Βιοχημεία - Αρχές Βιοτεχνολογίας (Θεωρία)

Γεώργιος Κ. Παπαδόπουλος

Καθηγητής ΤΕΙ Ηπείρου

Το μάθημα της Γεωργικής Χημείας, 1ου εξαμήνου.

Η αναλυτική περιγραφή του μαθήματος έχει ως εξής:

Α. Διάλεξη (2 ώρες την εβδομάδα)

1. Εισαγωγή, οργανικά μόρια, διπλοί δεσμοί,  ιδιότητες του νερού, ρυθμιστικά διαλύματα                   

2. Αμινοξέα, πρωτεΐνες και δομή λειτουργίας πρωτεϊνών                                                                                            

3. Εξερεύνηση των πρωτεϊνών                                                                               

4. Ένζυμα, συνένζυμα, συμπαράγοντες, κινητική                                   

5. Βιταμίνες                                                                                                            

6. Ένζυμα, αναστολείς, μηχανισμοί δράσης                          

7. Ένζυμα, μηχανισμοί δράσης, ρύθμιση δράσης                 

8. Σάκχαρα, μονοσακχαρίτες πολυσακχαρίτες                              

9. Λιπίδια, κυτταρικές μεμβράνες                                                                                         

10. Δομή και λειτουργία του DNA                                                                                                                           

11. Δομή και λειτουργία του RNA, περιοριστικά ένζυμα, ανασυνδυασμένο DNA, αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης, εφαρμογές της βιοτεχνολογίας (συνθετικά εμβόλια, πρωτεΐνες, διαγονιδιακά φυτά)

12. Σύνθεση πρωτεϊνών και γενετικός κώδικας

13. Ρύθμιση Γονιδίων σε Πρακαρυώτες και Ευκαρυώτες                                            

Στα Έγγραφα θα βρείτε αναλυτική περιγραφή του προγράμματος των διαλέξεων, βιβλιογραφίας κλπ σχετικά με το μάθημα. Επίσης, εκεί θα αναρτώνται όλοι οι χρήσιμοι ιστότοποι οι οποίοι βοηθούν στη περαιτέρω κατανόηση του μαθήματος της Βιοχημείας.

Κεφάλαιο (1)

• Μάθετε πώς απεικονίζονται τα διάφορα μόρια. Πλεονεκτήματα μειονεκτήματα του κάθε τρόπου.
• Κατανοήστε τη σημασία των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων, των δεσμών υδρογόνου και των δυνάμεων van der Waals.
• Μάθετε γιατί η πολικότητα και η συνεκτικότητα του νερού είναι σημαντικές για τον βιολογικό του ρόλο. Σημασία του νερού ως διαλύτη.
• Σημασία των υδροφοβικών αλληλεπιδράσεων.

 Κεφάλαιο (2)

• Δομή και λειτουργία των αμινοξέων
• Πεπτιδική ομάδα. Χαρακτηριστικά της (άκαμπτη και επίπεδη).
• Οι πρωτεΐνες καθορίζονται από αλληλουχίες αμινοξέων (πρωτοταγής δομή).
• Ο πρωτεϊνικός κορμός αποκτά συγκεκριμένο σχήμα στον χώρο (δευτεροταγής δομή).
• Μια πολυπεπτιδική αλυσίδα έχει μια και μοναδική τριδιάστατη μορφή (τριτοταγής δομή).
• Ορισμένες πρωτεΐνες αποτελούνται από 2 ή περισσότερες πολυπεπτιδικές αλυσίδες με δεδομένη διάταξη της κάθε μιας ως προς τις άλλες (τεταρτοταγής δομή).
• Η αλληλουχία των αμινοξέων καθορίζει την τριδιάστατη δομή (πείραμα Anfinsen).
• Η ουσία της δράσης των πρωτεϊνών: εξειδικευμένες δεσμεύσεις και μετάδοση αλλαγών στερεοδιάταξης.

 Κεφάλαιο (3)

• Μέθοδοι διαχωρισμού και καθαρισμού πρωτεϊνών.

 Κεφάλαιο (4)

• Να γνωρίζετε ότι τα ένζυμα είναι οι βιολογικοί καταλύτες, ότι επιταχύνουν κάθε αντίδραση που καταλύουν χιλιάδες μέχρι εκατομμύρια φορές, ότι έχουν υψηλό βαθμό εξειδίκευσης, και ότι η καταλυτική τους δραστικότητα υπόκειται σε ρυθμίσεις.
• Κατανοήστε τους όρους συνένζυμο, υπόστρωμα, συμπαράγοντας.
• Να γνωρίζετε ότι οι ενζυμικές αντιδράσεις φτάνουν σε μια μέγιστη ταχύτητα, εφ' όσον υπάρχει περίσσεια υποστώματος.
• Να γνωρίζετε ότι υπάρχουν αναστολείς της δράσης του κάθε ενζύμου. Οι δύο κύριες κατηγορίες των αναστολέων είναι συναγωνιστικοί και μη συναγωνιστικοί. Να μπορείτε να δώσετε μια φυσικοχημική εξήγηση του είδους της τροποποίησης της ενζυμικής δραστικότητας που επιφέρει ο κάθε ένας.

 Κεφάλαιο (5)

• Κατανοήστε ότι οι βιταμίνες χωρίζονται στη λιποδιαλυτή ομάδα (Α, D, E) και υδατοδιαλυτή (Β, C) ομάδα.
• Να γνωρίζετε ότι όλες οι βιταμίνες είναι οι ίδιες ή παράγωγά τους συνένζυμα ενζύμων, ή βασικοί τροποποιητές κυτταρικών υποδοχέων (π.χ. Βιτ. Α, Δ), και είναι ουσίες τις οποίες οι περισσότεροι οργανισμοί δεν μπορούν να συνθέσουν, αλλά τις απαιτούν έτοιμες, εξ' ού και το όνομα.
• Να κατανοήσετε τον ρόλο της ΑΤΡ στις βιοχημικές αντιδράσεις.
• Να αποκτήσετε μια αίσθηση της γενικής θεώρησης του μεταβολισμού (γλυκόλυση, Κύκλος κιτρικού οξέος, οξειδωτική φωσφορυλίωση, κύκλος ουρίας)

Κεφάλαιο (6)

• Να κατανοήσετε τις ιδιότητες και τη λειτουργία του ενζύμου όξινη πρωτεάση του ιού HIV (αναστολή κλπ)

• Να καταλάβετε την διαφορά στη λειτουργία ενός απλού ενζύμου (π.χ. καρβοξυπεπτιδάση) από ένα αλλοστερικό ένζυμο (ασπαραγινική τρανσκαρβαμοϋλάση). Ποιός είναι ο ρόλος των αλλοστερικών τροποποιητών και ποιά βιολογική σημασία έχει.

Κεφάλαιο (7)

• Κατανοήστε τί είναι περιοριστικό ένζυμο.
• Κατανοήστε τους όρους, συνεκτικά άκρα, πλασμίδιο, φάγος.
• Κατανοήστε με ποίο τρόπο αν χρησιμοποιήσουμε περιοριστικά ένζυμα και πλασμίδια, μπορούμε να εισάγουμε ξένο DNA σε ένα κύτταρο-ξενιστή.
• Κατανοείστε πώς μπορούν να παραχθούν μαζικά ξένες πρωτεΐνες σε κύτταρα-ξενιστές (διαφόρων ειδών).
• Συνειδητοποιήστε ότι οι διεργασίες αυτές μπορεί να γίνουν και σε φυτικά κύτταρα και αναλογιστείτε τη σημασία τους.

Κεφάλαιο (8)

• Κατανοήστε τη χημική δομή των υδατανθράκων. Δέστε πώς καταλήγουμε στις κοινές αλδόζες γλυκόζη και γαλακτόζη από την γλυκεραλδεϋδη.
• Κατανοήστε τις δομές ανοικτής και κλειστής αλυσίδας, μορφές λουτήρα και ανάκλιντρου.
• Κατανοήστε ότι τα σάκχαρα μπορεί να περιέχουν και αμίνες, αυξάνοντας την πολυπλοκότητά τους.
• Να γνωρίζετε την σημασία του Ο- και Ν-γλυκοζιτικού δεσμού στον σχηματισμό πολύπλοκων ενώσεων με τα σάκχαρα.

• Να γνωρίζετε τις κύριες μορφές σακχαριτικών πολυμερών (κυτταρίνη, γλυκογόνο, αμυλόζη, αμυλοπηκτίνη, χιτίνη) και την χημική βάση για τις διαφορές στις φυσικές τους ιδιότητες.

Κεφάλαιο (9)

• Να κατανοήσετε τη δομή των λιπιδίων, και κατά συνέπεια του ρευστού μωσαϊκού των βιολογικών μεμβρανών (κυτταρικής και αυτές των οργανιδίων) καθώς και τα πολλά πλεονεκτήματα που προσδίδει αυτή η δομή στα διάφορα κύτταρα.

Κεφάλαιο (10)

• Κατανοήστε τα πειράματα με τα οποία ο Avery και οι συνεργάτες του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό.
• Κατανοήστε ότι το DNA είναι μια διπλή αντιπαράλληλη έλικα και ότι με το ειδικό ζευγάρωμα των βάσεων μπορούμε πάντα να γνωρίζουμε την αλληλουχία της δεύτερης αλυσίδας, εφ' όσον γνωρίζουμε την αλληλουχία της πρώτης αλυσίδας.
• Κατανοήστε πώς γίνεται η αντιγραφή του DNA, ποιά ένζυμα χρειάζονται και τί ιδιότητες έχουν.

Κεφάλαιο (11)

• Να γνωρίζετε τα είδη RNA που υπάρχουν μέσα στο κύτταρο και την λειτουργία του κάθε ενός.
• Να γνωρίζετε ότι το RNA αποτελεί συμπληρωματική δομή του DNA, βασισμένη στην ιδιότητα ζευγαρώματος των βάσεων.
• Να γνωρίζετε τις ιδιότητες του ενζύμου RNA πολυμεράση.

Κεφάλαιο (12)

• Να γνωρίζετε τις ιδιότητες του γενετικού κώδικα (συγγραμμικός, χωρίς σημεία στίξης, εκφυλισμένος) και τί σημαίνει η κάθε μια από αυτές.
• Να γνωρίζετε πώς επιτελείτε η πρωτεϊνοσύνθεση στα κύτταρα: ποιά οργανίδια και ποιά ένζυμα και άλλα μόρια απαιτούνται.

Κεφάλαιο (13)

• Να γνωρίσετε τους μηχανισμούς ρύθμισης των γονιδίων

ΒΙΒΛΙΑ: Ένα εκ των 1./2. θα χορηγηθεί μέσω του Συστήματος Εύδοξος

1.* Jeremy M Berg, John L Tymoczo, Lubert Stryer, ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, 5^η έκδοση, Α τόμος, Παν/κές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 2004. Βλέπε και διαδικτυακό τόπο του βιβλίου www.whfreeman.com/Berg7e/

2.# Διαμαντίδη Γρ., ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ, 3^η έκδοση, University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 2007/2010.

3. 3. Campbell NA, Reece JB. Βιολογία, τόμος Ι. 8^η έκδοση, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 2010.

Τα βιβλία 1. και 3. πιο πάνω,  έχουν ελεύθερη πρόσβαση σε όλες τις διαφάνειές τους στην ιστοσελίδα του εκδότη.

1.http://www.cup.gr/%CE%92%CE%99%CE%9F%CE%A7%CE%97%CE%9C%CE%95%CE%99%CE%91-%CE%B5%CE%BD%CE%B9%CE%B1%CE%AF%CE%BF%CF%82-%CF%84%CF%8C%CE%BC%CE%BF%CF%82_p-279856.aspx?LangId=1

3. http://www.cup.gr/%CE%92%CE%99%CE%9F%CE%9B%CE%9F%CE%93%CE%99%CE%91-%CE%A4%CE%9F%CE%9C%CE%9F%CE%A3-%CE%99_p-279715.aspx?LangId=1
4. Γ. Μουρκίδη, Γεωργική Χημεία, Θεσσαλονίκη, 1971. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
5. Geoffrey Zubay,William Parson,Diane E. Vance. Αρχές βιοχημείας, Ιατρικές Εκδόσεις Π. Χ. Πασχαλίδης, Αθήνα 1999. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
6. 6. David L. Nelson ,Michael M. Cox. Lehninger, Principles of Biochemistry (υπάρχει και μεταφρασμένη ελληνική έκδοση) Βασικές αρχές βιοχημείας. Μεταφραστές:Κ.Ε. Σταματόπουλος, Α.Ν. Χατζηδημητρίου. Επιμελητής: Α.Γ. Παπαβασιλείου. Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης, Αθήνα, 2007. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
7. Mathews D, van Holde KE. BIOCHEMISTRY, 3^rd edition, Benjamin Cummings, Menlo Park, 2003. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
8. 8. John Clark, Robert ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ. Παν/κές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 1992, 2^η εκτύπωση, 2001. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
9. ΙΓ Γεωργάτσου, Δ. Κυριακίδης,Τ. Γιουψάνης, κ.ά. Εργαστηριακές Ασκήσεις Βιοχημείας. Εκδόσεις Ζήτη. Θεσσαλονίκη, 2004. Υπάρχει στη Βιβλιοθήκη του ιδρύματος.
10. Οδηγός μελέτης του μαθήματος (φυλλάδιο που χορηγείται στη διάλεξη).

ΙΣΤΟΤΟΠΟΙ ΓΙΑ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΙΣ ΤΡΙΔΙΑΣΤΑΤΩΝ ΔΟΜΩΝ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ (ΔΩΡΕΑΝ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΚΑΙ ΠΡΟΣΒΑΣΗ ΣΕ ΔΕΔΟΜΕΝΑ)

1. http://www.pymol.org/
2. http://softadvice.informer.com/Ds_Pro_Viewer_6.0_Accelrys.html      

Σχετικά απλά και διεθέσιμα δωρεάν! 

3. http://www.bioclipse.net/

Πιο πολύπλοκο για όσους ενδιαφέρονται για περισσότερο εν τω βάθει ανάλυση. 

4. Τράπεζα Δεδομένων Πρωτεϊνών, www.rcsb.org Περιέχει όλες τις πρωτεΐνες των οποίων η τριδιάστατη δομή είναι γνωστή σε καλή διακριτική ικανότητα, είτε μέσω κρυσταλλογραφίας με ακτίνες Χ ή μέσω πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού.

  ΙΣΤΟΤΟΠΟΙ ΓΙΑ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΙΣ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ

 http://bcs.whfreeman.com/berg7e . Επίσημη ιστοσελίδα της 7^ης αγγλικής έκδοσης του βιβλίου αρ. 1 στη βασική βιβλιογραφία, πιο πάνω. Ελεύθερη πρόσβαση σε κινούμενα σχέδια για δομές μορίων και μακρομορίων, καθώς και περιγραφή βιοχημικών τεχνικών.

 -ΣΥΝΑΦΕΙΣ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΕΣ ΓΕΝΙΚΟΤΕΡΟΥ ΕΝΔΙΑΦΕΡΟΝΤΟΣ

1. Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο Αθηνών, η χημική ένωση του μήνα

http://www.chem.uoa.gr/chemicals/chem_HOCl.htm . Έχει συσσωρευθεί πληθώρα πληροφοριών για πάρα πολλές ενώσεις, με μεγάλο ενδιαφέρον. Μπορεί να είναι λίγο νωρίς, αλλά σίγουρα από το επόμενο εξάμηνο, μια επίσκεψη σε αυτή την ιστοσελίδα 1-2 φορές κάθε εξάμηνο θα βγάλει κάποιο «λαυράκι» που θα έχει σχέση με κάποιο από τα μαθήματά σας στη κατεύθυνση!!

 -ΣΥΝΑΦΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΑ ΠΕΡΙΟΔΙΚΑ:

1. Χημικά Χρονικά
2. Journal of Chemical Education.
3. Chemistry in Britain.
4. Scientific American. Σε λίγο πιο παλιά τεύχη υπάρχει και η ελληνική έκδοση του περιοδικού αυτού, που είναι παγκοσμίου φήμης.
5. Το Περισκόπιο της Επιστήμης
6. New Scientist