Koolhydraten; vervolg Biochemie 2 Koolhydraten; vervolg BCM21: samengesteld door mw. dr. B. Schrammeijer BML Docenten: dr. J. de Jong, dr. K. Langereis en dr. M. Luijendijk

Koolhydraten en hun biologische functie Monosacchariden Dienen o.a als brandstof. Afbraak van deze suikers (bijv. Glucose) tot CO2 en H2O resulteert in de vorming van de energierijke verbinding ATP. Disacchariden Lactose (ß-D-Galactose + ß-D-Glucose) : - belangrijk koolhydraat in de melk van zoogdieren - koeienmelk bevat ± 4,5 % lactose - moedermelk bevat ±7,5 % lactose Saccharose of Sucrose (α-D-Glucose + ß-D-Fructose): - hoog gehalte in suikerbiet en suikerriet: - belangrijke oplosbare koolhydraat reserve - zoetstof (sportdranken) - honing

Koolhydraten en hun biologische functie nectar Via enzymatische hydrolyse Honing: Invertase Saccharose glucose + fructose (in nectar) Het enzym invertase is aanwezig in het spijsverteringskanaal van bijen

Koolhydraten en hun biologische functie Polysacchariden Onderverdeling in: Homoglycanen welke zijn opgebouwd uit 1 soort monosacchariden (vb. glycogeen, zetmeel, cellulose, chitine en amylopectine) Heteroglycanen welke zijn opgebouwd uit verschillende monosacchariden

Koolhydraten en hun biologische functie Bacteriële polysacchariden (voor structuur): Mureïne (oa peptidoglycan) Dextranen (polymeren van glucose eenheden): welke glycosidische bindingen komen in dextranen voor? toepassing: chromatografie: vormen viskeuze gels in water Sephadex dragermateriaal: celgroei Humane fibroblast cellen (foto David Philips) Sephadex

Koolhydraten en hun biologische functie Polysacchariden uit Rode Algen - Agar (Agar-Agar): Agarose + Agaropectine Toepassing van Agarose: electroforese van grote moleculen zoals eiwitten en DNA ) versteviging van voedingsbodems: alternatief voor gelatine

Koolhydraten en hun biologische functie Polysacchariden in planten: Zetmeel: - reserve koolhydraat in chloroplasten van bladeren, zaden en knollen belangrijkste koolhydraat in de menselijke voeding (energie leverancier) Inuline: - Reserve koolhydraat in wortels van bepaalde planten (vb. artisjok, paardenbloem) een polymeer van fructose met eindstandig een glucose niet zoet van smaak toepassing in: - Dieet van diabetici als zetmeel (glucose) vervanger - als teststof voor de klaring van de nier Cellulose: - Belangrijk voor de structuur en stevigheid van de cellen

Koolhydraten en hun biologische functie Polysacchariden in dieren: Glycogeen: reserve koolhydraat voornamelijk opgeslagen in de spieren en de lever energie leverancier: glucose + zuurstof koolstofdioxide + water + chemische energie

Reductie van suikers Reductie D-Sorbitol

Oxidatie van suikers (1) Oxidatie op C1 hemiacetaal Oxidatie op C1 (D-glyconzuur) (α-D-glucose)

Oxidatie van suikers (2) Oxidatie op C6 (α-D-glucose) (ß-D-Glucuronzuur)

Suikers als reducerend agens (1) Glucose en andere suikers zijn in staat op te treden als reducerende agentia Basis van de Fehlingsreactie, een qualitatieve test voor de aanwezigheid van een reducerend suiker

Suikers als reducerend agens (2) Wel reducerend: Vrij anomeer C1 atoom van ß-D-Glucose (hemiacetaal) Niet reducerend: Beide anomere OH-groepen zijn onderdeel van de glycosidische band (Saccharose)

Oligosacchariden: glycoconjugaten Oligosacchariden bestaan uit 3 of meer enkelvoudige suikers die niet vrij als oligosacchariden voorkomen in de cel maar gebonden zijn aan niet-suikermoleculen. Zo ontstaan glycoconjugaten: - Glycosaminoglycanen Glycoproteinen Proteoglycanen Glycolipiden - Lipopolysacchariden

Fibers of extracellular matrix (ECM) Glyco- Carbohydrate protein Glycolipid EXTRACELLULAR SIDE OF MEMBRANE Cholesterol Microfilaments of cytoskeleton Peripheral proteins Integral protein CYTOPLASMIC SIDE OF MEMBRANE

Glycoproteïnen Veel eiwitten aan oppervlak van het plasmamembraan en extracellulaire eiwitten bevatten oligosacchariden. Deze glycoproteïnen dienen voor cel-cel herkenning. Na het translatieproces (vorming van de primaire eiwitketen) worden deze oligosacchariden op de eiwitketen geplaatst in het ruw Endoplasmatisch Reticulum (ruwER) en/of het Golgi-apparaat Suikers aan eiwit gebonden via glycosidische band: N-glycosilering via de –N van het aminozuur Asparagine O-glycosilering via de –O van het aminozuur Serine of Threonine

Glycoproteïnen

Glycosaminoglycanen Een groep zure heteropolysacchariden die in organismen voorkomen in vrije vorm of als bestanddeel van proteoglycanen Bevatten aminosuikers en glucuronzuur of iduronzuur Meeste polysacchariden zijn veresterd met zwavel (-SO3-)

Glycosaminoglycanen Voorbeeld: Hyaluronzuur - Een niet-veresterd glycaan bestaat uit een veelvoud van het disaccharide N-acetylglucosamine – glucuronzuur door de ß1 3 binding zijn de moleculen spiraalvormig Elke 3 disacchariden vormt een winding in de helix De naar buiten gerichte –COO- groepen kunnen Ca2+ binden Hyaluronzuur en andere glycosaminoglycanen houden door sterke hydratering veel vocht vast in een soort gel (glasvocht van het oog: 1% hyaluronzuur en 98% water)

Proteoglycanen De extracellulaire matrix (ECM), de ruimte tussen cellen, bestaat uit 3 hoofdcomponenten: collageendraden netvormige ankereiwitten ruimtevullende proteoglycanen

Proteoglycanen Reusachtige moleculen opgebouwd voor 95% uit koolhydraten en 5% eiwitten (massa tot 2.106 Da): Hyaluronzuur, kerneiwit en glycosaminoglycanen binden grote hoeveelheid water en vullen de ECM als gehydrateerde gel remmen de verspreiding van ziekteverwekkers in de ECM

Glycolipiden - Glycolipiden behoren tot de groep van de Sfingolipiden (zie ook college BCM11) komen in alle weefsels voor van planten en dieren aan het buitenoppervlak van de cel spelen een rol bij cel-cel herkenning Opgebouwd uit: 1 sfingosine + 1 vetzuur + suiker Cerebrosiden: 1 sfingosine + 1 vetzuur + 1 suiker Gangliosiden: 1 sfingosine + 1 vetzuur + verschillende suikers

Glycoproteïnen en Glycolipiden: Bloedgroepen

Lipopolysacchariden Bevinden zich aan oppervlak van het buitenmembraan van gram- bacteriën als Escherichia coli en Salmonella typhimurium. - Werken als endotoxine

Lipopolysacchariden Lipopolysaccharide in buitenmembraan van Salmonella typhimurium