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

Metabolisme Anabolisme Katabolisme Chemische energie Cel macromoleculen Eiwitten Polysacchariden Vetten Nucleinezuren Energie bevattende nutrienten Koolhydraten Vetten Eiwitten ADP + HPO42- NAD+ NADP+ FAD Anabolisme Katabolisme ATP NADH NADPH FADH2 Precursor moleculen: Aminozuren Suikers Vetzuren Nitrogene basen Eindproducten CO2 H2O NH3 Chemische energie

Koolhydraten (suikers) Functies van suikers in levende organismen: Brandstof (bijv. glucose, zetmeel, glycogeen) Structureel (cellulose, chitine, peptidoglycanen) Informatiedrager: communicatie tussen cellen via glycosylering van eiwitten (glyco-eiwitten): targetingsignaal extracellulair herkenningssignaal

Koolhydraten (suikers) Onder koolhydraten worden verstaan: (CH2O)n - Enkelvoudige suikers (monosacchariden) - Polymeren van enkelvoudige suikers (disacchariden, oligosacchariden en polysacchariden) Enkelvoudige suikers zijn: Polyhydroxy aldehyden (aldosen) Polyhydroxy ketonen (ketosen)

Eenvoudigste koolhydraat: Glyceraldehyde Glyceraldehyde vertoont chiraliteit: bevat één asymmetrisch centrum (chiraal koolstofatoom: bevat 4 verschillende groepen) er zijn 2 ruimtelijke vormen mogelijk, stereo isomeren, die elkaars spiegelbeeld zijn

Stereo isomeren (Enantiomeren en epimeren) en andere isomeren Enantiomeren zijn de stereoisomeren die exact elkaars spiegelbeeld zijn - Enantiomeren verschillen fysisch-chemisch niet van elkaar maar wel biochemisch! Epimeren zijn de andere isomeren die mogelijk zijn in een molecuul als er meerdere chirale C-atomen (centra) aanwezig zijn Isomeren zijn stoffen met dezelfde molecuulformule maar verschillende structuurformule

Enantiomeren D(extro)-enantiomeren L(aevo)-enantiomeren

Stereoisomeren - Als een suiker een x aantal asymmetrische koolstofatomen heeft, dan zijn er 2X aantal stereoisomeren De helft hiervan heeft de L-vorm en de andere helft heeft de D-vorm Voor glucose geldt: 4 chirale C-atomen dus 24 = 16 stereoisomeren

Welk chirale C-atoom bepaalt de D- of L-configuratie? Kijk naar het laatste chirale C-atoom Wijst de –OH groep naar rechts dan D vorm Laatste chirale C-atoom

Epimeren

Monosacchariden: Aldosen (1)

Aldosen (2)

Aldosen (3)

Monosacchariden: Ketosen (1)

Ketosen (2)

Suikers: lineair en cyclisch Hexoses (C6 suikers) kunnen een ring vormen door de binding tussen C1 en C5 (hemiacetaal) Deze binding kan loslaten waardoor de groepen op C1 kunnen draaien. Als er dan weer een cyclisch molecuul wordt gevromd ontstaat er een ander isomeer Deze vorm van stereoisomeren wordt anomeren genoemd (de α- anomeren en de ß-anomeren) - hemi = half

Suikers: lineair en cyclisch Ketoses (C6 suikers) kunnen een ring vormen door de binding tussen C2 en C5 (hemiketaal)

Pyranose/Furanose (Haworth projectie)

Stoel projectie

Stereoisomeren (2) - Als een suiker een x aantal asymmetrische koolstofatomen heeft, dan zijn er 2X aantal stereoisomeren De helft hiervan heeft de L-vorm en de andere helft heeft de D-vorm Door het hebben van een anomeer C-atoom wordt het aantal stereoisomeren voor een suiker nog eens 2 keer zo groot! Dus voor glucose: 24 x 2 = 32 stereoisomeren

Mutarotatie Mutarotatie is de overgang van de α-configuratie naar de ß-configuratie (of andersom) in een suiker Wanneer zuiver α-D-glucose in water wordt opgelost, is bij evenwicht de verdeling: 36% in de α-configuratie, 64% in de ß-configuratie en 0,02% in de open ring vorm (mutarotatie) Hoe kan je dat meten (en weten?)

Optische activiteit Een asymmetrisch centrum resulteert in optische activiteit Een D-isomeer draait vlak gepolariseerd licht precies de tegenovergestelde kant op als de L-isomeer - Een D-isomeer draait het vlak gepolariseerde licht niet persé naar rechts Meten van optische activiteit:

Meten van mutarotatie Door mutarotatie ontstaat een evenwicht waarbij 1 M oplossing van 1 M oplossing van

Disacchariden Disacchariden zijn 2 monosacchariden aan elkaar gekoppeld via een O-glycosidische band. Deze glycosidische band ontstaat door een condensatie reactie (dehydratatie). Bekende disacchariden zijn: Maltose (aanwezig in bier): α-D-Glucose + ß-D-Glucose Sucrose (tafelsuiker): α-D-Glucose + ß-D-Fructose Lactose (melk suiker): ß-D-Galactose + ß-D-Glucose

Van hemi-acetaal naar acetaal

Sucrose + H2O H2O

Sucrose

Lactose

Polysacchariden Het polysaccharide zetmeel (of glycogeen) ontstaat uit α (1-4) en α (1-6) glycosidische bindingen (b) Starch: 1–4 linkage of  glucose monomers

Zetmeel Zetmeel bestaat uit lineaire (amylose) en vertakte (amylopectine) ketens met resp. alleen α (1-4) en zowel α (1-4) als α (1-6) glycosidische bindingen Zetmeel (in plastiden) Amylose (20%) Chloroplast Amylopectin (80%)

Glycogeen Glycogeen lijkt sterk op amylopectine maar is sterker vertakt Mitochondriën Glycogeen korrels (in de lever en in spiercellen) Glycogeen

Polysacchariden Als er ß(1-4) glycosidische bindingen worden gevormd ontstaat bijv. cellulose of chitine In deze polysacchariden komen geen vertakkingen voor. Cellulose: ß (1-4) bindingen tussen glucose monomeren

Cellulose Cellulose microfibrillen in een planten celwand Vorming van H-bruggen tussen de cellulose moleculen resulteert in microfibrillen Cellulose molecuul ß glucose

Chitine Chitine: ß (1-4) bindingen tussen N-acetylglucosamine monomeren Chitine in exoskelet

Glucose familie

Peptidoglycan Celwand van Peptidoglycanlaag:

Naamgeving en afkortingen suikers