Obliczenia w biochemii i biologii

eksperymentalnej

Godziny konsultacji: czwartek 10-11

piątek 10-11

Prowadzący:
dr inż. Agnieszka Sok-Grochowska

Zakład Fizjologii Molekularnej Zwierząt
ul. Cybulskiego 30, pok.11

e-mail: [e-mail]

Regulamin ćwiczeń i wykładu z

obliczeń

1. Obecność na wykładzie nie jest obowiązkowa. Obecność na
ćwiczeniach jest obowiązkowa.

2. Zaliczenie wykładu będzie na podstawie kolokwium (70%) i

projektu (30%). W sumie będzie można uzyskać 100pkt. Skala
ocen w zależności od otrzymanej sumy punktów:

0-50 ndst

51-55 dst
56-65 dst+

66-75 db
76-85 db+
86-100 bdb

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Regulamin ćwiczeń i wykładu z

obliczeń

3. Zaliczenie ćwiczeń będzie na podstawie aktywności, mikro-
kolokwiów, pracy na zajęciach i prezentacji.

4. Na każdych zajęciach ćwiczeniowych można dostać/stracić

punkty za aktywność/brak przygotowania. Jedne zajęcia =
jeden punkt. Będą one doliczane/odejmowane podczas
wystawiania oceny.

5. Termin kolokwium zaliczeniowego z wykładu: 03.06.2015;

termin oddania projektu 05.06.2015

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Zagadnienia do omówienia na

wykładach i ćwiczeniach

1. Podstawowe jednostki miary ilości, masy i stężeń (układ SI). Przeliczanie
jednostek.
2. Podstawowe pojęcia w obliczeniach biochemicznych.
3. Przygotowywanie roztworów w laboratorium. Obliczanie stężeń,
rozcieńczeń, pH. Skład najczęściej wykorzystywanych roztworów w
pracowni biochemii i biologii molekularnej.
4. Reakcja PCR, trawienie enzymatyczne restryktazami i ligacja.
Planowanie starterów do PCR. Obliczania dla reakcji enzymatycznych.
5. Reakcja qPCR (ilościowy PCR). Planowanie starterów. Krzywa
standardowa. Obliczenia różnic ekspresji metodą Pfafl'a.
6. Plazmidy jako narzędzie w pracy biologa molekularnego.
7. Bazy danych sekwencji białkowych i nukleotydowych.
8. Programy ułatwiające obliczenia w biologii molekularnej
9. Spekrofotometria. Obliczanie stężeń. Pomiary aktywności enzymów.
10. Energetyka i kinetyka reakcji enzymatycznych.

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Układ SI

Układ SI (franc. Système International d'Unités) –

Międzynarodowy Układ Jednostek Miar zatwierdzony w 1960

(później modyfikowany) przez Generalną Konferencję Miar.

Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Jednostki

w układzie SI dzielą się na podstawowe i pochodne.

W Polsce układ SI obowiązuje od 1966, obecnie został

oficjalnie przyjęty przez wszystkie kraje świata z wyjątkiem

Stanów Zjednoczonych, Liberii i Birmy.

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

źródło: http://pl.wikipedia.org

Układ SI

Jednostki podstawowe układu SI (legalne w Polsce jednostki

miar; Dz. U. Nr 225, poz. 1638)

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

źródło:

http://www.gum.gov.pl

nazwa

symbol

wielkość

fizyczna

definicja fizyczna

metr

m

długość

długość drogi przebytej w próżni przez światło w czasie 1/299 792 458 sekundy

kilogram

kg

masa

jednostka masy, która jest równa masie międzynarodowego prototypu kilograma

przechowywanego w Międzynarodowym Biurze Miar w Sevres

sekunda

s

czas

czas równy 9 192 631 770 okresom promieniowania odpowiadającego przejściu

mię́dzy dwoma nadsubtelnymi poziomami stanu podstawowego atomu cezu 133

amper

A

prąd

elektryczny

prąd elektryczny niezmieniający się, który, płynąc w dwóch równoległych

prostoliniowych, nieskończenie długich przewodach o przekroju kołowym

znikomo małym, umieszczonych w próżni w odległości 1 metra od siebie,

wywołałby między tymi przewodami siłę 2 · 10–7 niutona na każdy metr długości;

kelwin

K

temperatura

1/273,16 części temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody

mol

mol

liczność

materii

liczność materii układu zawierającego liczbę cząstek równą liczbie atomów w

masie 0,012 kilograma węgla 12

kandela

cd

światło

Światłość źródła emitującego w określonym kierunku promieniowanie

monochromatyczne o częstotliwości 540·10

12

herców i o natężeniu

promieniowania w tym kierunku równym 1/683 wata na steradian

Układ SI

Legalne jednostki miar, pochodne układu SI, o nazwach i

oznaczeniach specjalnych (przykłady)

nazwa

symbol

wielkość

fizyczna

wyrażenie w jednostkach podstawowych SI

radian

rad

kąt płaski

1 rad = 1m/1m = 1

herc

Hz

częstotliwość

1Hz = 1/1s; s

-1

niuton

N

siła

1N = 1kg·1(m/s

2

)

paskal

Pa

ciśnienie,

naprężenie

1Pa = 1N/1m

2

dżul

J

energia, praca

1J = 1N·1m

wat

W

moc

1W = 1J/1s

farad

F

pojemność

elektryczna

1F = 1C/1V

katal

kat

aktywność

katalityczna

1kat = 1mol/1s

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

źródło:

http://www.gum.gov.pl

Skalowanie jednostek -

przedrostki

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Nazwa

(przedrostek)

Symbol

Mnożnik

Nazwa mnożnika

tera

T

1 000 000 000 000 = 10

12

bilion

giga

G

1 000 000 000 = 10

9

miliard

mega

M

1 000 000 = 10

6

milion

kilo

k

1 000 = 10

3

tysiąc

hekto

h

100 = 10

2

sto

deka

da

10 = 10

1

dziesięć

1 = 10

0

jeden

decy

d

0,1 = 10

-1

jedna dziesiąta

centy

c

0,01 = 10

-2

jedna setna

mili

m

0,001 = 10

-3

jedna tysięczna

mikro

µ

0,000 001 = 10

-6

jedna milionowa

nano

n

0,000 000 001 = 10

-9

jedna miliardowa

piko

p

0,000 000 000 001 = 10

-12

jedna bilionowa

Skalowanie jednostek-

przykłady

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Zamień podane wielkości na jednostki podstawowe układu SI:

100µmol =

200dag =

5000dm =

60000ns =

Zamień podane wielkości na jednostki podstawowe układu SI:

100µmol = 0,0001mol = 1

·10

-4

mol

200dag = 2kg

= 2

·10

0

kg

5000dm = 500m

= 5

·10

2

m

60000ns = 0,00006s

= 6

·10

-5

s

Skalowanie jednostek-

przykłady

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Skalowanie jednostek-

przykłady

Zamień podane wielkości na jednostki podstawowe układu SI:

100µmol = 0,0001mol = 1

·10

-4

mol

1µmol=1

·10

-6

mol

→ 1µmol·100=1·10

-6

mol

· 10

2

=1

·10

(-6+2)

mol=1

·10

-4

mol

200dag = 2kg

= 2

·10

0

kg

1dag=1

·10

-2

kg

→ 1dag·200=1·10

-2

kg

· 2·10

2

=2

·10

(-2+2)

kg=2

·10

0

kg

5000dm = 500m

= 5

·10

2

m

1dm=1

·10

-1

m

→ 1dm·5000=1·10

-1

m

· 5·10

3

=5

·10

(-1+3)

m=5

·10

2

m

60000ns = 0,00006s

= 6

·10

-5

s

1ns=1

·10

-9

s

→ 1ns·60000=1·10

-9

s

· 6·10

4

=1

·10

(-9+4)

s=1

·10

-5

s

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

UWAGA!- wielokości addytywne

i nieaddytywne

Wielkości addytywne:

Skalarne

✔

ilość substancji

•

liczba atomów (ale nie w reakcjach jądrowych)

•

liczba cząsteczek lub liczność materii (liczba moli)

✔

masa (w fizyce klasycznej, ale nie w relatywistycznej)

✔

energia

✔

ładunek elektryczny

✔

moment bezwładności względem tej samej osi

✔

energia kinetyczna – tylko wówczas, gdy elementy układu nie oddziałują ze sobą

Wektorowe

✔

pęd

✔

moment pędu

Wielkości nieaddytywne

✔

masa (w fizyce relatywistycznej)

✔

objętość (w pewnych warunkach może być bliska addytywności)

✔

objętość molowa związków chemicznych nie jest sumą objętości molowych ich składników

✔

stężenie

✔

pH roztworu

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Wielokości addytywne i

nieaddytywne- przykłady

Addytywne [masa i ilość substancji (liczność)]

+

=

7 cząsteczek

11 cząsteczek

18 cząsteczek

14ng

11ng

25ng

Nieaddytywne [objętość]

2ml

+

= 3ml

np.= 2,2ml

1ml

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Roztwory

Roztwór – jednorodna mieszanina dwu lub więcej

rodzajów cząsteczek nie reagujących chemicznie

ze sobą.

Stężenie roztworu – ilość substancji

rozpuszczonej w określonej liczbie jednostek

objętości lub masy roztworu bądź rozpuszczalnika.

W przypadku roztworów jako jednostkę objętości
możemy legalnie stosować – litr (l) zamiast dm

3

.

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Stężenia roztworów

Procentowe:

✔

C% (wag/wag) – zwykle stosowane

Ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100g

roztworu.

Można spotkać zapis C% (wag.) lub C% (w/w) -stężenie procentowe wagowe lub

%wag. -procenty wagowe

✔

C% (wag/obj)

Ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100ml

roztworu.

Rzadko spotykany sposób wyrażania stężenia %

✔

C% (obj/obj)

Objętość substancji rozpuszczonej w 100ml roztworu.

Można spotkać zapis C%(obj.) lub C%(vol.) lub C%(v/v) -stężenie procentowe

objętościowe, lub %vol. -procenty objętościowe

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

Stężenia procentowe-przykłady

✔

C% (wag/wag)

Ile gramów substancji rozpuszczonej jest w 250g 5%

(wag/wag) roztworu NaCl?

Rozwiązanie:

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

C %wag /wag =

masa substancji

masa roztworu

⋅

100 %

5 % =

masa substancji

250g

⋅

100 % ⇒ masa substancji =

5 %⋅ 250g

100 %

=

12,5 g

Stężenia procentowe-przykłady

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

✔

C% (wag/wag)

Jakie będzie miał stężenie procentowe

(wag/wag)roztwór, jeżeli w 500 gramach wody
rozpuścimy 25 gramów cukru?

Rozwiązanie:

C %wag / wag=

masa substancji

masa roztworu

⋅

100 %

C % =

50g

500g50g

⋅

100 % ⇒ C % =

50g

550g

⋅

100 %=9,09 %

Stężenia procentowe-przykłady

✔

C% (wag/obj)

Ile gramów substancji rozpuszczonej jest w 400ml 8%

(wag/obj) roztworu NaCl?

Rozwiązanie:

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

C %wag /obj=

masa substancji

objętość roztworu

⋅

100 %

8 % =

masa substancji

400ml

⋅

100 % ⇒ masa substancji =

8 %⋅ 400ml

100 %

=

32g

Stężenia procentowe-przykłady

✔

C% (wag/obj)

Jakie jest stężenie procentowe (wag/obj) roztworu po

rozpuszczeniu 50g NaOH w 200ml wody? Gęstość

roztowru po wymieszaniu wynosi d=1,219g/cm

3

.

Rozwiązanie:

Zaczynamy od obliczenia objętości roztworu po wymieszaniu przy założeniu

gęstości wody d=1g/cm

3

.

masa roztworu po wymieszaniu: 200g+50g=250g

objętość roztworu po wymieszaniu :

na koniec właściwe stężenie:

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

gęstość=

masa

objętość

, d =

m

v

[

g

cm

3

]

v=

m

d

⇒

v=

250g

1,219

g

cm

3

=

205,1 cm

3

C %wag /obj=

50g

205,1 ml

⋅

100 %=25,4%

Stężenia procentowe-przykłady

✔

C% (obj/obj)

Jaka objętość czystego alkoholu etylowego jest w 750ml

12%(vol.) wina czerwonego?

Rozwiązanie:

Jaką masę ma 90ml etanolu?
Żeby to obliczyć musimy znać gęstość czystego etanolu – d=0,791 g/cm

3

m = V

·d = 90ml · 0,791g/ml = 71,19g

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej

C %obj /obj=

objętość substancji

objętość roztworu

⋅

100 %

12% =

objętość substancji

750ml

⋅

100 % ⇒ objętość substancji =

12 %⋅750ml

100 %

=

90ml

Pojęcie mola

Mol – podstawowa jednostka liczności materii.

Jeden mol jest to liczba cząstek (np. atomów,
cząsteczek, jonów, elektronów i innych
indywiduów chemicznych) równa liczbie atomów
zawartych w 12g izotopu węgla

12

C.

Liczba cząstek zawartych jednym molu jest
nazywana liczbą Avogadra, wynosi ona
6,02214179

·10

23

± 3,6

·10

17

Obliczenia w biochemii i biologii molekularnej