Biochemie Přednáška č. 6 Doc. MUDr. Jan Šimůnek, CSc. Ústav preventivního lékařství 21. října 2008 Nukleové kyseliny Základem nukleové kyseliny je pentóza, vytvářející furanový cyklus (s heteroatomem kyslíku). Na atom uhlíku sousedící s tímto kyslíkovým, je navázána další složka: báze. Na koncovém uhlíku (mimo cyklus) je navázána kyselina fosforečná. Existují dva základní sacharidy, ribóza a desoxyribóza, které tvoří základ ribonukleové a desoxyribonukleové kyseliny. Existuje pět bází: dvě purinové (adenin, guanin) a tři pyrimidinové (cytosin, thymin a uracil). Kyselina fosforečná se může vázat na -OH skupinu 3. atomu uhlíku jiného sacharidu, než se kterým je sloučena, za vzniku dimeru. A na vzniklý dimer se může vázat další a další monomer. Přehled bází Báze Nukleosid1 Nukleotid2 Adenin Adenosin (A) Adenosin-5'-monofosfát(AMP) Guanin Guanisin (G) Guanosin-5'-monofosfát(GMP) Cytosin Cytidin (C) Cytidin-5'-monofosfát(CMP) Uracil Uridin (U) Uridin-5'-monofosfát(UMP) Thymin Thymidin (dT)3 Thymidin-5'-monofosfát(dTMP) 1. Nukleosid = sloučenina báze se sacharidem; je-li báze purinová, má koncovku -osin, je-li pyrimidinová, má koncovku -idin 2. Nukleotid = sloučanina báze, sacharidu i kyseliny fosforečné 3. písmeno " d" ve zkratce připomíná, že se jedná výlučně o složku kyseliny deoxyribonukleové Deriváty nukleotidů Nukleotidy s více zbytky kyseliny fosforečné Navázáním dalších zbytků kyseliny fosforečné na ten, který je již vázaný v nukleotidu, vznikají difosfát a následně trifosfát. Vazby mezi prvním a druhým a druhým a třetím zbytkem kyseliny fosforečné uvolňují při hydrolýze velké množství energie (makroergní vazby). Nejdůležitější je adenosin trifosfát, sloužící jako " univerzální donor energie" v řadě chemických reakcí (viz enzymy). Cyklické nukleotidy Cyklické nukleotidy (jedna z -OH skupin zbytku kyseliny fosforečné se váže na 3. atom uhlíku stejného sacharidu) mohou mít v organismu zvláštní regulační význam. Nejdůležitější je cyklický adenosin monofosfát (cAMP), který zastává funkci tzv. " druhého posla" DNA Struktura a funkce Struktura Deoxyribonukleová kyselina vytváří dvouvláknovou pravotočivou šroubovnici, jejíž vlákna jsou propojena vodíkovými můstky mezi bázemi, kdy adenin se páruje s thyminem a cytosin s guaninem. Protože páry jsou asymetrické, nemohou se báze párovat samy se sebou. Dvoušroubovnice je stočena do šroubovnic vyššího řádu a vázána se speciálními bílkovinami (histony), které se vybarvují bázickými barvivy a zodpovídají za barvitelnost buněčného jádra nebo (v době buněčného dělení) chromozomů. Funkce V DNA je uložena informace o sledu aminokyselin v proteinovém ­ bílkovinném řetězci, vždy tři báze kódují jednu aminokyselinu. Další úseky DNA jsou určeny k vazbě regulujících bílkovin, které mohou řídit aktivitu jednotlivých genů. RNA Struktura a funkce Funkce mediátorová (informační, messenger, zkratka mRNA) je přepsána podle vlákna DNA v jádře buňky. Přitom vzniká přechodně hybridní D/RNA. Tato RNA putuje jádrem, přes jadernou membránu a cytoplasmou na ribozómy. ribozómová RNA (rRNA) je předchozí upravená k navázání na ribozóm (nižší molekulová hmotnost). transferová RNA má složitou strukturu, dvoj i jednovláknové úseky. Na jednom konci molekuly je antikodon, který se váže na odpovídající triplet ribozómové RNA, na druhém je specifické vazebné místo pro aminokyselinu, odpovídající příslušnému tripletu bází. RNA Struktura a funkce Struktura mRNA a rRNA jsou jednovláknové, tRNA má složitou strukturu, v níž se části vlákna párují s jinými, části tvoří nespárované cykly. Sacharidy Rozdělení Podle chemické struktury Podle chemické struktury se sacharidy dělí na monosacharidy, disacharidy (2 ­ 10 jednotek) a polysacharidy. Biologicky využívaných monosacharidů je větší počet. Dělí se na aldózy a ketózy (podle toho, je-li H- a -OH nahrazeno =O na koncovém nebo předposledním uhlíku), podle počtu uhlíků (největší význam mají pentózy a hexózy). Uvedené sacharidy v reálných podmínkách vytvářejí pěti nebo šestičetné cykly (furanosa, pyranosa). Liší se také postavením -H a -OH na uhlících (stereoizomerie). Sacharidy Rozdělení Podle využitelnosti Využitelné jsou všechny běžné monosacharidy a oligosacharidy. Z polysacharidů jsou z větší části využitelné škroby. (Tj. jsou rozštěpeny v trávicím ústrojí na monosacharidy a převedeny na monosacharidy použitelné v metabolismu). Nevyužitelné jsou monosacharidy mimo škrob, některé exotičtější oligosacharidy a monosacharidy. Významné monosacharidy D-glyceraldehyd a dihydroxyaceton tvoři estery s kyselinou fosforečnou, které jsou meziprodukty glykolýzy. D-ribosa a 2-deoxy-D-ribosa jsou stavební kameny nukleových kyselin. Spolu s dalšími pentózami se mohou vyskytovat v medu. D-glukosa je nejdůležitější a nejrozšířenější sacharid ­ má význam jako zdroj energie i stavební kámen většiny polysacharidů. Estery s kyselinou fosforečnou se uplatňují v metabolismu. D-galaktosa je složkou mléčného cukru a rostlinných slizů, glykolipidů a glykoproteinů. D-fruktosa je nejvýznamnější ketosou. Je v rostlinách, spolu s D-glukosou tvoří sacharosu, její estery jsou meziprodukty odbourávání sacharidů i glukoneogenese. Významné oligosacharidy Maltosa je disacharid ze dvou molekul glukosy spojených -1,4 glykosidovou vazbou. Vzniká hydrolýzou škrobu (střevo, ale i klíčení semen ­ slad). Spojením dvou molekul D-glukosy -1,4 glykosidovou vazbou vzniká cellobiosa, která je základem celulosy. Laktosa je složena z D-glukosy a D-galaktosy, je významnou energetickou složkou mléka savců. Sacharosa je nejpoužívanější disacharid (řepný cukr, třtinový cukr). Isomaltosa představuje spojení dvou molekul glukózy -1,6-glykosidovou vazbou, vzniká při hydrolýze škrobu z míst, kde se jeho molekula větví. Významné polysacharidy 1 Škrob je významnou rostlinnou zásobní látkou. Skládá se z amylosy (20 %), rozpustné ve vodě a amylopektinu (80 %), s větvenými molekulami, nerozpustného ve vodě (musí se rozvařit). Modifikovaný škrob má odstraněné větvení a je rozpustný ve vodě (rozpustný škrob na škrobení za studena, složka řady potravin rozpouštěných za studena, zahušťovadlo mléčných výrobků). Rezistentní škrob představuje asi 5 % škrobu, které se neštěpí lidskými amylázami (pankreas, střevní žlázky). Glykogen představuje škrobu podobnou zásobní látku živočichů. U člověka se nachází v játrech, svalech (pohotovostní zásoba energie) a v poševní sliznici žen mezi menarché a menopauzou (výživa symbiotických bakterií). Je větvený silněji než amylopektin. Významné polysacharidy 2 Celulosa představuje stavební rostlinný polysacharid. Je sloužkou buněčných stěn i extracelulárních struktur. Ve dřevě je kombinována s ligninem a dalšími látkymi. Je podobná amylose, ale jednotky jsou spojeny -1,4-glykosidovou vazbou. Člověk ji netráví (obecně savci, trávení celulosy provádí symbiotická mikroflóra). Inulin je zásobní polysacharid rostlin, složený z fruktosových jednotek. Má sladkou chuť, částečně ho tráví střevní mikroflóra. Nalézá se v čekance, topinamburech, jakonu, artyčoku, v menším množství i v dalších hvězdnicovitých rostlinách a některých cibulovinách. Závěrečná práce: Šebestová Eva: Zdroje inulinu v potravě a jeho dietetický význam Významné sloučeniny odvozené od sacharidů Oxidací aldos vznikají uronové kyseliny. Nejvýznamnější je kyselina glukuronová, využívaná k detoxikaci nežádoucích látek. Glykosidy představují sloučeniny acetalového a alkoholového hydroxylu. Acetalový hydroxyl se může slučovat i s H2N- skupinou (N-glykosidy). Sloučení -OH skupiny s HOOCskupinou (nebo vodíkem) kyseliny je esterifikace). Významné estery jsou s kyselinou fosforečnou (meziprodukty metabolismu). Redukcí monosacharidů vznikají alkoholové cukry (nejznámější jsou sorbitol, xylitol a manitol). Význam metabolické přístupnosti sacharidů a jejich derivátů Sacharidy a jejich deriváty jsou často užívány v mikrobiologii k testování biochemických vlastností kvasinek a bakterií za účelem jejich určování. Většinou je rozlišováno zkvašování za tvorby plynu ­ zkvašování bez tvorby plynu ­ není zkvašování. Případně je testována schopnost organismu růst na půdě, kde je příslušná sloučenina jako jedniný zdroj uhlíku (utilizace, tvorba auxanogramů).