Biochemický ústav LF MU (H.P.)

Transkript

1 Biochemie 1.část Biochemický ústav LF MU (.P.) 1

2 SACARIDY 2

3 Výskyt Živočišná říše Rostlinná říše fotosyntéza C 2, 2, sluneční energie zelené rostliny VŠEBECNĚ RZŠÍŘENÉ LÁTKY 3

4 Význam ZDRJ ENERGIE glukosa, glykogen, škrob strukturní složka pojivo, membrány nukleové kyseliny rozlišovací funkce (rozpoznávání) cytoplasmatické membrány receptory 4

5 Sacharidy polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketony Rozdělení monosacharidy oligosacharidy : n = 2-10 disacharidy polysacharidy : n > 10 (až tisíce monosacharidových jednotek) 5

6 MNSACARIDY Aldosy C Ketosy C -osa -ulosa Názvy - Počet uhlíků + zakončení (-osa, -ulosa) pentosa hexosa pentulosa hexulosa Běžné názvy - triviální 6

7 Nejjednodušší monosacharidy (triosy) glyceraldehyd dihydroxyaceton C C * C 2 C 2 C C 2 Jeden asymetrický uhlík 1 C* * 7

8 Glyceraldehyd 1 C * 2 enantiomery D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd C C C* * C * C 2 C 2 (- směřuje vpravo ) ( - směřuje vlevo ) 8

9 D - a L - : konfigurace - skupiny na nejvzdálenějším uhlíku od karbonylové skupiny D - glukosa 1 C 2 * C 3 C 4 C 5 6 C 6 * * C * C 2 2 9

10 D - řada cukrů L - řada cukrů dle - skupiny nejvzdálenější od karbonylové skupiny - skupina je vpravo - skupina je vlevo (podle D-glyceraldehydu) (podle L-glyceraldehydu) C C C C C C 2 zrcadlo C C C C C C 2 D-glukosa L-glukosa 10

11 Cyklické formy monosacharidů : pyranosy furanosy Při cyklizaci vzniká nový hydroxyl - poloacetalový (anomerní) hydroxyl na C1 1 C C C C C C C C C C C 2 C 2 Fisherova cyklická forma aworthova projekce Fisherovy projekce projekce D-glukosa β-d-glukopyranosa 11

12 Anomery : poloha - skupiny na anomerním uhlíku (C1) α- anomer β- anomer - skupina - skupina pod rovinu kruhu nad rovinu kruhu α-d-glukopyranosa β-d-glukopyranosa 12

13 xidace monosacharidů oxidace aldehydové skupiny aldonové kyseliny D-glukosa D-glukonová kyselina C C C C C C 2 C C C C C C 2 oxidace primární alkohol.skupiny uronové kyseliny D-glukosa D-glukuronová kyselina detoxikace C C C C C C 13

14 Redukce redukce aldehydové skupiny cukerné alkoholy C C C C C C 2 C 2 C C C C C 2 Esterifikace D-glukosa D-glucitol reakce hydroxylové skupiny sacharidu s kyselinou glukosa-6-fosfát ribosa-5-fosfát glukosa-6-fosfát 14

15 Tvorba glykosidů -glykosidy : oligosacharidy, polysacharidy vazba -glykosidová (reakce anomerního hydroxylu s alkoholickou skupinou) N-glykosidy : nukleosidy vazba N-glykosidová (reakce anomerního hydroxylu s -NR skupinou) 15

16 Významné monosacharidy exosy Glukosa Galaktosa Pentosy Ribosa Deoxyribosa Fruktosa 16

17 D Glukosa nejrozšířenější v přírodě hroznový cukr stavební jednotka škrobu, glykogenu, celulosy C C C C C C 2 koncentrace v krvi 3,3-5,6 mmol/l regulace inzulinem a glukagonem patolog.stav: diabetes mellitus zdroj energie (přednostně mozek,erytrocyty) (Glukopur) součást nitrožilních infuzí 17

18 D - galaktosa C C C C C C 2 epimer glukosy - opačná konfigurace na C-4 vázaná v laktose (disacharid) součást glykoproteinů, glykolipidů D fruktosa C 2 C C C C C 2 ovocný cukr nejrozšířenější ketosa volná - med vázaná - v sacharose (disacharid) 18

19 D - ribosa a D deoxyribosa pentosy stavební jednotky nukleových kyselin C C C C C 2 2C C C C C C 2 ribosa 2-deoxyribosa 19

20 LIGSACARIDY 2-10 jednotek Vazba glykosidová Např.: α-1,4 nebo β-1,4 α-, β- : podle konfigurace anomerního hydroxylu vstupujícího do vazby 1,4 : číslice značí polohu uhlíkových atomů vstupujících do vazby 20

21 DISACARIDY 2 monosacharidy spojené glykosidovou vazbou -glykosidy Nejvýznamnější oligosacharidy Maltosa Laktosa Sacharosa Cellobiosa 21

22 Maltosa sladový cukr slad, enzymatická hydrolýza škrobu ve střevě 2 molekuly glukosy, α-1,4 glykosidová vazba α - maltosa 22

23 Laktosa mléčný cukr galaktosa a glukosa, β-1,4 glykosidová vazba mléko : kravské 4-6 % ženské 6 % menší sladivost než sacharosa α - laktosa 23

24 Sacharosa cukr řepný, třtinový glukosa a fruktosa, β 2,1 glykosidická vazba konzumace - krystalická forma 24

25 Cellobiosa stavební jednotka celulosy 2 molekuly glukosy, β-1,4 glykosidová vazba β - cellobiosa 25

26 PLYSACARIDY až tisíce monosacharidových jednotek glykosidová vazba : α - glykosidová vazba 1 4 a 1 6 β - glykosidová vazba řetězce lineární (bez větvení) i rozvětvené nerozpustné ve vodě, koloidní roztoky nejsou sladké 26

27 Významné polysacharidy omopolysacharidy Škrob Glykogen Celulosa Inulin eteropolysacharidy Příklady: Chondroitinsulfát eparin Agar emicelulosy Pektiny 27

28 Škrob zásobní látka rostlin brambory, obiloviny, banány, rýže, těstoviny pudinkový prášek ve vodě koloidní roztok glukosové jednotky směs amylosy (10-20%) a amylopektinu (80-90%) nejvýznamnější zdroj sacharidů pro člověka 28

29 Složení škrobu Amylosa Amylopektin 20 % škrobu 80 % škrobu α-1,4 glykosidová vazba α-1,4 a α-1,6 glykosid.vazba řetězec nevětvený řetězec větvený rozpustná ve vodě nerozpustná ve vodě 1 α α 29

30 Glykogen zásobní látka v lidském organismu (játra, sval) živočišný škrob vznik - syntéza ze sacharidů přijatých potravou glukosové jednotky struktura podobná amylopektinu řetězec větvený: α-1,4 vazby a α-1,6 vazby větvení významný zdroj glukosy energie krátkodobé hladovění 30

31 Celulosa stavební rostlinný polysacharid glukosové jednotky, β-1,4 glykosidová vazba řetězec nevětvený, lineární tvar stavební jednotka cellobiosa (disacharid) nerozpustná ve vodě nestravitelná pro člověka vláknina potravy zdroj celulosy zelenina, ovoce, celozrné pečivo lékařství- obvazová vata, buničitá vata, práškovitá forma C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 31

32 Vláknina Nerozpustná Rozpustná celulosa, hemicelulosa, lignin obilniny, zelenina, ovoce podporují peristaltiku střeva pektiny složka mezibuněčných vrstev vyšších rostlin (jablka,brambory) ve vodě-koloidní,viskozní roztoky za chladu viskozní roztoky přechází na gely (džemy) ze střevního obsahu váží toxické kovové ionty 32

33 Význam vlákniny podporuje peristaltiku tlustého střeva přispívá k vylučování žlučových kyselin zpomaluje absorpci požitých monosacharidů vztah obsahu vlákniny v potravě a výskytu kolorektálního karcinomu 33

34 LIPIDY 34

35 Původ Rostlinný Živočišný Přirozené látky eterogenní skupina látek 35

36 zdroj energie tukové buňky strukturní funkce Funkce biologické membrány ochranná funkce tepelná izolace - tuková tkáň neurony - myelinová pochva zdroj esenciálních mastných kyselin 36

37 ! Lipidy»» mastná kyselina + alkohol Ester mastné kyseliny a alkoholu Amid mastné kyseliny a aminoalkoholu 37

38 Rozdělení lipidů Jednoduché Složené mastná mastná další alkohol alkohol kyselina kyselina složka Acylglyceroly Fosfolipidy Vosky Glykolipidy 38

39 Mastné kyseliny jako složka lipidů Fatty acids - FA alifatické monokarboxylové sudý počet uhlíků hlavní výskyt - v přirozených tucích a olejích 39

40 Rozdělení mastných kyselin nasycené - SAFA (saturated fatty acid) nenasycené mononenasycené - MUFA polynenasycené - PUFA (monounsaturated fatty acid) (polyunsaturated fatty acid) 40

41 Názvosloví mastných kyselin Systematické názvy 18 : 3 (9,12,15) poloha dvojných vazeb počet dvojných vazeb počet uhlíků C - Triviální názvy 41

42 18 : 3 (9,12,15) Řada n C - n n-3 18 :2 (9,12) Řada n-6 42

43 Nasycené mastné kyseliny zkrácený zápis triviální název výskyt 4:0 máselná mléčný tuk 6:0 kapronová mléčný tuk 16:0 palmitová většina tuků 18:0 stearová většina tuků C Kyselina stearová 43

44 Nenasycené mastné kyseliny zkrácený zápis řada triv. název výskyt 18:1(9) n-9 olejová rostl.oleje olivový 18:2(9,12) n-6 linolová rostl.oleje slunečnicový 18:3(9,12,15) n-3 α linolenová rybí tuk 20:4(5,8,11,14) n-6 arachidonová fosfolipidy C Arachidonová kyselina 44

45 Konfigurace na dvojných vazbách cis Přirozené mastné kyseliny 45

46 cis trans Přirozené MK. Vznik při ztužování tuků C Nepříznivé účinky C Uspořádání molekul v membránách Ztužené pokrmové tuky a výrobky z těchto tuků (dle způsobu výroby)!!! Přirozený výskyt: Podkožní tuk přežvýkavců Máslo 46

47 Mastné kyseliny v organismu výskyt vázané - lipidy volné - krevní plasma 47

48 zdroj mastných kyselin pro lidský organismus PTRAVA SYNTÉZA V RGANISMU 48

49 ! biosyntéza - ne všechny MK esenciální mastné kyseliny linolová kyselina α-linolenová kyselina 49

50 Esenciální MK Zdroj: rostlinné oleje slunečnicový rybí tuky Význam: biosyntéza fyziologicky účinných látek (ikosanoidů) Nedostatek snížená odolnost k infekci 50

51 Alkoholy jako složka lipidů Glycerol MK C 2 C MK Vazba esterová C 2 MK Sfingosin 18 C aminoalkohol N 2 MK Vazba amidová Vyšší primární alkohol Vazba esterová mastné alkoholy, sudý počet uhlíků (n > 10) 51

52 Jednoduché lipidy estery mastných kyselin a alkoholu Acylglyceroly Vosky estery MK a glycerolu estery MK a mastných alkoholů C 2 C C C C 2 C triacylglyceroly (lanolin, včelí vosk) palmitová, stearová, olejová kys. rozdělení: tuky a oleje 52

53 Tuky leje vyšší obsah vyšší obsah nasycených MK nenasycených MK pevné konzistence tekuté konzistence sádlo olivový olej máslo slunečnicový olej ztužené tuky rybí oleje 53

54 ydrolýza triacylglycerolů v organismu: enzymy - lipasy triacylglycerol glycerol + MK in vitro - hydrolýza v alkalickém/kyselém prostředí zmýdelnění 54

55 Zmýdelnění hydrolýza v alkalickém prostředí tuk + Na glycerol + mýdlo triacylglycerol sůl mastné kyseliny! MÝDL - tenzid (snižuje povrchové napětí) 55

56 Tenzidy Polárně nepolární charakter: polární skupina: nepolární část: aniontová, kationtová amfoterní, neiontová alkylový řetězec, uhlovodíkový cyklický skelet Struktura tenzidu: 56

57 Chování tenzidu Na fázovém rozhraní Ve vodě Vzduch voda Snižuje povrchové napětí na fázovém rozhraní micela 57

58 Tenzidy jako emulgátory protřepání stání lej + voda hrubá emulze olej + voda lej + voda + tenzid stabilizovaná emulze stabilizovaná emulze Emulgační efekt: stabilizace emulze Emulze typu olej ve vodě o/v (př.mléko) Emulze typu voda v oleji v/o (př.máslo) V organismu: emulgace tuků v tenkém střevě tenzid - žlučové kyseliny - vyšší mastné kyseliny tuk 58

59 Tenzidy při trávení tuků Tenzid Žlučové kyseliny 2-Acylglycerol Anionty MK Fosfolipidy Typ aniontový neiontový aniontový amfoterní 59

60 Mýdlo sodná sůl vyšší mastné kyseliny RCNa TENZID Výroba mýdla: alkalická hydrolýza tuků Vlastnosti mýdla: Chování mýdla v tvrdé vodě : vznik vápenaté soli vyšší mastné kyseliny Chování roztoku mýdla ve vodě : koloidní roztok (pěna) alkalická reakce Disociace : RCNa RC- + Na+ ydrolýza : RC RC

61 Ztužování hydrogenace dvojných vazeb nenasycených MK oleje ztužený pokrmový tuk trans - MK? (dle způsobu výroby) 61

62 Žluknutí tuky s nenasycenými MK soubor reakcí oxidačního štěpení dvojných vazeb MK ( peroxidace lipidů) přítomnost 2, světla, vlhkosti, mikroorganismů, 2 tepla nepříjemný pach a chuť! potraviny uchovávat v temnu, chladu, omezený přístup vzduchu, je vhodný přídavek antioxidantů (tokoferol) 62

63 Sádlo Máslo relativně stabilní bezvodý tuk vyšší MK (C18) hůře stravitelné nejsou vitamíny cholesterol rychle žlukne asi 20% vody nižší MK (C4-C12) lehce stravitelné vitamíny A, E, D cholesterol 63

64 Tuky ve výživě zvýšit spotřebu rostlinných olejů (nenasycené MK) zvýšit podíl rybích tuků omezit spotřebu sádla (cholesterol!) PZR na skryté tuky : paštiky, ořechy, sýry, smažené potraviny, mražené dorty, nanuky studená kuchyně VDNÉ - rostl. oleje slunečnicový, olivový! fritování, smažení NEVDNÉ - slunečnicový olej VDNÉ - ztužené pokrmové tuky oleje s vyšší oxidační stabilitou (olejová, palmitová kyselina) olivový olej (olejová kyselina) 64

65 Složené lipidy mastná kyselina alkohol další složky fosfolipidy glykolipidy 65

66 Fosfolipidy mastná kyselina alkohol další složky glycerol kyselina fosforečná sfingosin dusíkatá sloučenina Glycerolfosfolipidy Sfingofosfolipidy 66

67 Glycerolfosfolipidy esterová vazba mastná kyselina mastná kyselina glycerol kyselina fosforečná esterová vazba cholin serin inositol Lecitin (fosfatidylcholin) C2 C R 1 buněčné membrány R 2 C C přirozený tenzid C 2 P - C 2 C 2 N + (C 3 ) 3 67

68 Sfingofosfolipidy kys.fosforečná - cholin amidová vazba sfingosin mastná kyselina Sfingomyelin plasmat.membrány myelinová pochva neuronů N C 3 P C 2 C 2 N C 3 C 3 68

69 Glykolipidy mastná kyselina alkohol další složky sacharidová složka sfingosin sacharidová složka Amidová vazba mastná kyselina sfingosin cytoplasmatické membrány neurony erytrocytární membrány 69

70 Steroidy hydrofobní fyzikálně - chemické vlastnosti podobné lipidům živočišný steroid - cholesterol prekursor dalších živočišných steroidů C D Kruh - steran A B 70

71 Cholesterol Struktura: 27 C 17 Cyklický skelet Alkoholová skupina na C-3 Dvojná vazba smiuhlíkatý řetězec na C Výskyt v organismu: volný nebo esterifikovaný 71

72 Význam cholesterolu pro organismus biologické membrány výchozí látka pro biosyntézu: žlučové kyseliny steroidní hormony vitamin D 3 (kalciol) 72

73 Jaké jsou zdroje cholesterolu pro lidský organismus? PTRAVA SYNTÉZA V RGANISMU 73

74 Cholesterol v lidském organismu hodnota v séru : 3,8-5,2 mmol/l závislost na věku (dle W) transport cholesterolu v lipoproteinech riziko kardiovaskulárních onemocnění stanovení celkového cholesterolu Chol, (DL-Chol, LDL-Chol) 74

75 Lipoproteiny : obal - proteiny (apoproteiny) cholesterol (CL) fosfolipidy (PL) jádro - triacylglyceroly (TG) estery cholesterolu (CE) 75

76 Typy lipoproteinů a jejich význam chylomikrony - transport lipidů z potravy VLDL - lipoproteiny o velmi nízké hustotě - transport lipidů z jater LDL - lipoproteiny o nízké hustotě - transport cholesterolu do tkání DL - lipoproteiny o vysoké hustotě - transport cholesterolu ze tkání 76

77 Cholesterol a riziko kardiovaskulárních onemocnění zvýšený cholesterol v plasmě Stanovení podílu cholesterolu ve frakcích LDL a DL LDL-cholesterol: je mírou aterogenní hypercholesterolemie zvýšený LDL-cholesterol riziko DL-cholesterol: zvýšený DL-cholesterol dobrá schopnost organismu vyloučit nežádoucí nadbytek cholesterolu 77

78 Další steroidy Žlučové kyseliny Kalcioly Steroidní hormony 78

79 Žlučové kyseliny 24C Příklady: cholová kyselina chenodeoxycholová deoxycholová kyselina litocholová kyselina Cholová kyselina vznik v játrech (primární žlučové kyseliny) součást žluči emulgátory při trávení lipidů (aniontové tenzidy) 79

80 Kalcioly Kalcioly = vitaminy D 27C není steranový skelet, kruh B rozštěpen Příklady: cholekalciferol (kalciol,vitamin D 3 ) ergokalciferol (erkalciol, vitamin D 2 ) 2 Cholekalciferol člověk: vznik cholekalciferolu - v kůži (UV paprsky) z provitaminu D (7-dehydrocholesterolu) rostliny: vznik ergokalciferolu ozářením ergosterolu Zdroje kalciolů: dostatek slunečního záření potrava rybí oleje, máslo, žloutek, mléko 80

81 Steroidní hormony Kortikoidy hormony kůry nadledvin glukokortikoidy (kortisol) mineralokortikoidy (aldosteron) Pohlavní hormony mužské: androgeny (testosteron) ženské: estrogeny (estradiol) gestageny (progesteron) 81