Szénhidrátok

A bioszféra szerves anyagának fő tömege Döntően a fotoszintézis során keletkezik szén-dioxid + víz + fényenergia = szénhidrát + oxigén Növényekben: - építőanyaga a sejtfalnak (cellulóz) - tartalék tápanyag, energiaforrás (keményítő) - biokémiai reakciók anyaga a sejtplazmában (cukrok) Állatokban: építőanyag, energiaforrás, biokémiai reakciók anyaga

Fajtái: Az alapegységek száma szerint – Monoszacharidok – 1 egység – Diszacharidok – 2 egység – (Oligoszacharidok – 4-20 egység) – Poliszacharidok – 20-nál több egység

A monoszacharidok (ribóz, dezoxiribóz, glükóz) és a diszacharidok (szacharóz, laktóz) jellemzői: édes ízűek jól emészthetők jól oldódnak vízben

A monoszacharidok Csoportosításuk a C atomok száma szerint Triózok: 3 C atom Glicerin-aldehid-foszfát biokémiai folyamatok köztes terméke (fotoszintézis, glikolízis)

Pentóz: 5 C atom Ribóz C 5 H 10 O 5 Dezoxiribóz C 5 H 10 O 4 A pentóz-foszfátok a nukleotidok és a nuklein- savak (RNS, DNS) felépítői

Hexóz: 6 C atom - az élővilág leggyakoribb monoszacharidjai - a sejtekben és a sejt közötti állományban szabad formában is jelen vannak - a di- és a poliszacharidok felépítői Glükóz (szőlőcukor) C 6 H 12 O 6 - biológiai szempontból központi jelentőségű -A szénhidrátok döntően szabad glükózformában szállítódnak -A glükóz- foszfát biokémiai folyamatok köztes terméke -Az élővilág poliszacharidjainak fő felépítő egységei -Nyílt láncú és gyűrűs formája is létezik (a sejtekben a gyűrűs formájában van) - Két változata az α- glükóz ill. a β- glükóz

Diszacharidok Két monoszacharidból éterkötés (glikozidkötés) kialakulásával (kondenzáció) jönnek létre Maltóz vagy malátacukor C 12 H 22 O 11 – Két α- glükózból áll – 1- 4 glikozidkötés jellemző rá – A keményítő bomlási terméke

Cellobióz C 12 H 22 O 11 – Két β- glükózból áll – 1- 4 glikozidkötéssel jön létre – A cellulóz bomlási terméke, önálló molekulaként nem fordul elő Laktóz, tejcukor – Glükóz + galaktóz (glükóz származék) – Tejben, a vékonybélben a laktáz enzim monomerjeire bontja, ezek tudnak felszívódni, galaktóz a májban glü- kózzá alakul Szacharóz – glükóz + fruktóz – Cukorrépa, cukornád – A hétköznapi élet fő édesítő anyaga

Poliszacharidok Jellemzői: Nem édesek Nem oldódnak vízben Egy részük jól emészthető (keményítő, glikogén), más részüket az ember nem tudja megemészteni (cellulóz, kitin)

Kémiai felépítésük: Óriásmolekulák, egyszerű cukrokból jönnek létre vízkilépéssel (kondenzációs reakció) Általános képletük:(C 6 H 10 O 5 ) n (C n H 2n-2 O n-1 ) n Fajtáik: Keményítő, cellulóz Glikogén (állati keményítő) Máj, vázizom raktározott tápanyaga (energiaforrás) Kitin (N tartalmú poliszacharid) Ízeltlábúak külső vázának anyaga

KeményítőCellulóz Monomer (alapegység) α- glükózβ- glükóz Monomer száma: néhány száztöbb ezer Diszacharidja maltózcellobióz Molekula változatai amilóz, amilopektin egyféle molekula Szerepe tartalék tápanyag (gumók, magvak) vázanyag Bomlás amiláz enzim, nyál baktériumok enzimjei

Kísérlet: keményítő kimutatása jóddal, vizsgálata mikroszkóppal Kaparékot készítünk burgonya gumó felszínéről, KI-os I 2 oldatot cseppentünk hozzá. Tárgylemezen, lefedve vizsgáljuk meg mikroszkóp alatt. Cseppentés után a kaparék kék/ kékesszürke lett, a jód molekulák bekerülnek a keménymolekula spiráljába. Kísérlet: keményítőszemcsék vizsgálata mikroszkóp alatt Kaparékot készítünk burgonyagumóból, bab-, kukoricamag felszí- néről. Mikroszkóppal vizsgálva jól láthatók a fajra jellemző keményítő- szemcsék. A keményítő a növények raktározott tápanyaga, poliszacharid. Mint tápanyag jelentős energiaforrás.

Miért édes a sokáig rágott kenyérhéj? A nyál amiláz enzime a kenyérben levő keményítő molekulákat oligoszacharidokra bontja, ezek édes ízűek

Fehérjék

Csoportosításuk: a nagyon sokféle biológiai szerepük szerint Enzimek Kémiai folyamatok felgyorsítói (katalizátorai) pl. amiláz, laktáz Összehúzékony fehérjék (izomfehérjék) Izomsejtek: pl. aktin, miozin Vázanyagok (vázfehérjék) A sejtváz és a kötőszöveti rostok fehérjéi pl. kollagén, elasztin Receptorfehérjék (jelfogófehérjék) pl. homonreceptorok, ingerületátvivő anyagok receptorai

Szállítófehérjék pl. citokrómok (elektronokat szállítanak), hemoglobin Tartalék tápanyagok Növényi szervekben pl. kukorica-, búza szemben Ellenanyag fehérjék (antitestek) A szervezet belső védekezésében vesznek részt Jelölő fehérjék (markerek vagy antigének) pl. az ABO vércsoportrendszer antigénjei – fajra jellemző antigének; egyedi antigének Véralvadási fehérjék Az érfal sérülésekor elősegítik a vér megalvadását pl. protrombin, fibrinogén

Szabályozó fehérjék Hormonfehérjék pl. az inzulin Génműködést szabályozó fehérjék: gátlófehérjék (represz- szorok)

Felépítésük Óriás molekulák (makromolekulák): alapegységeik az aminosavak Az élő szervezet fehérjéit 20 féle aminosav építi fel. Aminosavak fajtái: - esszenciális aminosavakat (pl. cisztein, metionin) a szervezetünk nem tudja előállítani, ezért a táplálkozás során fel kell vennünk - nem esszenciális aminosavak: a többségük

Az aminosavak kapcsolódása Két aminosav között vízkilépéssel peptidkötés jön létre 2 aminosav együttese: dipeptid Néhány aminosav összekapcsolódása: oligopeptid Sok aminosav: polipeptid (a fehérjét polipeptid lánc alkotja)

A fehérjék szerkezete: Elsődleges szerkezet: – Aminosavszekvencia (az aminosavak kapcsolódási sorrendje): milyen sorrendben kapcsolódik egymáshoz a 20 féle aminosav – A szerkezetet biztosító kötések: a peptid kötések – A szerkezet meghatározza a fehérje térbeli elhelyezkedését vagyis a többi szerkezetét (a térbeli szerkezeteket, a lánckonformációját), ezek pedig a működését

Másodlagos szerkezet – Az elsődleges szerkezetű fehérje térben való elhelyezkedése – A szerkezet fajtái: alfa- hélix és a ß- lemez (ß- redő) alfa- hélix: a fehérjelánc vagy egy lánc szakasza a hossztengely mentén spiralizált ß- lemez: két párhuzamosan haladó lánc szakasz redősen hajlítgatott felületnek megfelelően helyezkedik el

– A szerkezetet biztosító kötések: a hidrogénkötések (a peptid- kötéseknél) – A fehérje teljes hosszában alfa- hélix szerkezetű: pl. a keratin, ß- lemez szerkezetű: pl. a selyem

Harmadlagos szerkezet: – Az elsődleges és másodlagos szerkezettel rendelkező fehérje térben való elhelyezkedése Fajtái: FIBRILLÁRIS alak (fonalas alak): ha csak α- hélix vagy csak β- lemez a másodlagos szerkezete pl. a kollagén és a keratin molekulának

GLOBULÁRIS alak ( gömb alak) : ha α- hélix és β- lemez másodlagos szerkezete is van pl. a mioglobin molekulának Szerkezetet biztosító kötések: kén- híd (kovalens kötés), ionos kötés, H-híd, van der Waals kölcsönhatás az oldalláncok között

Negyedleges szerkezet: – Csak a több alegységből álló fehérje molekulákra jellemző – Az egyes alegységeknek van elsődleges,másodlagos és harmadlagos szerkezete is – Az alegységek összekapcsolódása és az egész molekulá- nak a térben való elhelyezkedése – A szerkezetet stabilizáló kötések: mint a harmadlagos szerkezetet stabilizálók

A fehérjék csoportosítása: összetételük szerint Egyszerű fehérjék: kizárólag aminosavakból épülnek fel Plazmafehérjék: albuminok Vázfehérjék: kollagén Izomfehérjék: aktin, miozin Magfehérjék: hisztonok (sejtmagban)

Összetett fehérjék: fehérje részük aminosavakból épül fel, nem fehérje részük más vegyület Glükoproteinek: pl. mucin Foszfoproteinek: pl. kazein Lipoproteinek: vérben a lipidek szállítási formája Metalloproteinek – fémionokat tartalmaznak pl: hemoglobin

Fehérjék működését meghatározó tényezők Csak számukra optimális körülmények között működnek: Ekkor meg van a negyedleges vagy harmadlagos szerkezetük és a hidrátburkuk is Nem megfelelő környezetben koaguláció (kicsapódás) történik: megszűnik a hidrátburkuk, megváltozik az eredeti negyedleges vagy harmadlagos szerkezetük, több fehérje molekula összekapcsolódik, így kolloidálisnál nagyobb méretű részecskék jönnek létre Ekkor denaturálódnak is: a rájuk jellemző működést nem tudják ellátni

A koaguláció fajtái: Reverzibilis koaguláció: könnyű fémsók, tömény alkohol hatására csak a hidrát burkukat vesztették el Irreverzibilis koaguláció: nehéz fémsók, savak, lúgok és magas hőmérséklet hatására (pl. tojás, hús sütésekor) térbeli szerkezetük is megváltozik

Stresszfehérjék és a sejt öngyógyító folyamatai A sejtet érő megterhelő hatásra (stresszhatás) pl. hőmérséklet emelkedése, vagy lecsökkenése, vagy oxigénhiány, vagy tápanyaghiány megnő a stresszfehérjék mennyisége a sejtben Szerepük: enyhe stresszhatásnál visszafordítják a többi fehérje koagulációját, denaturációját vagyis a harmadlagos, vagy a negyedleges szerkezet megváltozását, védik a fehérjéket (pl. hősokkfehérjék)

egyéb szerepei: Segítik a fehérjeszintézis után a fehérjék térbeli szerkezetének a kialakulását dajkafehérjék (gardedám fehérjék), a DER üregrendsze- rében működnek A sejtet megfertőzött „idegen” vírusfehérjék felismerésé- ben is fontosak

Kísérlet: fehérjék kicsapásának bemutatása Öntsünk kémcsövekbe 2-2 cm 3 tojásfehérje oldatot. Az egyikhez adjunk réz-szulfát kristályt, a másikat melegítsük! Az oldatok megzavarosodtak, az első kémcső tartalma kék lett. A fehérjék kicsapódtak oldatukból, térszerkezetük irreverzibilisen megváltozott. A nehézfémsók és a hő megváltoztatja a fehérjék térszerkezetét.

Nukleotidok, nukleinsavak

A nukleotidok Összetett szerves vegyületek építőmolekulái: 5 C atomos cukor (pentóz) - Ribóz - Dezoxi-ribóz Foszforsav N-tartalmú szerves bázis - Purin bázis (2 gyűrű, 9 atom) – adenin, guanin - Pirimidin bázis (1 gyűrű, 6 atom) – citozin, timin, uracil

Az építő molekulák összekapcsolódása: A szervesbázis és a cukor (pentóz) összekapcsolódása a nukleozid A nukleozidhoz hozzákapcsolódik még a foszforsav is, így létrejön a nukleotid

Nukleotidok fajtái: -Cukor (pentóz) tartalmuk alapján: ribóz vagy dezoxi-ribóz tartalmúak -Foszfátcsoportjuk száma alapján: Nukleozid-monofoszfátok Nukleozid-difoszfátok Nukleozid-trifoszfátok

Nukleotidokaa

Csoportosításuk biológiai szerepük szerint Energiatárolók (szállítók, szolgáltatók): - Pl. az ATP Koenzimek: - Pl. NAD +, NADP +, KoA Nukleinsavak építőmolekulái (monomerjei): - Nukleozid- monofoszfátok

ATP – adenozin-trifoszfát Alkotórészei: Ribóz Adenin 3 foszfát- csoport A foszfát- csoportok közötti kötések nagy energiájúak – kialakulásukhoz nagy mennyiségű energia szükséges, felbomlásukkor nagy mennyiségű energia szabadul fel Szerepe: energiatárolás, szállítás, szolgáltatás Energiatermelő folyamatokban (lebontó folyamatok) ATP képződik (ATP szintézis, enzime az ATP szintetáz) Energiaigényes folyamatokban (felépítő folyamatok) ATP bomlik (ATP hidrolízis, enzime az ATP hidroláz)

Koenzimek: 1. NAD + – nikotinamid-adenin-dinukleotid Dinukleotid Biológiai jelentősége: lebontó folyamatok H- szállítója (egy H atomot, egy elektront) Ekkor NADH- nak hívjuk Oxidált formája: NAD + redukált formája: NADH

2. NADP + - nikotinamid-adenin-dinukleotid-foszfát A NAD + molekulától egy foszfát-csoportban különbözik, ez az adenozin ribózának kettes szénatomjához kapcsolódik Biológiai jelentősége: a felépítő folyamatok H és elektron szállítója Ekkor NADPH-nak hívjuk Oxidált forma: NADP +, redukált forma: NADPH

NAD + -NADH (NADP + -NADPH)

3. KoA – Koenzim-A Acetilcsoport szállítását végzi Ekkor acetil-koenzim-A-nak hívjuk Vitamin jellegű csoportot tartalmaz – B vitamin származék

Acetil-KoA

Nukleinsavak Polinukleotid láncok építik fel Polinukleotid lánc kialakulása: Kondenzációs reakcióval nukleotidok össze- kapcsolódnak Az egyik nukleotid foszfát- csoportja, amely a pentóz 5. C atomjával van kapcsolatban a másik nukleotid pentózának 3. C atomjához kapcsolódik. A polinukleotid láncban létre jön a cukor- foszfát- csoport- cukor- gerinc, amelyhez a cukroknál szer- vesbázisok kapcsolódnak.

Két nukleotid kondenzációja

Nukleinsavak fajtái DNS RNS

DNS – dezoxi-ribonukleinsav Nukleotidjainak felépítése: Dezoxi-ribóz Foszfát- csoport A, vagy T, vagy G, vagy C (szerves bázisok)

Szerkezete: 2 láncú (2 polinukleotid láncú) molekula A láncok két gerince ( cukor- foszfát-csoport- cukor- gerinc) kifelé van a molekulában, a bázisok a molekula belsejében egymással szemben H- kötéssel összekapcsolódnak – Mindig egy purin bázis áll szembe (párba) egy pirimidinnel, vagyis A-T, G-C A szerkezetből adódóan az egyik lánc szerves bázis sorrendje, meghatározza a másik lánc szerves bázis sorrendjét (a láncok szerves bázisai komplementerek)

Alakja: A hossztengely körül spirálisan feltekeredett A két lánc futása ellentétes (antiparalel) Előfordulása: Sejtmagban Zöld színtestben Mitokondriumban

DNS részlet

Watson és Crick

Biológiai szerepe: – Információ hordozó szerep: a DNS lánc szerves bázisorrendje hordozza az információt (4 féle szervesbázis, 3 egymásután következő szervesbázis egy információ) – Örökítő anyag szerep: a DNS képes megkettőződni (a szerkezetének komplementaritásából adódóan) és az ugyanolyan információ tartalmú DNS molekulák a sejtosztódáskor az utódsejtekbe kerülnek

A DNS örökítő (illetve genetikai információ hordozó) szerepét bizonyító kísérletek: Griffith és Avery kísérlete Hershy és Chase kísérlete

F.Griffith

Baktérium transzformáció

Griffith kísérlete

Baktérium transzformáció

O.Avery

Chase és Hershey

RNS – ribonukleinsav Nukleotidjainak felépítése: Ribóz Foszfát- csoport A, vagy G, vagy C, vagy U (!!!!) Szerkezete: 1 láncú molekula, alakja típusonként változó A DNS molekula aktív láncszakaszáról képződik Típusai: mRNS – messenger vagy hírvivő tRNS – transzfer vagy szállító rRNS – riboszomális

mRNS: Rövid élettartalmú molekula DNS-ről információt szállít a fehérjeszintézis helyére rRNS: Fehérjékkel együtt alkotja a riboszómát, melyek a fehérjeszintézis helyei tRNS: aminosavakat szállít a fehérjeszintézis helyére Kb. 80 nukleotidból áll 1 láncú, de a láncon belül H-kötések alakulnak ki, így a molekula alakja lóheréhez hasonlít