Warum chemische Logik?


WHY CHEMICAL LOGIC?
Copyright © BIOCHEMISTRY – DR. JAKUBOWSKI / 10/05/2010
For original English text, go to: http://employees.csbsju.edu/hjakubowski/classes/ch331/bcintro/chemlogic.html

Was ist die rationale Erklärung noch eines Biochemiebuches? Was meine ich unter chemische Logik?

Rationale Erklärung

Viele, die Chemie (allgemeine, organische, Biochemie) aus einem traditionellen Buch unterrichtet haben, glauben, dass das Buch besser sein würde, wenn es eine verschiedene Organisation oder verschiedene konzeptuelle Grundlage hätte. Wenige können das Ausmaß der in diesen enzyklopädischen Wälzern gefundenen Information wirklich begreifen. Alle Lehrbücher innerhalb eines Spezialisierungsgebiets der Chemie haben auch dieselben Themaordnungen.

Biochemie Online: Ein auf der chemischen Logik basierter Ansatz wurde teilweise geschrieben, um sich mit Problemen der Themaordnung und der konzeptuellen Grundlage zu befassen. Die rationale Erklärung für die Erlernung dieser konzeptuellen Grundlage für das Unterrichten des ersten Halbjahres eines Biochemiekurses ist im Manuskript unten veröffentlicht worden.

Jakubowski, H. und Owen, W. Der Biochemieunterricht: Die Sequenz des innovativen Kurses, das sich auf die chemische Logik basiert. J. Chemische Pädagogik, 75, 735, 1998)

Eine Präsentation im Slide PowerPoint und eine Zusammenfassung der Arbeit folgen.

PowerPoint Slide Präsentation: Biochemie auf dem Basis der chemischen Logik

Zusammenfassung: Die gewählte Themaordnung sollte ein zusammenhängendes und logisches Verstehen der Biochemie schaffen, und nicht ein partielles ohne logische Verbindungen unter Themen. Lehrbuchautoren bieten Hilfe in der Anrede dieser Fragen in zwei Arten an. Sie schlagen implizit eine Ordnung der Präsentation dadurch vor, wie Kapitel eingeordnet werden und sie philosophische Interpretationen anbieten, um Biochemie zu beschreiben. Die genaue Untersuchung der Philosophiebehauptungen („Chemie ist die Logik der biologischen Phänomenen. „;“.. allgemeine molekulare Muster und Grundsätze unterliegen dem verschiedenen Ausdruck des Lebens.“‚ und… „molekulare Logik des Lebens.“), und die Kapitelorganisation von Lehrbüchern offenbart Allgemeinheit unter Lehrbüchern.

Diese Einigkeit führt jedoch zu einer Verbindung zwischen Philosophie und Inhalt nicht. Die gegenwärtige Textenorganisation wird nicht aus dem Hauptlehrsatz der Biologie abgeleitet, seitdem in den meisten Büchern Proteinstruktur wichtiger als bedeutende Diskussionen der Nukleinsäure und ihre Struktur/Funktion ist. Eher scheint es, sich entwickelnde Tradition zu widerspiegeln, die auf historische Tendenzen in der Biochemieforschung basiert ist, wie durch die Kapitelorganisation von Hauptbiochemietexten gezeigt ist, was im 1935 mit der Ausgabe des Lehrbuches der Biochemie von Harrow (4,5) angefangen hat. Frühe Texte fingen mit Diskussionen über Kohlenhydratchemie an, die von Lipide und dann Proteinen gefolgt sind. Texte vom Ende der sechziger Jahre führten zuerst unveränderlich die Proteinchemie, und schoben Kohlenhydrat und die Chemie für spätere Zeit auf (5-7).

Obwohl moderne Autoren von einer „chemischen Logik“ sprechen, ist es in der Lehrbuchorganisation nicht offensichtlich. Biochemie Online wurde geschrieben, um Biochemie im Rahmen eines höheren Organisationsordnungsprinzipes zu präsentieren, das auf der chemischen Logik und dem Verstehen basiert ist, von welchen Themen und Präsentationsordnung abzustammen. Neue Themen können dann in einer Mode eingeführt werden, sodass  die Studenten sie nicht als zufällige, aber als eine logische auf ein sich entwickelndes Verstehen basierte Erweiterung wahrnehmen.

Chemische Logik

Während des Kurses werden drei chemische wiederholende Hauptgrundsätze offensichtlich: Struktur bestimmt Funktion/Tätigkeit; verbindliche Reaktionen legen den Anfang aller biologischen Ereignisse; und chemische Grundsätze, wie dynamische Bilanz (Gesamtaktivität), und Reaktionskinetik und Mechanismen, bekommen von der Studie von kleinen Molekülen, kann auf das Verhalten von Makromolekülen angewandt werden. Die Ordnung der Themen beruht auf dem Entwickeln chemischer Logik.

Thema 1 – Lipidstruktur: Das erste Thema ist Lipid  und Gesamttruktur/Funktion des Lipids, anstatt der Aminosäuren und Proteine, wie es normalerweise präsentiert wird. Bevor der Einnahme eines Biochemiekurses haben Studenten wenig bedeutende Vorführung der chemischen Eigenschaften von Makromolekülen gehabt, also hat das Beginnen mit der Studie von kleinen Molekülen Sinn. Da die meisten Lipide amphiphile Stoffe  sind, kann ihre Strukturungleichheit vereinfacht werden, falls sie als einfache Strukturen mit räumlich verschiedenen polaren und nichtpolaren Enden betrachtet werden. Einzelne Kette und doppelte Kette der amphiphilen Anhäufung in einer thermodynamischen spontanen Weise, um Mizelle und zweilagige Strukturen beziehungsweise mit den nichtpolaren Teilen zu bilden, die vom Wasser abgesondert sind und mit sich selbst vereinigt sind, und den polaren löslichen Teilen . Dieses einfache Modell stellt Studenten den Begriff vor, dass Struktur ein Bindeglied mit Eigenschaften ist, zum wichtigen Konzept von zwischenmolekularen Kräften, und zur Thermodynamik der hydrophoben Wirkung, alle kritischen Elemente, die schließlich erforderlich sind, das viel mehr komplizierte Thema der Proteinfalte und Stabilität zu verstehen. Die Konzepte der Massenbewahrung, dynamischer Gleichgewicht und Kinetik, und chemischen Potenzial, werden verwendet, um zu verstehen, wie die Ansammlung am Gleichgewicht von amphiphile Konzentration abhängt. Lipide dienen als nützliche Modelle, um Stereochemie und Prochiralität ebenso einzuführen. Ebenfalls ist es leichter zu verstehen, wie Verdrehungswinkeländerungen in den aliphatischen Seitenketten des phospholipiden Moleküls Acyl Kettenverpackung verändern, als e die Kompliziertheiten eines Ramachandran-Diagramms zu verstehen. Von einer chemischen Perspektive ist es logischer, das spontane Selbstzusammenbau von kleinen amphiphilischen Molekülen in große mehrmolekulare Anhäufungen einzuführen, als mit den physiochemischen Eigenschaften von zwanzig verschiedener Aminosäure anzufangen, die sich in  Größe und Hydrophobie ändern und zu den Kompliziertheiten von intramolekularen Proteinfaltereaktionen weitergehen.

Thema 2 – Proteinstruktur: Das Verstehen, bekommen aus der Studie von Lipide, kann dann auf das kompliziertere Thema von intramolekularen Proteinfaltereaktionen und Proteinstabilität angewandt werden. Eine mehr ausgebreitete und moderne Ansicht von der hydrophoben Wirkung und vereinigten Hitzehöchständerung, wird zusammen mit der Denaturierenwirkung der Kette konformer Wärmegewicht präsentiert. Die Rolle der hydrophoben Wirkung und H-Verbindungen in der Proteinstabilität wird vom Verhalten des Benzols in Wasser und thermodynamischen Kreisprozessen extrapoliert, die die Übertragung von N-Methylazetamid von Wasser zum nichtpolaren Lösungsmittel, und von Mutationalstudien einschließen. Dynamische und verbundene Gleichgewichtrücksichten, zusammen mit der Reaktionskinetik werden verwendet, um die unterschiedlichen Effekten zu beschreiben, (Harnstoff, Guanidiniumchlorid) zu denaturieren und sich (Ammoniumsulfat, Glyzerin) Lösungsmittel der Proteinstabilität, sowie den sich bewerbenden Prozessen der Proteinfalte und Ansammlung in vitro und in vivo zu stabilisieren.

Thema 3 – Nukleinsäure und Kohlenhydratstruktur: Dieselben Grundsätze, die Proteinstruktur/Funktion bestimmen, können auf die Studie der Struktur und Stabilität von Nukleinsäuren, komplizierten Kohlenhydraten, und Glykoproteine angewandt werden.

Thema 4 – Verbindung: Notwendige jetzt Funktion folgt. Da alle biologischen Ereignisse mit Verbindung begonnen werden, einem rein physischen Prozess, weist die Logik der Chemie darauf hin, dass es als nächstes studiert werden soll. Tatsächlich, in den meisten Lehrbüchern, konzentrieren sich einleitende Kapitel der Proteinfunktion auf die Verbindung von Disauerstoff, einem einfachen Ligand, zum Miooglobin und Hemoglobin. Wechselwirkungen des Makromolekülrauschgifts, sowie Zelladhäsion, können als zusätzliche relevante Beispiele besprochen werden. Die Kontrolle der Genexpression, ein Thema der herausragenden Wichtigkeit moderner Biologen, kann von der Chemielogik als ein wesentliches Ergebnis der Verbindung von Transkriptionfaktoren und passenden Enzymen zu einander und DNA im aktiven Transkriptionkomplex besprochen werden. Es ist besonders wichtig zu betonen, wie Gleichgewicht und Massenbewahrungsgrundsätze, zusammen mit der Reaktionskinetik, effektiv das Konzentrationsabhängigen Verhalten aller Moleküle, einschließlich der Prozesse der Verbindung und spontanen Strukturbildung bestimmen.

Thema 5 – Verbindung und Übertragung: Verbindung ist ein vorangegangenes Ereignis zur Expression der biologischen Tätigkeit. Der einfachste Ausdruck der Tätigkeit, die eine einfache physische, nicht kovalente Untersuchung einschließt, Prozess ist Verbindung und Übertragung von ausgelösten Molekülen über eine biologische Membran. Mathematische Analysen des Flusses vom ausgelösten Mittel über eine durch ein Transportprotein katalysierte Membran rufen dieselben Vermutungen (schnelles Gleichgewicht / unveränderliche Zustandverbindung) hervor und führen zu denselben Gleichungen (Hyperbelabhängigkeit des Flusses mit der ausgelösten Außenkonzentration, Wirkung von Wettbewerbshemmstoffen) wenn Michaelis-Menten Enzym-Kinetikmechanismen modelliert werden.

Thema 6 – Verbindung und Kinetik: Die Studie der Enzymkinetik folgt als eine logische Erweiterung des Ausdrucks der molekularen Funktion, die die Hinzufügung eines komplizierteren Schritts, nämlich eine chemische Transformation einschließt. Während der Studie der Enzymkinetik erfahren Studenten, wie man ein niedriges Lösenverstehen der Struktur/Tätigkeit von Enzymen und von ihren chemischen Mechanismen erhält.

Thema 7 – Verbindung und chemische Transformationen: Dann wird der ausführliche Mechanismus von spezifischen Enzymen, deren Strukturen bekannt sind, besprochen. Dem vorangehend, wird die Basis für die Katalyse durch kleine Moleküle besprochen. Dem chemischen Logik folgend, dass die Eigenschaften von Makromolekülen aus kleinen Molekülen abgeleitet werden können, erfahren Studenten, dass in Bezug auf die Katalyse, sind die  Enzyme „nicht verschieden, nur besser“, als kleiner Molekülkatalysator, wie von Jeremy Knowles (1)vorher beschrieben wurde.

Thema 8 – Energie und Signal Transduktion: Die Endfolge schließt spezifische Beispiele dessen ein, wie Enzyme sowohl Energie als auch Informationssignale in verwendbare Produktionen transformieren können. Energietransduktion, die Lichtumwandlung , elektrochemische Gradienten, oder chemische Energie in Phosphoanhydrideverbindungen einschließt, wird besprochen. Spezielle Aufmerksamkeit wird biologische Oxydationsreaktionen geschenkt. Mehrere Fragen werden eingeführt, um Diskussion zu provozieren und die Kenntnisse von Studenten über Oxydationsreaktionen herauszufordern. Studenten schlagen Gründe vor, die Tatsache zu erklären, dass Oxydationsreaktionen von organischen Molekülen, die Disauerstoff verwenden, thermodynamisch, aber nicht kinetisch bevorzugt sind, sowie das Bedürfnis nach verschiedenen Typen von biologischen Oxidierenagenten für die Energietransduktion zu erklären. Signaltransduktion an den Zellmembranenaufschlägen als ein ausgezeichnetes Höchstgebiet der Studie, da es Ideen aus jeder Folge erhaltet.

Literatur

  1. Knowles, J. Natur. 350, 121-124 (1991)

Navigation

Biochemie Online: Ein auf der chemischen Logik basierter Ansatz – Inhalt

Comments are closed.