Uvod v biokemijo

Question 1

Kaj opisuje biokemija?

Answer 1

Skuša razvozljati molekularno logiko življenja v celici, tkivu, organu, organizmu … Opisuje strukture biomoleku, mehanizme in fizikalno-kemijske procese, ki so univerzalni (delijo si jih vsi organizmi).

Question 2

Katere lastnosti vse imajo živa bitja?

Answer 2

• Visoka stopnja kemijske kompleksnosti in visoka organiziranost, informativnost
• Črpajo energijo iz okolice in jo pretvarjajo
• Vsak del živega organizma ima posebno funkcijo
• Prilagajajo se zunanjim vplivom
• Se razmnožujejo (samostojno precizno samo-podvojevanje)
• Se spreminjajo s postopno evolucijo

Question 3

Zakaj virusov praviloma ne uvrčamo med živa bitja?

Answer 3

Niso se sposobni samostojno razmnoževati in pretvarjati energije.

Question 4

Kdaj se je pojavilo življenje na Zemlji? Kako to vemo?

Answer 4

Pred cca 4 milijardami leti - na Grenlandiji so odkrili mikrobne fosile, stare 3,7 milijarde let.

Question 5

Zakaj za življenje ne velja drugi zakon termodinamike, ki pravi, da se naj bi vsi izolirani sistei približali stanju največje neurejenosti?

Answer 5

Biosfera ni izoliran sistem. ‘Življenjee lahko vzdržuje zelo urejeno stanje, tako da povzroča neto povečanje nereda v vesolju zaradi izgube toplote v okolju). Potrebna je ‘brezplačna’ energijee -Sonce.’

Question 6

Kateri element je najbolj očitno prisoten v živih organizmih in ne toliko v neživi naravi?

Answer 6

Ogljik (tvori biomolekule)

Question 7

Kaj so biomolekule?

Answer 7

Organske molekule, ki jih najdemo v živem svetu, vendar so nastale iz preprostih sestavin nežive narave.

Question 8

Opiši prevladujočo teorijo o nastanku biomolekul in Millerjev poskus!

Answer 8

• Zelo vroče in reduktivno okolje (nič molekularnega O2)
• Prisotnost vode (H2O) in plinov (CO2, N2, H2S, CH4, NH3, H2)
• Obilica energije: vulkani, UV in kozmični žarki, bliski, visoke temperature
• Nastane HCN (vodikov cianid), ki je izjemno reaktiven; vključuje N, ki je ključ do aminokislin)

Stanley Miller je v 50ih 20. stoletja izvedel poskus, s katerim je dokazal, da lahko iz malih molekul primarne atmosfere dobimo biomolekule (iz anorganskih organske). S pomočjo uporabe podobnih pogojev, kot so bili na Zemlji pred 4 milijardami let (voda, primarna atmosfera, elektrode na vsake dva tedna kot mean of energy), je dokazal vrsto organskih molekul (aminokisline, sladkorje, lipide, nukleotide). Vzorce je shranil, saj je razumel potencial novejše tehnologije. Leta 2010 so sestavo biomolekul preverili z modernimi analitskimi tehnikami (whatever že je LC-MS) - dokazali so 23 aminokislin, 7 žveplovih organskih spojin, neke druge, ki so lahko bile sestavne komponente v prebiotskem razvoju.
Iz tega je sledilo tudi dokazovanje, da pod takimi pogoji in vitro nastane tudi RNA podobne molekule in proteini.

Question 9

Kje še danes poteka tvorba aminokislin v zemljski skorji? Opiši, za kakšne reakcije gre.

Answer 9

V zemljski skorji Atlantskega oceana, pod sistemom ‘izgubljenega mesta’. Gre za oksidoredukcijske reakcije, kjer se Fe2+ oksidira do Fe3+, pri čemer se protoni H+ reducirajo do H2.

Question 10

Ali so Fe2+ ioni katalizatorji abiotske sinteze biomolekul?

Answer 10

Da.

Question 11

Kaj je triptofan? Kako je to povezano z abiotsko sintezo v zemljski skorji Atlantskega oceana? Kako potekajo meritve.

Answer 11

Je nepolarna in aromatska aminokislina s formulo C11H12N2O2. Je esencialna aminokislina (človek je ne sintetizira sam, temveč jo dobi s prebavo). S sinhotronom (en poseben pospeševalnik delcev) povezana UV spektoskopija je pokazala avtofluorescenco na železo vsebujočih kamninah 173 m pod morsko gladino; struktura triptofana je bila potrjena z masno spektrometrijo (analitična tehnika za identifikacijo kemične sestave snovi s pomočjo separacije plinastih ionov, ki jih analit oddaja, glede na razlike v njihovi masi in naboju).

Question 12

Koliko intermediatov Krebsovega ciklusa se lahko tvori tudi abiotsko?

Answer 12

9.

Question 13

Kaj je metabolit?

Answer 13

(Tudi presnovek) je intermediat ali produkt v procesu presnove.

Question 14

Kaj je biokemijsko vozlišče?

Answer 14

TO ŠE POGLEJ!!!

Question 15

Kdaj lahko govorimo o abiotski sintezi?

Answer 15

Če molekule lahko nastanejo brez encimov in ATP.

Question 16

Pod kakšnimi pogoji lahko piruvat in glioksilat tvorita številne molekule?

Answer 16

V vodni raztopini, ob prisotnosti Fe2+, pri 70°C in brez prisotnosti encimov.

Question 17

Kaj je bilo najprej (katere makromolekule)? Opiši teorijo scenarija RNA in nastanka pracelic!

Answer 17

Nekateri menijo, da je RNA bila prva organska molekula - da so se proteini in DNA razvili kasneje. https://flexbooks.ck12.org/cbook/ck-12-biology-flexbook-2.0/section/5.3/primary/lesson/first-organic-molecules-bio/

Question 18

Ali je bila najprej potrebna katalitična aktivnost (encimi) ali zmožnost hranjenja in prenašanja informacije (nukleinske kisline)?

Answer 18

Različne vrste RNA imajo katalitično aktivnost in hkrati nosijo informacijo - zato prevladuje teorija o RNA scenariju.
Omrežje ne-encimskih reakcij (abiotska sinteza) je lahko ustvarilo pogoje za nastanek polimerov - npr. RNA.
Ribonukleotidi so sčasoma polimerizirali do RNA.
RNA so se naključno ujele v vezikle, ki so v vodnem okolju nastali iz maščobnih kislin.
Sčasoma se je razvila delitev membran pracelic in samo-podvojevanje RNA.

Question 19

Kje se še danes preko RNA prenaša genetsko informacija?

Answer 19

V nekaterih virusih (tudi SARC-Cov-2).

Question 20

Kakna goriva so verjetno uporabljale prve celice?

Answer 20

Anorganska. (Če prav razumem, je lahko da potekala reakcija FeS + H2S = FeS2 + H2 -> zagotovi več kot 30J, kar pa potrebujemo za sintezo ATP; to spada pod razvoj fotosintetske poti, kjer naj bi bil prvi donor elektronov verjetno H2S ali celo H2).

Question 21

Kako je prišlo do ‘kisikovega holokavsta’?

Answer 21

Prvi korak je bil razvoj fotosintetske poti, kjer naj bi bil prvi donor elektronov verjetno H2S ali celo H2. Kasneje so se razvili encimi, ki lahko kot donor elektronov uporabljajo H20, kisik pa nastaja kot odpadni produkt. Cianobakterije, ki dobijo svojo energijo s pomočjo fotosinteze, predstavljajo naslednike začetnih fotosintetskih enoceličarjev in veljajo za najstarejše fotoavtotrofne organizme. Zaradi razrasta fotosintetskih organizmov je 2,4 milijard let nazaj prišlo do ‘kisikovega holokavsta’ -> velik dogodek oksigenacije. Preživeli so redki organizmi, ki so že bili prilagojeni na oksidativno atmosfero, ki pa predstavlja pot do večceličnih organizmov.

Question 22

Kateri elementi predstavljajo več kot 99% mase celice? Kateri so še pogosti?

Answer 22

Najpogostejši so H, O, N, C, pogosta pa sta še P in S (CHNOPS).

Question 23

Naštej kaj elementov v seldovih.

Answer 23

Železo, silicij, cink, baker, stroncij, brom, mangan, aluminij, kobalt …

Question 24

Opiši Daltonovo teorijo atomov. Ali so vsa začetna predvidevanja pravilna?

Answer 24

• Elementi so sestavljeni iz zelo majhnih delcev, imenovanih atomi
• Vsi atomi danega elementa imajo enake lastnosti, ki pa se razlikujejo od lastnosti drugih elementov
• Spojine nastanejo, ko se atomi različnih elementov med seboj združujejo v majhnih celih številih
• Relativna števila in vrste atomov so v dani spojini kontantne

Vsa začetna Daltonova predvidevanja niso bila pravilna.

Question 25

Kaj je en Dalton (Da)?

Answer 25

Enota mase, ki je enaka 1/12 mase ogljika C12.

Question 26

Opiši dve glavni teoriji atoma.

Answer 26

Bohrov model atoma (Bohr in Rutherford); atom z majhnim gostim jedrom, obkrožen z vrtljivimi elektroni; privlačnost zagotavljajo elektrostatične sile.

Kvantno mehanski model atoma (Dr Broglie, Schrodinger); elektroni kot valovanje, orbitale pa verjetnost elektronske gostote -> elektroni kot puhasti oblaki elektrenine

Question 27

Kaj predstavlja Heisenbergov princip nedoločljivosti?

Answer 27

Da sočasno ni mogoče določiti natančnega položaja in hitrosti delca.

Question 28

Kaj je atomska orbitala?

Answer 28

Matematična funkcija, ki opisuje valovanje elektrona ali elektronskega para. S pomočjo Schrodingerjeve enačbe se da izračunati prostor, kjer se elektron giblje - verjetnost, da najdemo elektron na določenem mestu okrog jedra.

Question 29

Zakaj atomi med seboj (praviloma) ne morejo tvoriti vezi?

Answer 29

Ker atomske orbitale nimajo primernih oblik - za tvorbo vezi morajo biti orbitale orientirane druga proti drugi.

Question 30

Opiši hibridne orbitale.

Answer 30

Teorija valenčnih vezi omogoča, da z linearno kombinacijo s, px, py, pz orbital dobimo hibridne orbitale, ki imajo vmesne energije atomskih orbital. V prostoru so orientirane tako, da najbolj realno popišejo dejansko stanje.

Question 31

Kakšna je zveza med hibridizacijo C atoma in številom multipl vezi, ki jih vzpostavi.

Answer 31

Če gre za Sp3 hibridizacijo, C atom tvori štiri enojne vezi (tetraeder). Če gre za Sp2 hibridizacijo, je C atom vezan na 3 skupine -> ena dvojna vez, molekula pa je v tem delu trikotno planarna (triagonalno planarna). Če govorimo o Sp hibridizaciji, je C atom vezan na dve skupini, na eno s trojno vezjo - oblika je planarna.
(poglej si še kaj smo pa lani mi o energijah pri temu povedali na pptju je nekaj čudno glede orbital)

Question 32

Kaj je oktetno pravilo?

Answer 32

Atomi se povezujejo v molekule tako, da imajo vsi partnerski atomi po 8 elektronov v zunanji lupini - izjema je vodik, ki ima 2. V pravilu okteta sodelujejo samo s in p elektroni, pravilo pa je uporabno za elemente glavnih skupin periodnega sistema (ne velja za npr. prehodne kovine).

Question 33

Zakaj se atomi vežejo v molekule?

Answer 33

Saj to predstavlja energijsko najstabilnejše stanje (izjema žlahtni plini).

Question 34

Kaj je funkcija kemijskih vezi?

Answer 34

Vzdržujejo strukturo molekul.

Question 35

Kaj je elektronegativnost?

Answer 35

Latnost atoma, da privlači elektrone, zlasti vezne. Opisuje afiniteto do elektronov atoma v molekuli: sposobnost atoma, molekule, atomske skupine, da pritegne valenčne elektrone. Predpostavil jo je Pauling med razvijanjem teorije kovalentne vezi. Elektronegativnosti se ne da izmeriti, temveč se jo da izraččunati na podlagi drugih lastnosti. Paulingova lestvica elektronegativnosti sega od 0.7 do 3. 98 Paulingovih enot.

Question 36

Kaj določa naravo kemijske snovi (katera lastnost vezanih delcev)?

Answer 36

Elektronegativnost.

Question 37

Kateri je najbolj elektronegativen element in ali je ta tisti, ki je za življenje najbolj pomemben?

Answer 37

Fluor - za življenje pa je najbolj pomemben kisik, ki je prav tako zelo elektronegativen.

Question 38

Kakšna mora biti razlika v elektronegativnosti posameznih delcev v spojini, da govorimo o nepolarni vezi, polarni vezi in ionski vezi?

Answer 38

Nepolarna vez - 0.0 - 0.4
Polarna vez - 0.4 - 1.8
Ionska vez - 1.8 - 3.0

(približki)

Question 39

Katere so močne in katere šibke kemijske vezi?

Answer 39

Močne (200 - 500 kJ/mol) - kovalentna (pol., nepol., koordinativna je posebna), ionska vez v kristalu, kovinska vez.

Šibke (1 - 30 kJ/mol) - znotraj makromolekul in med biomolekulami/makromolekulami
Van der Wallsove < vodikove vezi < ionske interakcije v raztopini ; hidrofobne reakcije