Βασικές Αρχές Βιοχημείας

Αναλυτικό Περίγραμμα του Μαθήματος

• Τα ζωντανά συστήματα και η περιορισμένη ποικιλία ατόμων και μορίων.
• Οι τέσσερις κύριες τάξεις βιομορίων: οι πρωτεΐνες (βιομόρια με πολλές διαφορετικές χρήσεις), τα νουκλεϊκά οξέα (μόρια του κυττάρου που μεταφέρουν πληροφορίες), τα λιπίδια (αποθηκευτική μορφή καυσίμων και λειτουργία ως φραγμός) και οι υδατάνθρακες (καύσιμα και πληροφοριακά μόρια).
• Οι μεμβράνες οριοθετούν τα όρια του κυττάρου και επιτελούν κυτταρικές λειτουργίες
• Το νερό, οι ασθενείς δεσμοί και η γέννηση της τάξης μέσα από το χάος.
• Οι θερμικές κινήσεις προωθούν τις βιολογικές αλληλεπιδράσεις
• Οι βιοχημικές αλληλεπιδράσεις λαμβάνουν χώρα σε υδατικό διάλυμα
• Οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις είναι σημαντικές βιοχημικές ιδιότητες
• Τα υδρόφοβα μόρια δημιουργούν συσσωματώματα
• Το pH είναι μία σημαντική παράμετρος των βιολογικών συστημάτων
• Κατασκευή πρωτεϊνών από ένα σύνολο 20 αμινοξέων
• Τα αμινοξέα περιέχουν ένα ευρύ φάσμα λειτουργικών ομάδων
• Πρωτοταγής δομή: Τα αμινοξέα συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς για το σχηματισμό πολυπεπτιδικών αλυσίδων
• Δευτεροταγής δομή: Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να αναδιπλωθούν σε κανονικές δομές
• Τριτοταγής δομή: Οι υδατοδιαλυτές πρωτεΐνες αναδιπλώνονται σε συμπαγείς δομές
• Τεταρτοταγείς δομές: Πολλαπλές πολυπεπτιδικές αλυσίδες μπορούν να συγκροτήσουν μια μοναδική πρωτεΐνη
• Η αλληλουχία των αμινοξέων μιας πρωτεΐνης καθορίζει την τρισδιάστατη δομή της
• Το πρωτέωμα είναι η λειτουργική απεικόνιση του γονιδιώματος
• Ο καθαρισμός των πρωτεϊνών είναι το πρώτο βήμα για την κατανόηση της λειτουργίας τους
• Οι μονοσακχαρίτες είναι οι απλούστεροι υδατάνθρακες
• Οι μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους για σχηματίσουν πολύπλοκούς υδατάνθρακες (δομές σακχαρόζης, μαλτόζης, λακτόζης, κυτταρίνης, γλυκογόνου, αμύλου)
• Οι υδατάνθρακες συνδέονται με πρωτεΐνες για να σχηματίσουν γλυκοπρωτεΐνες και πρωτεϊνογλυκάνες
• Οι λεκτίνες είναι ειδικές πρωτεΐνες που δεσμεύουν υδατάνθρακες
• Τα λιπαρά οξέα είναι μία βασική πηγή ενέργειας
• Οι τριακυλογλυκερόλες είναι η αποθηκευτική μορφή των λιπαρών οξέων
• Κοινά είδη μεμβρανικών λιπιδίων (φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια στεροειδή)
• Δομή και λειτουργία μεμβρανών (μοντέλο ρευστού μωσαϊκού)
• Η ρευστότητα των μεμβρανών ελέγχεται από τη σύσταση των λιπαρών οξέων και την περιεκτικότητα σε χοληστερόλη
• Δομή και λειτουργία διαύλων, αντλιών και υποδοχέων στην κυτταρική μεμβράνη
• Το πρωτέωμα ως λειτουργική απεικόνιση του γονιδιώματος
• Ο καθαρισμός των πρωτεϊνών είναι το πρώτο βήμα για την κατανόηση της λειτουργίας του
• Απομόνωση πρωτεϊνών από κύτταρα. Λύση κυτταρικής μεμβράνης
• Καθαρισμός πρωτεϊνών βάσει διαφορών στη διαλυτότητά τους
• Καθαρισμός πρωτεϊνών βάσει διαφορών στο μέγεθός τους
• Καθαρισμός πρωτεϊνών βάσει διαφορών στο φορτίο τους
• Καθαρισμός πρωτεϊνών βάσει της δεσμευτικής τους συγγένειας για άλλα μόρια
• Διαχωρισμός πρωτεϊνών μέσω ηλεκτροφόρησης τους σε πήγμα. Σήμανση και εμφάνιση αυτών στο πήγμα
• Ενζυμική δοκιμασία ως μέσο αποτίμησης της αποτελεσματικότητας ενός πρωτοκόλλου καθαρισμού ενζύμου
• Ποιοτική και ποσοτική εκτίμηση της αποτελεσματικότητας ενός πρωτοκόλλου καθαρισμού μιας πρωτεΐνης. Αποτίμηση της απόδοσης και του επιπέδου καθαρισμού της πρωτεΐνης
• Φυγοκέντρηση ως μέθοδος διαχωρισμού πρωτεϊνών και υποκυτταρικών οργανιδίων
• Φυγοκέντρηση σε βαθμίδωση πυκνότητας ως μέθοδος διαχωρισμού συμπλέγματος υποδοχέα με προσδέτη. Το παράδειγμα του υποδοχέα οιστρογόνων
• Παραγωγή αντισωμάτων έναντι πρωτεϊνών. Μονοκλωνικά-πολυκλωνικά αντισώματα, χρήσιμα εργαλεία για την απομόνωση και χαρακτηρισμό της λειτουργικότητας πρωτεϊνών. Το παράδειγμα του υποδοχέα  οιστρογόνων
• Χρήση αντισωμάτων για την απομόνωση πρωτεϊνών
• Οι ανοσολογικές τεχνικές χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό και τον χαρακτηρισμό των πρωτεϊνών. Ανοσοκατακρήμνιση, Ενζυμοσύνδετη ανοσοπροσροφητική μέθοδος ποιοτικού και ποσοτικού προσδιορισμού πρωτεϊνών
• Αποτύπωμα Western, μέθοδος ανίχνευσης πρωτεϊνών, μετά από ηλεκτροφόρηση
• Φασματοφωτομετρία, μέθοδος προσδιορισμού της μάζας πρωτεϊνών
• Φασματοφωτομετρία, μέθοδος προσδιορισμού της ταυτότητας πρωτεϊνών
• Φασματοφωτομετρία, μέθοδος προσδιορισμού της αμινοξικής αλληλουχίας πρωτεϊνών
• Προσδιορισμός της πρωτοταγούς δομής των πρωτεϊνών. Πρωτεολυτική αποικοδόμηση πρωτεϊνών. Αποικοδόμηση κατά Edman
• Προσδιορισμός της δευτεροταγούς, τριτοταγούς και τεταρτοταγούς δομής των πρωτεϊνών (αρχές φασματοσκοπίας κυκλικού διχρωισμού, DLS, NMR, κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ και ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας)
• Σύνθεση πεπτιδίων

Εργαστηριακές Ασκήσεις

1. Χημική ισορροπία.
2. Επίδραση του pH στη διαλυτότητα πρωτεϊνών.
3. Επίδραση ιοντικής ισχύος στη διαλυτότητα των πρωτεϊνών.
4. Φασματοφωτομετρικός προσδιορισμός πρωτεϊνών.
5. Προσδιορισμός υδατανθράκων.

Τρόπος Αξιολόγησης

Οι φοιτητές βαθμολογούνται με βάση τις επιδόσεις τους στις γραπτές εξετάσεις στο τέλος του εξαμήνου (80%) και από τις εργαστηριακές ασκήσεις (20%).

Προτεινόμενα Συγγράμματα

• Βιοχημεία Βασικές Αρχές (2015). J.L. Tymoczko, J.M. Berg, and L. Stryer, 3^η έκδοση, Broken Hill Publishers
• Βιοχημεία (2021). Raymond S. Ochs., 1^η έκδοση, Εκδόσεις Παρισιάνου
• Βασικές Αρχές Βιοχημείας του Lehninger (2017). L. Nelson and M.M. Cox, 7^η έκδοση, Broken Hill Publishers
• Βιοχημεία Βασικές Αρχές σε Μοριακό Επίπεδο (2018). D. Voet, J.G. Voet and C.W. Pratt, 5^η έκδοση, Εκδόσεις Τζιόλα

Εκπαιδευτικό Υλικό / E-class

https://eclass.uth.gr/courses/BIO_U_127/