Kolhydrater och Lipider HT23 PDF

Molekyl till vävnad Kolhydrater och Lipider Katrin Mani Department of Experimental Medical Science, Glykobiologi Kolhydrater och Lipider Relevanta kunskapsmål: Redogöra för proteiners, kolhydraters, lipiders och nukleinsyrors principiella...

Molekyl till vävnad Kolhydrater och Lipider Katrin Mani Department of Experimental Medical Science, Glykobiologi Kolhydrater och Lipider Relevanta kunskapsmål: Redogöra för proteiners, kolhydraters, lipiders och nukleinsyrors principiella uppbyggnad, samt förklara hur deras kemiska egenskaper och tredimensionella struktur, och förändringar som bidrar till olika funktioner  Cellens byggstenar Kolhydrater Lipider Proteiner Nukleinsyror - 99% av cellens vikt består av C, H, N, och O - 70% av cellens vikt är H2O  Monosackarider: De enklaste kolhydraterna : Monosackarider (CH2O)n Exempel: Glukos, Fruktos, Galaktos, Mannos Aldehyd Keton 1 2 H C O 3 C O 4 5 6 D-galactose  Ringform alt. Öppenform OH OH 6 C Reversibel 4 O C C C OH C C HO 5 2 OH C HO C HO C 1 C=O (aldehyd) C HO C 3 OH OH Ringform Öppenform Ex. glukos ”I” = H ej markerat  Hexos och Pyranos Pentos och Furanos 6 5 5 1 4 4 3 2 1 3 2 När molekylen har totalt 6 kolatomer När molekylen har totalt 5 kolatomer kallas den för hexos kallas den för pentos När ringen i molekylen har 6 atomer När ringen i molekylen har 5 atomer kallas den för pyranos kallas den för furanos Ex. glukos Ex. ribos och deoxyribos Ribos finns i RNA Deoxyribos finns i DNA Isomer: Molekyler som skiljer sig åt i konfiguration (3D struktur) Isomer: D- / L- former (D-glukos, L-glukos) ”H/OH konfiguration” D-glukos L-glukos Fischer projektion O 1 H C H-C-OH HO-C-H H-C-OH H C OH H C OH 6 H Disackarider: Glykosidbindning: en kondenserings reaktion/dehydrerings reaktion Glycosidaser  Stereoisomer: a- / b- former “OH” position a-bindning b-bindning Maltos Laktos Typ av glykosidbindningar är avgörande för molekylers egenskaper Disackarider: Exempel: Maltos (glukos, glukos) Sackaros (glukos, fruktos) Laktos (galaktos, glukos) Sackaros (glukos a1,2 fruktos) Bordssocker Laktos (galaktos b1,4 glukos) Maltos (glukos a1,4 glukos) Mjölksocker  Laktos (galaktos b1,4 glukos) Mjölksocker Barn och även många vuxna producerar enzymet laktas i tunntarmen som spjälkar laktos till glukos och galaktos Avsaknad av laktas: Laktosintolerans Bakterierna i tarm (E-coli) bryter ner laktoset Mjölkprodukter kan behandlas med enzymet beta- galaktosidas (mjölken får sötare smak) Tabletter hos apoteket: Laktras, Prolaktas  Polysackarider: Exempel: Glykogen och Hyaluronsyra H2COH O 1 HO- Glc CHOH -O- HO OH Glykogen H2COH 6 H2COH H2COH H2COH Glykosidbindning O 1 O 1 O1 O 4 4 4 HO- Glc CHOH HO- Glc CHOH HO- Glc CHOH HO- Glc CHOH -O- HO OH -O- HO OH -O- HO OH -O- HO OH -O- Glca1 6 Bryts ner 4Glca1 4Glca1 Glca1 4Glca1 4Glca1 4 Glca1 Glc Glykogen Glukos Up to  60,000 glucose residues per one molecule of glycogen  Glykogen Glykogen: Lång, grenad polymer som består av endast glukos med a-glykosidbindningar. Lagring av kolhydrater hos människa och djur. Ger snabb energi, viktigt för reglering av blodsocker.  Typ av glykosidbindningar är avgörande för Glykogen polysackaridens egenskaper a-bindningar Böjbar polymer Stereoisomer: a- / b- former Kan brytas ner i kroppen “OH” position a-bindning: böjbar b-bindning:rak Maltos Laktos Glykogen: lagrar energi I människan Stärkelse Cellulosa a-bindningar=böjbar polymer b-bindningar=rak polymer som kan inte Kan brytas ner i kroppen brytas ner i kroppen Stärkelse består av endast glukos Cellulosa består av endast glukos molekyler kopplade molekyler kopplade med b- med a-glykosidbindningar. glykosidbindningar. Lagrar energi hos växter. Lång, ogrenad polymer. Strukturell funktion hos växter. Liknar glykogen fast mindre förgrenad. Kan även ha en spiralform. Cellulosa kan inte brytas ner i magtarmkanalen. Den binder istället Stärkelse kan brytas till vatten (hydrofil molekyl) och ner i människans Amylos Amylopektin fungerar som kostfiber. Cellulosa ger mag-tarmkanal och volym till faeces och minskar risken absorberas i form av för förstoppning. glukos. Glukos-Glukuronsyra-Glukosamine (Hydroxymethyl) Glukos CH2OH Glc H O OH OH H OH H H OH (Hydroxyl) (Karboxyl) CH2OH COOH H O OH H O OH OH H OH H OH H OH H H NH2/NH-CO-CH3 H OH Amin / N-acetyl Glukuronsyra Glukosamin/N-Acetylglukosamin (GlcUA) GlcNAc Polysackarider: Hyaluronsyra (Hyaluronan) Upp till 25000 disackarider Hyaluronsyra är en glykosaminoglykan (GAG), makromolekyl finns ffa i bindväv, i ledvätska och i ögat. Smörjmedel/lubricant/stötdämpande. Används vid: Ögonkirurgi (hyaluronan gel-supportive material) Artros-Tuppkamextrakt injektion i leder Artros-Glukosamin (Hälsokost!!) Hudkrämer Estetiska sammanhang–injektioner med fillers mot rynkor Glykoproteiner Proteoglykaner Posttranslationell modifiering av proteiner: Modifiering av proteiner i form av glykosylering sker efter proteinsyntes i endoplasmatiska retiklet (ER) eller i Golgi Protein C =O O O O O M an M an G lcNAc G lcN Ac N H -CO -CH 2 -CH Am inosyra: Asparagine inosyra Aspargin NH  N-länkad eller O-länkad glykosylering N-Glykosylering sker ffa i endoplasmatiska retiklet (ER) då en kolhydratmolekyl kopplas till kväveatomet som finns i aminosyran asparagins sidogrupp (N = kväve, därav N- länkad). N-Glykosylering kan bla vara viktig för veckning av proteiner (protein folding) Ex. i Glykoproteiner O-Glykosylering sker ffa i Golgi apparaten. Då kopplas en kolhydratmolekyl till syreatomen på sidogrupp av aminosyran serin eller treonin. (O = syre, därav O-länkad) Ex. Proteoglykaner Asparagine Serin /Threonin Serine Threonine Protein C =O O O O O M an M an G lcNAc GlcNAc N H -CO -C H 2 -C H Am inosyra: inosyra Aspargin NH Glykoproteiner Proteiner med kovalent bundna grenade oligosackarider (10 sackarider). En proteoglykan kan innehålla allt från 1 till 100 tals polysackaridkedjor. -Finns bla i stora mängder i brosk och ledvätska. -Vissa sorter har antitrombotiska egenskaper (ex. heparin). -Kan vara inblandade i upptag av patogener tex. prion protein (galna-ko sjukan), herpes simplex virus. Ett mycket vanligt blodprov: Faste-B-glukos Normal värde 3,6-6,2 mM Kolhydratbaserade läkemedel - Heparin (en polysackarid) och lågmolekylär heparin (oktasackarid) med antikoagulativa/antitrombotiska egenskaper Ex. Klexane, Innohep, Fragmin - Glukosdropp - Hyaluronsyra: Estetiska behandlingar (Restylane, Macrolane)  Kolhydrater: Funktion Lagring och transport av energi (stärkelse, glykogen, glukos). Degraderas till ATP, CO2, H2O Viktiga roller i olika processer i kroppen såsom immunförsvar, fertilisering och embryoutveckling (Glykoproteiner och Proteoglykaner) Strukturella element i DNA/RNA (deoxiribos och ribos) Prekursor till vissa aminosyror: Serin, Alanin, Asparagin, ……. Sammanfattning KOLHYDRATER Empiriska formeln av monosackarider: (CH2O)n Schematisk struktur av glukos Funktionell grupp: aldehyd/keton Glykosidbindning Glykosidaser Glykogen Modifiering av kolhydrater: Upp till 25000 disackarider Protein C=O O O O O M an M an GlcNAc GlcNAc N H -C O -CH 2 -CH Am inosyra: inosyra Asp argin Glykosylering/Glykering: Glykoproteiner och Proteoglykaner NH Lipider Lipider Fettsyror Triglycerider (di- och monoglycerider) Fosfolipider Sfingolipider Sterolinnehållande metaboliter som kolesterol Lipider Funktioner: Lagra energi Strukturell komponent (cellmembran) Signalering Stötdämpande Isolering Kost, Nysyntes  Fettsyror: Generell formel: H3C-(CH2)n-COOH, Ogrenad långkedjig karboxylsyror Many cell types can use either glucose or fatty acids as source of energy. Heart and skeletal muscle prefer fatty acids. The brain cannot use fatty acids as a source of fuel and relies on glucose or on ketone bodies. Ketone bodies are produced in the liver by fatty acid metabolism during periods of low carbohydrate intake like starvation.  Fettsyror: Ogrenade långkedjiga karboxylsyror Hydrofilt huvud Hydrofob svans Mättade: inga dubbelbindningar Omättade: en eller flera dubbelbindningar Värme Transfetter Trans- Cis- Smältpunkt Smältpunkt Transfetter Fettsyror: -1 D11 omega-9/C=18 (D9) -1 COOH 1 C=4, smörsyra C=16, palmitinsyra C=18, stearinsyra C=18 (D9), oljesyra (omega-9) C=18 (D9, 12), linolsyra (omega-6) C=18 (D9, 12, 15), linolensyra (omega-3) Essentiella C=20 (D5, 8, 11, 14), arakidonsyra (omega-6) prostaglandiner! Triglycerider: Fettet i bla fettvävnad, lever och mjölk Adipocyt (Fettcell) Triglycerider: Ester av glycerol med tre fettsyror Triglycerid H H 2C-C-CH 2 H Glycerol H2C-C-CH2 OH OH OH O O O + OC OC CO COOH COOH COOH Fettsyror Fosfolipid/Glycerofosfolipid: Utgör basstrukturen i biologiska dubbelmembran, tillsammans med sfingolipider och steroider. Triglycerider: packed as lipoproteins lipoprotein Sfingolipider : Funktion: Cellens kommunikation med omvärlden: Signaltransduktion, endocytos (Lipid rafts, Caveolae) Mekanisk och kemisk stabilisering av cellmembran Finns i perifera nerver (sfingomyelin) och centrala nervers membraner (cerebrosid) Sfingosin C-18 (en sfingol, amino alcohol ) HO- NH-CO- Långkedjig, omättad fettsyra O-X Sfingosinskelettet är O-länkad till en (oftast) laddad group som ethanolamine, serine, eller choline. Sfingosinskelettet är också amidlänkad till en acylgrupp, såsom en fettsyra.  Sfingolipid, Sfingo(fosfo/glyko)lipid : Signaltransduktion: Cellens kommunikation Signal: Hormoner och andra signaler som kommer utifrån 5 Extracellular space 6 7 Intracellular space/Cytosol Lipid raft Intracellulär signalering Copyright holder: Public domain  Lipider: Steroider Viktig komponent i biologiska membran ex. Kolestrol Många hormoner (Corticosteroider, Progesteron, Testosteron, Östradiol): Signalering Galla Fosfolipid Fosfolipid Steroider förekommer hos Kolestrol både växter och djur Amfifila: har både hydrofoba och hydrofila egenskaper (grekiska, amfi=båda och fil=tycka om) Signalering Steroider Sfingolipid Steroide hormones Lipider: Steroider Steroide hormones Lipider Fettsyror Triglycerider (di- och monoglycerider) Fosfolipider Sfingolipider Sterolinnehållande metaboliter såsom kolesterol Funktion: Lagring och transport av energi Strukturell komponent (cellmembran) Signalering Stötdämpande Isolering  Cell membran/plasma membran P ro te og lyk a ne r G lyk o pr ote in Phospholipid bilayer Nature Reviews 2010 Tack för er uppmärksamhet och lycka till  [email protected]