BASÅRET KEMI B –
BIOKEMI VT 2012
IngMarie Nilsson
Biokemi och biofysik
Plan 4 Rum 425
Tel. nr: 08-162728
E-post: [email protected]
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
LABBAR
Lab 11. Amylas lab Rum: K232/242
Huvudansvarig: Gabriela Danielsson
Grupp 11, 12: 3 maj kl 13-17
Grupp 13, 21: 4 maj kl 13-17
Grupp 22, 23: 10 maj kl 13-17
Lab 12. DNA lab Rum: M332/340
Huvudansvarig: Patrik Björkholm
Grupp 11, 12: 11 maj kl 13-17
Grupp 13, 21: 24 maj kl 13-17
Grupp 22, 23: 25 maj kl 13-17
Lab-assistenter:
E-post:
Karin Skaar
Viktor Granholm
Amylas lab nr. 11
Nadja Eremina
Patrik Björkholm
Gabriela Danielsson
Johannes Björnerås
Emelie Svahn
Charlotta Andersson
[email protected]
DNA (plasmid) lab nr. 12
[email protected]
Biokemi och Biofysik, Plan 4
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
SCHEMA
Kurslitteratur: Modell och verklighet Kemi B
Kap 5 (7) Livets molekyler och reaktioner - biokemi
26 april
9-12
Celler och membran
Introduktion till biokemi och cellen s. 160-173 (127-139)
Cellen och liv, cellens organisation: prokaryota och eukaryota
celler, organeller, aminosyror, peptider och proteiner
26 april
13-16
Proteiner och enzymer
3D struktur och funktion s. 174-190 (140-156)
Den hydrofoba effekten, enzymer, proteinrening och karakterisering
3 maj
09-12
Genetisk information s. 191-210 (157-177)
Replikation, transkription och translation
Genteknik och bioteknik
10 maj
09-12
Intro till cellens och organismers metabolism s. 211-223 (178-191)
Lipider och biologiska membraner
Kolhydrater, anabolism och katabolism, ATP
24 maj
09-12
Metabolism s. 224-249 (192-219)
Kolhydratmetabolismen, lipidmetabolism, aminosyrametabolism
Energimetabolism i mitokondrier och i kloroplaster
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
CELLER OCH MEMBRAN
160-173 (sid. 127-139)
Vad är biokemi ?
Från Bios som betyder liv dvs biokemi är läran om livets kemi
Biokemi handlar om cellen och de kemiska
reaktioner, som sker i cellen
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Vad är liv?
• levande organismer har en viss komplexitet och organisation
• levande organismer kan extrahera energi från omgivning,
som sedan kan omvandlas till att driva olika reaktioner
• levande organismer kan föröka sig
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Cellen är den minsta enhet, som vi förknippar med liv och
liv kan således definieras av cellens egenskaper.
• Bakterier är de minsta organismerna på jorden och består av en enda cell
• Människan består av 1014 celler, som dessutom är av olika slag
• Virus är inte levande celler, de kan inte föröka sig själva.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Egenskaper, som alla celler har gemensamt:
Röda blodkroppar
Djur eller växtcell
Bakterie
Cellen utgör en behållare dvs omges av biologiska membran, som
består av lipider och proteiner
• Cellen består av: vatten, proteiner, nukleinsyror samt
kolhydrater, lipider, organiska och oorganiska föreningar
• I cellen sker mer än 1000 reaktioner, där de flesta katalyseras av
enzymer
• Cellen kan bilda en exakt kopia av sig själv
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Vad består en cell av ?
vatten
protein
70 %
15 %
nukleinsyra
7%
kolhydrater
3%
lipider
2%
lågmolekylära
föreningar (byggstenar mm)
2%
joner
1%
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Atomer och makromolekyler
Den vanligaste atomen hos levande organismer är kol, C.
Atomerna C, H, O, N, S m.fl. bildar i levande celler
huvudsakligen fyra olika typer av biologiska sk.
makromolekyler
proteiner
nukleinsyror
lipider
kolhydrater
makromolekyler innebär molekylmassor på
4-5000 och upp till flera miljoner, jfr H2O = 18
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Celler är av två typer
Prokaryoter
Eukaryoter
små
större
1 - 10 µm
5 - 100 µm
har DNA, men
ingen cellkärna
har DNA inneslutet i
cellkärna
har andra sk. organeller
bakterier
(eubakterier och
arkebakterier)
djurceller, växtceller
och många andra hör hit
Eu, pro och karyon kommer från grekiskan och betyder sann, före och kärna
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
PROKARYOTER
Ribosomer
DNA
Pili och flagella
för kontakt och rörelse
Plasmamembran
och cellvägg
Bakterie
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Djurcell
EUKARYOTER
ribosomer
peroxisom
lysosom
VARFÖR ORGANELLER ?
golgi
endoplasmatiska
nätverket
kärna
ribosomer
mitokondrie
golgi
plasmamembran
kloroplast
cellvägg
Växtcell
vakuol
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ORGANELLER
I eukaryota celler finns många olika membranomslutna
“inre rum”, som är specialiserade på olika saker. Dessa
kallas organeller.
cellkärna
Här finns DNA. Många processer,
som rör information sker här.
mitokondrie
“Kraftstation”, huvudsaklig energiutvinning sker här. Citronsyracykeln,
andningskedjan och β-oxidationen.
endoplasmatiska
nätverket
Syntes av proteiner, som ska exporteras.
Syntes av lipider.
golgi
Förpackning och adressering av nygjorda proteiner.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
runt organellerna finns cytosolen, som i sin tur
omsluts av plasmamembranet
plasmamembranet
Fysisk barriär. Här finns transportörer, som
bestämmer vad som ska in eller ut ur cellen,
men också receptorer, som tar emot signaler
cytosol (cytoplasma)
En “halvflytande” vätska, full av proteiner
och andra molekyler, som fyller cellen.
Ribosomer för syntes av proteiner.
Glykolysen, fettsyrasyntes.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
I växtcellen finns också andra organeller
kloroplast
Tar upp solljus och
omvandlar det till
kemiskt användbar form
vakuol
Stor vätskefylld säck. Här sker nedbrytning
av allt möjligt, som cellen vill göra sig av med.
Röda färgämnen hos blommor och frukter
finns ofta i vakuolen.
cellvägg
Mekaniskt stöd och skydd för cellen.
Bakterier har också cellväggar.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Levande celler kännetecknas av
effektivitet och precision
E. coli cell
En liten enkel bakterie har en fördubblingstid
på 20 minuter.
6000 - 7000 olika molekyler ska tillverkas.
Tusentals av varje.
I exakt rätt mängd och vid rätt tillfälle.
bakterie
Hur är detta möjligt ?
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Makromolekyler - är linjära polymerer uppbyggda av ett fåtal olika
molekyler (byggstenar)
Katalysatorer
- alla reaktioner i en cell katalyseras av mkt effektiva
katalysatorer - enzymer
Nyckelsteg
- kontrolleras mha olika typer av signalering
t.ex. “feed-back”
Information
- tillgången till en “ritning” i form av DNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
MAKROMOLEKYLER
DNA (nukleinsyra)
är långa kedjor av
nukleotider
nukleotid
proteiner är långa kedjor
av aminosyror
aminosyra
membraner består
av lipider
de flesta lipider är
aggregat av fettsyror
fettsyra
cellväggar
växternas cellväggar
består av cellulosa
de flesta kolhydrater är
långa kedjor av glukos
glukos
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Hur transporteras/exporteras proteiner ut ur cellen ?
PROTEINSYNTES OCH EXPORT
Det endomembrana systemet
Kärnan - replikation “kopiering” och
transkription “läser av DNA till RNA”
Endoplasmatiska nätverket - syntetiseras
polypeptidkedjorna mha ribosomen
Vesiklar - transporteras i vesiklar till golgi
genom golgi ut till plasmamembranet
Export ut ur cellen - sker genom sk exocytos
Import in i cellen - sker genom sk endocytos
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
PROTEINER –
Aminosyror, peptider & proteiner
Proteinerna i en cell ger cellen dess speciella egenskaper
Proteiner svarar för funktion och dynamik
Protein kommer från grekiska protos som betyder först
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Två viktiga begrepp
Genom
Allt DNA i en cellär det samma i alla celler
hos en organism
Proteom
Alla proteinerna i en cell
varierar mellan olika celler
i en organism
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Proteiner “gör allt överallt”
katalys - enzymer
kommunikation - receptorer
transport - hemoglobin
försvar - antikroppar
mekaniskt arbete - muskler
strukturella funktioner - hår
etc.
etc.
etc.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Proteiner är uppbyggda av aminosyror
20 st olika aminosyror (aa) kan ingå i ett protein
generell struktur av en aa
R= funktionell grupp
R-gruppen ger aa dess egenskaper
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Nästan alla aminosyror har en spegelbild
spegelplan
Alla aa (utom glycin) har ett stereogent centrum, dvs.
en kolatom till vilket fyra olika grupper är bundna
Alla aa i proteiner är L-aminosyror
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
De 20 aminosyrorna kan delas in i olika
grupper pga av karaktären hos R-gruppen
Opolära: t.ex -CH3
+H N-CH-COO3
R
Asn 1806
Thr 1938
Polära men oladdade: -CH2-OH; -CH2-SH
Aromatiska
Polära, positivt laddade: -(CH2)4-NH3+
Polära, negativt laddade: -CH2-COOKemi B, Biokemi,
VT 2012
Numrering av kolatomerna i en aminosyra
1
2
α alfa
3
β Beta
4
γ Gamma
5
δ Delta
6
ε Epsilon
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Två aminosyror kan bindas ihop via en
kovalent sk peptidbinding
Kondensation
N-terminal alt.
Amino terminal
C-terminal alt.
Karboxyl terminal
Peptidbindning
ej fri rörlighet i bindningen, plan struktur
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Aminosyror kopplas ihop till peptider
mha peptidbindingar
sidokedja
ryggrad
5 aa = pentapeptid
C-terminal
N-terminal
Ser - Gly - Tyr - Ala - Leu
S - G - Y - A - L
3-bokstavsförkortning
1-bokstavsförkortning
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
peptider
2 till 20-30 aminosyror t.ex oxytocin (9 a.a)
polypeptidkedjor
20-30 aminosyror och uppåt
(Oftast inte längre än ca. 500)
proteiner
1 eller flera polypeptidkedjor
peptider och proteiner skrivs ofta som sina aminosyrasekvenser med
1-bokstavsförkortningar
MSSRLKLPYFGAAHGGANLLFDERKLLALPEKCLAFI………..
(kallas också primärstruktur, se nedan)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
De långa kedjorna bildar en specifik
tredimensionell (3D) struktur
En struktur måste vara korrekt för att proteinet ska fungera
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Två proteiner med olika många
polypeptidkedjor/subenheter
Myoglobin
består av 1 polypeptidkedja 1 subenhet
Hemoglobin
består av 4 polypeptidkedjor 4 subenheter
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Proteiner kan delas in i tre klasser,
1. Globulära proteiner – sfäriska, kompakta och vattenlösliga
t.ex. hemoglobin, myoglobin
2. Fibrösa proteiner – fibrösa, trådlika och ej vattenlösliga
t.ex. keratin, silke
3. Membran proteiner – sitter bundna i biologiska membraner
t.ex. insulin receptor
men……..
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
……också i fyra strukturella nivåer
1. Primärstruktur
2. Sekundärstruktur
3. Tertiärstruktur
4. Kvaternärstruktur
(Gäller ej alla proteiner)
1
2
3
4
Från aminosyrasekvensen till slutlig struktur
Dessa nivåer underlättar beskrivandet av komplexa molekyler
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Primärstrukturen
beskriver aminosyrasekvensen i proteinet
NH3+
Gly Leu Val
Pro Gly Phe Cys
Cys
Thr
Glu Leu Leu Tyr
Trp Val Ser Leu Ala
Arg
Iso
Cys
Phe Asn Lys Leu Gln
Leu
Pro
Thr
His
COOH
Gly Leu
dvs. vilka aminosyror, som ingår och i vilken ordning de sitter
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Svavelbryggor
Om proteinet innehåller två eller flera cysteiner,
så kan det bildas cystinbryggor/svavelbryggor
Svavelbrygga
primärstrukturen beskriver även var i proteinet ev. svavelbryggor sitter
NH3+
Gly Leu Cys Pro Gly Phe Cys
COOH
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
HÅRPERMANENT – en biokemisk
ingenjörskonst
Hår är uppbyggt av proteinet keratin. Keratin innehåller
många cysteiner, som kan bilda svavelbryggor
Är permanenten permanent ?
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Sekundärstrukturen
beskriver hur peptidkedjan är vriden i rymden
Två vanligt förekommande sekundära strukturer är:
α-helix/spiral
β-sheet/struktur/flak
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
α-helix/spiral
Kedjan stabiliseras av vätebindingar
mellan vätet i en peptidbinding och
syret i en annan i nästa varv.
R-gruppen är utåt.
3,6 aminosyror/varv
Hög stabilitet och många väte-bindningar !
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
β-sheet/struktur
Två bitar av en kedja binder till varandra.
Stabiliseras av vätebindingar mellan vätet i
en peptidbinding och syret i en annan.
Kan bilda stora skikt.
antiparallel
parallel
Har också hög stabilitet och många väte-bindningar !
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Fibrösa (fiberliknande) proteiner bildar olika strukturer
bara α-helix struktur
hår
bara β-struktur
silke
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
De flesta proteiner är sfäriska,
de kallas globulära
Kan innehålla både α-helix och β-struktur
bara α-helix
myoglobin
både α-helix och β-struktur
lysozym
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Membranproteiner
innehåller både α-helix och β-struktur
De har både polära
och opolära ytor
endast α-helix i
membranet
Fotosyntetiska reaktionscentret
från en “purple” purpurfärgad
bakteria - första strukturen av
ett membranprotein (11 TMs från
tre av fyra subenheter)
opolära kolvätekedjor i
membranet
opolära R-grupper
i proteinet
β-barrel “tunna”, med
bara β-struktur
β-struktur
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Tertiärstrukturen
beskriver polypeptidens 3-dimensionella rymdstruktur
den tertiära strukturen stabiliseras
av olika icke kovalenta bindningar:
F+I+L
van der waahls krafter
vätebindningar
jonbindningar
S+N
samt kovalenta bindningar:
svavelbryggor
K+D
C+C
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Tertiärstrukturen av myoglobin
(finns i blodet hos dykande däggdjur - proteinet
binder och transporterar O2)
Fe innehållande
hemgrupp
globulärt, fibröst eller membranprotein ?
typ av sekundärstruktur ?
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Tertiärstrukturen av lysozym
Lysozym finns i tårvätskan hos människa
Lyserar/bryter ner cellväggen hos bakterier
Består av 129 a.a.
Stabiliseras bl.a. av fyra svavelbryggor.
typ av sekundärstruktur ?
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Fibrösa proteiner
Kollagen helix
Skin, ben, tänder mm
Keratin helix
Hår, naglar klövar och hovar
Upprepning
var sjunde
aminosyra
En glycin var tredje aminosyra
Väte-bindningar mellan helixarna
Består av Van der Waals krafter och jonbindningar
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Spindelväv (silke)
- starkt, som stål och elastiskt
Ordnade β-strukturer (styrka) tillsammans med oordnade α-helixar
och β-böjar ger flexibilitet. Ex tennisrack av fiberglas
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Kvartenärstrukturen
Beskriver hur polypeptidkedjorna sitter i förhållande
till varandra
Många proteiner består av flera polypeptidkedjor
Hemoglobin
varje subenhet innhåller en hemgrupp, som kan binda O2
Hur många polypeptidkedjor (subenheter) ?
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
FYRA NIVÅER AV PROTEIN STRUKTUR
3. Tertiärstruktur
1. Primärstruktur
NH3+!
Gly! Leu! Val!
Pro! Gly!
Phe! Cys!
COOH!
Aminosyrasekvensen
2. Sekundärstruktur
3D strukturen av en
polypeptid
4. Kvaternärstruktur
3D strukturen
av flera polypeptidkedjor i ett protein
α-helix
β-struktur/flak
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
TACK!
Vi ses efter lunch.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
