Mono- och disackarider har vissa egenskaper av stor betydelse för biokemiska reaktioner. De innehåller till exempel många OH-grupper, som gör att sockerarterna är lösliga i vatten, att de har vissa karakteristiska molekylstrukturer och att molekylerna kan kopplas samman till polymerer. De kan även kopplas samman med molekyler från andra ämnesklasser som lipider och proteiner.

MonosackariderMonosackarider byggs i allmänhet upp av fem eller vanligare sex kolatomer. De kallas efter antalet kolatomer för pentoser eller pentoser eller pentoserhexoser. Pentoser och hexoser kan förekomma både i öppen form (kedjeform) och i sluten cyklisk form. I molekylerna ingår fl era funktionella grupper, dels OH-grupper och dels en aldehyd- eller ketogrupp (i den öppna formen). Monosackarider som innehåller en aldehydgrupp kallas aldoser och de med ketogrupp aldoser och de med ketogrupp aldoser ketoser. Den enklaste monosackariden är glyceraldehyd. Det är en glyceraldehyd. Det är en glyceraldehyd trios (= trios (= triosmonosackarid med tre kolatomer) med ett asymmetriskt centrum. Det innebär att det fi nns två optiska isomerer, D-glyceraldehyd och L-glyceraldehyd.

Kolhydrater och lipider är viktiga biokemiska byggastenar, som Kolhydrater och lipider är viktiga biokemiska byggastenar, som Kfi nns i alla celler. De är energirika och har därför stor betydelse Kfi nns i alla celler. De är energirika och har därför stor betydelse Ksom lagringsform av energi i cellerna. Många av dem är också vik-tiga byggelement i cellmembran och cellorganeller. Kolhydrater och lipider är i sin tur uppbyggda av mindre, organiska molekyler. Kol-hydrater är den grupp biomolekyler som det fi nns mest av i naturen. Kolhydrater bildas i samband med växternas fotosyntes och utgör den viktigaste energikällan för människor och andra högre djur.

Kolhydrater Kolhydrater är organiska föreningar med den empiriska formeln Cn(H2O)m. Till kolhydraterna räknas sockerarter (mono- och disackarider), stärkelse och cellulosa. Kolhydraterna delas in i monosackarider, oligosackarider och monosackarider, oligosackarider och monosackarider, oligosackarider polysackarider.

Monosackarider enkla sockerarter, t ex glukos, fruktos, ribos.

Oligosackarider byggs upp av två eller några få molekyler lika eller olika monosackarider. Exempel: disack- ariderna maltos, cellobios, sackaros och laktos.

Polysackarider byggs upp av många, hundratals till tusen- tals, monosackarider. Exempel: stärkelse, glykogen och cellulosa.

17 18

D-glyceraldehyd (R-glyceraldehyd)L- glyceraldehyd (S-glyceraldehyd )

���

�

���

�����

���

�

���

�����

Ribos, med bruttoformeIn C5H10O5, och deoxiribos, C5H10O4, är pentoser som bland annat ingår i nukleinsyror (de moleky-ler som bär arvsanlagen). De är därför ur biokemisk synpunkt mycket viktiga.

Hexoserna har bruttoformeIn C6H12O6. De förekommer i två olika former: öppen kedjeform och sluten cyklisk form. Flera av kolatomerna är asymmetriska. Det fi nns därför många optiska isomerer. De kan på samma sätt som de två glyceraldehydiso-mererna indelas i L- och D-former. Flertalet monosackarider i naturen har D-formen. D(-)-fruktos är vänstervridande medan D(+)-fruktos är högervridande.

Aldohexoser innehåller fyra asymmetriska centra. Det innebär 16 st (24) optiska isomerer, 8 st med D-form och 8 st med L-form.

Optisk isomeri Den centrala kolatomen i glyceraldehyd binder fyra sinsemel-lan olika atomer eller atomgrupper. En sådan struktur sägs ut-göra ett asymmetriskt centrum. Det medför att det av glycer-aldehyd fi nns två strukturer, som är spegelbilder av varandra. De kallas D-glyceraldehyd och D-glyceraldehyd och D-glyceraldehyd L-glyceraldehyd. De två isomererna L-glyceraldehyd. De två isomererna L-glyceraldehydhar samma kemiska egenskaper. Skillnaden mellan dem ligger i att de vrider planpolariserat ljus åt var sitt håll. Denna form av isomeri kallas därför optisk isomeri eller optisk isomeri eller optisk isomeri spegelbildsisomeri. Isomererna är så kallade enantiomerer. Vridningsriktningen, höger eller vänster, anges med plustecken respektive minusteck-en. D-glyceraldehyden vrider ljuset åt höger och skrivs därför D(+)-glyceraldehyd.

Blandas lika många mol av de två enantiomererna så kommer blandningen att vara optisk inaktiv, en så kallad racemisk eller racemisk eller racemisk(±)-blandning. D,L-systemet för optiska isomerer har glycer-aldehyd som referenssubstans. Det betyder att en optiskt aktiv molekyl som har L-form också strukturmässigt kan härledas till L-glyceraldehyd. Härledningen kan vara besvärlig och det gör att D,L-systemet i fl ertalet fall är svårt att arbeta med. IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) har därför antagit ett nytt nomenkla-tursystem för att ange den absoluta rymdstrukturen. ”Högerformen” betecknas i detta system med R (av latinets rectus = höger) och ”vänsterformen” betecknas med S (av latinets sinister = vänster). R,S-systemet behandlas i fl ertalet läroböcker i organisk kemi.

FAKTA

19 20

� ���

���

�����

�

Strukturformler för de åtta D-aldohexoserna.

Ribos (ingår i RNA) Deoxiribos (ingår i DNA)

D(+)-glyceraldehyd

�����

��

�

��

��

� ��

�

�����

��

�

�

��

� ��

�

�����

�

�

�

�

��

���

�

�

��� �

�� ��

�����

�

�

�

�

��������

�

�

�

�

�

���

��

�

��� �

� ���

�����

�

�

�

�

����

�

�

�

�

��

���

�

�

��� �

� ���

�����

�

�

�

�

�����

�

�

�

�

�

���

��

�

��� �

� ���

�����

�

�

�

�

������

�

�

�

�

��

���

�

�

�� ��

� ���

�����

�

�

�

�

������

�

�

�

�

�

���

��

�

�� ��

� ���

�����

�

�

�

�

������

�

�

�

�

��

���

�

�

�� ��

� ���

�����

�

�

�

�

�����

�

�

�

�

�

���

��

�

�� ��

� ���

�����

�

�

�

�

Glukos (druvsocker), fruktos (fruktsocker) och galaktos är hexos-er. De är reduktionsmedel och kan reducera koppar(lI)joner i ba-sisk lösning. Röd koppar(I)oxid bildas. Glukos och fruktos fi nns i frukter och bär. Honung är en blandning av dessa två mono-sackarider. Glukos, fruktos och galaktos ingår som byggenheter i disackarider och polysackarider.

Test på reducerande sockerart Trommers prov: Till provlösningen sätts några droppar 0,1 M CuSO4 och därpå 2 M NaOH till djupblå färg. Provröret värms försiktigt. Reducerande sockerart ger röd färg. Ett alternativt rea-gens är Fehlings lösning som också det ger röd färg av koppar(I)oxid Fehlings lösning som också det ger röd färg av koppar(I)oxid Fehlings lösningmed en reducerande sockerart.

GlukosDen öppna formen av glukos innehåller fem OH-grupper och en aldehydgrupp. Vid ringbildningen binds kolatom nr 5 med en syreatom till kolatom nr 1. Kolatom nr 1 kommer nu att ingå i ett nytt asymmetriskt centrum. De två optiska isomerer som därigenom blir möjliga kallas α-glukos och β-glukos.

21 22

Löses β-glukos i vatten, kommer en del molekyler att bilda den öppna kedjeformen (aldehydformen). Denna bildas även när α-glukos löses i vatten. I en vattenlösning har man därför jämvikt mellan alla tre formerna. Aldehydformen fi nns dock endast i en mycket liten utsträckning, < 0,5 %, i jämviktsblandningen.

Man kan studera jämvikten genom den ändring i vridning av planpolariserat ljus som äger rum i lösningar av α-glukos och β-glukos. En färsk lösning av α-glukos har specifi ka vridningen +112°. En färsk lösning av β-glukos har vridningen + 19°. Efter en tid har lösningarna samma vridningsförmåga. Man har tydli-gen uppnått jämviktsläget. Den specifi ka vridningen av planpo-lariserat ljus är då +53°. Fenomenet, dvs ändringen av planpolar-iserat ljus kallas mutarotation.

Glukos, öppen och cyklisk form

Mutarotation i en glukoslösning

Fruktos Även fruktos förekommer i en öppen och en sluten cyklisk form. I den öppna formen har fruktos en karbonylgrupp, – CO –, vid kolatom nr 2 och är således en ketos.

Fruktos, öppen och cyklisk form

Fruktos ger positiv reaktion med Trommers prov, trots att ketoner normalt inte verkar som reduktionsmedel. Förklaringen är att i basisk lösning sker en omlagring av ketoformen så att molekylen får reducerande egenskaper.

���

�

�

�

���

��

�� ��

� ���

�

�

�

�

�

�

�

��

�

�

�

����

�

��

�����

��

�

��

�

�

�����

�

��

�

�

�

����

�

��

�����

��

�

��

�

��

��

�

�

�

����

�

��

�����

��

�

�

��

�

�

��

�

�

�

����

�

���

�����

��

�

����

β-glukos(β(β( -glukoslösning, +19°)

glukos(i jämviktslösning, +53°)

α-glukos(α(α( -glukoslösning, +112°)

�

� ���

�

�� ��

� ���

�

�

�

�

�

�

�

�

��

�

�

��

�

������

��

�

��

�

�����

�����

�����

23 24

DisackariderTill disackariderna hör sackaros (rörsocker), maltos (maltsocker), laktos (mjölksocker) och cellobios. De har alla bruttoformeln C12H22O11. Med syra eller speciella enzymer sönderdelas de till två molekyler monosackarider. Sackaros ger till exempel på detta sätt glukos och fruktos. Sambandet mellan mono-, di- och poly-sackarider framgår av schemat nedan.

Vilken är då skillnaden mellan maltos och cellobios? Maltos är en α-glukosid, dvs kolatom nr 1 har α-konfi guration och bindningen sägs vara en α-l,4-glykosidbindning. (Glukosid anger att en glukos-molekyl ingår i glykosiden.) Cellobios är däremot en β-glukosid och bindningen mellan glukosenheterna är en β-1,4-glykosidbindning.

Glukos och fruktos är båda reducerande sockerarter. När de via en så kallad glykosidbindning, kopplas samman till sackaros sker glykosidbindning, kopplas samman till sackaros sker glykosidbindninghopkopplingen vid kolatom nr 1 i glukos och kolatom nr 2 i fruk-tos (1,2-α-glykosidbindning). Detta medför att den reducerande förmågan försvinner.

En glykosidbindning är en slags eterbindning. Den uppkommer vid reaktionen mellan ett cykliskt kolhydrat och en alkohol. Den molekyl som bildas kallas glykosid. Eftersom sockerarter med sina många OH-grupper kan betraktas som fl ervärda alkoholer kan sock-ermolekyler kopplas samman med glykosidbindningar. Maltos och cellobios är disackarider som båda ger glukos vid sönderdelning. Glykosidbindningen sker i båda mellan kolatom nr 1 i den ena och kolatom nr 4 i den andra glukosmolekylen. I maltos och cellobios fi nns därför den reducerande förmågan kvar i den ena glukosdelen.

Sackarosstrukturen

Maltos är en α-glukosid

Polysackarider Polysackarider är uppbyggda av ett mycket stort antal monosack-arider som hålls samman med glykosidbindningar. De viktigaste polysackariderna är stärkelse, glykogen och cellulosa.

StärkelseStärkelse består av ett mycket stort antal glukosmolekyler, som kondenserats till långa kedjor. Formeln för stärkelse skrivs därför

(C6H10O5)n, där n i regel varierar mellan 100 och 2500 beroende på från vilken växt stärkelsen kom-mer. Under inverkan av starka syror eller av enzy-mer i saliv och bukspott sönderdelas stärkelse till glukos. Som mellanled får man dextriner och mal-tos. Stärkelse är en blandning av två polysackarider – amylos och amylos och amylos amylopektin. Amylos är en ogrenad kedja av glukosenheter. Glukosmolekylerna kop-plas samman med α-l,4-glykosidbindningar, som ger amylos en spiralstruktur. Amylopektin är starkt förgrenad och innehåller utöver 1,4-bind-ningar även 1,6-bindningar. Amylos har betydligt mindre medelmolekylmassa än amylopektin.

�

�

� �

�

�

��

�

�

�

��

�

� �

�

�

��

�

�

�

��

�

� �

�

�

��

�

�

�

Amylos har en spiralstruktur

��������� ���������

������ ����������������� ������

������������� ��������

������������

����������

������������

�

��

�

�

�

����

�

��

�����

��

�

��

�

�

�

� �

�

���

�

������

��

�

�

�����

�

��

�

�

�

����

�

��

�����

��

�

��

��

��

�

�

�

��

�

��

�����

��

�

�

��

�

25 26

Jodlösning används som reagens på stärkelse. Den ger med amylos en starkt blå färg. Färgen uppkommer när jodmolekylerna inlagras i am-ylosspiralen, varvid en förening med stark ljus-absorption bildas. Dextriner (delvis nedbruten stärkelse) ger rödbrun färg med jodlösning. Stärkelse utgör energireserv i växter. Särskilt mycket stärkelse fi nns i potatis och i sädesväx-ternas frön. Potatismjöl består nästan helt av ren stärkelse.

GlykogenI muskler och leverceller hos djur fi nns glyko-gen som lätt tillgänglig energireserv. Det är en förening som mycket påminner om amylo-pektin i sin uppbyggnad. Glykogenmolekylen är dock mindre grenad och betydligt större (n kan uppgå till 30 000) än amylopektinmolekylen.

CellulosaCellulosa är liksom stärkelse en polysackarid uppbyggd av glukosenheter. Formeln skrivs därför även här (C6H10O5)n, där talet n är 3000-5000. Vid fullständig nedbrytning av cel-lulosa med starka syror blir resultatet glukos. Som mellanled får man cellobios, vilket visar att cellulosan består av glukosenheter hopkopplade med β-1,4-glykosidbindningar. Cellulosamole-kylen har en långsträckt struktur. Molekylerna hålls samman av vätebindningar till ganska tjocka knippen, fi brer. Cellulosa utgör större delen av växternas cellväggar. I ved ligger fi brer av cellulosa inbakade i lignin (vedämne).

Lipider Lipider är en grupp ämnen, som bland annat kännetecknas av att de är svårlösliga i vatten men lösliga i de fl esta organiska lös-ningsmedel. Lipider kan därför utvinnas genom extraktion med till exempel aceton eller eter. Till gruppen lipider hör fetter men även ämnen som vaxer, könshormoner (steroider), karotenoider, vitamin A och kolesterol.

Glykogen och amylopektin har starkt grenad struktur

Cellulosa har linjär struktur

Fetter Fetter är glycerolestrar av högre glycerolestrar av högre glycerolestrar fettsyror (vanligtvis stearinsyra, fettsyror (vanligtvis stearinsyra, fettsyrorpalmitinsyra och oljesyra). Stearinsyrans glycerolester, glyceryltri-stearat, har formeln:

������� �����������

������

�����

�������������

���������

������������

������������

�����

������

�����������

�����������������������������������

�������������������

�

�

�

�

� �

�

�

��

�

��

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�����������

�����������

������������������� �����������������������

�����������������������

�����������������������

�

�

�

�

Några vanliga fettsyror

Antal kol Formel Trivialnamn Systematiskt namn

12 C11H23COOH laurinsyra dodekansyra 14 C13H27COOH myristinsyra tetradekansyra 16 C15H31COOH palmitinsyra hexadekansyra 18 C17H35COOH stearinsyra oktadekansyra 18 C17H33COOH oljesyra cis-9-oktadekensyra 18 C17H31COOH linolsyra cis-9,12-oktadekadiensyra 18 C17H29COOH linolensyra cis-9,12,15-oktadekatriensyra

De fl esta fetter är triglycerider, dvs glycerolen är förestrad med tre fettsyramolekyler. Dessa fettsyramolekyler har i regel ett jämnt antal kolatomer. Vanligast är fettsyror med 16 eller 18 kolatomer. En fettsyra som innehåller dubbelbindningar sägs vara omät-tad. Finns det två eller fl era dubbelbindningar i molekylen är tad. Finns det två eller fl era dubbelbindningar i molekylen är tadfettsyran fl eromättad. Linolsyra, C17H31COOH, har två och linolensyra, C17H29COOH, har tre dubbelbindningar. Fetter fi nns i såväl växter som djur där de bl a utgör en extra en-ergireserv för organismen. Fetter kan vara fasta eller fl ytande (feta oljor). Ett fl ytande fett byggs upp av triglycerider där syradelen i stor utsträckning utgörs av oljesyra. Den är en enkelomättad fett-syra och fettet sägs därför vara ett omättat fett. Även fl eromättade fettsyror, t ex linol- och linolensyra, kan ingå i fetter. Ett ökat antal dubbelbindningar i fettsyran medför en lägre smältpunkt hos fet-ter. Majsolja och sojabönolja är exempel på fetter, som har hög halt av fl eromättade fettsyror. Med P/S-kvoten anges förhållandet mel-lan fl eromättade (P) och mättade (S) fettsyror i ett livsmedel. Det är ur näringssynpunkt önskvärt att värdet på P/S-kvoten är > 0,5. Det är klarlagt att det ur hälsosynpunkt är viktigt att det i vår föda ingår tillräckligt mycket omättade fetter. En del fl eromät-tade fettsyror kan inte syntetiseras i kroppen. För att undgå störn-ingar i vissa kroppsfunktioner måste dessa tillföras med kosten. De kallas därför essentiella fettsyror.

Jodtal defi nieras som det antal gram jod som kan adderas till 100 g Jodtal defi nieras som det antal gram jod som kan adderas till 100 g Jodtalfett. Jodtalet bestäms med jodometrisk titrering och ger en upp-fattning om omättnaden hos ett fett. Sojabönolja har t ex jodtalet ca 130 medan smör har jodtalet ca 30. Fetter som förvaras i rums-temperatur härsknar efter en tid. Det är i regel fråga om oxidativ härskning, dvs angrepp av syre vid dubbelbindningar i omättade härskning, dvs angrepp av syre vid dubbelbindningar i omättade härskningfetter. Vid dubbelbindningen sker en oxidation, som leder till kly-vning av molekylen. Det bildas fl yktiga fettsyror, aldehyder eller ketoner, som ger upphov till obehaglig lukt och smak. Den oxida-tiva härskningen kan hindras genom tillsats av antioxidanter, t ex askorbinsyra och lecitin. Härskning kan också bero på förekomst av bakterier som sönderdelar, hydrolyserar, fettet till glycerol och fria fettsyror. När smörfett härsknar erhålls illaluktande smörsyra.

VaxerVaxer är estrar av ogrenade fettsyror och envärda alkoholer med lång kolkedja (14-30 kolatomer). Både växter och djur kan bilda vaxer. De utgör t ex skyddande hinnor på fågelfjädrar och frukter. Det är ett vaxskikt som gör att blåbär har sin blå färg. Ibland saknas vaxskiktet och då är bären svarta.

Sammansatta lipiderFosfolipider

Fosfolipider bygger tillsammans med proteiner upp biologiska Fosfolipider bygger tillsammans med proteiner upp biologiska Fosfolipidermembraner i celler. Fosfolipiderna är diglycerider, dvs glycerol bil-diglycerider, dvs glycerol bil-diglyceriderdar en ester med två fettsyramolekyler och en fosforsyramolekyl. Till fosforsyramolekylen binds i sin tur en hydrofi l hydroxiförening som i regel innehåller kväve. Denna förening kan vara etanolamin, kolin eller aminosyran serin. Lecitiner är fosfolipider där kolin in-går i molekylen. Lecitiner återfi nns i membran i både växt- och djurceller. Lecitin kan framställas ur sojabönor och används som emulgeringsmedel inom livsmedels- och kosmetikaindustrin.

27 28

O

=

OSpermacetivax

Glykolipider och glykoproteiner I membranen kan en del lipider och proteiner binda en eller fl era mindre kolhydratmolekyler och bilda glykolipider respektive glykolipider respektive glykolipiderglykoproteiner. Kolhydraterna återfi nns då alltid på cellmem-branets utsida. De utgör där ett “mönster” med oerhörda varia-tionsmöjligheter. Dessa mönster antas ha betydelse för att ge varje cell en egen identitet och för att kunna identifi era främmande cellvävnader. Våra röda blodkroppar kan ha tre olika glykolipider på sin yta. Det är dessa som avgör vår blodgrupp.

SteroiderSteroider omfattar en stor grupp mycket olika föreningar med en gemensam grundstruktur. Den vanligaste steroiden är kolesterol. Den ingår i vissa biologiska membran men fi nns också i blod. Till steroiderna hör också ett fl ertal hormoner, t ex könshormonerna. De kan biosyntetiskt härledas ur kolesterol. Andra steroider är kortison och vitamin D.

Hydrofoba och hydrofi la grupper Tensider består av molekyler med en vattenlöslig, hydrofi l, del och en vat-hydrofi l, del och en vat-hydrofi ltenolöslig, hydrofob, del. Den hydrofi la delen kan vara en karboxylatjon som hos tvål eller en sulfonsyragrupp (sulfonatjon) som hos syntetiska tvättmedel. Den hydrofoba delen består ofta av en lång kolvätekedja. Tensider bildar i vatten så kallade miceller. Det är sfäriska strukturer där de hydrofoba delarna är vända inåt och de hydrofi la delarna vända utåt. Lipider är olösliga i vatten. De är hydrofoba ämnen. Flertalet lipider har också en hydrofi l del och de bygger därför på samma sätt som tensider upp miceller i vatten. Många lipider, t ex lecitin, används som emulgeringsme-del. Den hydrofoba och hydrofi la delen hos fosfolipider och glykolipider medför att molekylerna bygger upp cellmembran i två skikt.

FAKTA��

���

���

����� ���

���

��

���

���

�����

Vitamin D Kolesterol

��������

��������

�����������

��������

�����������������������

�����������������������

���������������������������������������

�

�

��

�

�

�

���

�

���� �

��

�

�Principskiss för en fosfolipid, samt strukturformel för lecitin

������

������

�������

�

�

�

�

��

�

��

������������ ����������

�

�

��

�

��������������������

29 30

�������������������������

�������������������������

������������������������

Detalj av cellmembran

I alla celler fi nns ett mycket stort antal proteiner av olika slag. De är organiska föreningar som förutom kol, väte och syre alltid inne-

håller kväve. Dessutom ingår ofta svavel och fosfor. Proteiner har en komplicerad byggnad. Sönderdelning visar dock att de är uppbyggda av enkla, mindre enheter, aminosyror.

AminosyrorEn aminosyra innehåller två funktionella grupper: en karbox-ylgrupp och en aminogrupp. I naturen förekommer i huvudsak ett tjugotal aminosyror, som bygger upp proteiner. De är alla α-aminosyror. Det innebär att aminogruppen sitter på den så kal-lade α-kolatomen. α-aminosyror har den allmänna formeln:

Aminosyror är amfolyter. I vattenlösning sker en inre protolys, autoprotolys, så att den proton som karboxylgruppen avger går till aminogruppen. Jämviktsläget är i en neutrallösning starkt för-skjutet åt höger.

Aminosyror får olika karaktär beroende på om sidogruppen R är polär eller polär eller polär opolär, Aminosyror indelas efter sidogruppens egenskaper i opolär, Aminosyror indelas efter sidogruppens egenskaper i opolärfyra grupper (se sid 32). Aminosyrornas namn följer inte de IUPAC-regler vi lärt oss använda i den organiska kemin. Av olika skäl til-lämpas dessa regler inte inom biokemin för att namnge föreningar. Aminosyrornas namn förkortas ofta till tre bokstäver när man t ex vill ange aminosyrasekvenser. Växter kan av enklare byggstenar framställa, syntetisera, alla aminosyror de behöver. Människan kan, liksom djur i allmänhet, inte göra detta. För människans del fi nns åtminstone åtta aminosyror, som måste tillföras kroppen med födan. De brukar kallas essentiella (livsnödvändiga) aminosyror. essentiella (livsnödvändiga) aminosyror. essentiella Ett fl ertal aminosyror, t ex metionin och lysin, framställs in-dustriellt. De används i huvudsak som tillsats i djurfoder.

Essentiella aminosyror• valin • leucin • isoleucin • lysin • metionin • treonin • tryptofan• fenylalanin

�������������

��

�

���

�

�

�

�

���������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

���

��

���

��������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

���

��

���

���

�

���������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

����

���

�

��

��

�

������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

�

���

���

��

�

�

�����������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

���������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

�

��������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

��

������������������

�������������

���

�

���

�

�

�

������

�

���� �

���������������

�������������������������������������������������������

������������������������������������������������������

�����������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

��

�

��������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

���

��

��

����������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

���

�

����������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

�

��

�

����������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

�

�

���

����

������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

�

�

���

����

��

�

�

�����������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

�

�

���

���

������������������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

��

�

�

�

���

��

��

�

�

�

�����������������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

�

�

�

���

���

��

��

�

��

� �

����������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

���

�

�

���

���

������

��

�

��

�

��

�������������������������

�������������

��

�

���

�

�

�

�����

���

�������������������������

31 32

H2N – C(R)H – COOH

H2N – C(R)H – COOH D H2N+ – C(R)H – COO–

Alla α-aminosyror, utom glycin, är optiskt aktiva vilket beror på att det fi nns ett asymmetriskt centrum i molekylen. Det innebär att det av varje aminosyra fi nns två strukturer som är spegel-bilder till varandra och vrider planpolariserat ljus olika. De kallas L- och D-aminosyror. Proteiner som fi nns i naturen är uppbyg-gda av L-aminosyror. Man vet inte varför naturen gjort detta val här på jorden (det fi nns dock undantag: D-aminosyror i vissa bakteriers cellväggar). I meteoriter har man funnit både L- och D-aminosyror. Aminosyror har i vattenlösning normalt formen +NH3CH(R)-COO-. I sur miljö tar karboxylgruppen upp en proton medan i en basisk lösning så avger aminogruppen en pro-ton. Vilken jon som fi nns i lösningen beror alltså på pH-värdet. I en titrerkurva kan man avläsa vid vilka pH-värden de olika jon-erna erhålls. Sur miljö: +NH3CH(R)-COO- + H3O → +NH3CH(R)-COOH + H2O

Basisk miljö: +NH3CH(R)-COO- + OH- → NH2CH(R)-COO- + H2O

Varje aminosyra har en så kallad isoelektrisk punkt, Ip. Ip-värdet är isoelektrisk punkt, Ip. Ip-värdet är isoelektrisk punktdet pH-värde vid vilket aminosyrans nettoladdning är noll.

Peptider KarboxyIgruppen i en aminosyra kan reagera med aminogruppen i en annan aminosyra. Därigenom kopplas två aminosyramoleky-ler samman med en peptidbindning, -CO-NH-, till en peptidbindning, -CO-NH-, till en peptidbindning dipeptid. dipeptid. dipeptidSätts tre aminosyror samman får man en tripeptid. Reaktionen är tripeptid. Reaktionen är tripeptiden kondensation. I peptidbindningen råder en sorts hybridisering, som medför att bindningen C-N blir ett mellanting mellan enkelbindning och dubbelbindning. Det framgår bl a av atomavståndet mellan C och N. Jämför också med den hybridsering som fi nns i etenmole-kylen. Detta medför att peptidbindningen har en plan, stel struk-tur medan delarna intill peptidbindningen har fri vridbarhet.

Om tillräckligt många aminosyror kopplas samman får man långa kedjor, polypeptider. En sådan uppbyggnad av polypeptidkedjor sker ständigt i kroppens celler vid proteinsyntesen. En polypep-tidkedja har i molekylens ena ände en fri aminogrupp, -NH2, och i den andra änden en karboxyIgrupp, -COOH. De kallas molekylens N-terminal respektive C-terminal.

��

�����������

����������������� �

�

�

������������������������������������������������������������������������

�����������������

�

�

������������������

�

�

����

����

����������������������� �

�

�

�����������������

�

�

����������������������

�

�

����������������� �

�

��������������

�

��

�

�

�

�

�

��

�

���

��

�

��

�

�

�

��

�

�

�

� �������������

�

��

�

�

�

�

�

�

�

��

��

�

�

� �

����

� �������������

�

��

�

�

�

�

�

��

�

���

��

�

� �������������

� ���

�

�

�

�

�

�

�

�

���

��

��

�

�

��������

�����������

������

�����

� �

�����������

��

�

�

�

� �

�

����

���������

� ���

�

�

�

�

���

��

��

�

�� �

������������

�

��

�

�

�

� �

�

���������������

����

��

� � �

�

�

�

�

��

�

�

��

�

�

�

��

�

�

�

����

����

����

���� ��������

��������������������� ����������

����������������

33 34

Proteiner Proteiner kan vara enkla eller sammansatta. Enkla proteiner består endast av aminosyror. I sammansatta proteiner ingår för-utom aminosyror också andra ämnen t ex kolhydrater, lipider eller andra mindre molekyler. Proteiner har viktiga funktioner i cellerna och varje cell innehåller därför tusentals olika proteiner. De kan bland annat fungera som:

EnzymerEnzymerna är katalysatorer som styr alla kemiska reaktioner i cellen. Närvaro av enzymer gör att reaktionshastigheten ökar, ofta med så mycket som faktorn 1·106. (Enzymer behandlas i kapitel 6.)

TransportmolekylerI de röda blodkropparna i blodet fi nns hemoglobin, ett protein som transporterar syre ut till cellerna. Ett närbesläktat protein, myoglo-bin, lagrar syre i muskler. Myoglobin ger kött dess röda färg.

Stödsubstanser Ingår i cellväggar, muskler, hår, hud och naglar.

ImmunskyddKroppens försvarsmolekyler, antikropparna, är proteiner med egenskaper som gör att de kan känna igen och reagera med främ-mande ämnen i kroppen.

KontrollmolekylerCellers tillväxt kontrolleras bl a av olika typer av proteiner, hor-moner. Andra proteiner, s k repressorproteiner , styr celldifferen-tieringen och gör att vi t ex inte har hårväxt på fi ngertopparna.

Näring Proteiner i födan bryts vid matsmältningen ned till aminosyror som tas upp av blodet och transporteras till cellerna. I dessa an-vänds aminosyrorna till att bygga upp nya proteiner eller till att utvinna energi ur.

Proteiner är makromolekyler med molekylmassan 6000-1000 000 u. De har bildats genom kondensation av ett stort antal, i regel 200-300, aminosyramolekyler. I naturen förekommer 20 olika amino-syror som bygger upp polypeptidkedjor. Genom att dessa tjugo aminosyror emellertid kan kombineras på många olika sätt kan det teoretiskt bildas ett oändligt stort antal olika proteiner. Aminosyror har sidogrupper som kan vara opolära, polära, basiska eller sura (se sid 32). De sura och basiska sidogrupperna kan protolyseras och nettoladdningen hos ett protein är därför beroende av pH-värdet i lösningen. Vid ett för varje protein bestämt pH-värde är nettoladdningen noll. Detta pH-värde kal-

Påvisa aminosyror och proteinerNinhydrinreaktionenAminosyror ger med ninhydrin en blåfärgad förening. (Prolin ger dock gul färg). Ninhydrin används vid kvantitativ bestämning av aminosyror med spektrofotometer. Reaktionen är så känslig att den kan användas för att identifi era fi ngeravtryck på papper t ex vid checkbedrägerier. Färgningen orsakas av de små mängder aminosyror som utsöndras genom huden.

Spektrofotometrisk metod Fenylalanin (Phe), tyrosin (Tyr) och tryptofan (Trp) är aromatiska aminosyror och absorberar därför UV-Ijus vid 280 nm. Den egenskapen utnyttjas för spektrofotometrisk bestämning av dessa syror. De aroma-tiska syrorna ingår i fl ertalet proteiner och medför att proteiner i regel har absorptionsmaximum vid 280 nm. Detta används för spektrofotometrisk bestämning av proteinkoncentrationen i ett prov.

BiuretprovetKopparjoner ger i basisk miljö ett violett komplex med kväveatomerna i peptidbindningar. Biuretprovet används för att spektrofotometriskt bestämma proteinkoncentrationen i ett prov eftersom färgstyrkan ökar med antal peptidbindningar.

FAKTA

35 36

las isoelektriska punkten, Ip. Vid isoelektriska punkten är proteinet minst lösligt. Denna egenskap kan utnyttjas vid utvinning av pro-teiner ur biologiskt material. Några exempel på Ip för proteiner: pepsin 1,0, äggalbumin 4,6, hemoglobin 6,8 och lysozym 11,0.

PrimärstrukturenProteiner skiljer sig från varandra genom dels vilka aminosyror som ingår i molekylen, dels i vilken ordning aminosyrorna är hopkopplade. Detta utgör proteinets primärstruktur. Insulin var, med sina 51 aminosyror, det första protein man lyckades bestämma primärstrukturen för. Arbetet utfördes av en-gelsmannen Sanger och belönades med Nobelpriset 1958. Ge-nom bestämningar av primärstrukturer har man kunnat visa sam-band mellan förändringar i proteiners primärstruktur. och vissa ärftliga sjukdomar. En sådan är blodsjukdomen sickle-cell anemi, som beror på att en aminosyra, glutaminsyra, på två ställen i he-moglobinmolekylen har bytts ut mot aminosyran valin. Samma sorts proteiner, t ex hemoglobin och cytokrom c, återfi nns hos många olika arter. Cytokrom c medverkar i mitokondriereaktioner och fi nns därför i alla eukaryota celler. Aminosyrasekvensen i cytok-rom c hos en art skiljer sig dock från den i cytokrom c från en annan art. Man har här en helt ny metod för att kartlägga evolutionen i na-turen. Det släktträd mellan arterna som växer fram ser dock i stort sett likadant ut som det som fi nns i våra biologiböcker.

Bestämning av primärstrukturenNär man bestämmer primärstrukturen tar man dels reda på vilka aminosyror som bygger upp proteinet, dels i vilken ordning de sitter i polypeptidkedjan.

Bestämning av vilka aminosyror som ingår i ett protein. Proteinet hydrolyseras (t ex med 6M HCl vid 110 °C under 24 tim) varpå aminosyrorna separeras från varandra med jonbytarkromatografi .

Bestämning av aminosyrasekvensen. Det kan göras med fl era olika metoder.

Sangers metod: Reagens är 4-fl uoro-l,3-dinitrobensen (FDNB) som reagerar med ändgruppen -NH2 i polypeptider. De gulfär-gade produkterna kan identifi eras med kromatografi ska metoder.

Edmans metod: Reagens är fenylisotiocyanat som reagerar med polypeptidkedjans ändgrupp, -NH2. Den sista aminosyran kan nu genom försiktig hydrolys spaltas av. Man får en ny peptid, en aminosyra kortare, vars NH2-grupp kan reagera med fenyl-isotiocyanat. Den aminosyra som nu är sist spaltas av. Processen upprepas tills alla aminosyrorna spaltats av. Metoden har gjort det möjligt att utveckla en apparat för automatisk sekvensbestämning av peptider.

Sekundärstruktur Förutom primärstruktur har ett protein även en sekundärstruk-tur. Den uppkommer när vätebindningar bildas mellan närlig-vätebindningar bildas mellan närlig-vätebindningargande peptidbindingar i polypeptidkedjan. Det fi nns tre typer av sekundärstruktur: spiralstruktur, och β-struktur. Den vanligaste spiralstrukturen är α-helix. Den är en regelbunden struktur med 3,6 aminosyror per varv i spiralen. Vätebindningar mellan CO-grupper och NH-grupper inom samma spiral gör strukturen sta-bil. Hur stor del av ett protein som har α-helixstruktur varierar från protein till protein. I myoglobin och hemoglobin är α-helix den dominerande strukturen.

Proteinets primär-struktur (varje aminosyra betecknas med tre bokstäver).

Jonbytarkromato-gram vid eluering av proteinhydroly-sat med buffertar med stigande pH-värde.

37 38

����������

�����

����������

��

�

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

��� ���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

���

������ ������ ������

�����������������������������������

���������

det budskap som bestämmer proteinets tertiärstruktur. Det är i första hand frågan om vilka sidokedjor de olika aminosyrorna har och hur dessa kan bindas till varandra. En polypeptidkedja antar efter proteinsyntesen därför av sig själv sin slutliga form. Tertiärstrukturen kan bestämmas genom matematisk analys av de bilder röntgenstrålar ger vid passage genom proteinkristaller. Det är fl era typer av krafter som stabiliserar tertiärstrukturen.

• Hydrofob samverkan mellan vissa sidogrupper. Detta utgör den viktigaste stabiliserande kraften.

• Kovalenta bindningar. Aminosyran cystein innehåller en SH-grupp. Mellan två SH-grupper bildas en kovalent -S-S-bindning.

• Vätebindningar mellan vissa sidogrupper.

• Elektrostatiska krafter mellan olika laddade sidogrupper.

I vissa molekyler, t ex fi berproteinet i silke, fi nns inslag av en annan typ av sekundärstruktur. Den kallas β-struktur och in-nebär att intilliggande polypeptidkedjor hålls samman med väte-bindningar mellan kedjorna. Man kan likna α-strukturen vid ett “veckat lakan” (eng. pleated sheet). β-struktur förekommer också i många globulära proteiner (se tertiärstruktur). β-strukturen kan vara parallell, dvs polypeptidkedjorna har samma riktning, eller antiparallell om kedjorna har motsatt riktning.

Fiberproteiner är svårlösliga i de fl esta lösningsmedel. Exempel på fi berproteiner är kollagen, keratin och silkefi broin. Kollagen upp-visar ytterligare en typ av sekundärstruktur vars wireliknande uppbyggnad förklarar kollagenets styrka och seghet. Kollagen innehåller mycket av aminosyrorna glycin och prolin och är det dominerande proteinet i hud, senor och brosk.

TertiärstrukturI biologiskt aktiva proteiner är proteinkedjan starkt hopveckad till en bestämd form, en tertiärstruktur. Den yttre formen är i det närmaste sfärisk och dessa proteiner kallas därför globuläraproteiner. De är, till skillnad från fi berproteiner, i regel lösliga i vatten. Exempel på globulära proteiner är albumin, myoglobin, globuliner och de fl esta enzymer. Hemoglobin, det syretrans-porterande röda proteinet i blod, är också ett globulärt protein. Tertiärstrukturen är av största betydelse för proteinets biologiska funktion. Redan i aminosyrasekvensen, primärstrukturen, fi nns 39 40

��

��

��

�

�

�

�

�

�

�

��

�

����

� �

��

��

�

��

�

�

�

�

�

�

��

����

� �

��

��

���

�

��

�� �

��

��

�

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

��

��

�

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

��

��

�� ��

�

�

� �� �

�

��

��

�

� �� �

�

��

��

�

� �� �

�

��

��

�

� �� �

�

��

��

β-struktur

α-helix

KvartärstrukturHemoglobin är ett globulärt protein. Det består av fyra hopveck-ade polypeptidkedjor och till varje kedja är en så kallad hemgrupp bunden (prostetisk grupp). Hemgruppen innehåller en järnjon och transporterar syre ut till vävanderna. När, som i hemoglobin, fl era polypeptidkedjor bygger upp ett protein, kallar man detta proteinets kvartärstruktur.