Biochemie I 2011/2012. Makromolekuly buňky. Makromolekuly buňky. Cukry. Ketotriosa a aldotriosy. Stereoizomerie cukrů. Cukry Tuky Bílkoviny

Transkript

1 Biochemie I 0/0 Makromolekuly buňky Makromolekuly buňky ukry Tuky František Škanta Makromolekuly buňky ukry Tuky ukry Jsou sladké Přehled strukturních forem sacharidů Monosacharidy Disacharidy Polysacharidy Ketotriosa a aldotriosy Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery

2 D a L izomery zrcadlo Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery = zrcadlové obrazy (enantiomery) významné jsou Dmonosacharidy Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery Epimery = izomery cukrů lišící se polohou pouze jedné skupiny Man = epimer Glc Gal = 4epimer Glc Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery 0

3 α a β anomery βdglc Stereoizomerie cukrů D a L izomery Epimery α a β anomery pouze cyklické formy α/β = anomerní (poloacetalová) hydroxylová skupina při rozpouštění cukru ve vodě se ustanovuje rovnováha mezi anomery = mutarotace (optická otáčivost anomerů se liší) αdglc V roztoku převládají monosacharidy cukrů v cyklické formě. Aldehydy tvoří poloacetalové, ketony poloketalové. Stereoizomerie cukrů Furan Pyran D a L izomery Epimery α a β anomery DAldosy se třemi až šesti uhlíky Monosacharidy 3 DGlyceraldehyd 3 4 DErythrosa DThreosa

4 3 4 DErythrosa 3 4 DThreosa DRibosa DArabinosa 5 DXylosa DLyxosa DRibosa DArabinosa DXylosa DLyxosa DAllosa DAltrosa DGlukosa DMannosa DGulosa DIdosa DGalaktosa DTalosa DKetosy se třemi až šesti uhlíky 3 Dihydroxyaceton 3 4 Disacharidy DErythrulosa DRibulosa DXylulosa DPsikosa DFruktosa DSorbosa DTagatosa

5 Syntéza kondenzace Volný anomerní (= poloacetalový) hydroxyl redukční účinky Štěpení hydrolýza αglc( 4)Glc βgal( 4)Glc αglc( )β Fru Polysacharidy omopolysacharidy eteropolysacharidy Polysacharidy omopolysacharidy eteropolysacharidy Zásobní polysacharidy Uspořádání celulosy v buněčných stěnách rostlin hitin je polymer Nacetylglukosaminu 30

6 Polysacharidy omopolysacharidy eteropolysacharidy Polysacharidy omopolysacharidy eteropolysacharidy Agarósa a agar Glykosaminoglykany Glykosaminoglykany aniontové polysacharidy S 3 N 3 hondroitin6sulfát S 3 N 3 Keratansulfát S 3 S 3 NS 3 eparin eteroglykosidy S 3 Dermatansulfát N 3 yaluronát N 3 pakující se disacharidové jednotky obsahující glukosamin nebo galaktosamin. Vazbou na proteiny tvoří proteoglykany.

7 Pektiny 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) 300 až 000 jednotek kyseliny galakturonové a jejího methylesteru spojených vazbou α 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) 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 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) 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)

8 βmerkaptoethylamin ukr jako složka jiných biomolekul Báze Báze Báze Báze P P DNA Báze Báze P Glykoproteiny Glykosidové vazby mezi proteiny a sacharidy. Vazby přes Asn (Nglykosidy), vazby přes Thr nebo Ser (glykosidy). GlcNAc = Nacetylglukosamin. S Reaktivní skupina N N 3 3 P P N N N N N P P RNA P N Asn N Ser N Pantothenát Koenzym A N 3 N 3 Nvázaný GlcNAc vázaný GalNAc becně: Nglykosylace začíná v ER a pokračuje v Golgiho komplexu. Glykosylace probíhá pouze v Golgiho komplexu. Makromolekuly buňky Makromolekuly buňky ukry Tuky ukry Tuky Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní

9 Tuky Syntéza triacylglycerolu Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní 50 Značení uhlíkových atomů mastných kyselin STRUKTURA LIPIDŮ 3 β ω 3 n α Mastné kyseliny nositelky hydrofobních vlastností Mastné kyseliny Palmitát (ionizovaná forma kyseliny palmitové) leát (ionizovaná forma kyseliny olejové)

10 Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní Tuky Látky extrahovatelné organickými rozpouštědly Estery vyšších MK a alkoholu (glycerol aj.) Esterifikace Zásobní Strukturní Tři typy membránových lipidů Fosfolipidy Glykolipidy holesterol 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.

11 Schematická struktura fosfolipidu Alkoholy, které se váží esterovou vazbou na fosfatidát Mastná kyselina Mastná kyselina G l y c e r o l Fosfát Alkohol N 3 N 3 N Serin Ethanolamin holin Glycerol Inositol 60 Struktura sfingosinu a sfingomyelinu Glykolipidy sacharidy obsahující lipidy 3 ( ) R Sfingosin N P Sfingomyelin 3 N N Glykolipidy jsou odvozeny od sfingosinu, jehož aminoskupina je acylována jako ve sfingomyelinu mastnou kyselinou. Na rozdíl od sfingomyelinu je na hydroxylu sfingosinu vázán sacharid. Mastná kyselina 3 ( ) R N erebrosid (glykolipid) ukerná jednotka Glukosa nebo galaktosa holesterol holesterol je lipid na bázi steroidního skeletu steranu. V membránách je cholesterol orientován rovnoběžně se řetězci mastných kyselin. Je až 5 % součástí membránových lipidů nervových buněk, ale je nepřítomen v intracelulárních membránách. holesterol neobsahují prokaryotní membrány. Funkce v organismu holesterol

12 Funkce v organismu Funkce v organismu Struktura membrán (fosfolipidy) Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) Vitaminy, hormony, signální molekuly Žlučové kyseliny (emulgace tuků) Struktura membrán (fosfolipidy) Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) Vitaminy, hormony, signální molekuly Žlučové kyseliny (emulgace tuků) Strukturní lipidy v plasmatické membráně savčí buňky Propustnost membrán Které typy molekul mohou procházet volně přes membránu? A které ne? Funkce v organismu Struktura membrán (fosfolipidy) Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) Vitaminy, hormony, signální molekuly Žlučové kyseliny (emulgace tuků) 70

13 Funkce v organismu Funkce v organismu Struktura membrán (fosfolipidy) Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) Vitaminy, hormony, signální molekuly Žlučové kyseliny (emulgace tuků) Struktura membrán (fosfolipidy) Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) Vitaminy, hormony, signální molekuly Žlučové kyseliny (emulgace tuků) Makromolekuly buňky Makromolekuly buňky ukry Tuky ukry Tuky Základní struktura αaminokyselin. R Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) 3 N hemické a fyzikální vlastnosti

14 Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti Rozdělení aminokyselin podle vlastností vedlejšího řetězce Nepolární řetězec glycin, alanin, valin, leucin, izoleucin, prolin, fenylalanin. Polární řetězec, S, N nebo heterocyklus tyrosin, tryptofan, serin, threonin, cystein, methionin, asparagin a glutamin Kyselé dikarboxylové kyselina asparagová a glutamová. Zásadité více než jedna aminová skupina lysin, arginin, histidin Rozdělení aminokyselin podle funkce v metabolismu Esenciální aminokyseliny aminokyseliny s rozvětvenými řetězci valin, leucin, izoleucin, methionin aminokyseliny s aromatickým cyklem tryptofan, fenylalanin, tyrosin Glukogenní a ketogenní aminokyseliny Glukogenní (vznik glukózy) alanin, asparagová k. asparagin, glutamová k., glutamin a prolin Ketogenní (vznik MK) leucin Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti 80 Peptidická vazba Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) R 3 N R 3 N R 3 N N R hemické a fyzikální vlastnosti 3 3 Peptidová vazba 3 N N N N N Tyr Gly Gly Phe Leu Aminoskupina Karboxyl Nkonec konec

15 Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti hemické a fyzikální vlastnosti Ionizační stavy aminokyselin jako funkce p Určení pk, pk a pi alaninu pi = pk pk / (izoelektrický bod, pi = 6, ) R R R 3 N 3 N 3 N 3 N N 0 pk bojetná forma bě skupiny deprotonizovány p 6 pi Koncentrace bě skupiny protonizovány 4 pk 3 N N p 0 0,5,0,5,0 Disociované ionty/ molekula Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti hemické a fyzikální vlastnosti 90

16 Třírozměrná struktura aminokyseliny Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) α R R α hemické a fyzikální vlastnosti N 3 N 3 Lizomer Dizomer Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti Aromatické aminokyseliny absorbují světlo v UV oblasti 3 N Fenylalanin (Phe, F) 3 N Tyrosin (Tyr, Y) N 3 N Tryptofan (Trp, W) Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) Stavební jednotka aminokyseliny (0) Kondenzace (trans amidická vazba) hemické a fyzikální vlastnosti hemické a fyzikální vlastnosti

17 Terciární struktura Funkce v organismu fibrilární globulární Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) 00 Funkce v organismu: Keratin Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Kolagen Fibroin

18 Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) emoglobin Funkce v organismu: Aktin Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Myosin Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin)

19 Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) Funkce v organismu: Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) chranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) Udržování osmotického tlaku a p krve (albumin) 0 Struktura bílkovin Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Struktura bílkovin Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Struktura bílkovin Sekundární struktura Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Betaskládaný list Alfahelix

20 Struktura bílkovin Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Struktura bílkovin Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Interakce vedoucí k terciárnímu uspořádání proteinu Struktura bílkovin Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... konec) určuje chemické vlastnosti bílkovin 3D 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 Struktura bílkovin Kvarterní struktura Primární lineární pořadí aminokyselin v řetězci (Nkonec... 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 Molekula hemoglobinu složená ze čtyř podjednotek 0

21 Biosyntéza bílkovin entrální dogma molekulární biologie Proteosyntéza