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Introduzione alle biomolecole in BIS2A - Biologia

Introduzione alle biomolecole in BIS2A - Biologia


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Introduzione alle biomolecole in BIS2A

Prima che inizi

Se necessario, rivedere il modulo Design Challenge per rivedere la rubrica Design Challenge.

Un po' di contesto e motivazione

In BIS2A, ci concentriamo principalmente sulla comprensione di come funziona una cellula biologica. Dal punto di vista della Design Challenge, stabiliamo di voler risolvere il problema della costruzione di una cella. Utilizzando la rubrica Design Challenge, iniziamo suddividendo questo grande compito in problemi più piccoli. Un problema alla radice da risolvere è capire quale "roba" costituisce la cellula. Abbiamo anche bisogno di capire le PROPRIETÀ della "materia" che costituisce la cellula e come tali proprietà determinano come questi materiali possono essere assemblati per costruire le "parti" funzionali di una cellula. Cioè, come si collegano le parti molecolari di una cellula? Quali sono i diversi modi in cui interagiscono queste parti molecolari? Come vengono determinate queste interazioni e come possono essere modificate? E come possono essere "utilizzate" queste diverse proprietà e interazioni tra le parti per costruire cose che riconosciamo come importanti per la biologia? Le risposte a questo tipo di domande richiedono di scavare in un po' di chimica, la scienza della "roba" che costituisce il mondo che conosciamo.

La prospettiva di parlare di chimica molecolare e termodinamica mette in apprensione alcuni studenti di biologia. Tuttavia, dimostreremo che molti dei processi biologici a cui teniamo derivano direttamente dalle proprietà chimiche delle "cose" che compongono la vita. Lo sviluppo di una comprensione funzionale di alcuni concetti chimici di base può, quindi, essere estremamente utile per pensare a come risolvere i problemi in medicina, energia e ambiente attaccandoli al loro interno. Mettere un piccolo sforzo in più nella comprensione di alcune idee chiave della chimica può aiutare ad aprire una comprensione completamente nuova e più profonda della biologia che aiuta a comprendere la biologia dalla scala molecolare a quella dell'ecosistema.

Importanza della composizione chimica

Come studente in BIS2A, ti chiediamo di classificare le macromolecole in gruppi osservando la loro composizione chimica e, in base a questa composizione, dedurre anche alcune proprietà che potrebbero avere. Ad esempio, impareremo che i carboidrati hanno tipicamente più gruppi ossidrilici in grado di formare legami idrogeno. Ti renderai presto conto che alcune proprietà biologicamente rilevanti dei carboidrati possono essere comprese ragionando sulla loro capacità di formare legami idrogeno con l'acqua, se stessi o altre molecole.

Collegamento della struttura alla funzione

Ogni macromolecola svolge un ruolo specifico nel funzionamento complessivo di una cellula. La struttura e le proprietà chimiche di una macromolecola saranno in qualche modo correlate alla sua funzione. Ad esempio, vedrai che la struttura di un fosfolipide può essere suddivisa in due regioni, un gruppo di testa idrofilo e un gruppo di coda idrofobo. Ciascuno di questi gruppi svolge un ruolo non solo nell'assemblaggio della membrana cellulare ma anche nella selettività delle sostanze che possono/non possono attraversare la membrana. La struttura degli enzimi, governata in larga misura dal numero, dal tipo e dall'ordine degli amminoacidi che compongono la catena proteica, avrà strutture altamente specializzate che determinano la loro funzione nella cellula. Comprendere come la struttura specifica di una proteina aiuta a svolgere la sua funzione richiede una conoscenza di base delle "parti" chimiche che compongono la proteina e di come interagiscono tra loro e con altre molecole nella cellula e nel suo ambiente.


Introduzione alle biomolecole in BIS2A - Biologia

Questa nota fornisce informazioni sulle biomolecole e sui carboidrati con i suoi tipi, caratteristiche e importanza.concetto di carboidrati.

Biomolecole della vita ( Carboidrati )

Biomolecole della vita

Le biomolecole sono le molecole che si trovano naturalmente negli organismi viventi. Include macromolecole come proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici e anche micromolecole come metaboliti primari e secondari e prodotti naturali. Le cellule viventi sono costituite da componenti sia organici che inorganici che sono di due tipi.

  1. Composti organici: carboidrati, proteine, grassi e acidi nucleici.
  2. Composto inorganico: acqua, minerali e sali.

fonte: www.med-health.net fig: Carboidrati

Carboidrati:

Biomolecole essenziali che sono composti di carbonio, idrogeno e ossigeno in cui l'idrogeno e l'ossigeno si trovano in un rapporto di 2: 1, così noti come "idrati di carbonio".
Formula generale = Cn( H2o)n
Hanno un gruppo aldeidico o chetonico libero. Il gruppo aldeidico contenente carboidrati ( -CHO- ) è chiamato aldosi e il gruppo chetonico ( - C = O ) è chiamato chetosi.

Categorie di carboidrati.

fonte: www.mdpi.com fig:Categorie di carboidrati

Sono divisi in base alla complessità delle sostanze chimiche di cui sono formati.

Monosaccaridi:

  • Forme più semplici di carboidrati.
  • Non può essere idrolizzato.
  • Altamente solubile in acqua e dal sapore dolce.
  • Gli zuccheri semplici sono costituiti da composti di polisaccaridi. Tutti gli atomi di carbonio hanno un gruppo ossidrile ( - OH -) attaccato tranne uno a cui è attaccato un gruppo aldeidico ( - C = O ).
  • Lo zucchero con il gruppo aldeidico sono aldosi e il gruppo chetonico sono chetosi.
  • Sono anche conosciuti come zuccheri riducenti poiché l'aldeide libera e il gruppo chetonico possono ridurre la forma Cu++ e Cu+.
  • Un composto di 3-7 atomi di carbonio.
  • Esempi sono glucosio, fruttosio e galattosio.

Es: Diidrossiacetone Gliceraldeide.

Es: Glucosio, Fruttosio e Galattosio.

Glucosio o aldoesoso ( C6h12oh6) è il monosaccaride più abbondante con 6 atomi di carbonio e 5 gruppi ossidrile e un gruppo aldeidico. È bianco, cristallino, dolce e solubile in acqua.

fonte:burning science.wordpress.com fig: glucosio (anello)

Glucosio a catena aperta fruttosio

fonte:burningscience.wordpress. fig: (catena aperta) fonte:burningscience.wordpress.com fig: Galattosio (catena aperta)

Oligosaccaridi:

  • Contiene 2 - 10 molecole di monosaccaridi.
  • I monosaccaridi sono uniti da un legame glicosidico.
  • Per idrolisi si ottengono monosaccaridi.
  • Gli oligosaccaridi più semplici sono i disaccaridi.
  • Formula generale - C12oh22oh11.
  • Es: saccarosio, lattosio e maltosio.

Oligosaccaridi Composizione Esempi
disaccaridi 2 molecole di monosaccaride Saccarosio, Maltosio, Lattosio
Trisaccaridi 3 molecole di monosaccaride Mannatriosio, Raffinosio, Rabinosio
Tetrasaccaridi 4 monosaccaridi Scorodoes, Stachyrose

disaccaridi:

  • Oligosaccaridi più semplici formati da 2 molecole di monosaccaridi unite da un legame glicosidico.
  • Dà monosaccaridi per idrolisi.
  • Solubile in acqua e dal gusto dolce.
  • Gli zuccheri riduttori sono il maltosio e il lattosio e lo zucchero non riducente è il saccarosio.
  • Es. maltosio, lattosio, saccarosio

Polisaccaridi:

  • La complessa molecola formata dalla condensazione di un gran numero di monosaccaridi.
  • I monosaccaridi sono uniti da un legame glicosidico.
  • Per idrolisi dà monosaccaridi.
  • Insolubile in acqua e non dolce nel gusto.
  • Es. amido (piante), cellulosa (parete cellulare vegetale), glicogeno (animali) e destrina.

Funzioni dei carboidrati

  • Il 60% dell'energia totale è fornita dai carboidrati.
  • Agisce come elementi costitutivi.
  • Aiuta nella sintesi di grassi e aminoacidi.
  • Agisce come alimento di riserva come l'amido e il glicogeno.
  • Forma componenti strutturali nell'RNA e nel DNA come gli zuccheri ribosio e desossiribosio.

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Cose da ricordare
  • Le biomolecole sono le molecole che si trovano naturalmente negli organismi viventi.
  • Le cellule viventi sono costituite da componenti sia organici che inorganici.
  • Tre tipi di carboidrati sono monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi.
  • Il glucosio o aldohexose è i monosaccaridi più abbondanti.
  • L'oligosaccaride più comune e più semplice è il disaccaride.
  • I carboidrati funzionano come fonte di energia, elementi costitutivi, componenti strutturali e cibo di riserva.
  • Comprende ogni relazione che si stabilisce tra le persone.
  • Ci può essere più di una comunità in una società. Comunità più piccola della società.
  • È una rete di relazioni sociali che non possono né vedere né toccare.
  • interessi comuni e obiettivi comuni non sono necessari per la società.

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Introduzione alle biomolecole in BIS2A - Biologia

Gli acidi nucleici sono polinucleotidi che sono lunghe catene simili a molecole composte da una serie di elementi costitutivi quasi identici chiamati nucleotidi. Gli acidi nucleici furono isolati da F-Meischer (1868) dai nuclei delle cellule pus.

Strutture del nucleotide.

È composto dai seguenti tre componenti

  1. Zucchero Pentoso Due tipi di acidi nucleici, ovvero l'RNA contiene zucchero ribosio e il DNA contiene zucchero desossiribosio.
  2. Base di azoto Sono divisi in quattro parti,
    adenina abbreviato 'A', ha una struttura a due anelli, così che lo rende una purina. Quando è nel DNA, si accoppia con la timina. Quando è nell'RNA, si accoppia con l'uracile. Fa parte della molecola energetica ATP e dei portatori di elettroni FAD e NAD utilizzati nella respirazione cellulare.
    timina abbreviato 'T', è una pirimidina che ha una struttura ad un anello e presente solo nel DNA dove si accoppia con l'adenina.
    uracile abbreviato "U", che si trova nell'RNA e nei suoi legami con l'adenina.
    Guanina abbreviato 'G' si trova sia nel DNA che nell'RNA e si lega alla citosina. È una purina.
    Citosina abbreviato 'C', che si trova sia nel DNA che nell'RNA e si lega alla guanina. Ha un anello quindi è una pirimidina.
    Le basi complementari sono Adenina e Timina, Citosina e Guanina che sono legate rispettivamente da due legami idrogeno e tre legami idrogeno.
  3. Acido fosforico Contiene un gruppo fosfato che unisce due nucleotidi mediante un legame fosfodiestere.

Formazione di nucleotidi.

Un nucleotide è formato dall'unione di uno zucchero, una base e un acido fosforico che sono uniti da un legame fosfodiestere per formare una lunga catena di nucleotidi.
Nucleotide = uno zucchero + una molecola di fosfato
o
= un nucleoside + una molecola di fosfato

Qui, il nucleoside è formato da una combinazione di uno zucchero e una base.

Nucleoside = uno zucchero + una base (nessuna molecola di fosfato)

Tipi di acidi nucleici

Acido desossiribonucleico ( DNA )

fonte: www.daviddarling.info fig: acido desossiribonucleico ( DNA )

Il DNA o acido desossiribonucleico è una macromolecola costituita da nucleotidi che è il materiale ereditario nell'uomo e in quasi tutti gli altri organismi. Si trova nel nucleo, nei mitocondri e nei plastidi. D.S. Watson e F.H.C. Crick (1953) hanno proposto il possibile modello per la molecola del DNA. Un DNA contiene le seguenti caratteristiche.

  • È costituito da due catene parallele di polinucleotidi che formano una struttura a doppia elica.
  • Entrambi i fili sono avvolti a spirale e sono antiparalleli (cioè direzione 3' - 5' e l'altra direzione 5'- 3 ')
  • I filamenti sono uniti da deboli legami idrogeno.
  • La distanza tra due trefoli è 20A° e due paia di basi sono 3,4A°. Ci sono 10 paia di basi su un giro completo (34A°).
  • La molecola del DNA contiene il 28% di adenina, il 24% di guanina, il 20% di citosina e il 28% di timina.
  • Il nucleotide in un'elica è unito da legami fosfodiestere.
  • La base purinica e la base pirimidinica sono unite da legami idrogeno. ( A= T ) e ( C = G).
  • Trasporta informazioni genetiche da una generazione all'altra.
  • Si replica durante la divisione.
  • Controlla tutte le attività biologiche delle cellule.
  • Sintetizza l'RNA. (DNA e RNA rarr).

Acido ribonucleico (RNA)

fonte:www.scienceprofonline.com fig:Acido ribonucleico (RNA)

Si trova nel nucleolo, nel citoplasma e sulle membrane dei ribosomi. Agisce anche come materiale ereditario in alcuni virus e aiuta nella sintesi proteica.

  • È anche una macromolecola ma più piccola del DNA.
  • Filamento singolo formato da una catena polinucleotidica.
  • Formato da grandi n. di nucleotidi disposti in sequenza lineare e collegati tra loro da legami fosfodiestere 3' - 5'.
  • I nucleotidi dell'RNA sono chiamati ribonucleotidi.
  • Le sue basi azotate sono adenina, guanina, citosina e uracile.

Tipi di RNA
Ci sono tre tipi di RNA che sono i seguenti

    RNA messaggero (mRNA) L'mRNA trascrive il codice genetico dal DNA in una forma che può essere letta e utilizzata per produrre proteine. L'mRNA trasporta le informazioni genetiche dal nucleo al citoplasma di una cellula.

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Cose da ricordare
  • Gli acidi nucleici sono composti complessi a catena lunga più grandi della maggior parte delle proteine ​​contenenti C, O, H, N, P.
  • Gli acidi nucleici sono costituiti da un certo numero di nucleotidi.
  • Un nucleotide è composto da zucchero pentoso, basi azotate e acido fosforico.
  • L'adenina si lega alla timina e alla citosina insieme alla guanina.
  • Il DNA è una struttura elicoidale a doppio filamento, macromolecola costituita da diverse migliaia di nucleotidi formati da una molecola di zucchero desossiribosio, una molecola di acido fosforico e una delle quattro basi azotate.
  • Il DNA trasporta le informazioni genetiche da una generazione all'altra.
  • L'RNA è una macromolecola a singolo filamento ma più piccola del DNA.
  • Comprende ogni relazione che si stabilisce tra le persone.
  • Ci può essere più di una comunità in una società. Comunità più piccola della società.
  • È una rete di relazioni sociali che non possono né vedere né toccare.
  • interessi comuni e obiettivi comuni non sono necessari per la società.

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Particolari

Robert Delong

Affiliazioni e competenze

Nanotechnology Innovation Center, Kansas State University, Manhattan, KS, USA

Qiongqiong Zhou

La dottoressa Qiongqiong Zhou è assistente professore alla Missouri State University, dove studia le dinamiche del citoscheletro nel suo laboratorio e insegna diversi corsi di base relativi alle scienze biomediche. In precedenza, è stata ricercatrice nel laboratorio di Douglas Robinson alla Johns Hopkins University e nel laboratorio di Ulrike Eggert alla Harvard Medical School.

Il dottor Zhou si è laureato in scienze della vita nel 2002 presso la Fudan University di Shanghai, Cina. Quindi, ha conseguito il dottorato presso la University of Southern California, dove studia malattie neurodegerative con il dottor Enrique Cadenas.

Con una passione per l'istruzione universitaria, il Dr. Zhou ha guidato il laboratorio di Interazioni Biomolecolari per più di 6 semestri utilizzando e migliorando continuamente questo manuale di laboratorio. Ha l'esperienza di laboratorio più diretta di questi esperimenti con gli studenti.


Fonti di riferimento: ottieni una rapida panoramica

Fonti di background come enciclopedie, dizionari e manuali possono aiutare a fornire chiarimenti su argomenti e concetti trattati nelle letture del corso. La maggior parte delle voci includerà collegamenti e immagini utili, nonché termini correlati e ulteriori letture.

Libri: Ottieni una visione più profonda

I libri (stampati ed elettronici) forniranno una visione completa degli argomenti e dei concetti del corso. Mentre le letture del corso ti introducono ad argomenti e processi, i libri dedicati a questi concetti hanno lo spazio per esaminarli in profondità se desideri sfumare la tua comprensione degli argomenti del corso.

Video: ottimo per gli studenti visivi

I video possono aiutarci a imparare in modo più rapido ed efficace rispetto al solo testo. Il cervello umano elabora le informazioni più velocemente e le conserva più a lungo se abbinato a visualizzazioni. Inoltre, se sei una persona a cui piace la ripetizione, guardare un video tutorial dopo aver eseguito le letture può aiutarti a rafforzare ciò che hai imparato.

Strumenti digitali: applica i concetti

Strumenti digitali come modelli 3D, simulazioni e giochi possono aiutarti ad acquisire una conoscenza più approfondita dei concetti del corso attraverso l'interazione. Questi strumenti consentono di osservare e manipolare i processi dei fenomeni biologici e aiutano a visualizzare i meccanismi sottostanti.

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CARATTERIZZAZIONE DELLE PROTEINE

La SM è diventata uno strumento vitale nella ricerca proteomica. Può fornire informazioni sull'identità di una proteina, sulla quantità di proteina presente e sulle modifiche contenute nella proteina.

Identificazione delle proteine—

Il metodo MS più comunemente usato per identificare le proteine ​​è una combinazione di fingerprinting della massa peptidica e sequenziamento degli amminoacidi tramite MS tandem (vedi Fig. 4). Usando questi metodi, la sensibilità è abitualmente nell'intervallo femtomole [36]. La sequenza amminoacidica di ciascuna proteina è unica, e quindi l'insieme delle masse peptidiche risultanti dalla scissione proteolitica fornisce un'"impronta digitale" della proteina. Nella tecnica del fingerprinting della massa peptidica, una proteina sconosciuta viene ridotta e alchilata (per rompere eventuali legami disolfuro) e quindi digerita enzimaticamente utilizzando un enzima proteolitico sequenza-specifico come la tripsina. Successivamente, le masse dei peptidi risultanti vengono misurate utilizzando MS. Per gli spettri in Fig. 4, è stata utilizzata una sorgente di ioni MALDI, che si traduce in quasi tutti gli ioni caricati singolarmente (vedi "Sorgenti di ioni").

L'elenco delle masse peptidiche degli spettri viene inserito in un programma di ricerca, come Mascot [37] o ProFound [38], insieme alle informazioni sull'enzima utilizzato, all'accuratezza della misurazione della massa e alle possibili modifiche proteiche che possono essere presenti. Il software cerca quindi nei database di informazioni sulla sequenza di amminoacidi, (per esempio. Swiss-Prot [ 39 ] o NCBInr [ 8 ]). Per ogni voce di proteina nel database, il software utilizza la sequenza di amminoacidi per prevedere le masse di peptidi che deriverebbero dalla digestione con l'enzima specificato dall'utente. Il software confronta quindi l'elenco delle masse peptidiche misurate (usando MS) con l'elenco delle masse peptidiche previste e calcola la probabilità di una corrispondenza. Il risultato è un elenco di possibili identificazioni proteiche e la probabilità che ciascuna identificazione sia corretta.

La probabilità che la corrispondenza sia corretta può essere aumentata eseguendo la MS in tandem su uno o più dei peptidi originali. In tandem MS, peptidi di uno specifico m/z, selezionati dall'impronta della massa peptidica, sono isolati dai peptidi di tutti gli altri m/z. I peptidi isolati vengono quindi frammentati da collisioni con un gas come l'elio che è stato introdotto nello spettrometro di massa. Vengono quindi misurati i nuovi pezzi peptidici formati dal CID. Il legame più debole in un peptide è quello tra gli amminoacidi. Pertanto, per CID a bassa energia, lo spettro MS/MS risultante è una serie di picchi che rappresentano peptidi che differiscono solo per il numero di amminoacidi che contengono. Misurando la differenza di massa tra ciascun picco, si può determinare la sequenza amminoacidica del peptide originale. Il CID ad alta energia causa anche la frammentazione della catena laterale. Questa informazione può essere utile per differenziare tra amminoacidi della stessa massa molecolare (per esempio. leucina e isoleucina) [ 21 ].

In Fig. 4, il peptide con an m/z di 2574,30 è stato scelto per l'analisi MS in tandem. Il peptide è stato isolato e frammentato e viene mostrato lo spettro di massa dei frammenti risultanti. La sequenza amminoacidica parziale può essere trovata calcolando la differenza di massa tra i picchi. Ad esempio, la differenza di massa tra i picchi con m/z = 1577,80 e m/z = 1449,76 è 128,04. Questo rientra nell'errore della massa di glutammina (Q), che è 128,06 Da. La probabilità di frammentazione, tuttavia, non è la stessa per tutti i legami ammidici [ 22 ]. Ciò è evidente dall'ampia gamma di intensità dei picchi nei dati MS tandem e dal fatto che mancano alcuni picchi. Ad esempio, a causa della struttura della prolina, la frammentazione all'estremità C-terminale della prolina è rara [22]. Questo è il motivo per cui in Fig. 4 non vediamo un picco a m/z = 2020.94, che è uguale a m/z = 2117,99 meno la massa della prolina.

Sebbene sia stato fatto un po' di lavoro per identificare simultaneamente tutte le proteine ​​in una miscela complessa, spesso viene eseguita la separazione delle proteine ​​prima della digestione enzimatica. Le proteine ​​vengono separate mediante LC [ 40 ] o elettroforesi su gel (elettroforesi su gel mono o bidimensionale) [ 36 ]. Se separati mediante elettroforesi su gel, la banda o il punto proteico vengono asportati, le proteine ​​all'interno vengono digerite "in-gel" e i peptidi risultanti vengono estratti per l'analisi MS [36, 41].

Quantificazione delle proteine—

La ricerca proteomica spesso richiede di conoscere non solo quali proteine ​​vengono espresse da un organismo, ma anche il livello di espressione proteica. Una tecnica di ricerca comune consiste nel confrontare i livelli di espressione proteica tra più sistemi. In passato, le analisi quantitative dei livelli proteici mediante MS sono state effettuate mediante l'etichettatura metabolica delle proteine ​​in un sistema (per esempio. lisati cellulari) con un isotopo pesante come 15 N [36]. Tuttavia, questa procedura è limitata alle cellule e ai tessuti compatibili con l'etichettatura metabolica. Un nuovo metodo di etichettatura che non presenta questa limitazione è il metodo ICAT.

Nell'approccio ICAT, il reagente ICAT derivatizza le catene laterali dei residui cisteinici. Le proteine ​​di un sistema sono derivatizzate con una forma "leggera" del reagente e le proteine ​​dell'altro sistema con una forma "pesante". Nella procedura ICAT originale, la forma pesante conteneva otto atomi di 2 H [ 5 ] tuttavia, nel metodo attuale, la forma pesante include nove atomi di 13 C [ 42 , 43 ]. Il reagente ICAT ha quattro parti: un tag di affinità (biotina), un gruppo reattivo tiolo-specifico per l'attacco covalente alle catene laterali della cisteina, un linker e un tag isotopico (che contiene 13 C nella forma pesante) (vedi Fig. 5 ). Le miscele proteiche etichettate vengono combinate e digerite enzimaticamente. Il digerito viene frazionato mediante cromatografia a scambio cationico, che rimuove anche qualsiasi specie neutra dai peptidi triptici. I peptidi marcati (quelli che contengono una cisteina) in ciascuna frazione vengono quindi separati dagli altri su una colonna di affinità e la porzione di biotina del tag viene scissa. I peptidi vengono quindi separati mediante LC e analizzati mediante MS [43]. Il rapporto delle intensità dei peptidi marcati con luce e pesantezza fornisce una misura del rapporto di espressione proteica nei due sistemi. Il peptide viene quindi analizzato con MS tandem per identificare la proteina madre.

Proteine ​​con modificazioni post-traduzionali—

La funzione e l'attività di una proteina sono determinate in parte da eventuali modificazioni post-traduzionali che possono essere presenti. Sono stati segnalati oltre 200 tipi distinti di modificazioni covalenti, le più comuni di queste includono fosforilazione, glicosilazione e ubiquitinazione [44]. Qui verrà esaminato l'uso della SM per studiare la fosforilazione.

Si stima che oltre il 30% delle proteine ​​sia fosforilata [44]. L'approccio biochimico convenzionale allo studio dei fosfopeptidi richiede l'uso di marcatori radioattivi e il sequenziamento di Edman [ 45 ], ma è stata sviluppata una varietà di approcci per studiare la fosforilazione mediante MS. Se la sequenza amminoacidica della proteina è già nota, il campione viene digerito e i peptidi analizzati con MS. Il m/z dei peptidi misurati con MS vengono confrontati con i valori previsti. Un aumento di una massa peptidica di 80 o 160 Da indica una modifica covalente da parte del fosfato (HPO3) (rispettivamente specie mono e difosforilate) [ 44 ]. Il peptide fosforilato può quindi essere analizzato utilizzando MS/MS per determinare l'esatta posizione della modifica. Se la proteina è sconosciuta, il campione viene diviso dopo la digestione e una porzione viene trattata con una fosfatasi. Questo passaggio rimuove qualsiasi gruppo fosfato e un confronto degli spettri prima e dopo il trattamento con fosfatasi indicherà quali peptidi vengono modificati. I peptidi modificati possono essere analizzati con MS/MS per identificare la proteina madre e il sito di fosforilazione [45].

La presenza di fosforilazione può anche essere determinata utilizzando diverse modalità di scansione sullo spettrometro di massa. Nella "scansione della perdita neutra", lo spettrometro di massa esegue la scansione di uno ione che, quando frammentato, determina una perdita neutra specificata (cambiamento di massa ma non di carica) [ 19 ]. Durante la ricerca di peptidi fosforilati, gli spettri MS tandem vengono ricercati per un frammento che ha una massa 98 Da inferiore alla massa del peptide originale (senza variazione di carica). Questa perdita neutra indica una perdita di H3PO4 a causa della -eliminazione. Questo processo non è in grado di rilevare le fosfotirosine, tuttavia, a causa della stabilità dei protoni nell'anello benzenico [44]. Nella "scansione ionica precursore", lo spettrometro di massa esegue la scansione di uno specifico ione prodotto dopo la frammentazione [ 19 ]. Per le fosfotirosine, i peptidi vengono frammentati utilizzando CID e scansionati per uno ione frammento positivo con 216 m/z (ione fosfotirosina ammonio). Per altre fosforilazioni, i peptidi vengono frammentati utilizzando CID e scansionati per uno ione negativo con 79 m/z a causa del rilascio di PO3 − [ 44 ].

La MS è stata utilizzata per studiare una moltitudine di modifiche post-traduzionali, spesso impiegando gli stessi approcci discussi qui per la fosforilazione: trattamento con un enzima per rimuovere la modifica (con successivo confronto degli spettri), scansione con perdita neutra o scansione con ioni precursori. Va notato che per le modifiche da parte di molecole eterogenee (come i glicani), la struttura della modifica potrebbe essere analizzata anche con MS [46].


Volume 2

Geetha Manivasagam, . Asokami Rajamanikam, in Enciclopedia di ingegneria biomedica, 2019

Biomolecole

Le biomolecole sono tutti i materiali biologici esclusivi di cellule e proteine ​​strutturali quando vengono utilizzati come "biomateriali naturali" stessi. Le biomolecole includono proteine, lipidi, ecc. e possono svolgere varie funzioni come fornire integrità strutturale ai costrutti di ingegneria tissutale. Questi includono vari fattori di crescita, fattori di differenziazione e fattori angiogenici essenziali in tutte le categorie di ingegneria tissutale insieme a proteine ​​morfogenetiche ossee con un'ampia gamma di proprietà funzionali. Molte biomolecole possono assistere l'ospite con varie funzioni come possono supportare l'attaccamento cellulare, la crescita cellulare (o apoptosi), la differenziazione cellulare, la migrazione cellulare, la neovascolarizzazione, ecc. Tutte le funzioni infatti possono essere eseguite in modo diverso a seconda del comportamento biochimico, cellulare e biomeccanico .


Esperimenti introduttivi sulle biomolecole e le loro interazioni

Esperimenti introduttivi sulle biomolecole e le loro interazioni fornisce un nuovo approccio all'insegnamento delle biomolecole in laboratorio. Pur presentando i fondamenti richiesti, cattura anche l'esperienza dell'autore nell'industria, fornendo così esperimenti unici e aggiornati che portano l'esperienza di apprendimento un passo avanti.

Il testo è parallelo alle lezioni utilizzando un testo standard di laurea in biochimica. A differenza della maggior parte dei manuali di laboratorio attuali disponibili sul mercato che enfatizzano semplicemente un'introduzione di tecniche, questo manuale di laboratorio offre agli studenti l'opportunità di dimostrare e dimostrare le conoscenze e le teorie che apprendono in classe.

Esperimenti introduttivi sulle biomolecole e le loro interazioni fornisce un nuovo approccio all'insegnamento delle biomolecole in laboratorio. Pur presentando i fondamenti richiesti, cattura anche l'esperienza dell'autore nell'industria, fornendo così esperimenti unici e aggiornati che portano l'esperienza di apprendimento un passo avanti.

Il testo è parallelo alle lezioni utilizzando un testo standard di laurea in biochimica. A differenza della maggior parte dei manuali di laboratorio attuali disponibili sul mercato che enfatizzano semplicemente un'introduzione di tecniche, questo manuale di laboratorio offre agli studenti l'opportunità di dimostrare e dimostrare le conoscenze e le teorie che apprendono in classe.


Fattore natriuretico atriale: un nuovo ormone di origine cardiaca

C OMOLOGIA CON ALTRE PROTEINE

L'analisi della sequenza del cDNA e del DNA genomico che codifica per ANF non ha rivelato alcuna omologia sostanziale con altre proteine ​​note. Va notato, a questo proposito, che alcuni ricercatori hanno postulato che il precursore dell'ANF racchiuda due distinti peptidi biologicamente attivi, l'ANF stesso al C-terminale e la "cardiodilatina" ( 62 ) all'N-terminale (cioè che inizia in posizione 25 del precursore di ratto previsto dal cDNA). così

sono sorti i termini “precursore cardiodilatina-ANF” o “pronatriodilatina” (57, 63, 64). Questa speculazione si basa sulla sostanziale omologia tra l'N-terminale del precursore dell'ANF del ratto e l'analisi parziale della sequenza N-terminale riportata da Forssmann et al. ( 62 ) per un polipeptide vasorilassante (cardiodilatina) isolato dagli atri dei suini, il cui peso molecolare è stato stimato di circa 8000 mediante filtrazione su gel. La nozione di un'attività biologica distinta all'N-terminale era quindi basata su una stima imprecisa della dimensione molecolare e su un'affermazione non comprovata che il polipeptide vasorilassante suino mancava di attività natriuretica rilevabile (62). In effetti, è abbastanza probabile che la cardiodilatina suina possa rappresentare il precursore dell'ANF intatto, che è noto per avere una debole attività biologica (46, 47, 54). Pertanto, fino a quando non si ottiene una migliore documentazione, non vi sono basi per presumere che il precursore dell'ANF codifichi per più di una singola classe di peptidi biologicamente attivi.


Crea una mappa concettuale delle biomolecole

Questa attività chiede agli studenti di lavorare in gruppo per creare una mappa concettuale (organizzatore grafico) sulle macromolecole biologiche: carboidrati, lipidi, grassi e acidi nucleici. Agli studenti vengono fornite brevi istruzioni e una mappa di esempio per iniziare, ma sono responsabili della determinazione dei dettagli importanti in ciascuna sezione.

Questa attività è destinata all'uso dopo una breve lezione e introduzione sull'argomento. Gli studenti visualizzano le diapositive di Google sulle macromolecole biologiche o guardano il video delle sorelle Amoeba o il corso accelerato. Uso spesso una combinazione di questi come lavoro in classe e compiti a casa e incoraggio gli studenti a utilizzare le risorse nel loro libro di testo (Capitolo 3, Openstax Biology)

Le istruzioni sono scarse per dare agli studenti spazio per creare e organizzare la loro grafica e lavorare insieme. È inclusa una rubrica, basata principalmente sul numero di dettagli inclusi in ciascuna categoria e sull'organizzazione e creatività complessive. Ci si aspetta che gli studenti abbiano almeno uno schizzo per gruppo, ma sono incoraggiati a rappresentare le idee anche in immagini. Un'alternativa a questo compito e un'attività più individualizzata è che gli studenti scelgano un gruppo e creino note di schizzo di macromolecole.

La maggior parte dei miei studenti ha familiarità con gli organizzatori grafici, ma occasionalmente hanno gruppi che hanno difficoltà a iniziare. In questi casi, suggerisco che ogni categoria principale avrà quattro dettagli principali: da cosa è composta, dove si trova, che aspetto ha e a cosa serve. Questo di solito può aiutarli a iniziare, ma sottolinea che alcuni gruppi potrebbero avere più dettagli di altri, ad esempio i carboidrati hanno più funzioni nei sistemi viventi.

Livello di grado: 9-12
Tempo richiesto: 45-65 minuti (1-2 periodi di lezione)

HS-LS1-2 Sviluppare e utilizzare un modello per illustrare l'organizzazione gerarchica di sistemi interagenti che forniscono funzioni specifiche all'interno di organismi multicellulari.

HS-LS1-6 Costruisci e rivedi una spiegazione basata sull'evidenza di come carbonio, idrogeno e ossigeno dalle molecole di zucchero possono combinarsi con altri elementi per formare amminoacidi e/o altre grandi molecole a base di carbonio.


Guarda il video: BIOLOGIA - Lezione 2 - Le Biomolecole (Giugno 2022).