Biofizyka z elementami biochemii

Transkrypt

1 Biofizyka z elementami biochemii a dzisiaj raczej biochemia Wykład 3 Cukry, lipidy

2 lipidy Lipidy to: KWAS + ALKOHOL --> ESTER + WODA proste tłuszcze woski Estry kwasów z glicerolem Estry z alkoholami wyższymi złożone fosfolipidy glikolipidy Z grupą ortofosforanu, zasadą azotową Pochodne kwasów karboksylowych z węglowodanami zawierającymi azot Lipidy izoprenowe Pochodne steroidy szkielet węglowy ma cztery połączone pierścienie

3 Lipidy Dzienne zapotrzebowanie to ok. 81g, z czego 90% stanowi TAG triacyloglicerole FUNKCJE: wewnątrzkomórkowy zapas paliwa wysokoenergetycznego TAG uruchamiane z tych zapasów są transportowane w płynach ustrojowych w postaci kompleksów lipidowo-białkowych zwanych lipoproteinami wokół narządów stanowią poduszki amortyzacyjne, chroniące narządy wewnętrzne przed uciskiem, wstrząsami i urazami mechanicznymi, a tkanka tłuszczowa podskórna stanowi izolację termiczną

4 Źródło energii zmagazynowanej Składnik tłuszcze Białka glikogen Masa u człowieka ważącego 70kg 15kg 6kg 0.225kg jeden gram takiego bezwodnego tłuszczu (triacyloglicerolu) magazynuje ponad 6-krotnie więcej energii niż taka sama ilość uwodnionego glikogenu stanowią główny materiał zapasowy u zwierząt lipidy magazynowane są w specjalnych komórkach (adipocytach) tkanki tłuszczowej, (u człowieka to 17% ciężaru ciała)

5 Trawienie tłuszczy Tłuszcze rozkładane są do glicerolu i kwasów tłuszczowych. Trawienie tłuszczów zachodzi w: ŻOŁĄDKU lipaza żołądkowa- dotyczy tylko tłuszczów zemulgowanych, czyli rozproszonych w postaci maleńkich kropelek np. w mleku lub śmietanie. DWUNASTNICY - enzymem rozkładającym jest lipaza trzustkowa Poprzedzona EMULGACJĄ, czyli rozbiciem na tysiące maleńkich kropelek, bo lipaza może działać tylko na powierzchni kropli tłuszczu Za to rozbijanie odpowiada żółć (uwaga nie jest enzymem!) produkowana przez wątrobę.

6 Tłuszcze właściwe są estrami wyższych kwasów tłuszczowych z alkoholem trójwodorotlenowym, glicerolem. Tłuszcze zwierzęce mają więcej kwasów nasyconych i dlatego w temperaturze pokojowej ich konsystencja jest stała. Oleje roślinne są ciekłe w temperaturze pokojowej, ponieważ zawierają znacznie więcej kwasów nienasyconych.

7 Woski Mają konsystencję stałą i nie rozpuszczają się w wodzie. Są to estry wyższych, nasyconych kwasów tłuszczowych z alkoholami lub sterolami. U zwierząt, woski tworzą warstwy ochronne na skórze, sierści i piórach, a u roślin na liściach i owocach. Lanolina tłuszcz wełny owczej dobrze wchłaniana przez skórę do produkcji kremów, maści

8 Inne przykłady Olbrot wosk z czaski wieloryba kosmetyki, świece, pasty do podłóg Wosk pszczeli

9 Amfilowość fosfolipidy Polaryzacja struktury: głowa hydrofilowa, a ogon hydrofobowy Niejednorodnie rozłożone ładunki w cząsteczce fosfolipidu Fosfolipidy stykają się głowami i ogonami dając dwuwarstwę Dwuwarstwa rozrasta się a na końcu zamyka Ale ich wielkość jest skończona <1μm Po przekroczeniu rozmiaru granicznego rozpadają się

10 Błona komórkowa Fosfolipidy występują w znacznych ilościach w organizmach zwierzęcych, natomiast u roślin stanowią niewielki procent ich suchej masy.

11 Glicerofosfolipidy Lizofosfolipidy powodują hemolizę erytrocytów, która następuje np. po ukąszeniu przez węże lub pszczoły Diacyloglicerol (DAG) np. może aktywować wymianę jonów H+ pochodzących z wnętrza komórki na jony Na+ pozakomórkowe, doprowadzając do wzrostu ph cytoplazmy

12 Izoprenoidy Duża grupa związków głównie występująca w roślinach: składniki olejków eterycznych, żywic, pochodne karotenowców, witaminy A, E, K, kauczuk, regulatory wzrostu roślin cytokininy. hydrofobowe związki nierozpuszczalne w wodzie, a rozpuszczalne w tłuszczach i rozpuszczalnikach organicznych

13 Steroidy-sterole Cholesterol dostarczany jest z pożywieniem, wchłaniany i transportowany w postaci lipoprotein (duże ilości: jajka, sery, wieprzowina, wołowina, krewetki) produkowany jest w organizmie, głównie w wątrobie, jelicie oraz skórze. Wątroba produkuje mniej więcej 1 gram cholesterolu na dzień. Bufor dla błon - czyli kilka słów o cholesterolu Małgorzata Szajewska

14 Gdzie on jest? Najwięcej w błonach: błony zewnętrzne zawierają od 40-90% całego lipidu. Mitochondria oraz retikulum zawierają małą ilość cholesterolu, natomiast cysterny Golgiego nieco większą. około 29% całego cholesterolu znajduje się w komórkach nerwowych, 3% w osoczu a pozostała część jest rozmieszczona w całym organizmie.

15 Typy lipoprotein Sterole nie rozpuszczają się w płynach ustrojowych, więc są transportowane przez LIPOPROTEINY. Triacyloglicerole oraz cholesterol przenoszone są z jelita w postaci dużych cząsteczek o bardzo małej gęstości chylomikronów. Podczas transportu, triacyloglicerole są hydrolizowane przez lipazy, znajdujące się w wyściółce naczyń krwionośnych mięśni. Pozostała część cząsteczki lipoproteiny, zwana chylomikronem resztkowym, którego dużą część stanowi cholesterol, jest dalej transportowana i pobierana przez wątrobę.

16 cd. Przy nadmiarze cholesterolu, lipoproteiny przedostają się do tkanek w postaci VLDL, o bardzo małej gęstości (<1,006g/cm 3 ). Triacyloglicerole z VLDL są trawione przez lipazy na powierzchni naczyń włosowatych. Efektem tej hydrolizy są molekuły wzbogaconych w estry cholesterolu, które nazwane są IDL (ρ=1,006 1,019 g/cm 3 ). Kolejnym etapem w transporcie cholesterolu jest pobranie połowy lipoprotein IDL przez komórki wątroby oraz przekształcenie pozostałych cząsteczek w lipoproteiny o małej gęstości LDL (1,019 < d < 1,063 g/cm 3 ). LDL są cząsteczkami transportującymi cholesterol we krwi do tkanek obwodowych. W rdzeniu takiej cząsteczki znajduje się około 1500 zestryfikowanych cząsteczek cholesterolu, a także wolny cholesterol. Ostatnimi lipoproteinami uczestniczącymi w transporcie cholesterolu są cząsteczki o dużej gęstości HDL (od 1,063 1,21 g/cm 3 ), których główną funkcją jest pobieranie cholesterolu uwalnianego do osocza przez obumierające komórki i ulegające przemianom błony.

17 Funkcje składnik budulcowy błon lipidowych: odpowiada za ich płynności błon, bierze udział w tworzenia tratw (raftów) lipidowych. uczestniczy w przekazywaniu sygnałów: składnik otoczki mielinowej komórek nerwowych, wpływa na aktywność receptorów oraz enzymów różnych szlaków metabolicznych. rola strukturalna i funkcjonalna dla organelli, które uczestniczą w endocytozie i transporcie międzykomórkowym. Uczestniczy w trawieniu tłuszczy oraz absorpcji witamin rozpuszczalnych w tłuszczach (A, D, E, K). Prekursor w syntezie witaminy D oraz hormonów steroidowych (kortyzonu, aldosteronu, progesteronu, estrogenu oraz testosteronu). "Trends in Alcoholic Liver Disease Research - Clinical and Scientific Aspects"

18 Węglowodany cukry proste złożone Ryboza, glukoza, fruktoza Sacharoza, laktoza, (dwucukry) C 12 H C 6 H Skrobia (300<n<400), celuloza (100<n<10000) (wielocukry) (C 6 H ) n

19 O czym nie wiemy: erytrocyty wyłącznie, a neurony niemal wyłącznie, czerpią swą energię z glikolizy; Brak glukozy powoduje ich obumieranie: po trzech minutach braku glukozy zaczynają się nieodwracalne zmiany w ośrodkowym układzie nerwowym nadmiar glukozy prowadzi do śpiączki cukrzycowej oraz do nieenzymatycznej glikacji białek glukoza, w czystej postaci została wyizolowana z rodzynek Na podstawie opracowania Andrzeja Dżugaja

20 Odkrycie glikolizy polski wątek Jakub Karol Parnas (Lwów): Badania nad mięśniami szkieletowymi koni, żab, psów, królików i nad drożdżami piwowarskimi. Mięśnie były rozdrabniane przy użyciu maszynki do mięsa i łączone z wodą. Następnie zawiesinę odsączano. Powstawał roztwór wszystkich rozpuszczalnych w wodzie substancji: enzymów, estrów pochodnych glikozy, nukleotydów (np. ATP) Enzymy glikolizy są białkami globularnymi i po rozpuszczeniu w wodzie nadal katalizują reakcje - po dodaniu kwasu trichlorooctowego następowała denaturacja i wytrącanie enzymów, natomiast niskocząsteczkowe związki pozostawały w roztworze wodnym. Z roztworu wodnego w sposób selektywny wytrącano poszczególne estry i nukleotydy. ATP

21 Co z tym ATP w mięśniach? Produkcja odbywa się dwutorowo: w sposób tlenowy i beztlenowy: TLENOWO: fosforylacja oksydacyjna (ale charakteryzują się słabą produkcyjnością: ale jest skuteczna nawet przez wiele godzin!) BEZTLENOWO: kinaza kreatynowa, glikoliza, reakcja miokinazowa (produkują więcej ATP, ale ich skuteczność jest krótkotrwała: rzędu kilka sekund)

22 Glikoliza Nature 1934: Parnas stwierdza, że syntezie mleczanu w mięśniach towarzyszy synteza ATP oraz glikoliza jest to rozpad glukozy do mleczanu, w wyniku tego procesu powstaje ATP. glikoliza jest regulowana przez trzy enzymy jeden z nich- kinazę pirogronianową wykrywa Parnas

23 Glukoza

24 cukrzyca Typu I: insulinozależna - autoimmunologiczne wyniszczanie komórek β w trzustce Typu II: nieinsulinozależna, oporność na insulinę

25 Cukier a grupy krwi: GAL galaktoza GalNac-acetylogalaktozamina Poza antygenami na krwinkach czerwonych, w osoczu krwi znajdują się naturalne przeciwciała skierowane przeciwko nieobecnemu antygenowi: grupa O zawiera przeciwciała anty-a i anty-b; grupa A zawiera przeciwciała anty-b; grupa B zawiera przeciwciała anty-a; grupa AB nie posiada przeciwciał.

26 Podsumowując

27 Sacharoza Podstawowy składnik cukru buraczanego i trzcinowego Pierwotnie sacharoza była stosowana jako lek, a sprowadzona do Europy przez Greków Dzienne zapotrzebowanie na cukier to około 7g. Co powoduje próchnicę zębów?

28 Laktoza Cukier mleczny z galaktozy i glukozy Najwięcej muszą go trawić noworodki i niemowlęta w mleku kobiecym jest go 5,5-7,5% Trawienie u dorosłych spada dziesięciokrotnie, a za ten proces odpowiada laktaza Około ¼ Polaków ma niedobory laktazy, dlatego cierpi z powodu objawów towarzyszących tzw. nietolerancji laktozy

29 Skrobia Polimer składający się z wielu cząsteczek glukozy oryjne/cw9.pdf

30 Właściwości Świeci w świetle spolaryzowanym (przez amylopektynę): Silnie skrobia ziemniaczana, słabiej skrobia fasolowa, bananowa a najsłabiej zbożowa W świetle spolaryzowanym obserwuje się też tzw. krzyż polaryzacyjny, który wskazuje na miejsce początku wzrostu ziarna skrobiowego.

31 Właściwości i zastosowanie kleikuje : czyli pęcznienie ziarenek skrobiowych pod wpływem wody w podwyższonej temperaturze: pękają między- i wewnątrzcząsteczkowe wiązania wodorowe składników skrobi. Woda wymywa z ziarna amylozę, która tworzy z wodą koloid. Powstają natomiast nowe wiązania wodorowe między polimerem i wodą (hydratacja) Zastosowanie: jako leki heparynopodobne (wpływające na krzepliwość krwi), nośniki składników pudrów i zasypek, materiałów kapsułkujących leki, dodatki do materiałów wiążących, wypełniaczy do tworzyw sztucznych, w tym też biodegradowalnych, zagęstniki, składniki klejów, past.

32 Na koniec glikolipidy, czyli znów błona komórkowa cząsteczki lipidów połączone z łańcuchami polisacharydowymi zlokalizowane w zewnętrznej warstwie błony grupami polarnymi do środowiska. przypisuje się im rozmaite funkcje: 1) utrzymują asymetryczność błony komórkowej, 2) oddzielają komórki od środowiska i stabilizują błonę komórkową 3) są receptorami dla niektórych hormonów i toksyn

33 Tak na marginesie Celuloza podstawowy budulec w świecie roślin, u zwierząt i ludzi nie ulega rozkładowi (brak enzymu) Glikogen materiał zapasowy u zwierząt, a u ludzi występuje w wątrobie i mięśniach Fruktoza- najsłodszy cukier, ale duże spożycie fruktozy zwiększało u badanych osób ciśnienie skurczowe krwi, sprzyjało odkładaniu się tłuszczu otaczającego narządy w jamie brzusznej, podnosiło poziom białka C-reaktywnego (świadczącego o stanie zapalnym w organizmie) oraz obniżało poziom HDL, czyli tzw. dobrego cholesterolu. The Journal of Nutrition (2012).

34 Cz. II właściwości wody

35 Chemicznie Cząsteczki wody tworzą asocjaty

36 Napięcie powierzchniowe Skutkuje tworzeniem menisku, unoszeniem w kapilarach oraz dąży aby utrzymywać najmniejszy stosunek powierzchni do objętości (czyli jaki?)

37 Fenomenalna gęstość wody

38 Charakterystyki wody

39 Woda w człowieku classes_stud/adn%20program/full%20time%20study/secon d%20year/nutrition%20and%20diet%20therapy/08.%20wat er%20and%20electrolytes.htm

40 Pytania kontrolne: Przedstawić rolę biologiczną wody w organizmie człowieka: 6-7 punktów Cholesterol: rola biologiczna w organizmie.