BASÅRET KEMI B –
BIOKEMI VT 2012
Introduktion till cellens och
organismers metabolism
211-223 (sid. 178-191)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
VAD HÄNDER i EN CELL ?
Metabolism - för att uppehålla liv
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
att tillverka cellbeståndsdelar
4. utföra annat arbete
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
METABOLISM!
“Föda”!
Kolhydrater!
Proteiner!
Lipider!
Ljus!
CO2!
LAGRING!
glukos!
amino-!
syror!
Glykogen!
Energi!
“byggstenar”!
Arbete!
Neutral-!
lipider !
Stärkelse!
Sucros!
Biosyntes, mekaniskt !
arbete m.m!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
LIPIDER OCH BIOLOGISKA MEMBRANER
214-217 (sid. 181-186)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Lipider - fettlösliga föreningar
Fettsyraestrar (förtvålningsbara)!
Neutral lipider!
(triacylglyceroler)!
Vaxer!
Energilager!
isolering m.m.!
Icke fettsyraestrar !
(ej förtvålningsbara)!
Fosfolipider Glykolipider!
Kolesterol, östradiol mfl!
Membrankomponenter!
Membran, hormoner m.m.!
Lipider är en viktig energi och kolkälla - men de !
utgör också en viktig beståndsdel i membraner!
(och har diverse udda funktioner)!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Neutral lipid
Biologiskt förekommande
fettsyror innehåller ofta ett
jämnt antal kolatomer, från
C12 till C24, vanligast är
16 eller 18
Glycerol + 3 fettsyror
Glycerol
Opolär molekyl
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Fosfolipid
Fosfat har negativ laddning och alkoholen
ofta positiv laddning eller är polär.
polärt “huvud”
Glycerol
opolär “svans”
Fettsyra
alkohol eller kolin
Fettsyra
Fosfat
Alkohol
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
mättad fettsyra
omättad fettsyra
Palmitat 16C, mättad fettsyra
Oleat, omättad 18C fettsyra. En
dubbelbindning gör en böj
på fettsyran
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Minskad syntes av prostaglandiner (hormoner)
Sänkt feber och minskad smärta.
smärta, feber
Hämmas av tex. aspirin och ibuprofen.
Blockerar den hydrofoba kanalen
i prostaglandin H2 syntas-1
NSAIDs = nonsteroidal anti inflammatory drugs
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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”
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Två sätt för lipider att skydda sig mot vatten
Fosfolipider bildar
dubbelt lipidlager
Fettsyror
bildar miceller
“hydrofoba effekten”
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Lipidkompositionen
varierar mellan plasma membranet och olika organeller
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Membranet är en barriär, medans proteinerna
i membranet står för membranets funktion
Membranproteiner
Perifera; vattenlösliga bundna
med elektrostatisk bindning
eller vätebindning till integrala 30 Å
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.
a, b, c = integrala membranproteiner
d, e = perifera membranproteiner
En del perifera membranproteiner binder
till fosfolipider, ej så vanligt (visas ej)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Integrala membranproteiner
Den del av proteinet, som befinner sig i
membranet består övervägande av
aminosyror med hydrofoba R-grupper.
Undantag: om proteinet bildar en kanal.
α-helixar och β-struktur
I membrandelen bildar polypeptidkedjan
antingen α-helixar eller β-struktiur, för
att få maximalt med vätebindningar
mellan peptidbindningarna.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
KOLHYDRATER (polysackarider)
211-213 (sid. 178-180)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Vanliga monosackarider
Ringsluten
D-Ribos
Glukos är den vanligaste monosackariden i biologiska system
eftersom den transporterar energi
α-D-glukos (druvsocker)
Ringsluten
2-Deoxy-D-Ribos
Andra viktiga monosackarider är
pentoserna, eftersom ribos ingår
i RNA och deoxyribos i DNA
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Flera monosackarider kan kopplas samman
genom en glykosid-bindning.
+
2 st Glukos
Maltose
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Vanliga disackarider
Laktos (galaktos+glukos)
(mjölksocker)
Sukros, sackaros
(glukos+fruktos)
(strösocker)
Trehalos
(glukos+glukos)
(insekter)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Stärkelse - finns i växtceller
A
Kloroplast
A) Schematisk bild
B) Elektronmikroskop
Stärkelse korn
3-10µm
B
Stärkelse lagras i
kloroplasterna.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Cellulosa - finns i växtcellväggen
Vanligaste
polysackariden
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Grenade oligosackarider av “ovanliga” monosackarider
kan ha många viktiga signalfunktioner
Ex. blodgrupp A, B och 0
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ORGANISMERS METABOLISM
218-223 (sid. 187-191)
Metabolismen
katabolism
anabolism
- oxidation av kolatomer
- reduktion av kolatomer
- exergona processer
- frigör energi
- endergona processer
- kräver energi
energi
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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
∆G0 +21 kJ/mol!
B!
D
#
∆G0 -34 kJ/mol!
A!
C+D #
∆G0 -13 kJ/mol!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ATP – CELLENS VIKTIGASTE ENERGIFORM
Gemensam intermediär för energigivande och
energikrävande processer
Adenosintrifosfat (ATP)
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Hydrolys av ATP
När fosfat-bindingen i ATP hydrolyseras frigörs energi, som
cellen kan utnyttja - donera en fosfatgrupp
-
ATP
(adenosintrifosfat)
+! H!
ADP
(adenosindifosfat)
-
Pi
(fosfat)
frigörs 30 kJ/mol
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Cellen använder energin från reaktioner,
som frigör energi, för att syntetisera ATP,
som kräver energi
Reaktionen
Reaktionen
#C
ADP + Pi
D
ATP
#frigör 40 kJ/mol!
kräver 30 kJ/mol!
Givetvis kan då reaktioner, som frigör energi kopplas till syntes av ATP!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
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.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
Oxidation och reduktion
De kataboliska processerna innebär att kolatomer oxideras.
glukos
6 CO2
Många av de anaboliska processerna innebär att kolatomer reduceras.
6 CO2
glukos
Föreningarna NAD, NADP och sk flaviner fungerar, som elektronbärare.
De kan fungera som oxidationsmedel i katabolismen och som
reduktionsmedel i anabolismen.
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
NAD, NADP, FMN OCH FAD –
cellens oxidations och reduktionsmedel
Reducerad form
Oxiderad form
Redoxreaktionen för
den aktiva delen i
NAD+ och NADP+
kofaktorer
koenzym
niacin
R
NAD+
Redox-reaktionen
för den aktiva delen
i FMN och FAD
NADH
prostetisk
grupp
2e2H+
riboflavin
R
FMN
FMNH2
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
kolhydrater!
KATABOLISM!
glukos!
lipider!
proteiner!
Fettsyror!
glycerol!
aminosyror!
steg 2!
acetyl-CoA!
citron!
syra !
cykeln!
8
e -!
ATP!
steg 1!
steg 3!
2 CO2!
O2!
andningskedjan!
H2O!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
ANABOLISM - biosyntes!
kolhydrater!
glukos!
lipider!
proteiner!
Fettsyror!
glycerol!
aminosyror!
pyruvat!
acetyl-CoA!
citron!
syra !
cykeln!
8 e -!
ATP!
CO2!
O2!
andningskedjan!
H2O!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
TACK FÖR I DAG!
Kemi B, Biokemi,
VT 2012
