Biokeemia II kontrolltöö

Süsivesikute bioloogiline roll

koos lipiididega organismi peamine energiaallikas

Süsivesikute erinevad funktsioonid

• energiaallikaks

• moodustavad glükokonjugaate

• osalevad bakteri ja taime rakukestas

• glükoproteiinid osalevad rakk-rakk äratundmismehhanismides

Süsivesikute jagunemine monomeeride arvu järgi

• Monosahhariidid: C aatomeid molekulis 3…7

• Oligosahhariidid: 2 kuni 10 kovalentselt seotud monosahhariidi jääki

• Polüsahhariidid: lihtsuhkrute polümeerid, milles sadu - tuhandeid monosahhariidi jääke

Süsivesikute nimetamine - C-aatomite arvu järgi

trioosid, tetroosid, pentoosid, heksoosid

Süsivesikute nimetamine - funktsionaalse rühma järgi

• aldoosid - aldehüüdrühm

• ketoosid - ketorühm

Süsivesikute nimetamine - tsüklilise struktuuri alusel

• püranoosid – 6-liikmeline tsükkel

• furanoosid – 5-liikmeline tsükkel

Süsivesikute nomenklatuur - erivõimalused

• C-aatomite arvu järgi

• Funktsionaalse rühma järgi

• Tsüklilise struktuuri alusel

isomeerid

sama molekulivalem, kuid erinevad struktuurid

stereoisomeerid

sama aatomite järjestus, aga erinev ruumiline paigutus (ühel funktsionaalrühm paremal, teisel paremal pool)

diastereomeerid

isomeerid, mis ei ole teineteise peegelpildid

enantiomeerid

ühildamatud peegelpidlid (funktsionaalrühm on peegelpildis)

asendiisomeerid

erinev aatomite järjestus

epimeerid

erinevad ainult ühe asümmeetrilise süsiniku poolest

anomeerid

isomeerid, mis erinevad tsükli sulgumisel tekkinud uue asümmeetrilise süsiniku poolest (oleneb kummalt poolt hapnik on süsinikku atakeerinud)

Mutarotatsioon

alfa- kui beeta-anomeeri üleminek ühest vormist teise. Toimub üle avatud ahelaga vormi.

Tsükli moodustumine

Tsükkel moodustub alkoholi ja aldehüüdi või ketooni vahelise reaktsioonina andes poolatsetaali või poolketaali.

kuueliikmeline suhkur

püranoos

viieliikmeline suhkur

furanoos

D-suhkrute korral alfa-anomeer

C1 asendi hüdroksüül paikneb allpool tsükli tasapinda

D-suhkrute korral beeta-anomeer

C1 asendi hüdroksüül paikneb tsükli tasapinna peal

Taandav suhkur

Ahelat saab uuesti avada; suhkur reageerib oksüdeerijaga

Mittetaandav suhkur

Ahelat ei saa uuesti avada; C1 hüdroksüüli H on asendatud muu rühmaga

Suhkurhapped

karboksüülrühm C1 keto- või aldehüüdrühma asemel

Suhkuralkoholid

hüdroksüülrühm C1 asendis

Desoksüsuhkrud

üks või enam hüdroksüülrühmi on asendatud vesinikuga

Suhkurestrid

mõni hüdroksüülrühmadest on fosforüleeritud (nt. ATP ehk nukleiinhapped)

Aminosuhkrud

aminorühm C2 asendis hüdroksüülrühma asemel

Atsetaalid, ketaalid ja glükosiidid

mingi O küljes on vesiniku asemel süsiniku rühm (võib olla metüülrühm, etüülrühm jne)

Monosahhariidide derivaadid

suhkurhapped, suhkuralkoholid, desoksü- ja aminosuhkrud, suhkrute estrid, glükosiidid

Glükosiidsidemed

Glükosiidside tekib kahe või enama monosahhariidi liitmisel üle O-glükosiidsideme.

Glükosiidsidemete sünteesi katalüüsivad …

glükosüültransferaasid

Redutseeriv suhkur

oligosahhariid, millel on vaba hemiatsetaalrühm ja kõik monosahhariidid

Polüsahhariidide funktsioonid

Energiavaru, struktuurne roll

Homopolümeer

koosneb ühesugustest monosahhariididest, näiteks glükogeen, tselluloos või tärklis, mis koosnevad glükoosijääkidest

Tärklise ja glükogeeni struktuuride erinevused võrreldes tselluloosiga

Tärklise ja glükogeeni monosahhariidid on seotud omavahel alfa-sideme kaudu, aga tselluloosi monosahhariidid on seotud beeta-sideme kaudu.

Peptidoglükaan ehk mureiin

lineaarne polümeer, mis koosneb suhkrutest ja aminohapetest, moodustades võrgustiku paljude bakterite plasmamembraani peal (rakukest; arhedel puudub)

Gram-positiivne bakter

üks lipiidne kaksikkiht, mille peal paks peptidoglükaani kiht

Gram-negatiivne bakter

Kaks lipiidest kaksikkihti, mille vahel õhuke peptidoglükaani kiht. Peal polüsahhariidid.

Lipopolüsahhariid

koosneb lipiidigrupist, mis on ankurdatud välismembraani ning ühendatud polüsahhariidiga, mis koosneb paljudest pikaahelalistest korduvatest struktuuridest

Lipiidide definitsioon

vees lahustumatud molekulid, mis orgaanilistes lahustites lahustuvad väga hästi

Lipiidide rollid

energia säilitamine, membraanide komponendid, signaaliülekande radades

Lipiidide jagunemine klassidesse

1. Vabad rasvhapped (esterdamata) – peamiselt energiaallikas;

2. Triatsüülglütseroolid – rasvhapete säilitamise vorm;

3. Fosfolipiidid – membraanilipiidid, amfipaatsed molekulid;

4. Glükolipiidid – süsivesikutega seotud lipiidid, membraanide koostisosad;

5. Terpenoidid, sh steroidid (kolesterool), jt;

6. Vahad – kaitsefunktsioon.

Küllastunud ahelad

pakitakse kokku tihedamalt, moodustavad jäigema ja rohkem organiseerunud agregaadi

Küllastumata ahelad

on painduvad, pakitakse vähem organiseerunult ning neil on suurem liikumispotentsiaal

Asendamatud rasvhapped - näited

C_18:2 omega 6 – linoolhape

C_18:3 omega 3 – alfa-linoleenhape

Triatsüülglütseroolid (TAG) - struktuur

Rasvhapped on seotud glütseroolile estersideme kaudu.

Triatsüülglütserool - funktsioon

Ei vaja hüdraatimist ehk rasvad saab tihedamalt kokku pakkida. Termoregulatsioon ja metaboolne vesi.

Liht-TAG

koosneb üht tüüpi rasvhapetest

Membraanides esinevad lipiidid

Fosfolipiidid, sfingolipiidid, glükolipiidid

Glütserofosfolipiidi struktuur

Glütserool baasmolekuliks, sellele seotud kaks rasvhapet (C1 ja C2), fosfaat (C3) ja alkohol.

Sfingolipiidide struktuur

Baasmolekuliks sfingosiin, mis kujutab endast pika küllastumata C18 ahelaga aminoalkoholi.

Glükolipiidide struktuur

Suhkruid sisaldavad lipiidid, baasmolekul sfingosiin.

Glükolipiidide näited/tüübid

• Tserebrosiid

• Glükosfingolipiidid

• Gangliosiid

Kirjelda glükosfingolipiide

Närvi- ja lihasrakkude mebraanides; rakk-rakk interaktsioonid.

Glükosfingolipiidide struktuur

Sfingomüeliini struktuur

sfingosiin, rasvhape üle amiidsideme, fosfaat, koliin

sfingosiini struktuur

Vahad - struktuur

Pika süsinikahelaga alkoholide ja pika süsinikahelaga rasvhapete estrid.

Vahad - roll

Kaitsefunktsioon

Terpenoidid - jagunemine

• Monoterpenoidid - koosnevad kahest isopreeni jäägist; paljudel on iseloomulik tugev lõhn

• Seskviterpenoidid - koosnevad kolmest isopreeni ühikust

• Diterpenoidid - koosnevad neljast isopreeni ühikust

• Triterpenoidid – koosnevad kuuest isopreeni ühikust

• Tetraterpenoid – kaheksa isopreeni; lükopeen on üks karotenoididest, leidub tomatis

Terpenoidid - näited

• Skvaleen

• Lanosterool

• Lükopeen

Karotenoidid

Tetraterpenoid; pigment taimedes (fotosünteesivad organismid toodavad)

Steroidide funktsioon

Toimivad hormoonidena, soodustavad toidulipiidide seedimist, on osa membraanidest.

Sapphapete funktsioon

Sapphapped osalevad lipiidide seedimisel, lahustavad rasvhappeid, absorbeerivad rasvlahustuvaid vitamiine. Sapphapped on võimelised lahustama sapis olevat kolesterooli, hoides ära kolesterooli kuhjumise organismis.

Kolesterooli struktuur

Kolesterooli funktsioon

Kõige levinum steroid loomsetes organismides, lähteühend kõigile loomsetele steroididele.

Membraanide funktsioonid

• Plasmamembraanid eraldavad raku sisemuse väliskeskkonnast.

• Seesmised membraanid eraldavad erinevaid raku piirkondi.

Membraanide omadused

1. Kihilised, kahe lipiidimolekuli paksused

2. Koosnevad peamiselt lipiididest ja valkudest koos süsivesikutega;

3. Lipiidsed spontaanselt moodustuvad kaksikkihid takistavad polaarsete molekulide liikumist;

4. Membraanis on erinevate funktsioonidega valgud – pumbad, kanalid, retseptorid, ensüümid, energia ülekandjad;

5. Valke ja lipiide hoiavad koos mittekovalentsed jõud;

6. Asümmeetrilised;

7. Voolavad struktuurid

8. Enamus membraane elektriliselt polariseeritud – sisse jääb negatiivne laeng.

Membraanide koostis

• Valgud 30-75 %

• Fosfolipiidid 7-40 %, harvemini muud lipiidid

• Steroolid 0-25 %

• Süsivesikud

Kaksikkihi tekkimine

• moodustuvad fosfo- ja glükolipiididest

• tekkimine on spontaanne, selle määrab ära hüdrofoobne efekt

• Van der Waalsi jõud soodustavad hüdrofoobsete sabade pakkimist

• Elektrostaatilised jõud ning H-sidemed lipiidi polaarse pea ja vee vahel

Ioonid ja polaarsed molekulid läbivad kaksikkihti …

väga halvasti

Membraani voolavuse määravad:

rasvhapete omadused – C-ahela pikkus ja kaksiksidemete arv.

Membraani jäik olek

rasvhapped paigutunud korrapäraselt

Membraani voolav olek

rasvhapped paigutunud korrapäratult

Faasiülemineku temperatuur e sulamistemperatuur T_m

toimub üleminek jäigast olekust voolavasse

Mida pikemad rasvhapped, seda … need kokku pakitakse

tihedamalt

Cis-kaksikside painutab ahelat ning tekitab ebakorrapärasuse … T_m-i

alandades

Loomades reguleerib membraani voolavust …

kolesterool

Membraani faasiülemineku graafik

Membraani valgud - funktsioonid

transpordivad aineid ja informatsiooni läbi membraani

Valgud membraanil jagunevad:

1) integraalsed

2) perifeersed

Integraalsed valgud

Membraani läbivad; eraldamiseks tuleb membraan lõhkuda.

Perifeersed valgud

Seotud lipiidide polaarsete rühmadega elektrostaatiliste jõudude ja H-sidemetega.

• vastasmõjus polaarsete rühmadega

• vastasmõjus membraani valguga

• ankurdatud kovalentselt lipiidile

Membraantranspordi liigid

1. Passiivne difusioon

2. Soodustatud difusioon

3. Aktiivne transport

• primaarne aktiivne transport

• sekundaarne aktiivne transport

Membraantransporti aitavad läbi viia:

• Ioonkanalid – poore moodustavad membraanvalgud;

• Ionofoorid – keemilised ühendid, mis paiknevad membraanis;

• Ioonpumbad (aktiivne transport).

Laenguta osakeste passiivne difusioon

spontaanne protsess, ei vaja spetsiaalseid valke. Sõltub ainult ainete kontsentratsioonist kahel pool membraani (gaasid, steroidid)

Soodustatud difusioon

• Lahustunud aine liigub ainult kõrgemalt kontsentratsioonilt madalamasse;

• Valgud omavad afiinsust ja selektiivsust transporditava aine suhtes;

• Transport allub küllastuskineetikale.

Aktiivne transport

kulgeb aine madalamalt kontsentratsioonilt kõrgemale, vajab lisaenergiat (nt. ATP)

Primaarne aktiivne transport

protsess, mis tekitab sellise ioongradiendi

• Näited: Na-K pump; Ca²⁺ transport lihastes

Sekundaarne aktiivne transport

protsess, mis lisaenergiana kasutab primaarse aktiivse transpordi poolt tekitatud ioongradiendi energiat

Na⁺, K⁺-ATPaas (Na-K-pump)

• ATP hüdrolüüs kulgeb tsütoplasma poolel.

• Na+ ioonid transporditakse rakust välja ja K+ ioonid sisse.

Na⁺, K⁺-ATPaas (Na-K-pump) - transpordi stöhhiomeetria

3 Na+ välja ja 2 K+ sisse ühe hüdrolüüsitud ATP kohta.

Na⁺, K⁺-ATPaas (Na-K-pump) skeem

Sümport

ioonid ja transporditavad aminohapped või suhkrud liiguvad samas suunas läbi membraani, s.o. sisenevad rakku

Antiport

ioonid ja transporditavad osakesed liiguvad vastassuundades

Nukleotiidide komponendid

• Lämmastikalused (puriinid ja pürimidiinid)

• Sukrud (riboos ja desoksüriboos)

• Fosfaathappejäägid

Adeniini struktuur

Uratsiili struktuur

Komplementaarsus

Chargaffi reegel: A-T (U kui RNA) ja G-C.

Põhineb sellel, et puriin on seotud pürimidiiniga, selleks et DNA ja RNA molekuli struktuurid oleks korrapärane.

Riboosi struktuur