Transcript Struktura sacharidů a nukleových kyselin

Struktura sacharidů a
nukleových kyselin
Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2. LF UK a FN
Motol
Matej Kohutiar
Osnova přednášky
I.Struktura sacharidů
1.
2.
3.
4.
Monosacharidy
Reakce sacharidů
Oligosacharidy
Polysacharidy
Komplexní sacharidy
II. Struktura nukleových kyselin
1.Základní komponenty nukleových kyselin
2.Nukleosidy a nukleotidy
3.Struktura řetězce DNA
4.RNA
I. Struktura sacharidů
Sacharidy
• Polyhydroxaldehydy a polyhydroxyketony s minimálně 3
uhlíky v řetězci
• Podle počtu cukerných jednotek:
Monosacharidy
Oligosacharidy (2-10)
Polysacharidy
Složené (komplexní) sacharidy
Struktura monosacharidů
CH=O
CH 2 OH
C O
H
OH
H
CH 2 OH
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
CH=O
C O
H
OH
CH 2 OH
HO
H
CH 2 OH
Chirální uhlíky
F
H
Cl
Br
Chirální uhlíky
F
H
Cl
Br
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
OH
H
OH
OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
OH
H
OH
OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
2
OH
H
OH
OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
2
OH
4
H
OH
OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
OH
4
H
OH
OH
CH 2 OH
Chirální uhlíky
H
H
HO
H
H
CH=O
OH
OH
4
H
OH
OH
CH 2 OH
Struktura monosacharidů
CH=O
H
OH
CH 2 OH
D-glyceraldehyd
CH=O
CH=O
H
H
OH
OH
CH 2 OH
D-erytrosa
HO
H
H
OH
CH 2 OH
D-treosa
Struktura monosacharidů
CH=O
H
H
OH
OH
CH 2 OH
D-erytrosa
CH=O
CH=O
H
OH
H
H
OH
OH
CH 2 OH
D-ribosa
HO
H
H
H
OH
OH
CH 2 OH
D-arabinosa
Struktura monosacharidů
CH=O
HO
H
H
OH
CH 2 OH
D-treosa
CH=O
CH=O
H
OH
HO
H
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
CH 2 OH
D-xylosa
CH 2 OH
D-lyxosa
Struktura monosacharidů
CH=O
CH=O
H
OH
H
OH
H
OH
HO
HO
H
H
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
D-lyxosa
D-ribosa
CH=O
HO
H
H
H
CH=O
H
OH
OH
H
OH
HO
H
H
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
D-arabinosa
D-xylosa
Struktura monosacharidů
CH=O
CH=O
CH=O
H
OH
HO
H
H
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH
OH
HO
H
H
OH
CH 2 OH
D-allosa
D-talosa
OH
H
H
OH
H
CH 2 OH
CH=O
OH
HO
H
H
OH
HO
H
H
OH
CH 2 OH
D-glukosa
CH 2 OH
D-idosa
CH=O
CH=O
HO
H
OH
HO
OH
HO
H
H
OH
H
OH
OH
H
H
OH
H
H
HO
H
H
H
H
CH=O
CH=O
OH
OH
CH 2 OH
CH 2 OH
D-gulosa
CH 2 OH
D-manosa
D-altrosa
H
HO
OH
H
HO
H
H
OH
CH 2 OH
D-galaktosa
Struktura monosacharidů
CH=O
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
OH
OH
H
H
OH
CH 2 OH
OH
Struktura monosacharidů
D-manosa
D-glukosa
D-galaktosa
Struktura monosacharidů
ketosy
CH 2 OH
O
CH 2 OH
dihydroxyaceton
OH
O
O
O
H
OH
HO
H
OH
H
OH
D-ribulosa
OH
OH
HO
H
H
H
OH
OH
H
OH
OH
D-xylulosa
OH
D-fruktosa
Struktura monosacharidů
H
CH=O
O
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
H
OH
H
OH
H
CH 2 OH
D-allosa
H
OH
H
H
OH
H
H
O H
H
HO
CH 2 OH
D-allosa
OH
OH
OH
α-D-allopyranosa
Struktura monosacharidů
OH
O
OH
Struktura monosacharidů
• V krystalickém stavu výhradně cyklické struktury (α-, βanomery)
 pyranosa
 -pyranosa
acyklická forma
 -furanosa
 -furanosa
Reakce sacharidů
• Redoxní reakce
• Esterifikace
• Tvorba glykosidů
Redoxní reakce sacharidů
O
H
HO
OH
H
OH
CH 2 OH
H
HO
OH
H
O
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
D-glukosa
OH
D-glucitol
OH
D-fruktosa
Redoxní reakce sacharidů
CH=O
H
OH
HO
H
H
OH
OH
H
CH 2 OH
D-glukosa
COOH
H
OH
HO
H
H
OH
OH
H
CH 2 OH
Kyselina D-glukonová
CH=O
H
OH
HO
H
H
OH
OH
H
COOH
Kyselina D-glukuronová
COOH
H
OH
HO
H
H
OH
OH
H
COOH
Kyselina D-glukarová
Redoxní reakce sacharidů
OH
O H
OH
HO
OH
OH
D-glukosa
OH
COOH
OH
O
OH
OH
HO
OH
OH
Kyselina D-glukuronová
O
HO
OH
δ-glukonolakton
Esterifikace
O
O
OH
-
-
O
P
O
OH
OH
OH
OH
HO
OH
OH
D-glukosa
HO
OH
OH
D-glukosa-6-fosfát
Tvorba glykosidů
OH
OH
OH
OH
OH
OH
HO
OH
OH
D-glukosa
HO
O
OH
CH3
α-metyl-D-glukopyranosid
Deriváty monosacharidů
deoxycukry a aminocukry
HO
OH
H
O
OH
OH
OH
HO
OH
HN
OH
H
CH3
O
N-acetylglukosamin
2-deoxy-D-ribosa
Oligosacharidy
• Obsahují 2-10 monosacharidových jednotek
spojených glykosidickou vazbou
• Homo/heteroglykosidy
• Redukujici neredukujici
Oligosacharidy
4
1
OH

HO
HO
O
4
1
OH
1
OH
OH
OH
maltosa
2
O
 
HO
OH
OH
OH
O
HO
O
O
O
4
OH
OH
OH
OH
sacharosa
OH
O
OH
4
OO
HO
OH
OH

OH
OH
1
OH
laktosa
OH
Polysacharidy
• Obsahují více než 10 monosacharidových jednotek
• Homo/heteropolysacharidy
• Lineární a cyklické polysacharidy
• Větvené a nevětvené polysacharidy
• Pentosany, hexosany…
Polysacharidy rostlin
škrob
• Struktura amylosy
OH
OH
O
O
4
1
OH
4
OH
OH
O
1
4
OH
O
 O
HO
OH

OH
neredukující konec
http://bioanalyse.wikispaces.com/Homopolysaccharider
O
4
1
OH
O
OH

OH
OH
OH
redukující konec
Polysacharidy rostlin
škrob
• Struktura amylopektinu
OH
OH
O
O
4
1
HO
OH
1
OH
O
OH
postranní řetězec
OH
OH
6
O
O
O
1
OH
OH
4
O
O
4
1
OH
O
OH
HO
OH
OH
OH
hlavní řetězec
http://bioanalyse.wikispaces.com/Homopolysaccharider
OH
Polysacharidy živočichů
• glykogen
http://www.namrata.co/glycogen-metabolism-subjective-questions-solved-set-1/
http://dstgroupproject.weebly.com/periodic-acid-schiffdiastase.html
Složené polysacharidy
Kyselina hyaluronová
Chondroitin-4-sulfát
OH
OH
O OH
OH
H 3C
NH
COO
O
Kyselina sialová
-
https://wikispaces.psu.edu/display/230/The+Organization+of+Cells+in+Tissue
-+The+Extracellular+Matrix,+Cell+Junctions+and+Cell+Adhesion
II. Struktura nukleových
kyselin
Sacharidy vyskytující se v
nukleových kyselinách
HO
HO
OH
O
H
H
H
H
H
OH
OH
β-D-ribofuranosa
OH
O
H
H
H
OH
2-deoxy-β-D-ribofuranosa
Heterocykly vyskytující se v
nukleových kyselinách
4
9
8
5
N
3
7
1
2
6
N
6
2
purin
O
NH2
NH
N
NH
O
cytosin
uracil
O
H 3C
5
3
pyrimidin
NH2
N
O
N
NH
N
adenin
NH
NH
thymin
NH
4
N
1
NH
N
N
O
O
N
NH
NH
N
guanin
NH2
Keto-enolová a amino-imino
tautomerie
O
OH
H 3C
H 3C
CH3
CH3
NH
NH2
H 3C
H 3C
CH3
CH3
Nukleosidy
NH2
N
N
9
O
H 3C
N
NH
N
N
1
HO
HO
O
OH
O
OH
adenosin
OH
OH
thymidin
O
Konformace β-N-glykosidické vazby
NH2
NH2
N
N
9
HO
N
N
N
N
N
N
9
HO
O
OH
O
OH
adenosin
OH
OH
guanosin
Nukleotidy
NH2
N
N
9
O
O
-
O
P
O
O
-
OH
OH
adenosinmonofosfát
N
N
Nukleotidy
fosfoanhydridová vazba
NH2
N
N
O
O
O
-
O
P
O
-
P
O
9
O
O
-
O
P
O
O
-
OH
adenosintrifosfát
OH
N
N
Fyziologicky významné nukleotidy
(NAD+/NADH, FAD/FADH2)
O
NH2
NH2
O
N
+
N
O
P
O
P
O
P
N
O
O
OH
HO
OH
O
HO
NH2
P
N
N
O
O
HO
OH
N
H 3C
N
H 3C
N
N
NH
O
OH
OH
O
N
OH
N
N
Fyziologicky významné nukleotidy
O
NH2
N
N
O
-
P
N
N
9
O
N
N
9
O
O
O
-
O
P
O
O
O
O
OH
cAMP
NH2
N
O
N
-
S
O
N
+
9
N
CH3
+
NH3
O
OH
OH
SAM
OH
cGMP
NH
N
NH2
Syntetická analoga nukleotidů
O
O
I
5
HN
HN
N
O
N
O
1
N
1
HO
HO
O
OH
O
H
OH
5-iodo-2-deoxyuridin
6-azauridin
OH
SH
N
NH
6
OH
N
N
6-merkaptopurin
N
N
NH
N
allopurinol
6
Struktura řetězce DNA
O
N
P
O
5´
N
O
N
O
O
N
NH2
P
3´
NH2
NH
H 3C
5´
N
NH2
NH
O
O
P
O
N
5´
N
O
3´
P
O
N
O
O
5´
O
3´
3´
O
N
N
P
O
O
Stabilizace bázových párů
CH3
O
H
N
NH
O
NH2
N
N
N
H2
N
NH
NH
N
O
O
N
N
H
N
H2
N
NH
Chargaffova pravidla
Konformace DNA
http://www.biologyexams4u.com/2012/11/different-forms-of-dna.html#.VDZBrsVdVRo
Schéma B-formy DNA
malý žlábek
velký žlábek
Síly stabilizující strukturu
nukleových kyselin
• Denaturace a renaturace
• Hydrofobní interakce
• Elektrostatické interakce
http://dspace.jorum.ac.uk/xmlui/bitstream/handle/10949/956/Items/S377_1_section5.html
http://www.atdbio.com/content/53/DNA-duplex-stability
Síly stabilizující strukturu
nukleových kyselin
• Denaturace a renaturace
• Hydrofobní interakce
• Elektrostatické interakce
http://dspace.jorum.ac.uk/xmlui/bitstream/handle/10949/956/Items/S377_1_section5.html
http://www.atdbio.com/content/53/DNA-duplex-stability
RNA
•mRNA
HO
O
H
NH
•tRNA
•rRNA
OH
O
H
H
NH
O
uracil
•snRNA
•…
http://www.broadinstitute.org/blog/five-questions-david-root-rna-interference-explained
H
OH
OH
ribóza
Stabilita RNA
HO
HO
OH
O
OH
O
OH
O
O
P
OH
O
O
-
O
-
P
O
O
OH
O
H
O
HO
H
H
OH
OH
O
H
H
OH
-
H
H
H
OH
OH
mRNA
• Velká variabilita molekuly
• Přepis začíná od 5´-konce
• 3´-konec: polyA (20-250)
OH
OH
H
O
H
H
N
H
O
O
H 2N
N
O
P
O
P
O
O
P
-
O
O
5´
N
O
-
N
NH
NH2
P
3´
N
O
O
N
OH
HN
O
O
NH
O
5´
N
OH
CH3
P
3´
OH
O
čepička
O
O
O
tRNA
• Malá molekula (73-95)
• 3´-konec: CCA
• Alespoň 1 tRNA pro
aminokyselinu
http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/structure/tRNA/trna_intro.htm
rRNA
• Většina buněčné RNA
• Katalytická aktivita
http://cronodon.com/BioTech/Ribosomes.html