Biochemie I 2015/2016 Makromolekuly buňky 1.pdfMonosacharidy Oligosacharidy Polysacharidy Cukry...

Biochemie I 2015/2016

Makromolekuly buňky

František Škanta


•Cukry •Tuky•Bílkoviny


•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

D- a L- izomery

= zrcadlové obrazy(enantiomery)

významné jsouD-monosacharidy

zrcadlo


D- a L- izomery

Epimery


Epimery

= izomery cukrů lišící se polohou pouze jedné–OH skupiny

Man = 2-epimer Glc

Gal = 4-epimer Glc

10


D- a L- izomery

Epimery


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.


D- a L- izomery

Epimery


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

Zásobní polysacharidy

Uspořádání celulosy v buněčných stěnách rostlin

Chitin je polymerN-acetylglukosaminu

30

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.

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

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 ?

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)

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

Biochemie I 2015/2016 Makromolekuly buňky 1.pdfMonosacharidy Oligosacharidy Polysacharidy Cukry...

Documents

Transcript of Biochemie I 2015/2016 Makromolekuly buňky 1.pdfMonosacharidy Oligosacharidy Polysacharidy Cukry...