Biochemie I 2011/2012

Biochemie I 2011/2012

Makromolekuly buňky

František Škanta


•Cukry •Tuky•Bílkoviny



Monosacharidy DisacharidyPolysacharidy

Cukry

Přehled strukturních forem sacharidů

Jsou sladké

Ketotriosa a aldotriosy

Stereoizomerie cukrů

D- a L- izomery

Epimery

a anomery


D- a L- izomery

Epimery

a anomery

D- a L- izomery

= zrcadlové obrazy(enantiomery)

významné jsouD-monosacharidy

zrcadlo


D- a L- izomery

Epimery

a anomery


D- a L- izomery

Epimery

a anomery

Epimery

= izomery cukrů lišící se polohou pouze jedné–OH skupiny

Man = 2-epimer Glc

Gal = 4-epimer Glc

10


D- a L- izomery

Epimery

a anomery


D- a L- izomery

Epimery

a anomery

a anomery

pouze cyklické formy

-/-OH = anomerní(poloacetalová)hydroxylová skupina

• při rozpouštění cukru ve vodě se ustanovuje rovnováha mezi anomery = mutarotace

(optická otáčivost anomerů se liší)

-D-Glc

-D-Glc

O O

Furan Pyran

V roztoku převládají monosacharidy cukrů

v cyklické formě.

Aldehydy tvoří poloacetalové, ketony poloketalové.


D- a L- izomery

Epimery

a 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

Disacharidy

Syntéza -- kondenzace

Štěpení -- hydrolýza

-Glc(1→4)Glc -Gal(1→4)Glc -Glc(1→2)-

Fru

Volný anomerní (= poloacetalový) hydroxyl redukční účinky

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

Agarósa a agar

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

OOH

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, agar, pektiny)

stavební materiál (celulóza, chitin)

složka jiných molekul (koenzymy, proteiny, NK)











40











- 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.





Tuky

Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly

•Zásobní

•Strukturní

Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.)

Esterifikace

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Syntéza triacylglycerolu

50

STRUKTURA LIPIDŮ

Značení uhlíkových atomů mastných kyselin

CH3CH2

CH2

CH2

CO

-

O-

12

3

-

n

Mastné kyseliny – nositelky hydrofobních vlastností

CO-

O-

Palmitát(ionizovaná forma kyseliny palmitové)

CO-

O-

Oleát(ionizovaná forma kyseliny olejové)

-

-

Mastné kyseliny

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Tuky


•Zásobní

•Strukturní


Esterifikace

Tři typy membránových lipidů

• Fosfolipidy• Glykolipidy • Cholesterol

• Fosfolipidy sestávají ze čtyř složek: mastné kyseliny, glycerol – základ na který se váží mastné kyseliny, fosfát a na něj vázaný alkohol. Kromě glycerolu se jako základ může uplatňovat alkohol sfingosin.

• Fosfolipidy odvozené od glycerolu se nazývají fosfoglyceridy.

• Fosfoglyceridy obsahují glycerol na který jsou vázány dvě mastné kyseliny a fosforylovaný alkohol.

Schematická struktura fosfolipidu

Mastná kyselina

Mastná kyselina

Fosfát Alkohol

Glycerol

60

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 I nositol

Struktura sfingosinu a sfingomyelinu

CC

CH2

OH

HOH

HNH3+

Sfingosin

CC

CH2

O

HOH

HNHR1

C

O

O

P+

O

O

CH2

CH2

N+

CH3

CH3

CH3

CH3(H2C)12

-

Sfingomyelin

Glykolipidy - sacharidy obsahující lipidy

Glykolipidy jsou odvozeny od sfingosinu, jehož aminoskupina je acylována jako ve sfingomyelinu mastnou kyselinou. Na rozdíl od sfingomyelinu je na hydroxylu sfingosinu vázán sacharid.

Cerebrosid

O

HOH

HNHR1

C

O

CH3(H2C)12Glukosa

nebogalaktosa

Cukerná jednotkaMastná kyselina

(glykolipid)

Cholesterol

Cholesterol je lipid na bázi steroidního skeletu – steranu.

V membránách je cholesterol orientován rovnoběžně se řetězci mastných kyselin. Je až 25 % součástí

membránových lipidů nervových buněk, ale je nepřítomen v intracelulárních membránách. Cholesterol neobsahují

prokaryotní membrány.

CH3

OH

CH3

CH3 CH3

CH3

Cholesterol

Funkce v organismu

Funkce v organismu

Struktura membrán (fosfolipidy)

Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly)

Vitaminy, hormony, signální molekuly

Žlučové kyseliny (emulgace tuků)

Funkce v organismu





Strukturní lipidy v plasmatické membráně savčí buňky

Propustnost membrán

Které typy molekul mohou procházet volně přes membránu ?

A které ne ?

70

Funkce v organismu





Funkce v organismu





Funkce v organismu






•Cukry•Tuky •Bílkoviny


•Cukry•Tuky •Bílkoviny

Základní struktura α-aminokyselin.

C COONH3+

R

H

-

BílkovinyStavební jednotka - aminokyseliny (20) Kondenzace (trans - amidická vazba)

Chemické a fyzikální vlastnosti

amfolity

optická aktivita a izomerie

absorbce světla v UV oblasti

rozpustnost v polárních rozpouštědlech



amfolity




Nepolární řetězecglycin, alanin, valin, leucin, izoleucin, prolin, fenylalanin.

Polární řetězec -OH, -SH, -CONH2 nebo heterocyklus tyrosin, tryptofan, serin, threonin, cystein, methionin, asparagin a glutamin

Kyselé dikarboxylové kyselina asparagová a glutamová.

Zásadité - více než jedna aminová skupinalysin, arginin, histidin

Rozdělení aminokyselin podle vlastností vedlejšího řetězce

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






amfolity




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



amfolity






amfolity




Ionizační stavy aminokyselin jako funkce pH

pH

2 12

Kon

cent

race

0 4 6 8 10 14

Obojetná forma Obì skupiny deprotonizovány

Obì skupiny protonizovány

COO

H

NH3

+

R

H+

COO

H

NH3

+

R

+ - COO

H

NH2

R

-

H+

H+

H+

H+

Určení pK1, pK2 a pI alaninu

pI = pK1 + pK2 / 2 (izoelektrický bod, pI = 6, 11 )

pH

2

12

4

6

8

10

0 0,5 1,0 1,5 2,0

Disociované H+ ionty/ molekula

pK1

pI

pK2

HNH3+

CH

CH3

COO + H+-NH3+

CH

CH3

COO

+ H+-NH3+

CH

CH3

COO-NH3+

CH

CH3

COO



amfolity






amfolity




90

Třírozměrná struktura aminokyseliny

L- izomer D- izomer

R

H

C

-COONH3+

R

H

C

-COO NH3+



amfolity






amfolity




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



amfolity






amfolity




Terciární struktura

fibrilární globulární

Bílkoviny

Funkce v organismu

Bílkoviny

Funkce v organismu:

Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin)

Zajišťující pohyb (aktin, myosin)Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...)Ochranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...)Udržování osmotického tlaku a pH krve (albumin)

Bílkoviny

Funkce v organismu:



100

Kolagen

Keratin

Fibroin

Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



Hemoglobin

Aktin

Myosin

Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



Bílkoviny

Funkce v organismu:



110

Struktura bílkovinPrimární - lineární pořadí aminokyselin v řetězci (N-konec .... C-konec) - určuje chemické vlastnosti bílkovin

Sekundární - prostorové uspořádání části řetězce - alfa šroubovice, struktura skládaného listu, otočka, neuspořádaná struktura

Terciární - trojrozměrné uspořádání celého peptidového řetězce

Kvartérní - proteinový aglomerát, tvořící funkční bílkovinu - spojeny nekovalentními interakcemi









Sekundární struktura

Beta-skládaný list Alfa-helix









Interakce vedoucí k terciárnímu uspořádání proteinu

3-D









Kvarterní struktura

Molekula hemoglobinu složená ze čtyř podjednotek

120

Biosyntéza bílkovin

Centrální dogma molekulární biologie

Proteosyntéza

Date post:	09-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	thina
View:	38 times
Download:	1 times

Biochemie I 2011/2012

Documents