prótein og kjarnsýrur gegna mikilvægu hlutverki í lífverum. Að skilja uppbyggingu þeirra, virkni og hvernig á að greina og gera við þær er mikilvægt á ýmsum vísindasviðum, einkum líffræði og lífefnafræði. Dæmin og umræðurnar hér að ofan eiga að veita dýpri skilning á lífrænum stórsameindum og notkun þeirra í daglegu lífi.
