Struktura a funkce biomakromolekulKBC/BPOL

8. Polysacharidy, glykoproteiny a proteoglykany

Ivo Frébort

Polysacharidy

Funkce: uchovávání energie, struktura, rozpoznání a signalizace

Homopolysacharidy a heteropolysacharidy

Zásobní molekuly - škrob a glykogen

Strukturní molekuly - chitin and celulosa

Polysacharidy vyskytující se na povrchu buňky slouží jako rozpoznávací molekuly

Škrob

Rostlinný zásobní polysacharid Dvě formy: amylosa and amylopektin Obvykle 10-30% amylosa a 70-90% amylopektin Amylosa: a-1,4 glykosidické vazby, redukující

konec Větvení: a-1,6 - amylopektin 1 x 12-30 jednotek Amylosa je špatně rozpustná ve vodě, ale tvoří

micelární suspenzi – helikální struktura Amylosa vytváří modré zbarvení s jódem,

amylopektin fialové

Struktura škrobu

Vazba jódu na amylosu

Význam větvené struktury amylopektinu

Rychlost fosforylace Fosforylasa uvolňuje glukosa-1-fosfát z konce

řetězce amylosy nebo amylopektinu Čím více větvení, tím více míst pro fosforylaci Větvení umožňuje rychlé uvolnění (nebo

uložení) glukosových jednotek využívaných v metabolismu

Fosforylace škrobu

Glykogen

Zásobní polysacharid u živočichů Glykogen tvoří až 10% hmoty jater a 1-2% hmoty

svalu Glykogen je zásobárna energie pro organismus Rozdíl od škrobu: častější počet větvení Vazby a-1,6, větvení 1 x 8-12 jednotek Glykogen dává s jódem červenofialové zbarvení

Dextrany

Malé, ale významné rozdíly od škrobu a glykogenu Dextrany - hlavní řetězec vázán vazbami a-1,6 Větvení 1,2, 1,3 nebo (1,4) Dextrany jsou tvořeny bakteriemi a jsou např.

součástí zubního plaku Zesíťované dextrany jsou pouřívány jako

"Sephadex" gely v chromatografii Tyto gely mohou pojmout až 98% vody

Struktura dextranů

Strukturní polysacharidy

Složení podobné zásobním polysacharidům, ale malé změny ve struktuře způsobují velké změny vlastností

Celulosa je nejrozšířenější přírodní polymer na Zemi

Hlavní stavební složka stromů a rostlin Celulosa může tvořit také jemnou vláknitou

strukturu – bavlna b-1,4 vazby způsobují zásadní rozdíly ve

fyzikálních vlastnostech oproti zásobním polysacharidů

a-1,4 a b-1,4 glykosidické vazby

Struktura celulosy

Další strukturní polysacharidy

Chitin - exoskeletony korýšů, hmyzu a pavouků, buněčná stěna hub– podobný celulose, ale na C-2 N-acetyl – celulosová vlákna paralelní, chitin má vlákna

buď paralelní nebo antiparalelní Algináty – polymery vážící Ca v řasách Agarosa and agaropektin - galaktosové

polymery Glykosaminoglykany – opakující se disacharidy

a aminosacharidy

Strukturní polysacharidy

Algináty

Agarosa

Strukturní změny agarosy v závislosti na teplotě

Polysacharidy buněčného povrchu

Povrch živočišné buňky obsahuje velké množství různých glykoproteinů a proteoglykanů

Tyto polysacharidy regulují mezibuněčnou signalizaci a interakci

Jedinečnost "informace" uložené v těchto strukturách je zajištěna substrátovou specificitou enzymů, které tyto polysacharidy syntetizují

Glykosylace proteinů

O-vázané sacharidy tvoří vazby s hydroxylovou skupinou serinu, threoninu nebo hydroxylysinu- vznikají v Golgiho aparátu, 4-6 sacharidových jednotek

N-vázané sacharidy tvoří vazby s amidovýmdusíkem asparaginu- komplexní skupina, založeny na společném oligosacharidu vytvořeném v endoplasmatickém retikulu ER, dále modifikovány v Golgiho aparátu

Sacharidy se vážou na membránové proteiny a proteiny vylučované z buňky

Glykoproteiny buněčného povrchu

Rozvětvené struktury sacharidů slouží jako rozpoznávací element při protein-protein interakci

Protože pořadí sacharidových jednotek je důležité, jsou jednotlivé jednotky navazovány glykosyltransferasami, které jsou specifické na předchozí sacharidový řetězec

Sekvence má podobný význam jako sekvence aminokyselin v proteinech nebo nukleotidů v DNA/RNA

Sacharidové jednotky vyskytující se v glykoproteinech

Sacharidové jednotky vyskytující se v glykoproteinech

Glykosylaceproteinů

Sacharidové struktury N-glykosylovaných proteinů

Specifická tvorba glykoproteinu

HN

HC C

CH2

OH

O

CH

CH2

O

CH

CH2

O

CH

CH2

O

Ser

specifickáglykosyltransferasa

jiná specifickáglykosyltransferasa

další specifickáglykosyltransferasa

N-acetylgalaktosamin

galaktosa

N-acetylneuraminová kyselina (NANA)

GTP

CTP

ATP

Rozpoznání krevních skupin je založeno na sekvenci sacharidů

typ 0 glukosagalaktosaN-acetylglukosamin (GlcNAc)galaktosafukosa

protein povrchu erythrocytu

typ A

typ B

OH

Stejné jako typ 0

Specifický enzym

N-acetylgalaktosamin (GalNAc)

Specifický enzym

galaktosa

Kartáčové struktury O-glykoproteinových polysacharidů

Příklady sacharidové složky N-glykoproteinů

Rozpoznání proteinů krevní plasmy pro degradaci v játrech

Proteoglykany

Glykoproteiny, jejichž sacharidy jsou tvořeny glykosaminoglykany

Složky buněčné membrány a glykokalyxu

Proteiny s 1-2 typy glykosaminoglykanu

Příklad: syndekan - transmembránový protein –vnitřní doména interaguje s cytoskeletonem, vnější s fibronektinem

Funkce proteoglykanů

Modulace růstových procesů buňky- vazba proteinových růstových regulátorů na proteoglykany v glykokalyxu udržuje rezervoár růstových faktorů na povrchu buňky

Spojovací tkáně živočichů- chondroitin, heparan, dermatan a keratan sulfát- proteoglykany chrupavky kloubů absorbují velké množství vody - během pohybu kloubu je chrupavka stlačována a uvolňuje vodu

Glykosaminoglykany

Proteoglykany

Síť proteinů a polysacharidů na povrchu živočišné buňky ve spojovacích tkáních

Kloubová chrupavka