1 / 95

Biopolymery

Biopolymery. 2008. Biologické makromolekuly. polysacharidy lipidy proteiny nukleové kyseliny proteiny a nukleové kyseliny označujeme jako informační makromolekuly. Biopolymery vznikají kondenzací a rozkládají se hydrolýzou. polysacharidy, proteiny, nukleové kyseliny

lot
Download Presentation

Biopolymery

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Biopolymery 2008

  2. Biologické makromolekuly • polysacharidy • lipidy • proteiny • nukleové kyseliny • proteiny a nukleové kyseliny označujeme jako informační makromolekuly

  3. Biopolymery vznikají kondenzací a rozkládají se hydrolýzou • polysacharidy, proteiny, nukleové kyseliny • polymery sestávají z tzv. monomerů • polymery vznikají kondenzací monomerů. při této reakci vzniká vždy molekula vody • polymery je možno rozložit reakcí zvanou hydrolýza. Molekula vody se při ní spotřebuje. hydrolýza probíhá např. v našich tělech při procesech trávení

  4. Kondenzace Hydrolýza Při kondenzaci poskytuje jeden monomer hydroxyl –OH a druhý vodík –H Tato reakce stojí buňku energii a probíhá pouze za asistence enzymů. Při hydrolýze je vazba mezi monomery rozbita přidáním molekuly vody. Hydroxyl je přidán k jednomu vznikajícímu monomeru a vodík ke druhému monomeru

  5. Z malého množství monomerů může vzniknout mnoho polymerů • např. rozdíly mezi sourozenci jsou dány rozdílnou sekvencí polymerů DNA • biopolymery se sestávají z cca 40 – 50 monomerů, ale z nich lze vytvořit téměř nekonečné množství polymerů, podobně jako z 26 písmen (anglické) abecedy lze vytvořit obrovské množství slov. V biopolymerech ale „slova“ mohou mít délku stovek nebo tisíců „písmen“ • například proteiny sestávají z 21 druhů aminokyselin, ale jejich typická délka jsou stovky těchto aminokyselin.

  6. Sacharidy – palivo a stavební materiál • monosacharidy mají strukturu, ve které se opakuje skupina CH2O • je zde rovněž karbonylová skupina C=0 • podle umístění této skupiny odlišujeme aldózy a ketózy; např. glukosa patří mezi aldózy; fruktóza mezi ketózy • dalším znakem je počet uhlíků: v monosacharidech je jich 3 - 7

  7. Struktura a klasifikace monosacharidů Glukóza a galaktóza se liší pouze v orientaci skupin kolem asymetrického uhlíku. Tento rozdíl (vyznačeno šedými obdélníky) dává oběma molekulám odlišný tvar i odlišné chování

  8. Ve vodném prostředí tvoří glukóza, stejně jako řada dalších cukrů, kruhové molekuly

  9. Monosacharidy • monosacharidy, zejména glukóza, slouží jako hlavní zdroj paliva pro procesy buněčné respirace • jejich uhlíkové kostry však slouží i jako stavební materiál pro tvorbu dalších typů organických molekul, jako jsou aminokyseliny nebo mastné kyseliny

  10. Disacharidy • sestávají ze dvou monosacharidů, spojených glykosidickou vazbou • maltosa je např. složena ze dvou glukóz (maltóza je důležitý cukr při vaření piva) • laktóza sestává z glukózy a galaktózy • sacharóza sestává z glukózy a fruktózy. Sacharidy, vzniklé fotosyntézou v listech, jsou transportovány do zásobních orgánů rostliny zpravidla ve formě sacharózy

  11. Disacharidy

  12. Polysacharidy • mají zásobní a stavební funkci. Hydrolýzou některých polysacharidů jsou buňkám poskytovány monosacharidy pro respiraci. Jiné, např. celulóza, jsou užívány jako stavební materiál • obvykle stovky – tisíce monosacharidů

  13. Zásobní polysacharidy

  14. Zásobní polysacharidy • Škrob je nejčastější zásobní látkou u rostlin. Sestává z monomerů glukózy lineárně spojených 1 – 4 glykosidickou vazbou. Úhel této vazby činí výslednou molekulu spirálovitého tvaru • Amylóza, nejjednodušší forma škrobu, je nevětvená • Amylopektin, složitější forma škrobu je větvená. V bodech větvení je 1 – 6 vazba

  15. Zásobní polysacharidy • rostliny skladují tyto škroby v tzv. plastidech (chloroplasty, chromoplasty, leukoplasty). V přpadě potřeby je možno z této banky hydrolýzou vyzískat jednotlivé molekuly glukózy • většina živočichů, včetně člověka, má enzymy schopně odbourat rostlinný škrob • brambory, rýže, pšenice a další obiloviny jsou pro svůj obsah škrobu hlavním zdrojem lidské diety

  16. Zásobní polysacharidy- glykogen • živočichové ukládají zásobní polysacharidy ve formě glykogenu • glykogen má podobnou strukturu jako amylopektin, ale je více větvený • lidé a další obratlovci uchovávají glykogen především v játrech a svalech • jeho hydrolýzou je získána glukóza pro buněčnou respiraci • zásoba glykogenu v játrech a svalech však není velká, přibližně za den je vyčerpána a musí být doplněna potravou

  17. Strukturální polysacharidy- celulóza • celulóza je nejhojnější organickou látkou na světě; rostliny na Zemi produkují ročně 1011 (100 miliard) tun celulózy • celulóza je podobně jako glykogen či amylóza tvořena z monomerů glukózy, ale vazba mezi jednotlivými monomery se u celulózy a škrobu odlišuje • glukóza totiž při svém přechodu do kruhové molekuly může zaujmout dva prostorové tvary – α a β

  18. α a β glukóza Při vzniku kruhové struktury je uhlík 1 uzamčen do jedné ze dvou možných konfigurací - α nebo β

  19. Škrob a celulóza U škrobu se jedná o α glykosidickou vazbu, u celulózy o β vazbu. U celulózy jsou molekuly glukózy „vzhůru nohama“

  20. Škrob a celulóza • odlišná vazba dává oběma polysacharidům odlišné prostorové uspořádání; zatímco škrob je spirálovitý, molekula celulózy leží v rovině (a nikdy se nevětví). Díky tomu leží její hydroxylové skupiny volně v rovině a jsou schopny se vázat vodíkovými můstky k hydroxylům paralelních řetězců • ve stěnách rostlinných buněk se tyto paralelně ležící celulózová vlákna nazývají mikrofibrily

  21. Mikrofibrily celulózy ve stěně rostlinné buňky

  22. Celulóza • enzymy, které jsou schopny rozštěpit α glykosidickou vazbu škrobu neumí rozštěpit β vazbu celulózy. Jen málo organismů dokáže trávit celulózu • i když lidé trávit celulózu nedokáží, při průchodu trávicím traktem vlákna celulózy dráždí střevní stěnu k sekreci látek hlenovité povahy, které usnadňují průchod potravy. • tzv. vláknina je tedy důležitou složkou potravy člověka, i když je sama o sobě nestravitelná

  23. Celulóza • někteří prvoci či baktérie umí trávit celulózu na glukózové monomery • např. krávy mají v první části svého žaludku (rumen) mutualistické baktérie, které štěpí celulózová vlákna trávy či sena • termiti mají rovněž ve svém žaludku mikroorganismy schopné trávit celulózu • i některé houby jsou schopny rozkládat dřevo padlých stromů a vrací tak chemické prvky zpět do oběhu ekosystému

  24. Chitin • chitin je látka užívaná členovci (Arthrpoda), jako jsou pavouci, hmyz či korýši ke tvorbě jejich exoskeletů, vnější kostry • čistý chitin má kožovitou strukturu, bývá ale „vytvrzen“ např uhličitanem vápenatým • rovněž i buněčná stěna hub je tvořena chitinem • monomerem chitinu je N-acetylglukosamin

  25. Chitin svlékající se cikáda (řád Hemiptera)

  26. Lipidy- hydrofobní molekuly • lipidy sice jsou makromolekuly, ale nepatří mezi polymery • různé druhy těchto molekul jsou sloučeny dohromady v jednu širokou skupinu díky svým hydrofobním vlastnostem • i když mají polární vazby, většina molekuly je tvořena uhlíky a vodíky a je proto nepolární • lipidy jsou velká skupina látek odlišná ve struktuře i funkci: patří sem např. i vosky a některá barviva • nejdůležitější však jsou: tuky, fosfolipidy a steroidy

  27. Tuky obsahují velké množství energie • tuky sestávají ze dvou typů molekul: je to glycerol a mastná kyselina • glycerol je alkohol se třemi uhlíky. Každý z uhlíků obsahuje hydroxylovou skupinu • mastná kyselina je většinou 16 – 18 uhlíkový útvar s karboxylovou skupinou, která dává molekule název mastná kyselina • dlouhé C-H nepolární vazby jsou důvodem hydrofobních vlastností • tuk je tvořen glycerolem a třemi zbytky mastné kyseliny: hovoříme otriacylglycerolech

  28. Syntéza a struktura triacylglycerolu

  29. Nasycené a nenasycené mastné kyseliny • tuky se liší v délce uhlíkatého skeletu mastných kyselin a také v tom, zda tyto kyseliny obsahují či neobsahují dvojnou vazbu. Důležité je rovněž umístění této dvojné vazby. • nasycená mastná kyselina neobsahuje dvojnou vazbu • nenasycené mastné kyseliny obsahují dvojnou vazbu (či vazby) • v místě dvojné vazby bude molekula mastné kyseliny zalomená

  30. Nasycené a nenasycené mastné kyseliny

  31. Nasycené a nenasycené mastné kyseliny • živočišné tuky (např. lůj či máslo) jsou tvořeny z nasycených kyselin a při pokojové teplotě jsou pevné • rostlinné tuky: díky nenasyceným vazbám (a „ohnutým“ molekulám) se k sobě nemohou molekuly dostat dostatečně blízko a při pokojové teplotě jsou tekuté – hovoříme proto spíše o rostlinných olejích • termín „nasycený rostlinný tuk“ na obalech margarínů znamená, že k oleji byl synteticky přidán vodík a tím zrušeny dvojné vazby. Tím došlo ke vzniku ztuženého tuku

  32. Význam tuků • především palivo pro metabolismus: 1g tuku obsahuje dvakrát víc energie než gram škrobu (Alberts: gram tuku má až 6x víc energie než gram glukosy) • protože rostliny jsou nepohyblivé, mohou „si dovolit“ uchovávat zásobní látky ve formě škrobu • pohybliví živočichové potřebují relativně lehkou zásobárnu energie nosit při sobě • tuková vrstva navíc chrání orgány (např. ledviny) před nárazem a slouží jako izolační vrstva

  33. Fosfolipidy jsou hlavní složkou buněčných membrán • fosfolipidy se podobají tukům, ale obsahují pouze dva zbytky mastných kyselin. Třetí hydroxylová skupina glycerolu je navázána na zbytek kyseliny fosforečné, který nese záporný náboj • na tento zbytek kyseliny fosforečné je navázána další molekula, většinou polární nebo nabitá • fosfolipidy mají tzv. amfipatický či amfifilní charakter: jsou zároveň hydrofobní i hydrofilní

  34. Fosfolipidy na obrázku je fosfatidylcholin

  35. Fosfolipidy • pokud se fosfolipidy dostanou do vody, zorientují se hydrofilními hlavičkami směrem k vodě a hydrofobním koncem od ní. Vznikne tak kulovitý útvar nazývaný micela • v buněčných membránách tvoří fosfolipidy dvojvrstvu, hydrofilními konci směrem dovnitř a ven. Hydrofobní konce jsou uprostřed vrstvy. Tato dvojvrstva je silná cca 7 nm

  36. Micely a fosfolipidová dvojvrstva

  37. Steroidy: cholesterol a steroidní hormony • steroidy jsou lipidy charakterizované čtyřmi spojenými cykly uhlíkové kostry • cholesterol je častou složkou membrán živočišných buněk a prekurzorem řady steroidních hormonů • vysoká hladina cholesterolu v krvi však může vést k tzv. ateroskleróze – ukládání látek tukové povahy na vnitřním povrchu krevních cév, což vede ke snížení průtoku krve či dokonce úplnému ucpání cévy

  38. Cholesterol vznik aterosklerózy

  39. Cholesterol v plasmatických membránách živočichů

  40. Steroidní hormony

  41. Proteiny • proteios = (řec.) první místo • proteiny tvoří víc než 50% sušiny buňky • nosné lešení buňky, transport, zásobní látky, signalizace z jedné části těla do jiné, pohyb, obrana proti patogenům, enzymy • člověk má v těle desítky tisíc různých druhů proteinů • Rozdělení podle délky: oligopeptidy (cca do 10 aminokyselin), polypeptidy (cca do 100 aminokyselin) a proteiny (cca nad 100). Jednotlivé učebnice se ovšem v klasifikaci liší

  42. Funkce proteinů - přehled

  43. Aminokyseliny • jsou malé organické molekuly, obsahující karboxylovou skupinu a aminoskupinu • v centru aminokyseliny je asymetrický uhlík, označovaný jako α uhlík • na tento uhlík je navázán atom vodíku, karboxyl, aminoskupina a zbytek – R, kterým se jednotlivé aminokyseliny liší

  44. Aminokyseliny • od krásnoočka po žirafu je veškerý život tvořen jako skládačka z této dvacítky aminokyselin… • …jako z dvaceti kostek stavebnice lego vytvoříte celou biosféru

  45. Existuje 21 druhů aminokyselin, nacházejících se v živých organismech • otázky: proč zrovna tyto a proč ne jiné? proč jsou všechny aminokyseliny v živých organismech levotočivé? (s výjimkou aminokyselin v buněčných stěnách některých bakterií a v některých antibiotikách) • dělí se na: • nepolární • polární • elektricky nabité: • zásadité postranní řetězce • kyselé postranní řetězce

  46. Nepolární aminokyseliny

  47. Polární a elektricky nabité aminokyseliny

  48. Dělení aminokyselin • nepolární: gylcin, alanin, valin, leucin, isoleucin, metionin, fenylalanin, tryptofan, prolin • polární: asparagin, glutamin, serin, threonin, tyrosin • zásadité: lysin, arginin, histidin • kyselé: kyselina asparagová, kyselina glutamová

  49. Aminokyseliny • v buňce mohou ovšem být i jiné druhy aminokyselin, které se ovšem nezabudovávají do proteinů • nepolární aminokyseliny jsou hydrofobní, polární hydrofilní – to je důležitá pro prostorový tvar proteinu ve vodném prostředí buňky

  50. Peptidová vazba Vzniklý oligopeptid je polární (zde má ovšem slovo polarita jiný význam) – tripeptid na obrázku má tzv. N konec a tzv. C konec. Na jednom konci (N) peptidu je aminoskupina, na druhém (C) je karboxyl.

More Related