Struktura sacharidů a nukleových kyselin Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2. LF UK a FN Motol Matej Kohutiar
Osnova přednášky I.Struktura sacharidů 1. 2. 3. 4. 5.
Monosacharidy Reakce sacharidů Oligosacharidy Polysacharidy Komplexní sacharidy Sacharidy v glykoproteinech
II. Struktura nukleových kyselin 1. 2. 3. 4.
Základní komponenty nukleových kyselin Nukleosidy a nukleotidy Struktura řetězce DNA RNA
I. Struktura sacharidů
Sacharidy • Polyhydroxaldehydy a polyhydroxyketony s minimálně 3 uhlíky v řetězci • Podle počtu cukerných jednotek: Monosacharidy Oligosacharidy (2-10) Polysacharidy Složené (komplexní) sacharidy
Struktura monosacharidů CH 2OH
CH=O
C O H
OH
H
CH 2OH
OH CH 2OH
CH 2OH
CH=O
C O H
OH CH 2OH
HO
H CH 2OH
Chirální uhlíky
F H Cl
Br
Chirální uhlíky
H H HO H H
CH=O OH OH H OH OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
CH=O H 2 OH H OH 4 HO H H OH OH H CH 2 OH
Chirální uhlíky
CH=O H OH H OH 4 HO H H OH OH H CH 2 OH
Chirální uhlíky
CH=O H OH H OH 4 HO H H OH OH H CH 2 OH
Struktura monosacharidů CH=O H
OH CH 2OH
D-glyceraldehyd
CH=O
CH=O H H
OH OH CH 2OH
D-erytrosa
HO
H
H
OH CH 2OH D-treosa
Struktura monosacharidů CH=O H H
OH OH CH 2OH
D-erytrosa
CH=O H H H
OH OH OH CH 2OH
D-ribosa
CH=O HO
H
H H
OH OH CH 2OH
D-arabinosa
Struktura monosacharidů CH=O HO
H
H
OH CH 2OH D-treosa
CH=O
CH=O H
OH
HO
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH 2OH
D-xylosa
CH 2OH
D-lyxosa
Struktura monosacharidů CH=O H
OH
H H
OH OH
CH=O HO
H
HO
H
H
OH CH 2OH
CH 2OH
D-lyxosa
D-ribosa CH=O HO H H
H OH OH CH 2OH
D-arabinosa
CH=O H
OH
HO
H
H
OH CH 2OH
D-xylosa
Struktura monosacharidů CH=O
CH=O
CH=O
H
OH
HO
H
H
H
OH
HO
H
HO
H H
OH OH
HO
H
H
OH
CH 2OH
D-allosa
H
H H
CH 2OH
D-talosa
OH
OH OH
CH=O HO
H
H
OH
HO
H
H
OH
CH 2OH
D-glukosa
CH 2OH
D-idosa
CH=O CH=O
CH=O
H
OH
HO
H
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH CH 2OH
D-gulosa
H H
OH
HO
H
H
OH
H H
OH OH
OH CH 2OH
D-manosa
CH 2OH
D-altrosa
CH=O H HO
OH H
HO
H
H
OH CH 2OH
D-galaktosa
Struktura monosacharidů CH=O H
OH
H
OH
H H
OH OH CH 2OH
H
OH
H
OH
H
OH
Struktura monosacharidů
D-manosa
D-glukosa
D-galaktosa
Struktura monosacharidů ketosy CH2OH O CH2OH dihydroxyaceton
OH H H
O OH OH OH D-ribulosa
OH
OH HO H
O H OH OH
D-xylulosa
HO H H
O H OH OH OH D-fruktosa
Struktura monosacharidů H
CH=O H
OH
H
OH
H
OH
OH
OH O
H
OH
H
OH
H
CH2OH
D-allosa
H
OH
HO
H
H
OH H
H
OH H
OH
CH 2OH
OH
OH
D-allosa
α-D-allopyranosa
Struktura monosacharidů • V krystalickém stavu výhradně cyklické struktury (α-, βanomery) pyranosa
-pyranosa acyklická forma
-furanosa
-furanosa
Reakce sacharidů • Redoxní reakce • Esterifikace • Tvorba glykosidů
Redoxní reakce sacharidů
H HO H H
CH=O OH H OH OH CH 2OH D-glukosa
H HO H H
CH2OH OH H OH OH CH2OH D-glucitol
CH2OH O
H HO H
H OH OH CH2OH D-fruktosa
Redoxní reakce sacharidů CH=O H OH HO H H OH OH H CH 2OH D-glukosa
COOH H OH HO H H OH OH H CH2OH
Kyselina D-glukonová
CH=O H OH HO H H OH OH H COOH Kyselina D-glukuronová
COOH H OH HO H H OH OH H COOH Kyselina D-glukarová
Redoxní reakce sacharidů OH OH HO
OH
OH OH
D-glukosa
OH
COOH OH HO
OH
OH OH
Kyselina D-glukuronová
O HO
OH
O
OH δ-glukonolakton
Esterifikace
O O
OH
HO
OH OH
D-glukosa
O
P
O
OH OH
-
-
OH HO
OH
OH OH
D-glukosa-6-fosfát
Tvorba glykosidů
OH
OH
OH HO
OH
OH OH
D-glukosa
OH HO
OH
O OH
CH3
α-metyl-D-glukopyranosid
Deriváty monosacharidů deoxycukry a aminocukry
HO
OH OH HO
H
O
OH
OH
OH HN
OH
H
CH3 O
N-acetylglukosamin
2-deoxy-D-ribosa
Oligosacharidy • Obsahují 2-10 monosacharidových jednotek spojených glykosidickou vazbou • Homo/heteroglykosidy • Redukujici neredukujici
Oligosacharidy O 4
HO
OH
OH
OH
OH 4
1
O
O
O
4
1
OH
HO
OH
OH OH
OH
OH maltosa
HO 1
OH O HO
2 O
OH sacharosa
OH O OH
4
OO
HO OH
OH
OH
OH
1
OH
laktosa
OH
Polysacharidy • Obsahují více než 10 monosacharidových jednotek • Homo/heteropolysacharidy • Lineární a cyklické polysacharidy
• Větvené a nevětvené polysacharidy • Pentosany, hexosany…
Polysacharidy rostlin škrob
• Struktura amylosy OH
OH O 4
HO
OH
O 1 4
O
OH
OH
OH 1
4
O
OH
neredukující konec
http://bioanalyse.wikispaces.com/Homopolysaccharider
O OH
OH 4
1
O
OH
O OH
OH OH
redukující konec
Polysacharidy rostlin škrob
• Struktura amylopektinu OH O HO
OH
OH 4
1
O
O 1
OH
OH
postranní řetězec
OH OH O
OH
6 1
4
O
O
OH O
OH
O
HO
OH
OH hlavní řetězec
http://bioanalyse.wikispaces.com/Homopolysaccharider
4
1
O OH
OH OH
Polysacharidy živočichů • glykogen
http://www.namrata.co/glycogen-metabolism-subjective-questions-solved-set-1/ http://dstgroupproject.weebly.com/periodic-acid-schiffdiastase.html
Složené polysacharidy
Kyselina hyaluronová
Chondroitin-4-sulfát
OH OH
O OH OH H3C
NH O
COO
Kyselina sialová
-
https://wikispaces.psu.edu/display/230/The+Organization+of+Cells+in+Tissue -+The+Extracellular+Matrix,+Cell+Junctions+and+Cell+Adhesion
Monosacharidy v GP OH O
HO
OH
OH O
OH
O
OH
OH
OH
HO
OH OH D-glukosa
OH D-galaktosa
OH OH OH D-xylosa
HO
OH D-manosa
O
HO
OH
Monosacharidy v GP OH
OH
O
O
HO
OH
OH
OH
HO HN
O CH3
N-acetyl-D-glukosamin
OH HN
O CH3
N-acetyl-D-galaktosamin
Monosacharidy v GP OH
OH HC
HC
OH
OH
CH OH
CH OH
O OH
O OH OH
OH H2N kyselina neuraminová
COOH
H3C
HN O
COOH kyselina N-acetylneuraminová
Monosacharidy v GP OH
OH HC
HC
OH
OH
CH OH
CH OH
O OH
O OH OH
OH H2N
H3C
COOH
kyselina neuraminová
HN O
O CH3
OH
HO
OH OH L-fukosa
COOH kyselina N-acetylneuraminová
Monosacharidy v GP OH HC
OH HC
OH
OH
CH OH
CH OH
O OH
O OH OH
OH H2N
H3C
COOH
kyselina neuraminová
HN O
O CH3
OH
HO HO
OH L-fukosa
COOH kyselina N-acetylneuraminová
II. Struktura nukleových kyselin
Sacharidy vyskytující se v nukleových kyselinách HO OH
O H
H H
OH
β-D-ribofuranosa
OH
O
H
H OH
HO
H
H H
OH 2-deoxy-β-D-ribofuranosa
Heterocykly vyskytující se v nukleových kyselinách 4
9
5
N 3
7
1
2
6
N
2
purin
O
NH2
NH2 NH
N
NH O uracil
O
cytosin
H3C
O
NH NH thymin
5
3
pyrimidin
O
6
NH
4
N
1
NH
N
8
N
N
N
NH
N
adenin
O N NH
NH N guanin
NH2
Keto-enolová a amino-imino tautomerie O
OH H3C
H3C
CH3
CH3
NH
NH2 H3C
H3C CH3
CH3
Nukleosidy NH2 N N 9
HO
H3C
N
OH
adenosin
NH
N
N 1
HO
O
OH
O
O
OH
OH
thymidin
O
Konformace β-N-glykosidické vazby NH2
NH2 N N 9
HO
OH
N
OH
adenosin
N
N
N
HO
O
N
N
9
O
OH
OH
guanosin
Nukleotidy NH2 N N 9
O O
-
O
P O
-
O
OH
OH
adenosinmonofosfát
N N
Nukleotidy fosfoanhydridová vazba NH2 N
-
O
O
O
O
P O
P O
P
O
-
O
-
N 9
O -
O
O
OH OH adenosintrifosfát
N N
Fyziologicky významné nukleotidy (NAD+/NADH, FAD/FADH2) O NH2 NH2
+
O
N
O
N
P
O
P
O
P
N
O O
O
OH
HO
OH
HO
NH2 P
N N
O O
HO
OH
N H3C
N
H3C
N
N
NH O
OH
OH
O
N
OH
N N
Fyziologicky významné nukleotidy O
NH2 N N
O
-
P
N
9
O
N
N
-
O
N 9
O O
P
O
O
O
O
O
OH
cAMP
NH2 N
N
-
O
N
+
S
O +
NH3
9
CH3
N
O
OH
OH
SAM
OH
cGMP
NH N
NH2
Syntetická analoga nukleotidů O
O
O
HO
I
5
HN
HN
N
O
1
HO
O
OH
H
O
OH
SH
NH
6
1
OH OH 6-azauridin
5-iodo-2-deoxyuridin
N
N
N
N
6-merkaptopurin
N
N NH
N
allopurinol
N 6
Struktura řetězce DNA O N P O
5´
O
N
N
O
N
NH2 P O
3´
NH2
NH
5´
O
N
H3C
O P
O
NH2
NH
5´
N
N
O
3´
P
O
N
O O
5´
O
3´
O
N
3´
O O
N
P
Stabilizace bázových párů CH3 O NH O
H N
NH2 N
N N
H2 N
NH NH
N
O
O
N
N H N H2
N
NH
Chargaffova pravidla
Konformace DNA
http://www.biologyexams4u.com/2012/11/different-forms-of-dna.html#.VDZBrsVdVRo
Schéma B-formy DNA
malý žlábek
velký žlábek
Síly stabilizující strukturu nukleových kyselin • Denaturace a renaturace • Hydrofobní interakce • Elektrostatické interakce
http://dspace.jorum.ac.uk/xmlui/bitstream/handle/10949/956/Items/S377_1_section5.html http://www.atdbio.com/content/53/DNA-duplex-stability
RNA •mRNA •tRNA
•rRNA
HO
O
OH
O H
NH
H
H
NH uracil
O
•snRNA •…
http://www.broadinstitute.org/blog/five-questions-david-root-rna-interference-explained
H OH
OH
ribóza
mRNA • Velká variabilita molekuly • Přepis začíná od 5´-konce • 3´-konec: polyA (20-250) OH
OH
H
O
H H
N
H O
O H2N
N HN
N N
O
O
P OH
O
O
O P O P O O
-
O
5´
O
-
N
N
NH
NH2 P O
3´
O
NH
5´
O
OH
CH3
O P
3´
OH
O
čepička
N
O
tRNA • Malá molekula (73-95) • 3´-konec: CCA • Alespoň 1 tRNA pro aminokyselinu
http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/structure/tRNA/trna_intro.htm
rRNA • Většina buněčné RNA • Katalytická aktivita
http://cronodon.com/BioTech/Ribosomes.html
Děkuji za pozornost…dotazy?
