Makromolekulas 3. lekcija

Makromolekulas Biopolimēri, kuri sastāv no relatīvi nedaudzu veidu monomēriem Lipīdi Polisaharīdi Proteīni Nukleīnskābes

Lielāko daļu šūnas sausās masas sastāda makromolekulas (ap 85%) Tipiskas zīdītāju šūnas sastāvs Sastāvdaļa Saturs (masas %) Ūdens 70 Makromolekulas Proteīni 18 Nukleīnskābes DNS 0.25 RNS 1.1 Polisaharīdi 2 Lipīdi 5 Makromolekulas kopā 26 Monomēri, to starpprodukti, metabolīti 3 Neorganiskie joni 1 Lielāko daļu šūnas sausās masas sastāda makromolekulas (ap 85%)

Proteīni Proteīni ir biopolimēri, kuri ir veidoti no aminoskābēm

Polisaharīdi Polisaharīdi ir biopolimēri, kuri ir veidoti no monosaharīdiem

Nukleīnskābes Nukleīnskābes ir biopolimēri, kuri veidoti no nukleotīdiem

Lipīdi Lipīdi nav klasiskas makromolekulas un, atšķirībā no proteīniem, nukleīnskābēm un polisaharīdiem nav veidoti no kovalenti saistītiem monomēriem Tomēr, daži lipīdi var veidot milzīgus, nekovalenti saistītus agregātus – piemēram, membrānas

Lipīdi Lipīdi ir hidrofobi, ūdenī nešķīstoši, mazmolekulāri savienojumi Funkcijas – visdažādākās... Atšķirībā no aminoskābēm, ogļhidrātiem un nukleotīdiem, lipīdi pieder dažādām ķīmisko savienojumu klasēm Bieži «lipīdus» un «taukus» uzskata par sinonīmiem, bet tauki (triglicerīdi) ir tikai vieni no daudziem lipīdiem

Lipīdu funkcionālais iedalījums Enerģijas uzkrājēji – taukskābes un to atvasinājumi – triglicerīdi, vaski Strukturālie lipīdi membrānās – fosfolipīdi, glikolipīdi un steroli Pārējie lipīdi: dažādas signālmolekulas, kofaktori, pigmenti, hormoni, u.c.

16, 18 vai 20 C atomus garas karbonskābes (taukskābes) Triglicerīdi Glicerīna un taukskābju esteri Triglicerīdu galvenās sastāvdaļas: 16, 18 vai 20 C atomus garas karbonskābes (taukskābes) Glicerīns

Triglicerīdu struktūra Triglicerīdi ir karbonskābju un glicerīna esteri Triglicerīdi var būt vienkārši (ar vienādām karbonskābēm visās 3 pozīcijās), bet parasti ir jaukti (ar dažādām karbonskābēm) Karbonskābes var būt piesātinātas (bez dubultsaitēm) vai nepiesātinātas (ar dubultsaitēm) Gandrīz visas dabā sastopamās nepiesātinātās karbonskābes ir ar cis- dubultsaitēm

Dažu taukskābju triviālie nosaukumi Piesātinātās taukskābes: Palmitīnskābe, 16 C atomi Stearīnskābe, 18 C atomi Nepiesātinātās taukskābes: Palmitoleīnskābe, 16 C atomi, viena dubultsaite Oleīnskābe, 18 C atomi, viena dubultsaite Linolīnskābe, 18 C atomi, divas dubultsaites

Tauki un eļļas Parasti par «taukiem» sauc triglicerīdus kuri istabas temperatūrā ir cieti, bet par «eļļām» – tos, kuri ir šķidri Eļļām ir lielāks nepiesātināto taukskābju saturs, kuras saliec oglekļa atomu ķēdi, mazinot van der Vālsa kontaktus starp molekulām un tādejādi pazemina kušanas temperatūru Tauki Eļļas

Vaski Vaski ir taukskābju un garķēžu spirtu esteri, ūdenī nešķīstošas, plastiskas substances Dažos organismos pilda enerģijas uzkrāšanas funkcijas – piem. fitoplanktonā Veido ūdensnecaurlaidīgus slāņus, piem. uz augu lapām, lai aizkavētu iztvaikošanu Var pildīt mehāniskas funkcijas, piem. bišu vasks, galvenā sastāvdaļa: triakontanola palmitāts Palmitīnskābe 1-Triakontanols

Lipīdi šūnu membrānās Micella Liposoma Bislānis Polāra “galva” Micella Liposoma Hidrofoba “aste” Bislānis Šūnu membrānu sastāvā ir deterģentiem līdzīgi savienojumi – fosfolipīdi, glikolipīdi un steroli ar hidrofilu un hidrofobu daļu Hidrofobo spēku ietekmē ūdens vidē membrānu lipīdi veido micellas, liposomas un bislāņus

Fosfolipīdu uzbūve Fosfāts Glicerīns Alkohols Taukskābes Fosfolipīdi ir diglicerīdi – glicerīna esteri ar divām taukskābēm Trešā glicerīna hidroksilgrupa ir saistīta ar fosfāta grupu Pie fosfāta var būt piesaistīts spirta atlikums Fosfāta un spirta grupas pastiprina «galvas» polārās īpašības

Fosfolipīda piemērs - fosfatidilholīns Spirta atlikums - Holīns Fosfatidilholīns = lecitīns Emulgators (E322), olu dzeltenuma, žults, augu eļļu sastāvā

Steroli Visu sterolu sastāvā ir četri cikli (3 6locekļu un 1 5locekļu) Dzīvnieku šūnu mebrānu sastāvā var būt līdz pat 30% sterolu Citu eikariotu (augu, raugu) membrānās ir 4-7 % sterolu Izplatītākais sterola veids dzīvniekos ir holesterīns Hidroksilgrupa veido polāro “galvu”, viss pārējais ir hidrofobā daļa Steroli ir ne tikai membrānu sastāvdaļa, tie ir iesasistīti arī steroīdo hormonu metabolismā Holesterīns

Holesterīna un tā nesējproteīnu izgulsnēšanās aizsprosto asinsvadus Holesterols un ateroskleroze Holesterīna un tā nesējproteīnu izgulsnēšanās aizsprosto asinsvadus

Steroīdie hormoni Sterolu atvasinājumi Endokrīnie hormoni (var iedarboties tālu no sintēzes vietas) Regulē dažādas bioķīmiskas reakcijas un procesus Pārvietojas asinsritē ar nesējproteīnu palīdzību Testosterons – vīrišķais hormons Estradiols- viens no sievišķajiem hormoniem

Lipīdu funkcijas

Polisaharīdi Monosaharīdi sastāv no vienas polihidroksi aldehīda vai ketona vienības un tos nevar hidrolizēt par vienkāršākām vienībām Oligosaharīdi sastāv no vairākām (līdz apm. 20) monosaharīdu vienībām Polisaharīdi sastāv no daudzām (>20) monosaharīdu vienībām

Monosaharīdu tautomerizācija α a-D-glikopiranoze β D - glikoze b-D-glikopiranoze α- 1 un 6 hidroksilgrupas ir pretējās gredzena pusēs β- vienā pusē Pirāns

Kondensācijas reakcija Disaharīdu veidošanās Glikoze Fruktoze a-D-glikopiranoze b-D-fruktofuranoze Kondensācijas reakcija - H2O

Saharoze Saharoze, cukurs, biešu, cukurniedru cukurs (a-D-glikopiranozil – (1→2) b - D-fruktofuranozīds)

Kondensācijas reakcija Laktozes veidošanās Galaktoze Glikoze b-D-galaktopiranoze a-D-glikopiranoze Kondensācijas reakcija - H2O

(b-D-galaktopiranozil – (1→4) - D-glikopiranozīds) Laktoze Laktoze, piena cukurs (b-D-galaktopiranozil – (1→4) - D-glikopiranozīds)

poli (1,4- a-D-glikopiranozīds) Polisaharīdi Veidojas no daudzām monosaharīdu vienībām a-D-glikopiranoze Amiloze poli (1,4- a-D-glikopiranozīds)

Ciete Augu rezerves polisaharīds, 20-25% no tās veido amiloze, pārējo – zarotais amilopektīns Glikogēns Dzīvnieku ciete, strukturāli līdzīgs amilopektīnam

poli (1,4- b-D-glikopiranozīds) Celuloze b-D-glikopiranoze Celuloze poli (1,4- b-D-glikopiranozīds)

Celulozes struktūra Celulozei un citiem β1-4 tipa glikozes polimēriem izdevīgākās konformācijas ir tādas, ka polimēra ķēde ir izstiepta Polimēru ķēdes mijiedarbojas viena ar otru, pie tam H-saites veido visas hidroksilgrupas Rezultātā, celuloze ir daudz izturīgāka un arī grūtāk enzimātiski noārdāma nekā ciete vai glikogēns

poli(1,4-O-2-aminoacetil-b-D-glikopiranozīds) Hitīns 2-aminoacetil-b-D-glikopiranoze poli(1,4-O-2-aminoacetil-b-D-glikopiranozīds)

Polisaharīdu funkcijas

Proteīni Tipiski proteīni ir veidoti no 100-600 aminoskābēm Ekstrēmos gadījumos pat no 30,000 aminoskābēm Īsākus aminoskābju virknējumus (tipiski 2-30 aminoskābes) sauc par peptīdiem

Kondensācijas reakcija Peptīda saites veidošanās Cisteīns Arginīns Triptofāns Kondensācijas reakcija - H2O Peptīda saite = amīda saite

Aminoskābes peptīda ķēdes sastāvā mēdz saukt par atlikumiem Peptīdsaites N-gals C-gals Peptīda N-galā paliek brīva aminogrupa Peptīda C-galā paliek brīva karboksilgrupa Tripeptīds RCW Aminoskābes peptīda ķēdes sastāvā mēdz saukt par atlikumiem

Galvenā ķēde un sānu ķēdes Katram polipeptīdam ir viena galvenā ķēde un tik sānu ķēdes, no cik aminoskābēm peptīds sastāv

Kombināciju skaits 20 aminoskābes spēj veidot 20n kombinācijas polipeptīdā, kur n = polipeptīda garums Proteīnu veido vidēji 100 – 500 aminoskābes Tādejādi, teorētiski eksistē 20100=10200 dažādu proteīnu ar garumu 100 aminoskābes Salīdzinājumam – novērojamajā Visumā ir aptuveni 1090 elementārdaļiņu

Pirmējā (primārā), otrējā (sekundārā), trešējā (terciārā) un ceturtējā (kvartārā) struktūra

Proteīnu pirmējā struktūra Proteīnu pirmējā struktūra ir tā aminoskābju secība: ..........

Proteīnu otrējā struktūra Proteīna otrējo struktūru formē H-saites starp polipeptīda galvenās ķēdes N un O atomiem Divi galvenie otrējās struktūras veidi ir α spirāle un β plāksne β plāksnē H saites veidojas starp 2 vai vairākām β virknēm (attēlo, kā bultas virzienā no N uz C galu) α spirālē H saites veidojas starp spirāles pagriezieniem, atlikumiem n un n+4

Proteīnu trešējā struktūra Proteīnu trešējā struktūra ir vienas polipeptīdu ķēdes telpiskā struktūra Trešējā struktūra nosaka, kā mijiedarbojas otrējās struktūras elementi Otrējās struktūras elementus savieno pagriezieni un cilpas β plāksne, sastāvoša no 4 virknēm α spirāle cilpa

Proteīnu ceturtējā struktūra Daži proteīni ir veidoti no vairākām vienādām vai atšķirīgām polipeptīdu ķēdēm – t.i., no vairākiem monomēriem Ceturtējā struktūra nosaka polipeptīdu ķēžu (monomēru) savstarpējo novietojumu Piemērs – hemoglobīns sastāv no 4 monomēriem Daudzi proteīni sastāv tikai no vienas polipeptīdu ķēdes un tiem ceturtējā struktūra neeksistē Hemoglobīns sastāv no 2 t.s. α ķēdēm un 2 β ķēdēm

Mijiedarbības, kuras nodrošina proteīna struktūru

Proteīnu funkcijas

Nukleīnskābes DNS – ģenētiskās informācijas uzglabāšana RNS – ģenētiskās informācijas pārnese no DNS uz proteīniem

Fosfodiestersaites veidošanās (Polinukleotīds) ‘ ‘ ‘ ‘ brīva 3’ hidroksilgrupa polinukleotīdu ķēdes galā ‘ ‘ ‘ nukleozīdtrifosfāts

Fosfodiestersaites veidošanās (Polinukleotīds) ‘ 5’-gals ‘ jauna fosfodiestersaite ‘ ‘ pirofosfāts 3’-gals

Bāzu pāru veidošanās Timīns Adenīns Citozīns Guanīns

DNS dubultspirāle Mažorā iedobe Minorā iedobe

Kāpēc veidojas dubultspirāle? Dubultspirāles veidošanā galvenā nozīme ir (1) H saitēm starp abu pavedienu bāzēm un (2) aromātiskajām mijiedarbībām starp viena pavediena bāzēm Aromātiskie gredzeni viens virs otra novietojas ar nobīdi Rezultātā veidojas spirāle Skats no sāniem Skats no gala H-saites aromātiskās mijiedarbības

DNS struktūras atklāšana

1962. gada Nobela prēmija fizioloģijā un medicīnā DNS struktūras atklāšana Frensis Kriks Džeimss Vatsons 1962. gada Nobela prēmija fizioloģijā un medicīnā

DNS replikācija DNS replikācijas laikā pēc bāzu pāru komplimentaritātes principa no vienas DNS dubultspirāles veidojas divas, abas identiskas sākotnējai

RNS struktūras Strukturāli daudzveidīgākas par DNS Ietver vienpavediena, divpavedienu un cilpu rajonus Var saturēt ne-Vatsona-Krika H-saites Var salocīties proteīniem līdzīgās, globulārās struktūrās Analoģiski proteīniem, izdala RNS otrējo un trešējo struktūru Otrējā struktūra – bāzu pāri Trešējā struktūra – RNS telpiskā struktūra

RNS otrējās struktūras elementi Matadatas cilpa Iekšējā cilpa Vienpavediena rajoni Izspiedums G-U bāzu pāris

tRNS otrējā un trešējā struktūra

Nukleīnskābju galvenās funkcijas