karbohidrati-2

Univerzitet u Tuzli

Prof. Dr. Lejla Begić

Medicinski fakultet Tuzla

Predavanja iz predmeta Biohemija

Disaharidi, kao što su maltoza, laktoza i saharoza sastoje se od dva monosaharida međusobno kovalentno povezana pomoću O-glikozidne veze.

Ova veza nastaje kada hidroksilna grupa jednog šećera raguje sa anomernim karbonom drugog.

Na taj način nastaje acetal iz hemiacetala (kao što je glukopiranoza) i alkohola (hidroksilna grupa druge molekule šećera)

Sinteza maltoze

Univerzitet u Tuzli




Laktoza (β oblik)β-D-galaktopiranozil-(1→4)- β-D-glukopiranoza

Gal(β1→4)Glc

Saharozaβ-D-fruktofuranozil α-D-glukopiranozid

Fru(β2↔1α)Glc

Trehalozaα-D-glukopiranozil α-D-glukopiranozid

Glc(α1↔1α)Glc

Saharoza i trehaloza, za razliku od maltoze i laktoze, ne sadrže slobodan anomerni C atom.

Anomerni karboni saharoze i trehaloze uključeni su u stvaranje glikozidne veze i zato su to nereducirajući šećeri.

Univerzitet u Tuzli




Homopolisaharidi Heteropolisaharidi

Nerazgranati RazgranatiDva tipa monomera

NerazgranatiMultipli monomeri

Razgranati

Polisaharidi ili glikani međusobno se razlikuju po ponavljajućim monosaharidnim jedinicama, po dužini lanca, po tipu veze između jedinica i po stepenu grananja.

Univerzitet u Tuzli




Homopolisaharidi

Skrob se stvara u hloroplastima iz glukoze nastale procesom fotosinteze.

Granule skroba u hloroplastu

Univerzitet u Tuzli




Skrob se sastoji od dva tipa polimera glukoze, amiloze i amilopektina.

Nereducirajući kraj

Reducirajući kraj

Amiloza je dugi nerazgranati lanac ostataka D-glukoze povezanih (α1→4) vezama

Molekularna težina amiloze varira od nekoliko hiljada do preko milion.

Univerzitet u Tuzli




Skrob se sastoji od dva tipa polimera glukoze, amiloze i amilopektina.

Amilopektin je, za razliku od amiloze, visokorazgranat.

Tačke grananja nalaze se na 24 do 30 glukoznih ostataka i formiraju se pomoću (α1→6) glukozidnih veza.

Molekularna težina amilopektina kreće se do 100 miliona.

Univerzitet u Tuzli




Trodimenzionalna struktura skroba (amiloze)

Konformacija (α1→4) veza u amilozi, amilopektinu i glikogenu dovodi do stvaranja tijesno svijenih heliksnih struktura.

Ove kompaktne strukture stvaraju guste granule rezervnog skroba ili glikogena koje se uočavaju u ćelijama.

Univerzitet u Tuzli




Glikogen je glavni rezervni polisaharid u životinjskim ćelijama.

Slično amilopektinu glikogen je polimer podjedinica glukoze povezanih (α1→4) vezama, a na mjestima grananja stvaraju se (α1→6) veze.

Glikogen je mnogo više razgranat (jedna grana na 8 do 12 ostataka) i mnogo kompaktniji nego skrob. Granule glikogena u hepatocitu. Ove granule stvaraju se u citosolu i

mnogo su manje od granula skroba.

Univerzitet u Tuzli




Molekula celuloze je linearna, nerazgranata, i sastoji se od 10,000 do 15,000 jedinica D-glukoze međusobno povezanih (β1→4) vezama.

Usljed (β1→4) glikozidnih veza ovaj polimer gradi ravna (prava) vlakna.

Struktura celuloze

Dva paralelna celulozna lanca

Univerzitet u Tuzli




Peptidoglikan iz ćelijskog zida Staphylococcus aureus, gram-pozitivne bakterije.

Univerzitet u Tuzli




Glikozaminoglikani su komponente ekstracelularnog matriksa – želatinozne materije ekstracelularnog prostora koja drži ćelije na okupu i obezbjeđuje porozne puteve za difuziju nutrijenata i oksigena u ćelije.

Ekstracelularni matriks sastoji se od povezane mreže heteropolisaharida i fibrilarnih proteina kolagena, elastina, fibronektina i laminina.

Glikozaminoglikan Ponavljajući disaharid Broj disaharida po lancu

~50,000

20-60

~25

Hijaluronat

Hondroitin 4-sulfat

Keratan sulfat

Univerzitet u Tuzli




Glikozaminoglikani su familija linearnih polimera sastavljena iz ponavljajućih disaharidnih jedinica.

Jedan od dva monosaharida je uvijek ili N-acetilglukozamin ili N-acetilgalaktozamin; u većini slučajeva drugi je uronska kiselina, obično D-glukuronska ili L-iduronska kiselina.

U nekim glikozaminoglikanima jedan ili više hidroksilnih ostataka aminošećera je esterificiran sa sulfatom.

Glikozaminoglikan Ponavljajući disaharid Broj disaharida po lancu

~50,000

20-60

~25

Hijaluronat

Hondroitin 4-sulfat

Keratan sulfat

Univerzitet u Tuzli




Hijaluronska kiselina sadrži do 50,000 osnovnih disaharidnih jedinica. Ona formira bistru, jako viskoznu otopinu koja služi kao lubrikant u sinovijalnoj tečnosti zglobova, ulazi u sastav ekstracelularnog matriksa hrskavice i tetiva, očne vodice i dr.

Hijaluronska kiselina

Univerzitet u Tuzli




Hondroitin sulfat doprinosi čvrstoći na istezanje hrskavice, tetiva, ligamenata i zida aorte.

Hondroitin sulfat

Univerzitet u Tuzli




Keratan sulfat ne sadrži uronsku kiselinu i njegov sadržaj sulfata varira.

Nalazi se u rožnjači, hrskavici, kostima, i različitim rožnatim strukturama nastalim od mrtvih ćelija: rog, kosa, nokat, papak, kandža.

Keratan sulfat

U glikozaminoglikane spadaju i heparin (prirodni antikoagulans), heparan sulfat, dermatan sulfat, i dr.

Univerzitet u Tuzli




Proteoglikani su makromolekule ćelijske površine ili ekstracelularnog matriksa u kojima je jedan ili više glikozaminoglikanskih lanaca kovalentno vezan za membranski protein ili sekretorni protein.

Proteoglikani su glavne komponente vezivnog tkiva.

Proteoglikani (mukopolisaharidi)

Sindekan je sržni protein plazmatske membrane na čijem su aminoterminusnom domenu (ekstracelularno) kovalentno vezana tri lanca heparan sulfata i dva lanca hondroitin sulfata.

Struktura proteoglikana – integralnog membranskog proteina sindekana

Univerzitet u Tuzli




Jedna veoma duga molekula hijaluronata nekovalentno je vezana sa oko 100 molekula sržnog proteina agrekana.

Svaka molekula agrekana sadrži mnogo kovalentno vezanih lanaca hondroitin sulfata i keratan sulfata.

Vezni proteini koji se nalaze na spoju između svakog sržnog proteina i hijaluronatne kičme posreduju interakciju između sržnog proteina i hijaluronata.


Proteoglikanski agregat ekstracelularnog matriksa

Univerzitet u Tuzli




U asocijaciji između ćelija i proteoglikana iz ekstracelularnog matriksa posreduju membranski protein (integrin) i ekstracelularni protein (fibronektin u ovom primjeru) koji ima vezna mjesta za oba proteina, i za integrin i za proteoglikan.

Treba primijetiti tijesnu povezanost vlakana kolagena sa fibronektinom i proteoglikanom.


Interakcije između ćelija i ekstracelularnog matriksa

Univerzitet u Tuzli




Glikoproteini su konjugati karbohidrata i proteina u kojima su karbohidratni dijelovi manji i strukturno raznovrsniji nego glikozaminoglikani u proteoglikanima.

Karbohidrat se veže preko svog anomernog karbona glikozidnom vezom za –OH u Ser ili Thr ostatku (O-veza), ili N-glikozidnom vezom na amidni nitrogen u Asn ostatku (N-veza).

GlikoproteiniInformacijama bogati konjugati

koji sadrže oligosaharide

O-vezani oligosaharidi stvaraju glikozidnu vezu sa hidroksilnim grupama Ser ili Thr ostataka (osjenčeno roza). Ovdje je ilustriran GaINAc kao šećer na reducirajućem kraju oligosaharida.

O-v

eza

Univerzitet u Tuzli




Mnogi proteini koje luče eukariotske ćelije su glikoproteini: imunoglobulini, hormoni (FSH, LH, TSH), proteini plazme, proteini mlijeka, proteini koje luči pankreas (ribonukleaza).

Poznato je da isti protein proizveden u dva različita tkiva ima različite oligosaharidne dijelove.

Osim globalnih fizičkih efekata na strukturu proteina, postoje mnogo specifičniji biološki efekti oligosaharidnih lanaca u glikoproteinima.

GlikoproteiniInformacijama bogati konjugati

koji sadrže oligosaharide

N-vezani oligosaharidi stvaraju N-glikozidnu vezu sa amidnim nitrogenom Asn ostataka (osjenčeno zeleno). N-vezani oligosaharidi sadrže zajedničku pentasaharidnu srž koja se sastoji iz tri manoze i dva ostatka N-acetilglukozamina.

N-v

eza

Univerzitet u Tuzli




Gangliozidi su membranski lipidi eukariotskih ćelija u kojim su polarne grupe, dio lipida koji formira vanjsku površinu membrane, oligosaharidni kompleksi koji sadrže sijalinsku kiselinu.

Glikolipidi i lipopolisaharidiKomponente ćelijske membrane

N-v

eza

Univerzitet u Tuzli




Rasprostranjenost i kompleksnost karbohidratnih jedinica glikoproteina ukazuje da su to molekule bogate informacijama.

Od 4 monosaharida može se formirati mnogo više različitih uzoraka oligosaharida nego što se od 4 aminokiseline može formirati oligopeptida.

Proteini, lektini, koji vežu karbohidrate sa visokim afinitetom i specifičnošću učestvuju u procesima biološkog prepoznavanja

Univerzitet u Tuzli




Sijalinska kiselina nalazi se na krajevima oligosaharidnih lanaca mnogih glikoproteina plazme i na taj način štiti proteine od razgradnje u jetri.

Na plazmatskoj membrani jetrenih ćelija nalaze se asijaloglikoproteinski receptori.

Enzim sijalaza nalazi se na površini krvnih sudova.

Proteini, lektini, koji vežu karbohidrate sa visokim afinitetom i specifičnošću učestvuju u procesima biološkog prepoznavanja

Univerzitet u Tuzli




Univerzitet u Tuzli




Selektini su familija lektina koji se nalaze na plazmatskoj membrani i posreduju u ćelijskom prepoznavanju i adheziji.

Jedan takav proces je kretanje imunih ćelija (T-limfocita) kroz kapilarni zid iz krvi do tkiva na mjestu infekcije ili inflamacije.

Univerzitet u Tuzli




Neki bakterijski patogeni imaju lektine koji dovode do adhezije bakterija na ćeliju domaćina ili do ulaska toksina u ćeliju.

Helicobacter pylori, bakterija koja uzrokuje čir želuca prijanja na unutrašnju površinu želuca pomoću interakcije između lektina bakterijske membrane i specifičnih oligosaharida membranskih glikoproteina na epitelnim ćelijama želuca.

Univerzitet u Tuzli




Uloge oligosaharida u prepoznavanju i adheziji na površinu ćelije

a) Oligosaharidi sa jedinstvenom strukturom (prikazani kao nizovi obojenih loptica), koji su komponente različitih glikoproteina ili glikolipida na vanjskoj površini plazma membrane, sa velikom specifičnošću i afinitetom stupaju u interakciju sa lektinima u ekstracelularnoj sredini

Univerzitet u Tuzli




b) Virusi koji inficiraju životinjske ćelije, kao virus influence, vežu se za glikoproteine na ćeliji, čineći time prvi korak infekcije.

c) Bakterijski toksini, kao toksin kolere ili velikog kašlja, vežu se na površinski glikolipid prije ulaska u ćeliju.

d) Neke bakterije, kao Helicobacter pylori, prvo prijanjaju za, a onda koloniziraju ili inficiraju životinjsku ćeliju.


Univerzitet u Tuzli




e) U plazma membrani određenih ćelija, selektini posreduju interakcije ćelija-ćelija. Takve su interakcije T limfocita sa endotelnim ćelijama zida kapilara na mjestu infekcije.


Documents

karbohidrati-2