BASÅRET KEMI B BIOKEMI Introduktion till cellens och organismers metabolism 211-223 (sid. 178-191)
VAD HÄNDER i EN CELL? Metabolism - för att uppehålla liv
Metabolism - ämnesomsättning i en cell pågår tusentals reaktioner - tillsammans ger dessa cellen förmåga att växa, föröka sig och att utföra sina uppgifter Alla dessa reaktioner tillsammans kallas cellens metabolism Fyra huvudsyften? 1. skaffa energi 3. bygga cellspecifika molekyler 2. skaffa utgångsmaterial 4. utföra annat arbete att tillverka cellbeståndsdelar
METABOLISM! Föda! LAGRING! Kolhydrater! Proteiner! Lipider! glukos! amino-! syror! Energi! byggstenar! Glykogen! Neutral-! lipider! Ljus! CO 2! Arbete! Biosyntes, mekaniskt! arbete m.m! Stärkelse! Sucros!
LIPIDER OCH BIOLOGISKA MEMBRANER 214-217 (sid. 181-186)
Lipider - fettlösliga föreningar Fettsyraestrar (förtvålningsbara)! Icke fettsyraestrar! (ej förtvålningsbara)! Neutral lipider! (triacylglyceroler)! Vaxer! Fosfolipider Glykolipider! Membrankomponenter! Kolesterol, östradiol mfl! Membran, hormoner m.m.! Energilager! isolering m.m.! Lipider är en viktig energi och kolkälla - men de! utgör också en viktig beståndsdel i membraner! (och har diverse udda funktioner)!
Neutral lipid Glycerol + 3 fettsyror Biologiskt förekommande fettsyror innehåller ofta ett jämnt antal kolatomer, från C12 till C24, vanligast är 16 eller 18 Glycerol Opolär molekyl
Fosfolipid Fosfat har negativ laddning och alkoholen ofta positiv laddning eller är polär. polärt huvud opolär svans Glycerol Fettsyra Fettsyra Fosfat Alkohol alkohol eller kolin Glycerol förestrad med två fettsyror, en fosfatgrupp, som i sin tur binder en alkoholgrupp. Fosfatidat är den enklaste fosfoglyceriden och ett mellansteg för att göra andra fosfoglycerider.
Fosfolipider har ett polärt huvud och en opolär svans Andra membranlipider med likartad uppbyggnad Hydrofoba opolära svansar Polärt huvud Amfipatisk molekyl Arkéer kännetecknas ofta av att de trivs i extrema miljöer, såsom varma källor eller miljöer med höga halter av något ämne. Dock har man på senare tid hittat arkéer i alla sorters miljöer. Membranet hos arkéer är uppbyggda av eterlipider med förgrenade kolkedjor, som ger motståndskraft vid hydrolys och oxidation.
Såväl mättade, som omättade fettsyror förekommer i växt- och djurceller överväger de omättade en eller flera dubbelbindningar som finns efter kolatom 9 de omättade fettsyrorna ingår i membraner Palmitat 16C, mättad fettsyra mättad fettsyra omättad fettsyra Oleat, omättad 18C fettsyra. En dubbelbindning gör en böj på fettsyran
Membranrörligheten (fluiditeten) påverkas av A. Temperaturen Solid (fast) Fluid (flytande) B. Lipidsammansättningen Packning av fettsyror värme kyla Tm = den temperatur när membranet går från fast solid till flytande fluid, smälttemperaturen melting temperatur. Endast mättade fettsyror En blandning av mättade och omättade fettsyror Fosfolipider med långa fettsyror packas starkare än lipider med korta fettsyror. En dubbelbindning ger en böj på fettsyran och då kan lipiden inte packas lika effektivt.
Fler omättade fettsyror ger större fluiditet hos lipiderna pga mindre tät packning Moby Dick, den vita valen Vad är noskudden till för, flytkropp? ljudinsamlare-ljudriktare? krockskydd? Ett par tusen liter olja och fett, ca 90 % av huvudets vikt, ca 4 ton. En blandning av triacylglyceroler och vax, som ansågs vara den finaste lampoljan Lipider ändrar täthet när de fryser detta utnyttjar spermaceti-valen (kaskeloten) för att hålla sig kvar i djupet. 37 C - flytande, 31 C - kristaller bildas, lägre gradtal - fast form En seriös teori!!! Är att valen värmer eller kyler oljan i sitt spermacetiorgan aktivt för att ge sig själv ökad eller minskad flytkraft.
Steroiden kolesterol - membranlipid i eukaryota celler Kolesterol har en steroid (kärna), en kolvätekedja (svans) och en polär hydroxylgrupp. Hydrofob del, ungefär lika lång, som en fettsyra Orienteras parallellt med fosfolipider med den polära OH-gruppen intill fosfolipidernas polära huvud. I vissa nervceller utgör kolesterol ca 25%, men väldigt litet i intracellulära membraner. Kolesterol är utgångssubstans för syntes av steroidhormoner.
Minskad syntes av prostaglandiner (hormoner) Sänkt feber och minskad smärta. smärta, feber Hämmas av tex. aspirin och ibuprofen. Blockerar den hydrofoba kanalen i prostaglandin H 2 syntas-1 NSAIDs = nonsteroidal anti inflammatory drugs
Vitaminbrist leder till bristsjukdomar Föreningar, som vår kropp inte kan producera i tillräcklig mängd eller inte alls - måste fås med födan. Vitamin D Brist på vitamin D kan orsaka engelska sjukan rickets, förändringar i skelettet, väldigt vanlig i 1600-talets England. Denna förening calcitriol reglerar kalcium upptaget. fiskleverolja
Två sätt för lipider att skydda sig mot vatten Fosfolipider bildar dubbelt lipidlager Fettsyror bildar miceller hydrofoba effekten
Lipidkompositionen varierar mellan plasma membranet och olika organeller
Även mellan det yttre och det inre lipidlagret finns det olikheter Typ av fosfolipid varierar Utsidan av cellen Yttre och inre lager Insidan av cellen, cytoplasman
Membranet är en barriär, medans proteinerna i membranet står för membranets funktion Membranproteiner Perifera; vattenlösliga bundna med elektrostatisk bindning eller vätebindning till integrala proteiner, kan frigöras genom tex ändring i ph eller jonstyrka (tillsätta salt). Integrala; vattenolösliga, löses ut med detergent eller en organisk lösning. Integrala membranproteiner spänner oftast över hela membranet. 30 Å a, b, c = integrala membranproteiner d, e = perifera membranproteiner En del perifera membranproteiner binder till fosfolipider, ej så vanligt (visas ej)
Integrala membranproteiner Den del av proteinet, som befinner sig i membranet består övervägande av aminosyror med hydrofoba R-grupper. α-helixar och β-struktur Undantag: om proteinet bildar en kanal. I membrandelen bildar polypeptidkedjan antingen α-helixar eller β-struktiur, för att få maximalt med vätebindningar mellan peptidbindningarna.
KOLHYDRATER (polysackarider) 211-213 (sid. 178-180)
Kolhydraternas viktigaste funktioner i cellen Polyhydroxy aldehyder och ketoner. viktig energi - energibärare och energilager kolkälla - för syntes av biomolekyler men också del i cellväggar, som stöd- och strukturelement Minsta monosackariderna. cellulosa
Vanliga monosackarider Ringsluten D-Ribos Ringsluten 2-Deoxy-D-Ribos Glukos är den vanligaste monosackariden i biologiska system eftersom den transporterar energi α-d-glukos (druvsocker) Andra viktiga monosackarider är pentoserna, eftersom ribos ingår i RNA och deoxyribos i DNA
Flera monosackarider kan kopplas samman genom en glykosid-bindning. + 2 st Glukos Maltose
Vanliga disackarider Laktos (galaktos+glukos) (mjölksocker) Sukros, sackaros (glukos+fruktos) (strösocker) Trehalos (glukos+glukos) (insekter)
Polysackarider är långa kedjor, som är sammankopplade på olika sätt De kan bestå av bara samma monosackarid eller olika monosackarider. De kan ha olika längd, olika typ av bindning och grad av förgrening.
De tre vanligaste polysackariderna är 1. Stärkelse 2. Glykogen 3. Cellulosa Alla tre är polymerer av glukos, men skiljer sig med avseende på 1. Antalet glykosmolekyler 2. Kedjans uppbyggnad 3. Bindningen mellan glykosmolekylerna
Stärkelse - lagringsform Stärkelse består av två typer av glukos-polymerer. Amylopektin: 10 000 100 000 glukos molekyler förgrenad efter ca 20 25 glukos, innehåller både α1 4 och α1 6 bindingar. Amylos: ca: 1000 glukos molekyler en ogrenad kedja, innehåller endast α1 4 bindingar.
Stärkelse - finns i växtceller A Kloroplast A) Schematisk bild B) Elektronmikroskop Stärkelse korn 3-10µm B Stärkelse lagras i kloroplasterna.
Cellulosa - finns i växtcellväggen Vanligaste polysackariden
Cellulosa En vattenolöslig fiber, som finns speciellt i stam, stjälkar och i de träiga delarna. Näst vanligaste polysackariden är troligast kitin, som är en del i ryggradslösa djurs skal. β-glukos
Precis som stärkelse är cellulosa långa polymerer av glukos, ca 10 000 st Det som skiljer cellulosa från stärkelse är att glukoset i cellulosa har en β-struktur och i stärkelse en α-struktur. α-glukos β-glukos cellulosa β-konformationen hos glukos molekylerna i cellulosa, ger cellulosa en annorlunda 3D struktur och också andra fysiska egenskaper än stärkelse och glykogen. stärkelse
Glykogen - finns i djurceller Glykogen består bara av amylopektin dvs glukosmolekyler, som sätts samman av glykosid α1 4 och α1 6 bindingar. Glykogen är en mer förgrenad molekyl än stärkelse (en förgrening var 8-12 glk molekyl jmf med stärkelse, som har en förgrening var 24-30 glk molekyl). Den är också mer kompakt. glykogen granules i en rödblodkropp Riklig i leverceller och i skelettmuskler. Både stärkelse och glykogen är energilager, medan cellulosa är stödelement. Stärkelse och glykogen spjälkas av α-amylas (saliv och tarm) och cellulosa av cellulas (utsöndras av bakterier i kons mage). Dextran är polysackarider från bakterier och jäst.
Grenade oligosackarider av ovanliga monosackarider kan ha många viktiga signalfunktioner Ex. blodgrupp A, B och 0
PENICILLIN OCH ANTIBIOTIKA RESISTENS (in World War II) β-lactam ring R gruppen varierar Normalt fungerande penicillin Icke fungerande penicillin blockeras av penicillin Bakteriens cellvägg består bla av peptidoglykan (sockermolekyler ihopkopplade med peptidkedjor) en blandning av L- och D-aminosyror Antibiotika resistens
ORGANISMERS METABOLISM 218-223 (sid. 187-191) Metabolismen katabolism anabolism - oxidation av kolatomer - exergona processer - frigör energi - reduktion av kolatomer - endergona processer - kräver energi energi
Reaktioner kan kopplas om de har en gemensam intermediär G = Gibbs fria energi Spontan process om ΔG är negativ Summan av reaktionerna är negativ. Hela processen är exergon. A! B + C G 0 +21 kj/mol! B! D # G 0-34 kj/mol! A! C + D # G 0-13 kj/mol!
ATP CELLENS VIKTIGASTE ENERGIFORM Gemensam intermediär för energigivande och energikrävande processer Adenosintrifosfat (ATP)
Hydrolys av ATP När fosfat-bindingen i ATP hydrolyseras frigörs energi, som cellen kan utnyttja - donera en fosfatgrupp - +! H! - ATP (adenosintrifosfat) ADP (adenosindifosfat) P i (fosfat) frigörs 30 kj/mol
Cellen använder energin från hydrolysen av ATP för att driva energikrävande reaktioner Reaktionen #A B # kräver 20 kj/mol! I cellen kan denna rx katalyseras av ett enzym, som också katalyserar hydrolys av ATP (frigörs 30 kj/mol).! Reaktionen ATP ADP + Pi frigör 30 kj/mol!
ATP som energibärare ATP + glukos ADP + glukos-6-fosfat Fosfat (Pi) är gemensam intermediär. ATP ADP + fosfat glukos + fosfat glukos-6-fosfat ATP ger energi genom att donera sin fosfatgrupp. GLÖM EJ!!!! Varje kemisk reaktion i en cell behöver enzymer - lägre aktiveringsenergi.
Cellen använder energin från reaktioner, som frigör energi, för att syntetisera ATP, som kräver energi Reaktionen #C D #frigör 40 kj/mol! Reaktionen ADP + Pi ATP kräver 30 kj/mol! Givetvis kan då reaktioner, som frigör energi kopplas till syntes av ATP!
VAR BILDAS ATP? I djurceller produceras ATP i mitokondrier medan i växtceller sker den mesta ATP syntesen mha ljusenergi i kloroplasterna. kloroplast mitokondrie Mitokondrier kallas oftast cellens kraftstationer Det finns ca: 1000 mitokondrier i en muskel cell och 100 kloroplaster i en lövcell.
Oxidation och reduktion De kataboliska processerna innebär att kolatomer oxideras. glukos 6 CO 2 Många av de anaboliska processerna innebär att kolatomer reduceras. 6 CO 2 glukos Föreningarna NAD, NADP och sk flaviner fungerar, som elektronbärare. De kan fungera som oxidationsmedel i katabolismen och som reduktionsmedel i anabolismen.
NAD, NADP, FMN OCH FAD cellens oxidations och reduktionsmedel Oxiderad form Reducerad form kofaktorer Redoxreaktionen för den aktiva delen i NAD + och NADP + koenzym niacin R NAD + NADH Redox-reaktionen för den aktiva delen i FMN och FAD R 2e- 2H + prostetisk grupp riboflavin FMN FMNH 2
kolhydrater! lipider! proteiner! glukos! Fettsyror! glycerol! aminosyror! steg 1! KATABOLISM! 8 e -! acetyl-coa! citron! syra! cykeln! steg 2! steg 3! 2 CO 2! O 2! andningskedjan! ATP! H 2 O!
kolhydrater! lipider! proteiner! ANABOLISM - biosyntes! glukos! pyruvat! 8 e -! ATP! Fettsyror! glycerol! acetyl-coa! citron! syra! cykeln! aminosyror! CO 2! O 2! andningskedjan! H 2 O!
TACK FÖR I DAG!