Oddziaływania międzycząsteczkowe

Jak obiecałam dalszy ciąg.

Wiązania wodorowe (są to nadal oddziaływania, a nie wiązania!!!)

Wiązania wodorowe występują, gdy atom wodoru należący do jednej cząsteczki wiąże się z atomem bardziej od niego elektroujemnym drugiej cząsteczki lub innej części tej samej cząsteczki.

Wiązania wodorowe stabilizują struktury związków wielkocząsteczkowych. Energia wiązania wodorowego nie jest duża i waha się między 12 a 30 kJ/mol.


Siły van der Waalsa

Siły van der Waalsa stanowią typ oddziaływania, które tworzy się między dowolnie zbliżającymi się do siebie atomami. Są największe, gdy dwa atomy są oddalone od siebie na odległość zaledwie 0,3-0,4 nm. Słabną zarówno w miarę oddalania się atomów, jak i w miarę ich zbliżania. Pomimo bardzo niewielkiej energii skumulowania wielu takich oddziaływań odgrywają zasadniczą rolę w przestrzennym dopasowywaniu się makrocząsteczek. Energia oddziaływań jest niewielka i wynosi około 4 kJ/mol.

Oddziaływania hydrofobowe

Oddziaływania te są słabymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi zachodzącymi między niepolarnymi elementami cząsteczek. Elementy te są nierozpuszczalne w wodzie i mają tendencję do skupiania się razem. Oddziaływania hydrofobowe odgrywają bardzo ważną rolę w stabilizacji struktury białek i błon biologicznych.

No i zadania. UWAGA!!! Zaadania również dotyczą informacjii z poprzedniego tematu.

ZADANIE 1
Który rodzaj wiązań chemicznych sprzyja procesowi hydratacji cząsteczek?

ZADANIE 2
Dlaczego tłustą plamę usuwamy benzyną, plamę z atramentu wodą, nie zaś odwrotnie?

ZADANIE 3
Reakcje enzymatyczne wymagają przestrzennego dopasowania się cząsteczek enzymu i substratu. Podaj rodzaj oddziaływań warunkujących ten proces.

ZADANIE 4
Wiązania jonowe w kryształkach chlorku sodu są wiązaniami silnymi, o energii porównywalnej z energią wiązań kowalencyjnych (około 350 kJ/mol). Dlaczego ten sam rodzaj wiązań w cząsteczkach biologicznych, występujących w komórce, należy do stosunkowo słabych?

ZADANIE 5
Wyjaśnij, w jaki sposób w cząsteczkach związków biologicznych następuje zwiększenie siły wiązań wodorowych.

Oddziaływania wewnątrzcząsteczkowe

No i teraz czas na coś co i również chemikom się spodoba, czyli znane i lubiane oddziaływania wewnątrzcząsteczkowe, które towarzyszą nam na każdym kroku :).

Wiązania kowalencyjne (atomowe)

Wiązania kowalencyjne powstają w wyniku uwspólnienia elektronów przez atomy tworzące cząsteczki. Zwykle pojedyncza krecka w zapisie wzoru strukturalnego symbolizuje jedną wspólną parę elektronów.

Wiązania kowalencyjne między atomem węgla i atomami wodoru.

Atomy różnią się powinowactwem do elektronów (elektroujemnością).

• Wiązanie kowalencyjne jest polarne, gdy jeden z atomów ma większe powinowactwo do elektronów ( jest bardziej elektroujemny).

Wiązanie kowalencyjne polarne.

• Wiązania kowalencyjne są niepolarne, gdy wspólne elektrony rozłożone są równomiernie między dwa atomy.

   O==O 

Wiązanie kowalencyjne niepolarne.

Wiązania jonowe

Wiązania jonowe powstają wtedy, gdy jeden atom oddaje elektrony drugiemu. Atom, który traci lub zyskuje elektrony, staje się jonem - naładowaną elektrycznie cząsteczką.

Na + Cl -----> Na+ + Cl-

Tworzenie się związkówn jonowych.

Energia wiązabnia jonowego w kryształach chlorku sodu wynosi około 350 kJ/mol, w środowisku wodnym tylko 4 kJ/mol.

No i zadania do przemyślenia na ten temat.

ZADANIE 1

Na rysunku 2 przedstawione zostało polarne wiązanie kowalencyjne. Który z atomów charakteryzuje się większą elektroujemnością?

ZADANIE 2

Określ rodzaj wiązania chemicznego powstającego między atomami :

a) pierwiastków o podobnych skłonnościach do oddawania lub przyjmowania elektronów,

b) pierwiastków o dużej różnicy w oddawaniu lub przyjmowaniu elektronów.

Zadania bardzo łatwe, ale warto zrobić, bo łatwo się potem może pomylić z oddziaływaniami międzycząsteczkowymi, o których napiszę w następnym poście.

TEST!!!

Mitoza czy mejoza : http://www.memorizer.pl/test,mitoza-czy-mejoza-test,2929.html

Mitoza i mejoza, amitoza i cytokineza : http://www.memorizer.pl/test,mitoza-i-mejoza.amitoza-i-cytokineza.,2585.html

Mejoza

Kolejnym podziałem nieco bardziej skomplikowanym jest mejoza.

Mejoza

Mejoza, skrót: R! (R – od redukcji) – proces podziału redukcyjnego jądra komórkowego, z którego powstają 4 jądra o połowie chromosomów (po jednym z każdej pary) komórki macierzystej. Podziałowi mejotycznemu ulegają komórki generatywne zwierząt oraz niektóre komórki somatyczne roślin (komórki macierzyste zarodników). W przypadku królestwa protista wyróżnia się 2 rodzaje mejozy: mejozę pregamiczną (poprzedzającą powstanie gamet) oraz mejozę postgamiczną (następującą po powstaniu gamet). Podczas mejozy zachodzą dwa sprzężone ze sobą podziały:




I podział mejotyczny (mejoza I – podział redukcyjny)

II podział mejotyczny (mejoza II – podział zachowawczy, czyli ekwacyjny; przebieg podobny jak w mitozie)

Pomiędzy chromatydami skoniugowanych chromosomów następuje wymiana krótkich odcinków DNA, czyli crossing-over. Miejsca wymiany materiału genetycznego widoczne są jako węzły zwane chiazmami. Kompleks synaptemalny jest zwarty. Dosyntetyzowywane równe jest 0,3% DNA.

 
 
 
Przebieg mejozy I
 


Profaza I

Wykształcenie się włókienka podziałowego (kariokinetycznego); kondensacja chromatyny do chromosomów jest długa i składa się z 5 stadiów:



leptoten – chromosomy wyodrębniają się jako pojedyncze cienkie nici

zygoten – chromosomy homologiczne układają się w pary (koniugują ze sobą), tworząc biwalenty; liczba biwalentów stanowi połowę liczby chromosomów z leptotenu

Na tym etapie kończy się mejoza u ssaków niepłodnych, np. u muła ze względu na brak chromosomów homologicznych (jest on krzyżówką międzygatunkową).



pachyten – chromosomy skręcają się i grubieją; - tworzą się tetrady (cztery chromatydy)

diploten – pary chromatyd chromosomów siostrzanych rozchodzą się, ale pozostają złączone w punktach zwanych chiazmami. Rozdzielenie chromosomów homologicznych (tzw. desynapsis) następuje w wyniku rozpuszczenia kompleksu synaptonemalnego. Zachodzi intensywna synteza RNA i dekondensacja chromosomów. Crossing-over, czyli wymiana odcinków chromatyd chromosomów homologicznych, występuje w diplotenie lub już w późnym pachytenie.

diakineza – zanika otoczka jądrowa i jąderka, zachodzi maksymalna spiralizacja chromosomów w biwalentach, tworzą się włókna wrzeciona kariokinetycznego, chromosomy homologiczne połączone są chiazmami

Zmniejszenie syntezy RNA, kondensacja chromosomów (grubieją i oddalają się od otoczki jądrowej). Kinetochory każdego z dwóch chromosomów tworzących biwalent zlewają się ze sobą. Mikrotubule łączą kinetochor tylko z jednym centromerem. Chromatydy niesiostrzane pozostają połączone w chiazmach, których liczba systematycznie maleje.



Metafaza I

Biwalenty ustawione w płaszczyźnie równikowej (gwiazda macierzysta), mikrotubule wrzeciona kariokinetycznego połączone z nimi poprzez kinetochory. Wrzeciono gotowe.



Anafaza I

Włókna wrzeciona skracają się i odciągają chromosomy do biegunów komórki – następuje redukcja liczby chromosomów.



Telofaza I

Odtwarzanie się otoczek jądrowych. Chromosomy częściowo ulegają despiralizacji, następuje cytokineza i powstają dwie komórki potomne, które mają o połowę mniej chromosomów niż komórka macierzysta.

 
 
Przebieg mejozy II
 


Profaza II

Formowanie nowego wrzeciona podziałowego, zanika otoczka jądrowa.



Metafaza II
Kończy się tworzenie wrzeciona podziałowego. Centromery chromosomów ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki. Nici białkowe wrzeciona łączą się z centromerami.



Anafaza II

Wrzeciono podziałowe kurczy się, centromery pękają, czego skutkiem jest oddzielenie się chromatyd.



Telofaza II
Odtworzenie otoczki jądrowej wokoło skupisk chromosomów potomnych – wyodrębnienie się jąder potomnych, despiralizacja chromosomów do chromatyny.



Cytokineza

Następuje podział cytoplazmy.



W rezultacie mejozy I tworzą się 2 komórki haploidalne (1n) o podwojonej liczbie materiału genetycznego (2c), a kolejny podział sprawia, że w wyniku całej mejozy z jednej komórki diploidalnej powstają 4 komórki haploidalne.



Znaczenie mejozy


Podczas mejozy powstaje komórka o zredukowanej liczbie chromosomów, dzięki czemu w procesie zapłodnienia zostaje odtworzona diploidalna komórka. Komórki haploidalne powstające po podziale posiadają nowe kombinacje genów. Wynika to z faktu, że do jąder potomnych wędrują przypadkowe chromosomy spośród chromosomów homologicznych (anafaza I), a poza tym w trakcie mejozy następuje również losowa wymiana części chromatyd chromosomów homologicznych pochodzących od obojga rodziców (crossing-over) świadcząca o zmienności genetycznej.


Przebieg mejozy na obrazku : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Mejoza_schemat.jpg&filetimestamp=20090222141619

Przebieg mejozy na filmie : http://www.youtube.com/watch?v=vcJ2T8uez7Q

Mitoza

Każda żywa komórka się dzieli. Jeżali oderwiemy liść od gałęzi "rana" się zagoi. Również nasze zadrapania i strupy goją się i nie widać po nich śladu. Takie przykłady świadczą o różnych podziałach komórki.
Pierwszym podziałem jest mitoza.

Mitoza – proces podziału pośredniego jądra komórkowego, któremu towarzyszy precyzyjne rozdzielenie chromosomów do dwóch komórek potomnych. W jego wyniku powstają komórki, które dysponują materiałem genetycznie identycznym z komórką macierzystą. Jest to najważniejsza z różnic między mitozą a mejozą. Mitoza zachodzi w komórkach somatycznych zwierząt oraz w komórkach somatycznych i generatywnych roślin.

Przebieg mitozy


Interfaza nie jest częścią mitozy. Stanowi część cyklu komórkowego pomiędzy podziałami komórki. Stanowi najdłuższą fazę życia komórki, należącą do cyklu komórkowego. Jest etapem, w którym komórka przygotowuje się do podziału mitotycznego lub mejotycznego. Interfazę stanowią trzy stadia:

Faza G1 – poprzedza ją zakończony podział mitotyczny i jest fazą wzrostową komórki. Następuje synteza różnych rodzajów białek, m.in. strukturalnych czy enzymatycznych i zwiększenie organelli, takich jak: mitochondria, czy lizosomy. Komórka w tej fazie zwiększa swoją masę i objętość, osiągając stadium komórki macierzystej. Pod koniec fazy G1 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w fazę S.

Faza S – dochodzi do replikacji DNA, czyli do podwojenia ilości kwasu deoksyrybonukleinowego (z 2c do 4c, gdzie c oznacza ilość DNA). Poza tym zachodzi synteza histonów, a pod koniec fazy replikacja centriol. Proces ten u człowieka zachodzi zazwyczaj w ciągu 8 godzin.

Faza G2 – następuje synteza białek wrzeciona podziałowego, głównie tubuliny jak również składników błony komórkowej potrzebnych do jej wytworzenia po zakończonym podziale. Pod koniec fazy G2 dochodzi do syntezy specjalistycznych białek regulatorowych, odpowiedzialnych za przejście komórki w mitozę.

Faza G0 – w przypadku, gdy nie dojdzie do wytworzenia białek odpowiedzialnych za przejście faz G1 i G2 do następnego stadium, komórka przechodzi w fazę G0. Interfaza ulega wtedy zatrzymaniu, komórka traci zdolność replikacji DNA i zaczyna się specjalizować. Dotyczy to np. komórek nerwowych czy mięśniowych. W niektórych przypadkach może dojść do powrotu do cyklu komórkowego poprzez stymulację komórek np. hormonami.

Główne etapy, czyli fazy mitozy w komórkach Eukariotycznych:


Profaza

Jest to pierwszy etap podziału komórki eukariotycznej.

a) następuje kondensacja chromatyny

b) chromosomy zaczynają być widoczne

c) ujawnia się struktura chromosomu

d) chromatydy ulegają pogrubieniu, widać miejsce ich złączenia (centromer)

e) formuje się wrzeciono podziałowe (kariokinetyczne)

f ) zanik jąderka


Metafaza

a) rozpad błony jądrowej (w tym momencie rozpoczyna się metafaza)

b) następuje przyczepienie wrzeciona podziałowego do centromerów

c) chromosomy ustawiają się w płaszczyźnie równikowej komórki, tworząc płytkę metafazową.

d) zanika otoczka jądrowa


Anafaza

a) następuje rozdzielenie chromatyd siostrzanych, powstają chromosomy potomne (jest to właściwym początkiem anafazy)

b) chromosomy potomne wędrują do przeciwległych biegunów komórki

c) podział organelli na równe zespoły


Telofaza

a) wokół skupisk chromosomów powstaje błona jądrowa

b) wyodrębniają się jądra potomne identyczne z jądrem rodzicielskim

c) chromosomy ulegają despiralizacji do chromatyny

d) dochodzi do cytokinezy (czasami proces ten dokonuje się już w anafazie)

e) powstają dwie diploidalne komórki potomne

Właściwy podział mitotyczny poprzedza przygotowująca do niego interfaza, które razem tworzą cykl komórkowy.


Przebieg mitozy na obrazku : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Mitoza_schemat.jpg&filetimestamp=20090222142254

Przebieg mitozy na filmie : http://www.youtube.com/watch?v=iROBWzBJNlA

Skład chemiczny komórek

Aby do końca poznać funkcjonowanie komórki należy poznać również jej skład chemiczny.


Skład chemiczny komórek


Komórki organizmów żywych zawierają kilka rodzajów związków chemicznych o różnej strukturze i właściwościach. Zawartość tych związków może być różna u poszczególnych grup organizmów. Różnice te widoczne są nawet na poziomie gatunków, czy niższych taksonów.

Największą masę w komórce stanowi woda, nawet do 90%. To ona stanowi środowisko reakcji biochemicznych, a także czasami jest ich substratem lub produktem. Zawartość pozostałych związków podaje się najczęściej z pominięciem masy wody - w przeliczeniu na suchą masę komórki.

40-60% suchej masy stanowią białka, które pełnią różne funkcje, od budulcowej, poprzez regulacyjną, katalityczną, transportową i wiele innych. Elementem budulcowym białek są aminokwasy. Znane są dwie izomeryczne formy aminokwasów (poza glicyną]), które różnie skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego: D i L, ale tylko L-aminokwasy wchodzą w skład białek. W niektórych białkach do aminokwasów dołączone są inne związki, co nadaje im specyficzne właściwości. Na przykład hemoglobina - składnik krwinek czerwonych wiążący m.in. tlen, to białko zawierające barwnik - hem.

Aminokwasy budują także związki mniejsze niż białka – peptydy i polipeptydy. Pełnią one różne funkcje, są hormonami, naturalnymi antybiotykami niektórych mikroorganizmów, itd. Pełniąc podobne funkcje aminokwasy mogą występować też w formie pojedynczych cząsteczek. Peptydy i polipeptydy, jak i wolne aminokwasy mogą zawierać/być D-izomerami.

Kwasy nukleinowe, DNA i RNA, odgrywają najważniejszą rolę w przekazywaniu informacji genetycznej oraz biosyntezie białek. Wyjątkami są niektóre RNA, które nie biorą udziału w przekazywaniu informacji genetycznej, pełnią za to funkcję budulcową, wchodząc w skład rybosomów – rRNA, czy też transportującą – tRNA, albo enzymatyczną – snRNA.

Węglowodany pełnią głównie funkcję energetyczną i zapasową, ale jako motywy, służą do modyfikacji innych klas związków (glikozylacja), co jest podstawą procesów regulacyjnych, transportowych, komunikacji i przekazywania sygnału.

Lipidy stanowią podstawę strukturalną błon biologicznych, ale ta szeroka klasa związków uczestniczy także w prawie każdym procesie komórkowym, jak regulacja, transport, komunikacja, przekazywanie sygnału, metabolizm (tłuszcze, klasa lipidów, są materiałem zapasowym i źródłem energii) i wielu innych.

Komórki mogą wytwarzać lub zawierać także związki innych grup. Mogą to być witaminy, barwniki, alkaloidy, itp. Pełnią one różnorodne funkcje.

Do najważniejszych pierwiastków budujących związki chemiczne wchodzące w skład komórek należą: tlen (wchodzi w skład m.in. cząsteczek wody; stanowi 65% masy człowieka), węgiel (jest rusztowaniem w związkach organicznych, stanowi 18% masy człowieka), wodór (10% masy człowieka), azot (3% masy człowieka) oraz inne pierwiastki (Ca, P, K, S, Na, Mg, Cl, Fe, I, Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se itd.), których masa u człowieka nie przekracza 2% masy całkowitej.

Struktura DNA.

TEST!!!

Sprawdź swoją wiedzę : http://testwiedzy.pl/test_view/42555/Budowa-Komorki-.html !!