Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany Ivo Frébort
Polysacharidy Funkce: uchovávání energie, struktura, rozpoznání a signalizace Homopolysacharidy a heteropolysacharidy Zásobní molekuly - škrob a glykogen Strukturní molekuly - chitin and celulosa Polysacharidy vyskytující se na povrchu buňky slouží jako rozpoznávací molekuly
Škrob Rostlinný zásobní polysacharid Dvě formy: amylosa and amylopektin Obvykle 10-30% amylosa a 70-90% amylopektin Amylosa: a-1,4 glykosidické vazby, redukující konec Větvení: a-1,6 - amylopektin 1 x 12-30 jednotek Amylosa je špatně rozpustná ve vodě, ale tvoří micelární suspenzi helikální struktura Amylosa vytváří modré zbarvení s jódem, amylopektin fialové
Struktura škrobu
Vazba jódu na amylosu
Význam větvené struktury amylopektinu Rychlost fosforylace Fosforylasa uvolňuje glukosa-1-fosfát z konce řetězce amylosy nebo amylopektinu Čím více větvení, tím více míst pro fosforylaci Větvení umožňuje rychlé uvolnění (nebo uložení) glukosových jednotek využívaných v metabolismu
Fosforylace škrobu
Glykogen Zásobní polysacharid u živočichů Glykogen tvoří až 10% hmoty jater a 1-2% hmoty svalu Glykogen je zásobárna energie pro organismus Rozdíl od škrobu: častější počet větvení Vazby a-1,6, větvení 1 x 8-12 jednotek Glykogen dává s jódem červenofialové zbarvení
Dextrany Malé, ale významné rozdíly od škrobu a glykogenu Dextrany - hlavní řetězec vázán vazbami a-1,6 Větvení 1,2, 1,3 nebo (1,4) Dextrany jsou tvořeny bakteriemi a jsou např. součástí zubního plaku Zesíťované dextrany jsou pouřívány jako "Sephadex" gely v chromatografii Tyto gely mohou pojmout až 98% vody
Struktura dextranů
Strukturní polysacharidy Složení podobné zásobním polysacharidům, ale malé změny ve struktuře způsobují velké změny vlastností Celulosa je nejrozšířenější přírodní polymer na Zemi Hlavní stavební složka stromů a rostlin Celulosa může tvořit také jemnou vláknitou strukturu bavlna b-1,4 vazby způsobují zásadní rozdíly ve fyzikálních vlastnostech oproti zásobním polysacharidů
a-1,4 a b-1,4 glykosidické vazby
Struktura celulosy
Další strukturní polysacharidy Chitin - exoskeletony korýšů, hmyzu a pavouků, buněčná stěna hub podobný celulose, ale na C-2 N-acetyl celulosová vlákna paralelní, chitin má vlákna buď paralelní nebo antiparalelní Algináty polymery vážící Ca v řasách Agarosa and agaropektin - galaktosové polymery Glykosaminoglykany opakující se disacharidy a aminosacharidy
Strukturní polysacharidy
Algináty
Agarosa
Strukturní změny agarosy v závislosti na teplotě
Polysacharidy buněčného povrchu Povrch živočišné buňky obsahuje velké množství různých glykoproteinů a proteoglykanů Tyto polysacharidy regulují mezibuněčnou signalizaci a interakci Jedinečnost "informace" uložené v těchto strukturách je zajištěna substrátovou specificitou enzymů, které tyto polysacharidy syntetizují
Glykosylace proteinů O-vázané sacharidy tvoří vazby s hydroxylovou skupinou serinu, threoninu nebo hydroxylysinu - vznikají v Golgiho aparátu, 4-6 sacharidových jednotek N-vázané sacharidy tvoří vazby s amidovým dusíkem asparaginu - komplexní skupina, založeny na společném oligosacharidu vytvořeném v endoplasmatickém retikulu ER, dále modifikovány v Golgiho aparátu Sacharidy se vážou na membránové proteiny a proteiny vylučované z buňky
Glykoproteiny buněčného povrchu Rozvětvené struktury sacharidů slouží jako rozpoznávací element při protein-protein interakci Protože pořadí sacharidových jednotek je důležité, jsou jednotlivé jednotky navazovány glykosyltransferasami, které jsou specifické na předchozí sacharidový řetězec Sekvence má podobný význam jako sekvence aminokyselin v proteinech nebo nukleotidů v DNA/RNA
Sacharidové jednotky vyskytující se v glykoproteinech
Sacharidové jednotky vyskytující se v glykoproteinech
Glykosylace proteinů
Sacharidové struktury N-glykosylovaných proteinů
Specifická tvorba glykoproteinu N-acetylgalaktosamin GTP N-acetylneuraminová kyselina (NANA) galaktosa CTP specifická glykosyltransferasa ATP jiná specifická glykosyltransferasa další specifická glykosyltransferasa OH O O O CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 H N Ser H C C O C H C H C H
Rozpoznání krevních skupin je založeno na sekvenci sacharidů typ 0 OH fukosa protein povrchu erythrocytu typ A galaktosa N-acetylglukosamin (GlcNAc) galaktosa glukosa Specifický enzym N-acetylgalaktosamin (GalNAc) typ B Stejné jako typ 0 galaktosa Specifický enzym
Kartáčové struktury O-glykoproteinových polysacharidů
Příklady sacharidové složky N-glykoproteinů
Rozpoznání proteinů krevní plasmy pro degradaci v játrech
Proteoglykany Glykoproteiny, jejichž sacharidy jsou tvořeny glykosaminoglykany Složky buněčné membrány a glykokalyxu Proteiny s 1-2 typy glykosaminoglykanu Příklad: syndekan - transmembránový protein vnitřní doména interaguje s cytoskeletonem, vnější s fibronektinem
Funkce proteoglykanů Modulace růstových procesů buňky - vazba proteinových růstových regulátorů na proteoglykany v glykokalyxu udržuje rezervoár růstových faktorů na povrchu buňky Spojovací tkáně živočichů - chondroitin, heparan, dermatan a keratan sulfát - proteoglykany chrupavky kloubů absorbují velké množství vody - během pohybu kloubu je chrupavka stlačována a uvolňuje vodu
Glykosaminoglykany
Proteoglykany
Síť proteinů a polysacharidů na povrchu živočišné buňky ve spojovacích tkáních
Kloubová chrupavka