Chapter 5 Part 1 - Biological Macromolecules and Lipids PDF
Document Details
Uploaded by AffordableClarinet
Tags
Summary
This document is a chapter on biological macromolecules and lipids. It covers the structure and function of these essential biological molecules. It includes detailed descriptions and diagrams of the related reactions.
Full Transcript
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Nucleic acids = = االحماض النووية ❖ Introduction: D...
Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) Nucleic acids = = االحماض النووية ❖ Introduction: DNA & RNA Macromolecules = جزيئات ضخمة The most important large molecules found in all living things Architecture = البنية التركيبية -from bacteria to elephants- can be sorted into just four essential role = دورا هاما main classes: 1-carbohydrates 2- nucleic acids 3-proteins exhibit = تعرض/ تظهر 4-lipids unique = فريد The first three members of these classes (carbohydrates, nucleic acids, and proteins) are huge and are therefore called macromolecules. Lipids aren’t big enough to be considered as macromolecules The architecture of a large biological molecule plays an essential role in its function >> so large biological molecules exhibit unique properties arising from the orderly arrangement their atoms ✓ بالرغم من التعقيد الكبير الذي نراه في الكائنات الحيه على االرض اال ان جميع الجزيئات التي تتكون منها هذه الكائنات تم توزيعها الى اربع مجموعات. الكاربوهيدرات – االحماض النووية – البروتينات – الليبيدات:فقط > A polymer: is a long molecule consisting of many similar or متعدد القطع Mono = single mer = part >>> identical building blocks linked by covalent bonds. قطعة واحدة صغيرة Identical =متماثل Monomers: are smaller molecules and they are the Building blocks = وحدات بنائية repeating units that serve as the building blocks of a polymer. (Note: some monomers also have other functions of their own.) هي عباره عن جزيئات تشبه السالسل (اي انها مكونة من عدد كبير من القطع التي تتصل معmacromolecules ✓ المجموعات الثالثه التي تسمى و هي جريئات كبيرة تتكون من وحدات بناء عديده متطابقة اوpolymers بعضها البعض لتكون على شكل سلسلة) و لذلك يطلق عليها مصطلح و وحدات البناء التي تكون هذه السالسل هي عباره عن جزيئات اصغر و تسمى, متشابهة ترتبط مع بعضها البعض بواسطة روابط تساهميه قد تمتلك وظيفة اخرى خاص بها باالضافة الى كونها تعمل كوحدة بنائية لبناء الجزيئات الكبيرة التيmonomers > in the cells these processes are facilitated by enzymes (which are specialized macromolecules “proteins” that speed up chemical reactions) Dehydration reaction: this is the name of the reaction in which monomers get connected >> two molecules get covalently bonded to each other with the loss of a water molecule. (figure a) →→→ When a bond forms between two monomers, each monomer loses a part of the water molecule that is released during the reaction (one monomer provides a hydroxyl group –OH and the other monomer provides hydrogen –H) >> this reaction is repeated as monomers are added to the chain one by one making a polymer >> dehydration = Polymerization معينه مختلفه عن الموجوده في االنواع االخرى و لكن طريقة البناء و الهدم هيmonomers يتكون من وحدات بناءpolymers ✓ كل نوع من ال و لتسهيل تلك العمليات تستخدم الخليه االنزيمات (االنزيمات هي عبارة عن بروتينات متخصصة وظيفتها تسريعpolymers نفسها في جميع انواع ال )التفاعالت حيث ان احد وحدتي البناء تخسر, هو تفاعل يتم من خالله ربط وحدتي بناء معا برابطه تساهميه و يتم فقدان جزيء ماء: dehydration reaction ✓ و االخرى تخسر ذرة هيدروجين و يتكرر هذا التفاعل في كل مره يضاف فيها وحدة بناء للسلسله حيث انه في كل مرة يتمOH مجموعة هيدروكسيل فيها اضافة وحدة بناء يتم تحرير جزيء ماء |Page2 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] Hydrolysis: this is the reaction where polymers get disassembled to monomers. This process is the reverse of the dehydration reaction (figure b) →→→ The bond between monomers is broken by the addition of a water molecule (a hydrogen from water attaches to one monomer and a hydroxyl group Hydro = water lysis = break >> اي عملية تحلل المركب باستخدام الماء attaches to the other monomer) Disassembled = تتفكك Attaches = ترتبط An example of hydrolysis within our bodies is the Digestion = عملية الهضم process of digestion. و يتم كسر,dehydration هو التفاعل الذي يتم فيه تفكيك السالسل الى وحداتها البنائية و بالتالي هي العمليه العكسيه لل:hydrolysis ✓ عملية ال و تعد عملية الهضم احد االمثله على هذا,H و االخرىOH الرابطه بين اي وحدتي بناء عن طريق اضافة جزيء ماء حيث ان احد الوحدتين تستقبل التفاعل ➔ Again – dehydration vs. hydrolysis >>: |Page3 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] The diversity of polymers: Diversity = variation = تنوع Close relatives = االقارب Siblings = االخوة A cell has thousands of different macromolecules >> and Unrelated individuals = غير االقارب this collection of macromolecules varies from one type Immense variety = تنوع هائل of cell to another. Inherited differences between Close relatives such as human siblings are because of small variations in polymers, particularly DNA and proteins. While these molecular differences are more extensive in unrelated individuals. These molecules are constructed from only 40-50 common monomers and some other monomers that occur rarely >> Constructing polymers analogue to constructing hundreds of thousands of words from only 26 letters of the alphabet. EX: constructing proteins which are hundreds of amino acids long but consist from only 20 types of amino acids →→→ So we have a huge variety of polymers and the key of this variety → is the arrangement “the particular linear sequence that the units follow ” Despite this immense variety, molecular structure and function can still be grouped roughly by class و هذه الجزيئات تختلف من خلية الى اخرى, macromolecules تحتوي الخليه على االف من جزيئات ال ✓ بينما, DNA االختالفات الموروثه بين االقارب تنتج عن اختالفات بسيطه في البوليمرات الموجوده في الخاليا تحديدا في جزيئات البروتين و ال ✓ تكون هذه االختالفت اكبر بين االفراد الغير اقارب حرف فقط و انتاج االف26 وحدة بنائية شائعة و هذا شبيه ببناء االف الكلمات من خالل40-50 يتم بناء هذه الجزيئات الضخمة فقط من خالل ✓ اي ان, ) نوع من االحماض االمينيه (االحماض االمينية هي الوحدة البنائية للبروتينات20 االنواع من البروتينات التي يتم بناؤها ففط من خالل السبب الرئيسي لالختالف بين الجزيئات الناتجه هو االختالف في ترتيب الوحدات البنائية بالرغم من ان عدد انواع هذه الوحدات البنائية يكون صغير بالرغم من كل هذا التنوع الهائل بين الجزيئات اال انه من الممكن تصنيفها الى عدة اصناف باالعتماد على التركيب و الوظيفة ✓ |Page4 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] ❖ Concept 5.2: carbohydrates serve as fuel and building material Carbohydrates include sugars and polymers of sugars >> so the carbohydrates can be monomer or polymer 3 classes of carbohydrates : ❶Monosaccharides >> consist of simple sugars (the simplest class of carbohydrates) → ❷Disaccharides: are double sugars, consisting of two monosaccharaides joined by a covalent bond →→ ❸Polysaccharides: composed of many sugar building blocks and they are considered as a macromolecules →→→ ✓ الكاربوهيدرات اما ان تكون عبارة عن مركب سكر واحد او عبارة عن مجموعة من المركبات السكرية المتصلة مع بعضها البعض لتكون بوليمر لذلك في حال لو كانتpolymer في حال لو كانت عبارة عن مركب واحد من السكر او ان تكونmonomer فان الكاربوهيدرات من الممكن ان تكون تتكون من اكثر من مركب سكري ) السكريات2 - )) السكريات االحاديه و التي تتكون من مركب واحد من السكر (ابسط نوع1 > “in ketose the carbonyl group is within the للمجموعات skeleton of the sugar while in aldose the carbonyl group is at the terminal of the skeleton”—“see the figure” → ❷Other criterion for classifying sugars is the size of the carbon skeleton, which ranges from 3 to 7 carbons long Hexoses (six-carbons sugars) ex: Glucose and fructose pentoses (five-carbon sugars) Trioses (three-carbon sugars) و ذلك باالعتمادعلى موقع مجموعة الكربونيل (موقعها > the cellulose in our food passes Microorganisms through the digestive tract and is eliminated with the feces كائنات حية دقيقة = امعاء = Gut ▪ Although cellulose isn’t a nutrient for humans but it's an important part of a healthful Cow harbors diet = (most fruits, vegetable and whole grains are rich in cellulose بقر المراعي = Hay & grays القادرة على هضم روابط الفا الموجودة في النشا غير قادرة على هضم روابط بيتا الموجودة في السيليلوز و ذلك بسبب االختالف الموجوداالنزيماتاعشاب قش و ✓ النوعين من الروابط هاذين نمل = Termite بين الكائنات الحية يمتلك االنزيمات التي تستطيع هضم السيليلوز > cellulose-digesting prokaryotes and امعاء = Gut protists in its gut can hydrolyze cellulose of hay and grass بقر المراعي = Cow harbors قش و اعشاب = Hay & grays 2- A termite >> is unable to digest cellulose by itself but by الفطريات = -Fungiنمل ابيض = Termite the prokaryotes or protists that live in its gut 3- Some fungi >> can also digest cellulose ✓ بعض الكائنات الحية الدقيقة تستطيع هضم السيليلوز و مثال ذلك > the case is lethargy and flexible at first but becomes hardened when proteins are chemically linked to each other ▪ Chitin is also found in fungi which use it as the building material of their cell wall ▪ Chitin is similar to cellulose, with β linkages, but the difference is that the glucose monomer of chitin → has a nitrogen-containing appendages →→ ▪ Note: chitin is used to make surgical threads )الكيتين هو المثال الثاني السكريات المتعددة التركيبية (المثال االول كان السيليلوز ✓ يستخدم اليتين في بناء هياكل المفصليات (هذه الهياكل تتكون من الكيتين و البروتين و تكون مرنه في البدايه ثم تصبح ✓ )صلبه عند ارتباط البروتين كما يستخدم الكيتين من قبل الفطريات في بناء جدارها الخلوي ✓ الكيتين يشبه السيليلوز حيث ان كليهماروابطهما من نوع بيتا و لكن الفرق ان مونومر الجلوكوز في الكيتين يحتوي ✓ على النيتروجين يستخدم الكيتين ايضا في صناعة الخيوط الجراحية ✓ Quick summary: | P a g e 14 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] ❖ Concept 5.3: lipids are a diverse group of hydrophobic molecules Lipids are not true polymers → they are generally not big enough to be Trait = صفة considered macromolecules Lipids share an important trait >> they are hydrophobic because they consist mostly of hydrocarbons >> which form non-polar covalent bonds There are 3 types of lipids that are most biologically important: 1- fats --- 2- phospholipids --- 3- steroids macromolecules ✓ الليبيدات ال تعتبر بوليمر و ذلك النه كما ذكرنا سابقا انها ليست ضخمة بما يكفي لكي تصنف على انها ✓ جميع الليبيدات تشترك بصفه واحدة و هي انها جزيئات كارهه للماء و ذلك معظم ما يكونها هو سالسل الهيدروكربون (سالسل تتكون من كربون و هيدروجين) التي تشكل روابط تساهمية غير قطبيه فيما بينها لذلك فانها تكون كاره للمركب القطبي وهو الماء )steroids( ) الستيرويدز3 phospholipids ) ال2 )fats( ) الدهون1 > 1- glycerol --- 2- fatty acids ✓ الدهون هي جزيئات كبيرة تتكون من عدة مركبات صغيرة (لكن كما ذكرنا سابقا انها ) macromolecule ليست ضخمة جدا حتى نعتبرها و الfatty acid ✓ يتم بناء الدهون باستخدام نوعين من المركبات الصغيرة و هي ال و جزيءfatty acid جزيئات3 الواحد يتكون منfat ( جزيء الglycerol ) واحدglycerol Glycerol >> is a 3-carbon alcohol >> each of its three carbons bears a hydroxyl group / →→→→→→ Bears = تحمل ذرات كربون و كل ذرة3 > has a long carbon skeleton usually 16 or 18 carbon atoms and the carbon atom at the end of this acid skeleton is a part of a carboxyl group (this is the functional group that caused the name of fatty acids) >> The rest of the skeleton consists of hydrocarbon chain (non-polar C—H bonds) which causes the fatty acid to be hydrophobic ذرة كربون " الرابطة ما بين الهيدروجين و الكربون هي رابطة تساهمية غير18-16 من سلسلة هيدروكربون منfatty acid ✓ بينما يتكون ال و هي المجموعه الوظيفيه التي جعلتCOOH قطبية" > because it consists of three fatty acids linked to one glycerol molecule >> “tri = 3 , acyl = fatty acid, glycerol = 1 molecule of glycerol” Another name for a fat is triglyceride The 3 fatty acids in a fat can be the same or they can be of 2 or 3 different kinds >> in “figure b” >> A fat molecule with three fatty acid units, two of them identical →→→→→ كيف تتم صناعة الدهون ؟؟ ✓ واحد > have the maximum number of hydrogen atoms possible) ② Unsaturated fatty acids: have one or more double bonds (fewer H on each double-bonded carbon) >> nearly all double bonds in naturally occurring fatty acids are cis double bonds ✓ تصنف الدهون الى دهون مشبعة و دهون غير مشبعه و ذلك باالعتماد على تركيب سالسل الكربون التي تدخل في تكوين الحموض الدهنيه المكونه لها ✓ سالسل الكربون في الدهون الغير مشبعة تحتوي على روابط ثنائيه و الشكل الفراغي (ذرات الكربون المتضمنة فيcis للرابطة الثنائية في الوضع الطبيعي للدهون يكون الرابطة الثنائية تملك عدد اقل من ذرات الهيدروجين) اما في الدهون المشبعة فان سالسل الكربون فيها ال تحتوي على اي رابطة ثنائية بين ذرات الكربون فيها (و هذه السلسة تمتلك اكبر عدد ممكن من ذرات الهيدروجين لذلك نقول عنها انها مشبعة بالهيدروجين و من هنا )جاءت التسمية Flexibility = مرونة A fat made of saturated fatty acids is called a saturated Pack together tightly = تتراص و تتصلب fat and vice versa Lard = شحم الخنزير Kinks = انثناءات Most animal fats are saturated → The hydrocarbon chains of their fatty acids lack double bonds, and their flexibility allows the fat molecules to pack together tightly >> (example: animal fats such as lard and butter are solid at room temperature ) In contrast, fats of plants and fishes are generally unsaturated → the kinks where the cis double bonds are located prevent the molecules from packing together closely enough to solidify at room temperature (so usually liquid at room temperature >> example: olive oil, cod liver oil) ✓ الدهون المصنوعة من احماض دهنية مشبعة تكون مشبعة اما الدهون المصنوعة من احماض غير مشبعة تكون دهونا غير مشبعة ✓ في الحيوانات تكون الدهون مشبعه > is the process of converting unsaturated Cardiovascular disease = امراض القلب و االوعية الدموية fats to saturated fats by adding hydrogen (example >> Atherosclerosis = تصلب الشرايين hydrogenated vegetable oils such as: peanut butter and margarine) Deposits = رواسب Plaques = صفائح A diet rich in saturated fats is a factor that may contribute to the cardiovascular disease known as atherosclerosis because of deposits called plaques develop within the walls of blood vessels Studies have shown that hydrogenating vegetable oils produces not only saturated fats but also unsaturated fats with Trans double bonds → And these Trans fats may contribute more than saturated fats to atherosclerosis and other problems هي عملية صناعية يتم فيها تحويل الدهون الغير مشبعة الى دهون مشبعة و ذلك من خالل اضافة الهيدروجين ( مثال عليها الزيوت:✓ عملية الهدرجه )النباتية المهدرجة مثل زبدة الفول السوداني و السمن ✓ كثره الدهون المشبعه في الغذاء قد تؤدي الى االصابة بامراض القلب و االوعية الدموية مثل مرض تصلب الشرايين الذي يحدث بسبب ترسب و تراكم هذه الدهون الزائدة داخل جدران االوعية الدموية ✓ بينت الدراسات ان عملية الهدرجة ال تؤدي فقط الى انتاج دهون مشبعة من دهون غير مشبعة بل انها قد تؤدي ايضا الى انتاج دهن غير مشبع لكن trans ) و هذا النوع من الدهون الغير المشبعة بروابط ثنائية من نوعcis ( الرابطة الثنائية في الوضع الطبيعي تكونtrans بروابط ثائية من نوع يساهم بشكل اكبر من الدهون المشبعة في امراض تصلب الشرايين Certain unsaturated fatty acids must be supplied in the human diet because they cannot be synthesized in the body → These essential fatty acids include the omega-3 fatty acids → which are required for normal growth in children and appear to protect against cardiovascular disease in adults ✓ احماض دهنية غير مشبعة محددة ال يستطيع االنسان تصنيعها داخل جسمه لذلك يجب ان يتزود بها من خالل الغذاء الذي يتناوله و من ضمن هذه الضروري لتوفير نمو طبيعي لالطفال باالضافةomega-3 fatty acid االحماض التي يجب التزود بها بشكل اساسي من خالل الغذاء ما يعرف بال لدروه في الحماية من امراض القلب و االوعية الدموية عند البالغين | P a g e 18 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] The major function of fats is energy storage →A gram of fat Adipose cells = الخاليا الدهنية stores more than twice as much energy as a gram of Swell = تنتفخ Shrink = تنكمش polysaccharide such as starch Cushion = دعامة/ وسادة Insulate = حماية/ عزل Humans and mammals stock their long-term food reserves in adipose cells which swell and shrink as fat is deposited and withdrawn from storage And another function of adipose tissue is → Cushioning vital organs as the kidneys, and a layer of fat beneath the skin insulates the body >> (This subcutaneous layer is especially thick in whales, seals, and most other marine mammals, protecting them from cold ocean water) ✓ الوظيفه االساسيه للدهون هي تخزين الطاقه و كل جرام واحد من الدهون يخزن ضعف ما يمكن تخزينه في السكريات مثل النشا التي تتقلص و تتوسع تبعا لسحب او تزويد الدهون لها (تتوسعadipose ✓ يقوم االنسان و الثدييات بتخزين الدهون كمصدر للطاقة في الخاليا الدهنيه )في حال تم وضع الدهون فيها للتخزين و تتقلص في حال تم سحب هذه الدهون الستخدامها ✓ للنسيج الدهني وظيفه اخرى باالضافة الى وظيفة تخزين الدهون فيه : Choline is one such molecule that can link to the phosphate group but there are many others as well which allows the formation of a variety of phospholipids that differ from each other مهمة جدا للخاليا و ذلك النها تعتبر مكون اساسي من مكونات غشاء الخليةphospholipids ✓ ال و ليس ثالثه و مجموعة الهيدروكسيل الثالثه في الجليسرولfatty acids تشبه الدهون و لكنها مكونه من جزيئينphospholipid ✓ ال او غيره مماcholine ترتبط بمحموعة فوسفات سالبة الشحنه التي بدورها ترتبط بمجموعه اخرى قطبيه و قد تكون هذه المجموعه phospholipids يعطي تنوع لل | P a g e 19 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] The two ends of phospholipids show different behavior toward water: ▪ The hydrocarbon tails >> are hydrophobic and are excluded from water ▪ The phosphate group and its attachment >> form a hydrophilic head that has an affinity to water When phospholipids are added to water → they self-assemble Hydrophobic = كاره للماء into double-layered structures called bilayers shielding their Hydrophilic = محب للماء Excluded = مستبعد hydrophobic portions from water Boundary = حد فاصل At the surface of a cell → phospholipids are arranged in a similar bilayer >> the hydrophilic heads of the molecules are on the outside of the bilayer in contact with the aqueous solutions inside and outside of the cell while the hydrophobic regions point toward the interior of the bilayer, away from the water The phospholipid bilayer forms a boundary between the cell and its external environment سلوك مختلف تجاه الماء In fact, both saturated and trans fats exert their negative impact on health by affecting cholesterol levels ✓ الستيرويدات هي احد انواع اللليبيدات و تتكون من اربع حلقات كربون متصله مع بعضها البعض و يمكن تمييز نوع الستيرويدات من خالل المجموعه الكيميائيه التي ستتصل بهذه الحلقات ✓ الكوليسترول هو احد انواع الستيرويدات المهمه جدا للحيوانات حيث انه يدخل في تكوين الغشاء الخلوي للخاليا كما انه يعتبر المصدر الذي يمكن الحصول من خالله على ستيرويدات اخرى مثل الهرمونات الجنسية كما ان الكميات الكبيره من الكوليسترول قد تؤدي الى امراض, ✓ في الفقاريات يتم تصنيع الكوليسترول في الكبد او يمكن الحصول عليه من الطعام ) تقوم بتاثيرها السلبي من خالل التاثير على مستوى الكوليسترول في الجسمtrans تصلب الشرايين (حيث ان الدهون المشبعه و الدهون من نوع | P a g e 21 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] summary >>>: | P a g e 22 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] | P a g e 23 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] | P a g e 24 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] | P a g e 25 CHAPTER.5: [BIOLOGICAL MACROMOLECULES AND LIPIDS] | P a g e 26