2016. Makromolekuly buňky. František Škanta

Biochemie I 2015/2016 Makromolekuly buňky František Škanta

Makromolekuly buňky •Cukry •Tuky •Bílkoviny


Cukry Jsou sladké Přehled strukturních forem sacharidů Monosacharidy Oligosacharidy Polysacharidy

Ketotriosa a aldotriosy

Stereoizomerie cukrů D- a L- izomery Epimery α a β anomery


D- a L- izomery = zrcadlové obrazy (enantiomery) významné jsou D-monosacharidy

zrcadlo



Epimery = izomery cukrů lišící se polohou pouze jedné –OH skupiny

Man = 2-epimer Glc Gal = 4-epimer Glc

10



α a β anomery

β-D-Glc

pouze cyklické formy α-/β-OH = anomerní (poloacetalová) hydroxylová skupina

α-D-Glc

• při rozpouštění cukru ve vodě se ustanovuje

rovnováha mezi anomery = mutarotace (optická otáčivost anomerů se liší)

V roztoku převládají monosacharidy cukrů v cyklické formě. Aldehydy tvoří poloacetalové, ketony poloketalové.

O

O

Furan

Pyran


Monosacharidy

D-Aldosy – se třemi až šesti uhlíky 1 2 3

CHO H

C

OH

CH2OH D-Glyceraldehyd

CHO

1

CHO

2

H

C

OH

HO

C

H

3

H

C

OH

H

C

OH

4

CH2OH

CH2OH

D-Erythrosa

D-Threosa

CHO

1 2

H

C

OH

3

H

C

OH

4

CH2OH D-Erythrosa

CHO

1

CHO

2

H

C

OH

HO

C

H

3

H

C

OH

H

C

OH

4

H

C

OH

H

C

OH

5

CH2OH D-Ribosa

CH2OH D-Arabinosa

1

CHO

2 HO

C

H

3

C

OH

4

H

CH2OH D-Threosa

CHO

1

CHO

H

C

OH

HO

C

H

3 HO

C

H

HO

C

H

4

C

OH

H

C

OH

2

5

H

CH2OH D-Xylosa

CH2OH D-Lyxosa

20

CHO

1

CHO

2

H

C

OH

HO

C

H

3

H

C

OH

H

C

OH

4

H

C

OH

H

C

OH

5

CH2OH

CH2OH

D-Ribosa

D-Arabinosa

CHO

1

CHO

CHO

CHO

2

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

HO

C

H

3

H

C

OH

H

C

OH

HO

C

H

HO

C

H

4

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

5

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

6

CH2OH D-Allosa

CH2OH D-Altrosa

CH2OH

CH2OH

D-Glukosa

D-Mannosa

CHO

1

CHO

H

C

OH

HO

C

H

3 HO

C

H

HO

C

H

4

C

OH

H

C

OH

2

5

H

CH2OH

CH2OH

D-Xylosa CHO

1

CHO

2

H

C

OH

3

H

C

H

4 HO

C

5

C

6

D-Lyxosa

H

CHO

HO

C

H

H

C

OH

HO

OH

H

CH2OH D-Gulosa

CHO

H

C

OH

HO

C

H

OH

HO

C

H

HO

C

H

C

H

HO

C

H

HO

C

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

CH2OH D-Idosa

CH2OH D-Galaktosa

CH2OH D-Talosa

D-Ketosy se třemi až šesti uhlíky 1 O

CH2OH

2

C

3

CH2OH Dihydroxyaceton

1 O 2 3

C H

4

C

CH2OH OH

CH2OH D-Erythrulosa

1 O C

2

CH2OH

O C

3

H

C

OH

HO

C

H

4

H

C

OH

H

C

OH

5

CH2OH

CH2OH

D-Ribulosa

D-Xylulosa

1 O 2

C

CH2OH

O C

CH2OH

CH2OH

O C

CH2OH

OH

HO

C

H

OH

HO

C

H

HO

C

H

OH

H

C

OH

H

C

OH

C

OH

HO

C

H

4

H

C

OH

H

C

5

H

C

OH

H

C

D-Psikosa

C C

H

CH2OH

O

H

3

6

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

D-Fruktosa

D-Sorbosa

D-Tagatosa

Oligosacharidy

Volný anomerní (= poloacetalový) hydroxyl ⇒ redukční účinky

α-Glc(1→4)Glc

β-Gal(1→4)Glc

α-Glc(1→2)β- Fru

Lipopolysacharid

Polysacharidy Homopolysacharidy Heteropolysacharidy


Zásobní polysacharidy

Uspořádání celulosy v buněčných stěnách rostlin

Chitin je polymer N-acetylglukosaminu

30



Glykosaminoglykany

Glykosaminoglykany – aniontové polysacharidy COO

-

-

O

O

CH2 OSO3 OH

O

-

CH2 OSO3

CH2OH

O

OH

O

O

OH O

O OH Chondroitin-6-sulfát

-

COO OH O

NH COCH3

-

COO OH

O

O

SO 3 CH2OH O

O

O

O O

OH

-

OSO 3

Keratansulfát

-

O

O

OH

OH

NH COCH3

-

CH2 OSO3

Heparin

COO O

-

O

O

CH2OH OH

O

O

OH

OH Dermatansulfát

NH COCH3

O

OH

NH COCH3

Hyaluronát

Opakující se disacharidové jednotky obsahující glukosamin nebo galaktosamin. Vazbou na proteiny tvoří proteoglykany.

O NH SO 3

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)

Báze

Báze

Cukr jako složka jiných biomolekul

Báze H

H

O

5´

O 3´

+

P

O

O

5´

O 3´

O - O

O

N

NH

O

NH

P

HS

O O

β -Merkaptoethylamin

O

H 3C

Pantothenát

Koenzym A

O

CH3

O O

N O

O

O

H

H

OH

OH

H

+

O

O - O

Báze

N

H

N

5´

H

OH

OH O

O O 3´

+

P

O

5´

O 3´

+

P O - O

RNA

H

P

O 3´ P

Báze

O - O

NH2

Reaktivní skupina OH

5´

O - O

OH

H

O

DNA

O

-

+

P

Báze

-

H

O

O

O

5´

O 3´

+

P O - O

O

Glykoproteiny Glykosidové vazby mezi proteiny a sacharidy. Vazby přes Asn (N-glykosidy), vazby přes Thr nebo Ser (O-glykosidy). GlcNAc = N-acetylglukosamin. Asn O

Ser H N

C

O

C

C

H

H2C C CH2OH

H N

C O HOH2C

HN O

O

HO

OH

H

H2C O

OH

HO HN C

CH3

O

N-vázaný GlcNAc

HN C

CH3

O

O-vázaný GalNAc

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

β

H3C

ω

H2 C 3 C H2

n

O 2

C H2

C 1

-

O

-

α

o hlavní složky fosfolipidů, sfingolipidů a glykolipidů o 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, oleje Složené lipidy – struktura membrán

Membránové lipidy

Lipidové složky biomembrán 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

Fosfolipidy

Fosfolipidy Hlavní složka biologických membrán

Např. fosfatidylcholine (lecithin)

Alkoholy, které se váží esterovou vazbou na fosfatidát -

OOC

HO

H C

C H2

H2 C

HO

+ NH3

C H2

Serin

H2 C

HO

+ NH3

C H2

Ethanolamin

HO

H

H OH

C H2

OH

HO

C

OH C H2

Glycerol

HO H

CH3

Cholin H

HO

N

H

OH OH

H H

Inositol

+

CH3 CH3

Sfingolipidy

Sfingolipidy fosfolipidy odvozené od sfingosinu

Sfingomyelin – jediný fosfolipid v membránách, který není derivátem glycerolu

Glykolipidy

Glykolipidy

glykosphingolipidy

galactocerebrosid

GM1 gangliosid

Cholesterol

Cholesterol

Struktura membrán

Strukturní lipidy v plasmatické membráně savčí buňky

Transversální asymetrie lipidů

- Složení jednotlivých stran dvojvrstvy je velmi odlišné - Vlastnosti lipidů ovlivňují vlastnosti membrány

Propustnost membrán Které typy molekul mohou procházet volně přes membránu ?

A které ne ?

70

Funkce lipidů v organismu

Funkce v organismu o Nejvýhodnější skladování energie (triacylglyceroly) o Struktura membrán (fosfolipidy) o Vitaminy, hormony, signální molekuly o 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 molekuly o Žlučové kyseliny (emulgace tuků)


Bílkoviny Stavební jednotka - aminokyseliny (20)

Chemické a fyzikální vlastnosti •

amfolity

•

optická aktivita a izomerie

•

absorbce světla v UV oblasti

Interakce postranních řetězců aminokyselin

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 80

Amfolity

Ionizační stavy aminokyselin jako funkce pH H + H3N

H+

R

+

COO H

H+

H + H3N

H+

R

+

COO

H+

H2N

R COO

Obě skupiny deprotonizovány

Obojetná forma Koncentrace

H

Obě skupiny protonizovány

0

2

4

6

8 pH

10

12

14

-

Izomerie a optická aktivita

Třírozměrná struktura aminokyseliny

R

R

H

H Cα

N H+ 3

Cα COO

L-izomer

-

COO

-

NH + 3 D-izom er

Bílkoviny jako fluorofory

Aromatické aminokyseliny absorbují světlo v UV oblasti HO

HC

HC C

CH CH CH

CH

HC

CH C

H3N

C

CH

C

CH C CH2

-

COO

H3N

+

CH CH

C

HN

CH C CH2

+

CH

C

CH2 -

COO

H3N

+

C

-

COO

H

H

H

Fenylalanin (Phe, F)

Tyrosin (Tyr, Y)

Tryptofan (Trp, W)

Úrovně proteinové struktury Primární Sekundární Terciární Kvarterní

– sekvence (N-konec…C-konec) – lokální struktury - H-vazby – celková 3-D struktura – podjednotky

Primární struktura

Peptidická vazba R1

H C

H3N

O C

-

+ +

R2

H

+

+ +

C

H3N

O C

O

OH

H + +

H3N

-

O

HC

C

H3N

O

H N

Tyr Aminoskupina N-konec

C H

H

Gly

H

N H

O

H N

C

C

C O

H

C

C O

Gly

C H2C

Phe

H

CH3

H2C

H C

N H

O

H N

C

C

C R2

Peptidová vazba

O C

-

+ +

H

C

O

CH3

H2C

R1

O

Leu Karboxyl C-konec

O

H

+

H2 O

Sekundární struktura

Alfa-helix o Strukturu předpověděli Linus Pualing a Robert Corey, 1951 o Identifikována v keratinu (Max Perutz) o Všudypřítomná složka proteinů o Stabilizována H-vazbami o Residuí na otočku: 3.6 o Stoupání na jedno residuum: 1.5 Å

Beta-skládaný list o Také navrhli Pualing a Corey , 1951 o Vlákna mohou být paralelní nebo antiparalelní

Terciární struktura

Interakce vedoucí k terciární struktuře

Kvarterní struktura

Kvarterní struktura

Molekula hemoglobinu složená ze čtyř podjednotek

Molekula imunoglobulinu složená ze dvou lehkých a ze dvou těžkých řetězců

120

Úrovně proteinové struktury Primární Sekundární Terciární Kvarterní

– sekvence (N-konec…C-konec) – lokální struktury - H-vazby – celková 3-D struktura – podjednotky

Tvar - globulární nebo fibrilární

Globulární proteiny o Většina polárních residuí směřuje vně proteinu a je v kontaktu s rozpouštědlem o Většina hydrofobních residuí se nachází uvnitř proteinu, kde dochází k jejím vzájemným interakcím

Fibrilární proteiny o Většina polypetidového řetězce je organizována paralelně k jediné ose o Fibrilární proteiny jsou často mechanicky pevné o Fibrilární proteiny jsou často nerozpustné o V přírodě zastávají strukturní funkce o a- keratin - vlasy, nehty, drápy, rohy a zobák o Kolagen - klouby, kosti, zuby o β- keratin – hedvábí, pavoučí síť

Kolagen

a-keratin

β-keratin

Funkce v organismu

Funkce v organismu Stavební (kolagen, elastin, keratin) Transportní a skladovací (hemoglobin, transferin) Zajišťující pohyb (aktin, myosin) Katalytické, řídící a regulační (enzymy, hormony, receptory...) o Ochranné, obranné (imunoglobulin, fibrin, hadí jedy...) o Udržování osmotického tlaku a pH krve (albumin) o o o o

Biosyntéza bílkovin

Centrální dogma molekulární biologie

Proteosyntéza

2016. Makromolekuly buňky. František Škanta

Recommend Documents