Post on 01-Jan-2020
Biochemie I 2015/2016
Makromolekuly buňky
František Škanta
Makromolekuly buňky
•Cukry •Tuky•Bílkoviny
Makromolekuly buňky
•Cukry•Tuky•Bílkoviny
Monosacharidy OligosacharidyPolysacharidy
Cukry
Přehled strukturních forem sacharidů
Jsou sladké
Ketotriosa a aldotriosy
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
D- a L- izomery
= zrcadlové obrazy(enantiomery)
významné jsouD-monosacharidy
zrcadlo
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
Epimery
= izomery cukrů lišící se polohou pouze jedné–OH skupiny
Man = 2-epimer Glc
Gal = 4-epimer Glc
10
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
αααα a ββββ anomery
pouze cyklickéformy
α-/β-OH = anomerní(poloacetalová)hydroxylová skupina
• při rozpouštění cukru ve vodě se ustanovuje rovnováha mezi anomery = mutarotace
(optická otáčivost anomerů se liší)
ββββ-D-Glc
αααα-D-Glc
O O
Furan Pyran
V roztoku převládají monosacharidy cukrů v cyklické formě.
Aldehydy tvoří poloacetalové, ketony poloketalové.
Stereoizomerie cukrů
D- a L- izomery
Epimery
α a ββββ anomery
Monosacharidy
D-Glyceraldehyd
CHO
C
CH2OH
OHH
1
2
3
D-Erythrosa
C
C
CH2OH
OHH
CHO
OHH
1
2
3
D-Threosa
C
C
CH2OH
OHH
CHO
HOH
4
D-Aldosy – se třemi až šesti uhlíky
D-Erythrosa
C
C
CH2OH
OHH
CHO
OHH
1
2
3
4
D-Ribosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
CHO
OHH
1
2
3
D-Arabinosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
CHO
HOH
4
5
D-Threosa
C
C
CH2OH
OHH
CHO
HOH
1
2
3
4
D-Xylosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
CHO
OHH
1
2
3
D-Lyxosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
CHO
HOH
4
5
20
D-Ribosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
CHO
OHH
1
2
3
4
5
D-Allosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
OHH
CHO
OHH
1
2
3
4
5
6
D-Altrosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
OHH
CHO
OHH
D-Arabinosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
CHO
HOH
D-Glukosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
HOH
CHO
OHH
D-Mannosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
HOH
CHO
HOH
D-Xylosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
CHO
OHH
1
2
3
4
5
D-Gulosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHOH
C
HH
CHO
OHH
1
2
3
4
5
6
D-Idosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
C
OHH
CHO
HOH
D-Lyxosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
CHO
HOH
D-Galaktosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
C
HOH
CHO
OHH
D-Talosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
C
HOH
CHO
HOH
D-Ribulosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
CH2OHO1
2
3
4
5
Dihydroxyaceton
CH2OHC
CH2OH
O1
2
3
D-Erythrulosa
C
C
CH2OH
OHH
CH2OHO1
2
3
4
D-Xylulosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
CH2OHO
D-Psikosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
OHH
CH2OHO1
2
3
4
5
6
D-Fruktosa
C
C
CH2OH
OHH
C
OHH
C
HOH
CH2OHO
D-Sorbosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
C
OHH
CH2OHO
D-Tagatosa
C
C
CH2OH
OHH
C
HOH
C
HOH
CH2OHO
D-Ketosy se třemi až šesti uhlíky
Oligosacharidy
α-Glc(1→4)Glc β-Gal(1→4)Glc α-Glc(1→2)β- Fru
Volný anomerní (= poloacetalový) hydroxyl ⇒ redukční účinky
Lipopolysacharid
Polysacharidy
Homopolysacharidy
Heteropolysacharidy
Polysacharidy
Homopolysacharidy
Heteropolysacharidy
Zásobní polysacharidy
Uspořádání celulosy v buněčných stěnách rostlin
Chitin je polymerN-acetylglukosaminu
30
Polysacharidy
Homopolysacharidy
Heteropolysacharidy
Polysacharidy
Homopolysacharidy
Heteropolysacharidy
Glykosaminoglykany
Glykosaminoglykany – aniontové polysacharidy
O
O
OH
OH
COOO
O
NH
CH2O
OH
COCH3
OSO3- -
Chondroitin-6-sulfát Keratansulfát
-
O
OH
CH2OH
OH
O
O
OH
NH
CH2OSO3
COCH3
O
Heparin
-
O
OH
OSO3
COOO
O
OH
NH
CH2OSO3
SO3
OO-
-
-
O
O
OH
OH
OO
NH
CH2OHO
O
COCH3
COO
SO3-
Dermatansulfát
- O
O
OH
OH
COOO
O
NH
CH2OHO
OH
COCH3
-
Hyaluronát
Opakující se disacharidové jednotky obsahující glukosamin nebo galaktosamin. Vazbou na proteiny tvoří proteoglykany.
Heteroglykosidy
Pektiny
300 až 1000 jednotek kyseliny galakturonové
a jejího methylesteru spojených vazbou 1α→4
Funkce cukrů v organismu:
krátkodobý zdroj energie (glukóza, fruktóza)
zásobní látky (škrob, glykogen, inulin, pektiny)
stavební materiál (celulóza, chitin, agar)
složka jiných molekul (koenzymy, proteiny, NK)
ββββ-Merkaptoethylamin
P
O
O-
O
N
O
H
H
OH
H
OH
H
N
N
N
H
NH2
H
OP
O
O-
ONH NH
O O
H OH
CH3CH3
SH
Pantothenát
Reaktivní skupina
Cukr jako složka jiných biomolekul
Koenzym A
Báze
O
OH
O OP
+
O O
Báze
O
OH
O OP
+
O O
O OP
+
O O
O
Báze
O
OH
5´
- --
3´5´3´ 3´5´
RNA
Báze
O
H
O OP+
O O
Báze
O
H
O OP+
O O
O OP+
O O
O
Báze
O
H
5´
- --
3´5´3´ 3´5´
DNA
Glykoproteiny
Glykosidové vazby mezi proteiny a sacharidy. Vazby přes Asn (N-glykosidy), vazby přes Thr nebo Ser (O-glykosidy). GlcNAc = N-acetylglukosamin.
N-vázaný GlcNAc
O
OH
OH
NH
CH2OH
CC
NH
CH2
C
NH
H
O
O
CH3C
O
Asn
O-vázaný GalNAc
OOH
OH
NH
HOH2C
CC
NH
CH2
O
H
O
CH3C
O
Ser
Obecně: N-glykosylace začíná v ER a pokračuje v Golgiho komplexu.O-Glykosylace probíhá pouze v Golgiho komplexu.
Makromolekuly buňky
•Cukry•Tuky•Bílkoviny
STRUKTURA LIPIDŮ
Tuky
Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly
Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.)
Značení uhlíkových atomů mastných kyselin
CH3CH2
CH2
CH2
CO-
O-
αααα
ββββ
ωωωω 12
3
-
n
o hlavní složky fosfolipidů, sfingolipidů a glykolipidůo obsahují polární konec a dlouhý uhlovodíkový řetězec
Mastné kyseliny
Syntéza tuků
Syntéza triacylglycerolu
50
Tuky
Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly
Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.)
Esterifikace
Jednoduché lipidy - tuky, vosky, olejeSložené lipidy – struktura membrán
Membránové lipidy
o Fosfolipidy- deriváty glycerol-3-fosfátu- polární konec – fosfát- derivát alkoholu- dvě mastné kyseliny
o Sfingolipidy- deriváty sfingosinu- jedna mastná kyselina
o Glykolipidy- deriváty sfingosinu- jedna mastná kyselina- polární konec - cukr
o Cholesterol- eukaryotní membrány- rigidní steroidní kruh
Lipidové složky biomembrán
Fosfolipidy
Např. fosfatidylcholine (lecithin)
Hlavní složka biologických membrán
Fosfolipidy
Alkoholy, které se váží esterovou vazbou na fosfatidát
OHCH2
CNH3
+
OOC H-
OHCH2
CH2
NH3+
OHCH2
CH2
N+
CH3
CH3
CH3
Serin Ethanolamin Cholin
OHCH2
CCH2
OH
OH H
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
H
H
OH
Glycerol Inositol
Sfingolipidy
Sfingolipidy
fosfolipidy odvozené od sfingosinu
Sfingomyelin – jediný fosfolipid v membránách, který není derivátem glycerolu
Glykolipidy
Glykolipidy
glykosphingolipidy galactocerebrosid GM1 gangliosid
Cholesterol
Cholesterol
Struktura membrán
Strukturní lipidy v plasmatické membráně savčí buňky
- Složení jednotlivých stran dvojvrstvy je velmi odlišné- Vlastnosti lipidů ovlivňují vlastnosti membrány
Transversální asymetrie lipidů
Propustnost membrán
A které ne ?
Které typy molekul mohou procházet volně přes membránu ?
70
Funkce lipidů v organismu
Funkce v organismu
o Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly)o Struktura membrán (fosfolipidy)o Vitaminy, hormony, signální molekulyo Žlučové kyseliny (emulgace tuků)
Zásobní lipidy
Složení zásobních lipidů je silně ovlivněno stravou!!!
Funkce v organismu
o Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly)o Struktura membrán (fosfolipidy)o Vitaminy, hormony, signální molekulyo Žlučové kyseliny (emulgace tuků)
Makromolekuly buňky
•Cukry•Tuky•Bílkoviny
BílkovinyStavební jednotka - aminokyseliny (20)
Chemické a fyzikální vlastnosti
• amfolity
• optická aktivita a izomerie
• absorbce světla v UV oblasti
Interakce postranních řetězců aminokyselin
aminokyseliny s rozvětvenými řetězcivalin, leucin, izoleucin, methionin
aminokyseliny s aromatickým cyklem tryptofan, fenylalanin, tyrosin
Esenciální aminokyseliny
Glukogenní (vznik glukózy) alanin, asparagová k. asparagin, glutamová k., glutamin a prolinKetogenní (vznik MK) leucin
Rozdělení aminokyselin podle funkce v metabolismu
Glukogenní a ketogenní aminokyseliny
80
Amfolity
Ionizační stavy aminokyselin jako funkce pH
pH
2 12
Kon
cent
race
0 4 6 8 10 14
Obojetná formaObě skupiny
deprotonizovány
Obě skupiny protonizovány
COO
H
NH3
+
R
H+
COO
H
NH3
+
R
+ -COO
H
NH2
R
-
H+
H+
H+
H+
Izomerie a optická aktivita
Třírozměrná struktura aminokyseliny
L-izomer D-izomer
R
H
Cαααα
-COONH3+
R
H
Cαααα
-COO NH3+
Bílkoviny jako fluorofory
Aromatické aminokyseliny absorbují světlo v UV oblasti
C
H
CH2
NH3+
COO
CH
C
CH
CH
CH
CH
-
Fenylalanin(Phe, F)
C
H
CH2
NH3+
COO
CH
C
CH
CH
CH
C
OH
-
Tyrosin(Tyr, Y)
-
Tryptofan(Trp, W)
C
H
CH2
NH3+
COO
C
CHCHCH
CHC
C
NH
CH
Úrovně proteinové struktury
Primární – sekvence (N-konec…C-konec)Sekundární – lokální struktury - H-vazbyTerciární – celková 3-D strukturaKvarterní – podjednotky
Primární struktura
CO
O
NH3
+ C
R1H
+
- CO
O
NH3
+ C
R2H
+
-+ C
O
O
NH
C
HR2
C
O
NH3
+ C
R1H
+
-+ H2O
Peptidová vazba
+C
O
O
CNH
O
NH
C
HH
C
O
NH3
+ C
HCH2
CNH
O
C
HH
CNH
O
C
HCH2
C
HCH2
OH
CH3CH
CH3
-
Tyr Gly Gly Phe Leu
Aminoskupina
N-konec
Karboxyl
C-konec
Peptidická vazba
Sekundární struktura
Alfa-helix
o Strukturu předpověděli Linus Pualinga Robert Corey, 1951
o Identifikována v keratinu (Max Perutz)o Všudypřítomná složka proteinůo Stabilizována H-vazbamio Residuí na otočku: 3.6o Stoupání na jedno residuum: 1.5 Å
o Také navrhli Pualing a Corey , 1951o Vlákna mohou být paralelní nebo
antiparalelní
Beta-skládaný list
Terciární struktura
Interakce vedoucí k terciární struktuře
Kvarterní struktura
Kvarterní struktura
Molekula hemoglobinu složená ze čtyř podjednotek
120
Molekula imunoglobulinu složená ze dvou lehkých a ze dvou těžkých řetězců
Úrovně proteinové struktury
Primární – sekvence (N-konec…C-konec)Sekundární – lokální struktury - H-vazbyTerciární – celková 3-D strukturaKvarterní – podjednotky
Tvar - globulární nebo fibrilární
o Většina polárních residuí směřuje vně proteinu a je vkontaktu s rozpouštědlem
o Většina hydrofobních residuí se nachází uvnitř proteinu, kde dochází k jejím vzájemným interakcím
Globulární proteiny
Fibrilární proteiny
o Většina polypetidového řetězce je organizována paralelně k jediné ose
o Fibrilární proteiny jsou často mechanicky pevnéo Fibrilární proteiny jsou často nerozpustnéo V přírodě zastávají strukturní funkce
o a- keratin - vlasy, nehty, drápy, rohy a zobáko Kolagen - klouby, kosti, zubyo β- keratin – hedvábí, pavoučí síť
Kolagen
a-keratin β-keratin
Funkce v organismu
Funkce v organismu
o Stavební (kolagen, elastin, keratin) o Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin)o Zajišťující pohyb (aktin, myosin)o Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony,
receptory...)o Ochranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...)o Udržování osmotického tlaku a pH krve (albumin)
Biosyntéza bílkovin
Centrální dogma molekulární biologie
Proteosyntéza