FAKTA. har samma kemiska egenskaper. Skillnaden mellan dem ligger i att de vrider planpolariserat ljus åt var sitt håll.

Transkript

1 olhydrater och lipider är viktiga biokemiska byggastenar, som KfiK finns i alla celler. De är energirika och har därför stor betydelse som lagringsform av energi i cellerna. Många av dem är också viktiga byggelement i cellmembran och cellorganeller. Kolhydrater och lipider är i sin tur uppbyggda av mindre, organiska molekyler. Kolhydrater är den grupp biomolekyler som det finns mest av i naturen. Kolhydrater bildas i samband med växternas fotosyntes och utgör den viktigaste energikällan för människor och andra högre djur. Kolhydrater Kolhydrater är organiska föreningar med den empiriska formeln C n (H 2 O) m. Till kolhydraterna räknas sockerarter (mono- och disackarider), stärkelse och cellulosa. Kolhydraterna delas in i monosackarider, oligosackarider och polysackarider. Mono- och disackarider har vissa egenskaper av stor betydelse för biokemiska reaktioner. De innehåller till exempel många OHgrupper, som gör att sockerarterna är lösliga i vatten, att de har vissa karakteristiska molekylstrukturer och att molekylerna kan kopplas samman till polymerer. De kan även kopplas samman med molekyler från andra ämnesklasser som lipider och proteiner. Monosackarider Monosackarider byggs i allmänhet upp av fem eller vanligare sex kolatomer. De kallas efter antalet kolatomer för pentoser eller hexoser. Pentoser och hexoser kan förekomma både i öppen form (kedjeform) och i sluten cyklisk form. I molekylerna ingår flera funktionella grupper, dels OH-grupper och dels en aldehyd- eller ketogrupp (i den öppna formen). Monosackarider som innehåller en aldehydgrupp kallas aldoser och de med ketogrupp ketoser. Den enklaste monosackariden är glyceraldehyd.. Det är en trios (= monosackarid med tre kolatomer) med ett asymmetriskt centrum. Det innebär att det finns två optiska isomerer, D-glyceraldehyd och L-glyceraldehyd. Monosackarider enkla sockerarter, t ex glukos, fruktos, ribos. Oligosackarider Polysackarider byggs upp av två eller några få molekyler lika eller olika monosackarider. Exempel: disackariderna maltos, cellobios, sackaros och laktos. byggs upp av många, hundratals till tusentals, monosackarider. Exempel: stärkelse, glykogen och cellulosa. L- glyceraldehyd (S-glyceraldehyd ) D-glyceraldehyd (R-glyceraldehyd) 17 18

2 FAKTA Optisk isomeri Den centrala kolatomen i glyceraldehyd binder fyra sinsemellan olika atomer eller atomgrupper. En sådan struktur sägs utgöra ett asymmetriskt centrum. Det medför att det av glyceraldehyd finns två strukturer, som är spegelbilder av varandra. De kallas D-glyceraldehyd d och L-glyceraldehyd.. De två isomererna har samma kemiska egenskaper. Skillnaden mellan dem ligger i att de vrider planpolariserat ljus åt var sitt håll. Denna form av isomeri kallas därför optisk isomeri i eller spegelbildsisomeri. Isomererna är så kallade enantiomerer. Vridningsriktningen, höger eller vänster, anges med plustecken respektive minustecken. D-glyceraldehyden vrider ljuset åt höger och skrivs därför D(+)-glyceraldehyd. Blandas lika många mol av de två enantiomererna så kommer blandningen att vara optisk inaktiv, en så kallad racemisk eller (±)-blandning. D,L-systemet för optiska isomerer har glyceraldehyd som referenssubstans. Det betyder att en optiskt aktiv molekyl som har L-form också strukturmässigt kan härledas till L-glyceraldehyd. Härledningen kan vara besvärlig och det gör att D,L-systemet i flertalet fall är svårt att arbeta med. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) har därför antagit ett nytt nomenklatursystem för att ange den absoluta rymdstrukturen. Högerformen betecknas i detta system med R (av latinets rectus = höger) och vänsterformen betecknas med S (av latinets sinister = vänster). R,S-systemet behandlas i flertalet läroböcker i organisk kemi. D(+)-glyceraldehyd Ribos, med bruttoformein C 5 H 10 O 5, och deoxiribos, C 5 H 10 O 4, är pentoser som bland annat ingår i nukleinsyror (de molekyler som bär arvsanlagen). De är därför ur biokemisk synpunkt mycket viktiga. Ribos (ingår i RNA) Hexoserna har bruttoformein C 6 H 12 O 6. De förekommer i två olika former: öppen kedjeform och sluten cyklisk form. Flera av kolatomerna är asymmetriska. Det finns därför många optiska isomerer. De kan på samma sätt som de två glyceraldehydisomererna indelas i L- och D-former. Flertalet monosackarider i naturen har D-formen. D(-)-fruktos är vänstervridande medan D(+)-fruktos är högervridande. Aldohexoser innehåller fyra asymmetriska centra. Det innebär 16 st (2 4 ) optiska isomerer, 8 st med D-form och 8 st med L-form. Strukturformler för de åtta D-aldohexoserna. Deoxiribos (ingår i DNA) 19 20

3 Glukos (druvsocker), fruktos (fruktsocker) och galaktos är hexoser. De är reduktionsmedel och kan reducera koppar(li)joner i basisk lösning. Röd koppar(i)oxid bildas. Glukos och fruktos finns i frukter och bär. Honung är en blandning av dessa två monosackarider. Glukos, fruktos och galaktos ingår som byggenheter i disackarider och polysackarider. Test på reducerande sockerart Trommers prov: Till provlösningen sätts några droppar 0,1 M CuSO 4 och därpå 2 M NaOH till djupblå färg. Provröret värms försiktigt. Reducerande sockerart ger röd färg. Ett alternativt reagens är Fehlings lösning som också det ger röd färg av koppar(i)oxid med en reducerande sockerart. Glukos Den öppna formen av glukos innehåller fem OH-grupper och en aldehydgrupp. Vid ringbildningen binds kolatom nr 5 med en syreatom till kolatom nr 1. Kolatom nr 1 kommer nu att ingå i ett nytt asymmetriskt centrum. De två optiska isomerer som därigenom blir möjliga kallas α-glukos och β-glukos. Glukos, öppen och cyklisk form Löses β-glukos i vatten, kommer en del molekyler att bilda den öppna kedjeformen (aldehydformen). Denna bildas även när α- glukos löses i vatten. I en vattenlösning har man därför jämvikt mellan alla tre formerna. Aldehydformen finns dock endast i en mycket liten utsträckning, < 0,5 %, i jämviktsblandningen. Mutarotation i en glukoslösning Man kan studera jämvikten genom den ändring i vridning av planpolariserat ljus som äger rum i lösningar av α-glukos och β-glukos. En färsk lösning av α-glukos har specifika vridningen En färsk lösning av β-glukos har vridningen Efter en tid har lösningarna samma vridningsförmåga. Man har tydligen uppnått jämviktsläget. Den specifika vridningen av planpolariserat ljus är då +53. Fenomenet, dvs ändringen av planpolariserat ljus kallas mutarotation. Fruktos Även fruktos förekommer i en öppen och en sluten cyklisk form. I den öppna formen har fruktos en karbonylgrupp, CO, vid kolatom nr 2 och är således en ketos. Fruktos, öppen och cyklisk form Fruktos ger positiv reaktion med Trommers prov, trots att ketoner normalt inte verkar som reduktionsmedel. Förklaringen är att i basisk lösning sker en omlagring av ketoformen så att molekylen får reducerande egenskaper β-glukos (β-glukoslösning, +19 ) glukos (i jämviktslösning, +53 ) α-glukos (α-glukoslösning, +112 )

4 Disackarider Till disackariderna hör sackaros (rörsocker), maltos (maltsocker), laktos (mjölksocker) och cellobios. De har alla bruttoformeln C 12 H 22 O 11. Med syra eller speciella enzymer sönderdelas de till två molekyler monosackarider. Sackaros ger till exempel på detta sätt glukos och fruktos. Sambandet mellan mono-, di- och polysackarider framgår av schemat nedan. Vilken är då skillnaden mellan maltos och cellobios? Maltos är en α-glukosid, dvs kolatom nr 1 har α-konfiguration och bindningen sägs vara en α-l,4-glykosidbindning. (Glukosid anger att en glukosmolekyl ingår i glykosiden.) Cellobios är däremot en β-glukosid och bindningen mellan glukosenheterna är en β-1,4-glykosidbindning. Maltos är en α-glukosid Glukos och fruktos är båda reducerande sockerarter. När de via en så kallad glykosidbindning,, kopplas samman till sackaros sker hopkopplingen vid kolatom nr 1 i glukos och kolatom nr 2 i fruktos (1,2-α-glykosidbindning). Detta medför att den reducerande förmågan försvinner. Sackarosstrukturen Polysackarider Polysackarider är uppbyggda av ett mycket stort antal monosackarider som hålls samman med glykosidbindningar. De viktigaste polysackariderna är stärkelse, glykogen och cellulosa. Stärkelse Stärkelse består av ett mycket stort antal glukosmolekyler, som kondenserats till långa kedjor. Formeln för stärkelse skrivs därför (C 6 H 10 O 5 ) n, där n i regel varierar mellan 100 och 2500 beroende på från vilken växt stärkelsen kommer. Under inverkan av starka syror eller av enzymer i saliv och bukspott sönderdelas stärkelse till glukos. Som mellanled får man dextriner och mal- En glykosidbindning är en slags eterbindning. Den uppkommer vid reaktionen mellan ett cykliskt kolhydrat och en alkohol. Den tos. Stärkelse är en blandning av två polysackarider molekyl som bildas kallas glykosid. Eftersom sockerarter med sina amylos och amylopektin. Amylos är en ogrenad många OH-grupper kan betraktas som flervärda alkoholer kan sockermolekyler kedja av glukosenheter. Glukosmolekylerna kop- kopplas samman med glykosidbindningar. Maltos och plas samman med α-l,4-glykosidbindningar, som cellobios är disackarider som båda ger glukos vid sönderdelning. ger amylos en spiralstruktur. Amylopektin är Glykosidbindningen sker i båda mellan kolatom nr 1 i den ena och starkt förgrenad och innehåller utöver 1,4-bindningar kolatom nr 4 i den andra glukosmolekylen. I maltos och cellobios även 1,6-bindningar. Amylos har betydligt finns därför den reducerande förmågan kvar i den ena glukosdelen. Amylos har en spiralstruktur mindre medelmolekylmassa än amylopektin

5 Jodlösning används som reagens på stärkelse. Den ger med amylos en starkt blå färg. Färgen uppkommer när jodmolekylerna inlagras i amylosspiralen, varvid en förening med stark ljusabsorption bildas. Dextriner (delvis nedbruten stärkelse) ger rödbrun färg med jodlösning. Stärkelse utgör energireserv i växter. Särskilt mycket stärkelse finns i potatis och i sädesväxternas frön. Potatismjöl består nästan helt av ren stärkelse. Glykogen I muskler och leverceller hos djur finns glykogen som lätt tillgänglig energireserv. Det är en förening som mycket påminner om amylopektin i sin uppbyggnad. Glykogenmolekylen är dock mindre grenad och betydligt större (n kan uppgå till ) än amylopektinmolekylen. Cellulosa Cellulosa är liksom stärkelse en polysackarid uppbyggd av glukosenheter. Formeln skrivs därför även här (C 6 H 10 O 5 ) n, där talet n är Vid fullständig nedbrytning av cellulosa med starka syror blir resultatet glukos. Som mellanled får man cellobios, vilket visar att cellulosan består av glukosenheter hopkopplade med β-1,4-glykosidbindningar. Cellulosamolekylen har en långsträckt struktur. Molekylerna hålls samman av vätebindningar till ganska tjocka knippen, fibrer. Cellulosa utgör större delen av växternas cellväggar. I ved ligger fibrer av cellulosa inbakade i lignin (vedämne). Glykogen och amylopektin har starkt grenad struktur Cellulosa har linjär struktur Lipider Lipider är en grupp ämnen, som bland annat kännetecknas av att de är svårlösliga i vatten men lösliga i de flesta organiska lösningsmedel. Lipider kan därför utvinnas genom extraktion med till exempel aceton eller eter. Till gruppen lipider hör fetter men även ämnen som vaxer, könshormoner (steroider), karotenoider, vitamin A och kolesterol. Fetter Fetter är glycerolestrar av högre fettsyror (vanligtvis stearinsyra, palmitinsyra och oljesyra). Stearinsyrans glycerolester, glyceryltristearat, har formeln: 25 26

6 Några vanliga fettsyror Antal kol Formel Trivialnamn Systematiskt namn 12 C 11 H 23 COOH laurinsyra dodekansyra 14 C 13 H 27 COOH myristinsyra tetradekansyra 16 C 15 H 31 COOH palmitinsyra hexadekansyra 18 C 17 H 35 COOH stearinsyra oktadekansyra 18 C 17 H 33 COOH oljesyra cis-9-oktadekensyra 18 C 17 H 31 COOH linolsyra cis-9,12-oktadekadiensyra 18 C 17 H 29 COOH linolensyra cis-9,12,15-oktadekatriensyra De flesta fetter är triglycerider, dvs glycerolen är förestrad med tre fettsyramolekyler. Dessa fettsyramolekyler har i regel ett jämnt antal kolatomer. Vanligast är fettsyror med 16 eller 18 kolatomer. En fettsyra som innehåller dubbelbindningar sägs vara omättad.. Finns det två eller flera dubbelbindningar i molekylen är fettsyran fleromättad. Linolsyra, C 17 H 31 COOH, har två och linolensyra, C 17 H 29 COOH, har tre dubbelbindningar. Fetter finns i såväl växter som djur där de bl a utgör en extra energireserv för organismen. Fetter kan vara fasta eller flytande (feta oljor). Ett flytande fett byggs upp av triglycerider där syradelen i stor utsträckning utgörs av oljesyra. Den är en enkelomättad fettsyra och fettet sägs därför vara ett omättat fett. Även fleromättade fettsyror, t ex linol- och linolensyra, kan ingå i fetter. Ett ökat antal dubbelbindningar i fettsyran medför en lägre smältpunkt hos fetter. Majsolja och sojabönolja är exempel på fetter, som har hög halt av fleromättade fettsyror. Med P/S-kvoten anges förhållandet mellan fleromättade (P) och mättade (S) fettsyror i ett livsmedel. Det är ur näringssynpunkt önskvärt att värdet på P/S-kvoten är > 0,5. Det är klarlagt att det ur hälsosynpunkt är viktigt att det i vår föda ingår tillräckligt mycket omättade fetter. En del fleromättade fettsyror kan inte syntetiseras i kroppen. För att undgå störningar i vissa kroppsfunktioner måste dessa tillföras med kosten. De kallas därför essentiella fettsyror. Jodtal definieras som det antal gram jod som kan adderas till 100 g fett. Jodtalet bestäms med jodometrisk titrering och ger en uppfattning om omättnaden hos ett fett. Sojabönolja har t ex jodtalet ca 130 medan smör har jodtalet ca 30. Fetter som förvaras i rumstemperatur härsknar efter en tid. Det är i regel fråga om oxidativ härskning,, dvs angrepp av syre vid dubbelbindningar i omättade fetter. Vid dubbelbindningen sker en oxidation, som leder till klyvning av molekylen. Det bildas flyktiga fettsyror, aldehyder eller ketoner, som ger upphov till obehaglig lukt och smak. Den oxidativa härskningen kan hindras genom tillsats av antioxidanter, t ex askorbinsyra och lecitin. Härskning kan också bero på förekomst av bakterier som sönderdelar, hydrolyserar, fettet till glycerol och fria fettsyror. När smörfett härsknar erhålls illaluktande smörsyra. Vaxer Vaxer är estrar av ogrenade fettsyror och envärda alkoholer med lång kolkedja (14-30 kolatomer). Både växter och djur kan bilda vaxer. De utgör t ex skyddande hinnor på fågelfjädrar och frukter. Det är ett vaxskikt som gör att blåbär har sin blå färg. Ibland saknas vaxskiktet och då är bären svarta. Sammansatta lipider Fosfolipider Fosfolipider bygger tillsammans med proteiner upp biologiska membraner i celler. Fosfolipiderna är diglycerider,, dvs glycerol bildar en ester med två fettsyramolekyler och en fosforsyramolekyl. Till fosforsyramolekylen binds i sin tur en hydrofil hydroxiförening som i regel innehåller kväve. Denna förening kan vara etanolamin, kolin eller aminosyran serin. Lecitiner är fosfolipider där kolin ingår i molekylen. Lecitiner återfinns i membran i både växt- och djurceller. Lecitin kan framställas ur sojabönor och används som emulgeringsmedel inom livsmedels- och kosmetikaindustrin O = O Spermacetivax

7 Principskiss för en fosfolipid, samt strukturformel för lecitin Glykolipider och glykoproteiner I membranen kan en del lipider och proteiner binda en eller flera mindre kolhydratmolekyler och bilda glykolipider respektive glykoproteiner. Kolhydraterna återfinns då alltid på cellmembranets utsida. De utgör där ett mönster med oerhörda variationsmöjligheter. Dessa mönster antas ha betydelse för att ge varje cell en egen identitet och för att kunna identifiera främmande cellvävnader. Våra röda blodkroppar kan ha tre olika glykolipider på sin yta. Det är dessa som avgör vår blodgrupp. Steroider Steroider omfattar en stor grupp mycket olika föreningar med en gemensam grundstruktur. Den vanligaste steroiden är kolesterol. Den ingår i vissa biologiska membran men finns också i blod. Till steroiderna hör också ett flertal hormoner, t ex könshormonerna. De kan biosyntetiskt härledas ur kolesterol. Andra steroider är kortison och vitamin D. Vitamin D Hydrofoba och hydrofi la grupper FAKTA Tensider består av molekyler med en vattenlöslig, hydrofil,, del och en vattenolöslig, hydrofob, del. Den hydrofila delen kan vara en karboxylatjon som hos tvål eller en sulfonsyragrupp (sulfonatjon) som hos syntetiska tvättmedel. Den hydrofoba delen består ofta av en lång kolvätekedja. Tensider bildar i vatten så kallade miceller. Det är sfäriska strukturer där de hydrofoba delarna är vända inåt och de hydrofila delarna vända utåt. Lipider är olösliga i vatten. De är hydrofoba ämnen. Flertalet lipider har också en hydrofil del och de bygger därför på samma sätt som tensider upp miceller i vatten. Många lipider, t ex lecitin, används som emulgeringsmedel. Den hydrofoba och hydrofila delen hos fosfolipider och glykolipider medför att molekylerna bygger upp cellmembran i två skikt. Kolesterol Detalj av cellmembran 29 30

8 alla celler finns ett mycket stort antal proteiner av olika slag. De I är organiska föreningar som förutom kol, väte och syre alltid innehåller kväve. Dessutom ingår ofta svavel och fosfor. Proteiner har en komplicerad byggnad. Sönderdelning visar dock att de är uppbyggda av enkla, mindre enheter, aminosyror. Aminosyror En aminosyra innehåller två funktionella grupper: en karboxylgrupp och en aminogrupp. I naturen förekommer i huvudsak ett tjugotal aminosyror, som bygger upp proteiner. De är alla α- aminosyror. Det innebär att aminogruppen sitter på den så kallade α-kolatomen. α-aminosyror har den allmänna formeln: H 2 N C(R)H COOH Aminosyror är amfolyter. I vattenlösning sker en inre protolys, autoprotolys, så att den proton som karboxylgruppen avger går till aminogruppen. Jämviktsläget är i en neutrallösning starkt förskjutet åt höger. H 2 N C(R)H COOH D H 2 N + C(R)H COO Aminosyror får olika karaktär beroende på om sidogruppen R är polär eller opolär,, Aminosyror indelas efter sidogruppens egenskaper i fyra grupper (se sid 32). Aminosyrornas namn följer inte de IUPACregler vi lärt oss använda i den organiska kemin. Av olika skäl tillämpas dessa regler inte inom biokemin för att namnge föreningar. Aminosyrornas namn förkortas ofta till tre bokstäver när man t ex vill ange aminosyrasekvenser. Växter kan av enklare byggstenar framställa, syntetisera, alla aminosyror de behöver. Människan kan, liksom djur i allmänhet, inte göra detta. För människans del finns åtminstone åtta aminosyror, som måste tillföras kroppen med födan. De brukar kallas essentiella (livsnödvändiga) aminosyror. Ett flertal aminosyror, t ex metionin och lysin, framställs industriellt. De används i huvudsak som tillsats i djurfoder. Essentiella aminosyror valin leucin isoleucin lysin metionin treonin tryptofan fenylalanin 31 32

9 Alla α-aminosyror, utom glycin, är optiskt aktiva vilket beror på att det finns ett asymmetriskt centrum i molekylen. Det innebär att det av varje aminosyra finns två strukturer som är spegelbilder till varandra och vrider planpolariserat ljus olika. De kallas L- och D-aminosyror. Proteiner som finns i naturen är uppbyggda av L-aminosyror. Man vet inte varför naturen gjort detta val här på jorden (det finns dock undantag: D-aminosyror i vissa bakteriers cellväggar). I meteoriter har man funnit både L- och D-aminosyror. Aminosyror har i vattenlösning normalt formen + NH 3 CH(R)-COO -. I sur miljö tar karboxylgruppen upp en proton medan i en basisk lösning så avger aminogruppen en proton. Vilken jon som finns i lösningen beror alltså på ph-värdet. I en titrerkurva kan man avläsa vid vilka ph-värden de olika jonerna erhålls. Sur miljö: + NH 3 CH(R)-COO - + H 3 O + NH 3 CH(R)-COOH + H 2 O Basisk miljö: + NH 3 CH(R)-COO - + OH - NH 2 CH(R)-COO - + H 2 O Varje aminosyra har en så kallad isoelektrisk punkt,, Ip. Ip-värdet är det ph-värde vid vilket aminosyrans nettoladdning är noll. Peptider KarboxyIgruppen i en aminosyra kan reagera med aminogruppen i en annan aminosyra. Därigenom kopplas två aminosyramolekyler samman med en peptidbindning,, -CO-NH-, till en dipeptid. Sätts tre aminosyror samman får man en tripeptid.. Reaktionen är en kondensation. I peptidbindningen råder en sorts hybridisering, som medför att bindningen C-N blir ett mellanting mellan enkelbindning och dubbelbindning. Det framgår bl a av atomavståndet mellan C och N. Jämför också med den hybridsering som finns i etenmolekylen. Detta medför att peptidbindningen har en plan, stel struktur medan delarna intill peptidbindningen har fri vridbarhet. Om tillräckligt många aminosyror kopplas samman får man långa kedjor, polypeptider. En sådan uppbyggnad av polypeptidkedjor sker ständigt i kroppens celler vid proteinsyntesen. En polypeptidkedja har i molekylens ena ände en fri aminogrupp, -NH 2, och i den andra änden en karboxyigrupp, -COOH. De kallas molekylens N-terminal respektive C-terminal

10 Proteiner Proteiner kan vara enkla eller sammansatta. Enkla proteiner består endast av aminosyror. I sammansatta proteiner ingår förutom aminosyror också andra ämnen t ex kolhydrater, lipider eller andra mindre molekyler. Proteiner har viktiga funktioner i cellerna och varje cell innehåller därför tusentals olika proteiner. De kan bland annat fungera som: Enzymer Enzymerna är katalysatorer som styr alla kemiska reaktioner i cellen. Närvaro av enzymer gör att reaktionshastigheten ökar, ofta med så mycket som faktorn (Enzymer behandlas i kapitel 6.) Transportmolekyler I de röda blodkropparna i blodet finns hemoglobin, ett protein som transporterar syre ut till cellerna. Ett närbesläktat protein, myoglobin, lagrar syre i muskler. Myoglobin ger kött dess röda färg. Stödsubstanser Ingår i cellväggar, muskler, hår, hud och naglar. Immunskydd Kroppens försvarsmolekyler, antikropparna, är proteiner med egenskaper som gör att de kan känna igen och reagera med främmande ämnen i kroppen. Kontrollmolekyler Cellers tillväxt kontrolleras bl a av olika typer av proteiner, hormoner. Andra proteiner, s k repressorproteiner, styr celldifferentieringen och gör att vi t ex inte har hårväxt på fingertopparna. Näring Proteiner i födan bryts vid matsmältningen ned till aminosyror som tas upp av blodet och transporteras till cellerna. I dessa används aminosyrorna till att bygga upp nya proteiner eller till att utvinna energi ur. FAKTA Påvisa aminosyror och proteiner Ninhydrinreaktionen Aminosyror ger med ninhydrin en blåfärgad förening. (Prolin ger dock gul färg). Ninhydrin används vid kvantitativ bestämning av aminosyror med spektrofotometer. Reaktionen är så känslig att den kan användas för att identifiera fingeravtryck på papper t ex vid checkbedrägerier. Färgningen orsakas av de små mängder aminosyror som utsöndras genom huden. Spektrofotometrisk metod Fenylalanin (Phe), tyrosin (Tyr) och tryptofan (Trp) är aromatiska aminosyror och absorberar därför UV-Ijus vid 280 nm. Den egenskapen utnyttjas för spektrofotometrisk bestämning av dessa syror. De aromatiska syrorna ingår i flertalet proteiner och medför att proteiner i regel har absorptionsmaximum vid 280 nm. Detta används för spektrofotometrisk bestämning av proteinkoncentrationen i ett prov. Biuretprovet Kopparjoner ger i basisk miljö ett violett komplex med kväveatomerna i peptidbindningar. Biuretprovet används för att spektrofotometriskt bestämma proteinkoncentrationen i ett prov eftersom färgstyrkan ökar med antal peptidbindningar. Proteiner är makromolekyler med molekylmassan u. De har bildats genom kondensation av ett stort antal, i regel , aminosyramolekyler. I naturen förekommer 20 olika aminosyror som bygger upp polypeptidkedjor. Genom att dessa tjugo aminosyror emellertid kan kombineras på många olika sätt kan det teoretiskt bildas ett oändligt stort antal olika proteiner. Aminosyror har sidogrupper som kan vara opolära, polära, basiska eller sura (se sid 32). De sura och basiska sidogrupperna kan protolyseras och nettoladdningen hos ett protein är därför beroende av ph-värdet i lösningen. Vid ett för varje protein bestämt ph-värde är nettoladdningen noll. Detta ph-värde kal

11 las isoelektriska punkten, Ip. Vid isoelektriska punkten är proteinet minst lösligt. Denna egenskap kan utnyttjas vid utvinning av proteiner ur biologiskt material. Några exempel på Ip för proteiner: pepsin 1,0, äggalbumin 4,6, hemoglobin 6,8 och lysozym 11,0. Primärstrukturen Proteiner skiljer sig från varandra genom dels vilka aminosyror som ingår i molekylen, dels i vilken ordning aminosyrorna är hopkopplade. Detta utgör proteinets primärstruktur. Insulin var, med sina 51 aminosyror, det första protein man lyckades bestämma primärstrukturen för. Arbetet utfördes av engelsmannen Sanger och belönades med Nobelpriset Genom bestämningar av primärstrukturer har man kunnat visa samband mellan förändringar i proteiners primärstruktur. och vissa ärftliga sjukdomar. En sådan är blodsjukdomen sickle-cell anemi, som beror på att en aminosyra, glutaminsyra, på två ställen i hemoglobinmolekylen har bytts ut mot aminosyran valin. Samma sorts proteiner, t ex hemoglobin och cytokrom c, återfinns hos många olika arter. Cytokrom c medverkar i mitokondriereaktioner och finns därför i alla eukaryota celler. Aminosyrasekvensen i cytokrom c hos en art skiljer sig dock från den i cytokrom c från en annan art. Man har här en helt ny metod för att kartlägga evolutionen i naturen. Det släktträd mellan arterna som växer fram ser dock i stort sett likadant ut som det som finns i våra biologiböcker. Bestämning av primärstrukturen När man bestämmer primärstrukturen tar man dels reda på vilka aminosyror som bygger upp proteinet, dels i vilken ordning de sitter i polypeptidkedjan. Bestämning av vilka aminosyror som ingår i ett protein. Proteinet hydrolyseras (t ex med 6M HCl vid 110 C under 24 tim) varpå aminosyrorna separeras från varandra med jonbytarkromatografi. Proteinets primärstruktur (varje aminosyra betecknas med tre bokstäver). Jonbytarkromatogram vid eluering av proteinhydrolysat med buffertar med stigande ph-värde. Bestämning av aminosyrasekvensen. Det kan göras med flera olika metoder. Sangers metod: Reagens är 4-fluoro-l,3-dinitrobensen (FDNB) som reagerar med ändgruppen -NH 2 i polypeptider. De gulfärgade produkterna kan identifieras med kromatografiska metoder. Edmans metod: Reagens är fenylisotiocyanat som reagerar med polypeptidkedjans ändgrupp, -NH 2. Den sista aminosyran kan nu genom försiktig hydrolys spaltas av. Man får en ny peptid, en aminosyra kortare, vars NH 2 -grupp kan reagera med fenylisotiocyanat. Den aminosyra som nu är sist spaltas av. Processen upprepas tills alla aminosyrorna spaltats av. Metoden har gjort det möjligt att utveckla en apparat för automatisk sekvensbestämning av peptider. Sekundärstruktur Förutom primärstruktur har ett protein även en sekundärstruktur. Den uppkommer när vätebindningar bildas mellan närlig- gande peptidbindingar i polypeptidkedjan. Det finns tre typer av sekundärstruktur: spiralstruktur, och β-struktur. Den vanligaste spiralstrukturen är α-helix. Den är en regelbunden struktur med 3,6 aminosyror per varv i spiralen. Vätebindningar mellan COgrupper och NH-grupper inom samma spiral gör strukturen stabil. Hur stor del av ett protein som har α-helixstruktur varierar från protein till protein. I myoglobin och hemoglobin är α-helix den dominerande strukturen

12 I vissa molekyler, t ex fiberproteinet i silke, finns inslag av en annan typ av sekundärstruktur. Den kallas β-struktur och innebär att intilliggande polypeptidkedjor hålls samman med vätebindningar mellan kedjorna. Man kan likna α-strukturen vid ett veckat lakan (eng. pleated sheet). β-struktur förekommer också i många globulära proteiner (se tertiärstruktur). β-strukturen kan vara parallell, dvs polypeptidkedjorna har samma riktning, eller antiparallell om kedjorna har motsatt riktning. α-helix Fiberproteiner är svårlösliga i de flesta lösningsmedel. Exempel på fiberproteiner är kollagen, keratin och silkefibroin. Kollagen uppvisar ytterligare en typ av sekundärstruktur vars wireliknande uppbyggnad förklarar kollagenets styrka och seghet. Kollagen innehåller mycket av aminosyrorna glycin och prolin och är det dominerande proteinet i hud, senor och brosk. β-struktur det budskap som bestämmer proteinets tertiärstruktur. Det är i första hand frågan om vilka sidokedjor de olika aminosyrorna har och hur dessa kan bindas till varandra. En polypeptidkedja antar efter proteinsyntesen därför av sig själv sin slutliga form. Tertiärstrukturen kan bestämmas genom matematisk analys av de bilder röntgenstrålar ger vid passage genom proteinkristaller. Det är flera typer av krafter som stabiliserar tertiärstrukturen. Hydrofob samverkan mellan vissa sidogrupper. Detta utgör den viktigaste stabiliserande kraften. Kovalenta bindningar. Aminosyran cystein innehåller en SHgrupp. Mellan två SH-grupper bildas en kovalent -S-S-bindning. Vätebindningar mellan vissa sidogrupper. Elektrostatiska krafter mellan olika laddade sidogrupper. Tertiärstruktur I biologiskt aktiva proteiner är proteinkedjan starkt hopveckad till en bestämd form, en tertiärstruktur. Den yttre formen är i det närmaste sfärisk och dessa proteiner kallas därför globulära proteiner. De är, till skillnad från fiberproteiner, i regel lösliga i vatten. Exempel på globulära proteiner är albumin, myoglobin, globuliner och de flesta enzymer. Hemoglobin, det syretransporterande röda proteinet i blod, är också ett globulärt protein. Tertiärstrukturen är av största betydelse för proteinets biologiska funktion. Redan i aminosyrasekvensen, primärstrukturen, finns Kvartärstruktur Hemoglobin är ett globulärt protein. Det består av fyra hopveckade polypeptidkedjor och till varje kedja är en så kallad hemgrupp bunden (prostetisk grupp). Hemgruppen innehåller en järnjon och transporterar syre ut till vävanderna. När, som i hemoglobin, flera polypeptidkedjor bygger upp ett protein, kallar man detta proteinets kvartärstruktur