10. Előadás Porfinvázas vegyületek

Makrociklus: ciklusba zárt molekula (nincs végcsoport) vagy molekularészlet, amely > 12 atomot tartalmaz Porfinvázas vegyületek: négy pirrol vagy részlegesen telitett pirrolgyűrűt 2 α 3 2 3 1 A B 4 1 4 δ β 8 D C 5 8 5 7 γ 6 7 6 porfin váz Egyszerűsített jelölésmód porfin izoporfin Jellemzés: 1. síkalkat, 4n+2 elektron (26) aromás makrociklus 2. amfoter jelleg a) protonleadás b) : proton felvétel

Porfinvázak 2 α 3 1 A B 4 δ 8 D 7 γ C porfin váz (hem-proteinek) 6 5 β klorin (7,8-dihidro-porfin) váz (klorofill) Fe 2+ / Fe 3+ Mg 2+ 2 α 3 1 A B 4 β 8 D C 5 7 γ 6 korrin (B 12 vitamin) Co 3+

Funkció: 1. C 2 asszimiláció (pl. klorofill) 2. Biológiai oxidáció (pl. hemoglobin) 1. Kromoproteidek (protein + prosztetikus csoport) 1.1 emoglobin (gerincesek) 1.2 Mioglobin (izomsejtek, gerincesek, gerinctelenek) 1.3 Eritrokruorin (gerinctelenek, 150 hem) 1.4 Kataláz, peroxidáz (protoporfirin, Fe 3+ ) 1.5 Citokrómok (terminális oxidáció, Fe 2+ Fe 3+ ) 2. Klorofill (zöld növények) 3. Cianokobalamin (B12 vitamin)

1.1 emoglobin (1862, kristályos) Prosztetikus csoport (vörös) + globin (4 polipeptid lánc, Mt: 17 000) Max F. Perutz, 1960 obel dij, (J. Kendrew) 1962 www.mfpl.ac.at phm.utoronto.ca

em: Fe(III) só oxidáció emin: Fe(II) só 2C C3 C2 2C C3 C2 3C 3C Fe (III) C3 Ac Br 3C 3C C3 C C C C Jellemzés: Protoporfirin (vas mentes) 1. porfin származékok 2. sötétvörös, kristályos 3. síkalkat, 4n+2 elektron aromás makrociklus 4. amfoter jelleg a) protonleadás b) : proton felvétel 5. hem totálszintézise:. Fischer, 1929

globin is 87 is 87 www.chemistry.wustl.edu http://ttktamop.elte.hu/online-tananyagok/a_biokemia_es_molekularis_biologiai_alapjai/ch07s03.html Paál. G. A fehérjeműködés paradigmája: mioglobin és hemoglobin

1.2 Mioglobin Prosztetikus csoport (vörös) + globin (1 polipeptidlánc) 153 aminosav 2C C3 C2 2C C3 C2 3C 3C Fe (II) ox. Fe (III) 3C C3 red. 3C C3 C C C C hemokromogén hemin Jellemzés: 1. izomban fordul elő 2. 2 megkötés (nagyobb, mint hemoglobin) 3. térszerkezet (J. Kendrew, obel dij) első fehérje, 1958 1. hem protein zseb (is szerepe)

A mioglobin és 2 kötőhelye guweb2.gonzaga.edu disztális hisztidin E7 hem proximális hisztidin F8

Mioglobin, hemoglobin összegzés váz fémion prosztetikus csoport Protoporfirin protein Fe 2+ hem ferrohemoglobin (hemoglobin) Fe 3+ hemin ferrihemoglobin (hemiglobin) funkció 2 kötés 2 Fe 2+ hem oximioglobin 2 kötés Fe 3+ hemin ferrimioglobin 2 Fe 2+ hem dezoximioglobin 2 kötés humán hemoglobin F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 α lánc Leu Ser Ala Leu Ser Asp Leu is Ala β lánc Phe Ala Thr Leu Ser Glu Leu is Cys ámbráscet mioglobin Leu Lys Pro Leu Ala Gln Ser is Ala

1.3 Eritrokruorin és klorokruorin xigén szállitó, hem-tartalmú fehérjék (Mt > 3,5 millió Da) Gyűrűsférgek, soksertéjűek (Polychaeta) Eritrokruorin (4 x 36 globin) http://www.rcsb.org/pdb/101/motm.do?momid=159 Prosztetikus csoport klorokruorin

Légzési színezékek (kiegészítés) 2 diffúzió: 2 mm mélység szállítófolyadék molekula szín fémion tömeg példa hemoglobin világospiros sötétvörös Fe 2+ Fe 2+ 70.000 20.000 400.000 gerinces körszájúak rákok, férgek mioglobin világospiros Fe 2+ 20.000 3.000.000 gerinces gyűrűs férgek sötétpiros Fe 2+ klorokruorin zöld zöld Fe 2+ Fe 2+ 3.000.000 soksertéjű férgek hemocianin kék színtelen Cu 2+ Cu + 400.000 7.000.000 rákok (languszták) tőrfarkúak xigénaffinitás 100 %-os 2 telítettség 50 0 mioglobin hemoglobin hemocianin 0 50 100 2 nyomás [Torr]

emocianin (metalloprotein) Megathura crenulata (keyhole limpet) Cu = narancs, = vörös emocianin from Pandinus imperator E. Jaenicke et al. PLoS ne 2012, 7(3) e 32548 http://www.biosyncorp.com/

Epefestékek hemoglobin hem részének bomlástermékei A. biliverdin, zöld (máj) B. bilirubin, sárga (máj). Legrégebben ismert; biliverdin oxidációja vér c = 0,5 mg/100 ml sárgaság, máj epe bélrendszer 250 mg/nap

protoporfirin biliverdin hematoporfirin bilirubin redukció oxidáció 2C 3C 3C C C C3 C3 C2 2C 3C 3C C C C3 C3 C2 3C 3C 3C C C C3 C3 C3 2C 3C 3C C C C3 C3 C2 C 2 5 lúg /

2. Klorofill zöld szemcsék (kloroplasztok) pigmentje izolálás: Willstätter (1904-13) szerkezet: Fischer (1940) szintézis: Woodward (1960) Összetétel: klorofill A + klorofill B = 3:1 + Mg 2C C R 3C C2 C3 R = -C 3 A = -C B Mg C 3 * * C2 C2 C * C3 CC3 C2029 3. Cianokobalamin (B 12 ) Co 3+, 4,3% kobalt C 68 88 14 14 Co (C 20 29 ) fitol észter Cisz-7(R)-11 (R)-3,7,11,15-tetrametil-2-hexadecén-1-ol

A D B C 2 -C 2 (C 3 )- (2-hidroxil-propilamin) + 3 P 4 + 6 3 + + D-ribóz + F E hidrolízis + C3 α-glikozid kötés G C3 C3 korrin-váz (nem aromás!) C2 C3 Variációk: - C B 12 1-(α-D-ribofuranozil)-5,6- -dimetil-benzimidazol - B 12a - 2 B 12c 1926: májkivonat vészes vérszegénység (Minot, Murphy) 1947: mikrobák növekedési faktora (Shoriz) 1948: izolálás tengeri algákból (Folkers, Smith) 1954-56: térszerkezet (odgkin)

11. Előadás Lipidek

Membránok Funkció: 1. Elhatárolás átjárhatatlan (AD, CoA stb.) 2. Összekapcsolás átjárható Aktív transzport ioncsatornák endocitózis Passzív transzport diffúzió (víz, urea, glicerol) Szerkezet: aszimmetrikus, külső/belső eltér antigén sejt hormon akceptor ioncsatorna Alkotórészek: fluiditás stabilitás zsírsavak koleszterin lipidek/glikolipidek fehérjék/glikoproteinek poliszacharid (növényi) Vastagság: 60-100Å Lipid fehérje: 20-80% mitokondrium 75-25% idegsejt

Lipidek Definíció: növényi vagy állati szövetből apoláros oldószerrel (éter, kloroform, benzol stb.) kioldható anyag Egyszerű lipidek éhány biológiai membrán lipid összetétele a Százalékos összetétel lipid humán vvt plazma membrán humán mielin marhaszív mitokondrium E. coli sejtmembrán foszfatidsav 1,5 0,5 0 0 foszfatidilkolin 19 10 39 0 foszfatidiletanolami 18 20 27 65 foszfatidilglicerin 0 0 0 18 foszfatidilinozitol 1 1 7 0 foszfatidilszerin 8,0 8,0 0,5 0 szfingomielin 17,5 8,5 0 0 glikolipidek 10 26 0 0 koleszterin 25 26 3 0 egyéb 0 0 23,5 17 a Adatok forrása: C. Tanford, The ydrophobic Effect (ew York: Wiley, 1973) Összetett lipidek lipoproteinek proteolipidek foszfatido/foszfolipopeptidek lipoaminosavak, lipopeptidek lipopoliszacharidok

Egyszerű lipidek Lipidek Zsírsav-származékok Izoprén-származékok Zsírsavak linolsav linolénsav Észterek, éterek, amidok -tartalmú származékok prosztaglandinok leukotriének Koleszterin észterek Viaszok Glicerolipidek Szfingolipidek Koleszterin Epesavak Szteroid hormonok Zsírban oldódó vitaminok eutrális glicerolipidek Foszfolipidek és szfingofoszfolipid kólsav taurokólsav Szfingoglikolipidek A, D, E, K vitaminok diacilglicerin triacilglicerin foszfatidilkolin szfingomielin cerebrozidok (mono) gangliozidek (oligo) ösztradiol tesztoszteron

Zsírsavak palmitinsav (C 16 ) sztearinsav (C 18 ) olajsav (C 18 ) Some fatty acids in natural fats umber of carbon atoms Condensed structure ame Source 4 C 3 C 2 C 2 C Butyric acid Butter 6 C 3 (C 2 ) 4 C Caproic acid Butter 8 C 3 (C 2 ) 6 C Caprylic acid Coconut oil 10 C 3 (C 2 ) 8 C Capric acid Coconut oil 12 C 3 (C 2 ) 10 C lauric acid Palm kernel oil 14 C 3 (C 2 ) 12 C Myristic acid il of nutmeg 16 C 3 (C 2 ) 14 C palmitic acid Palm oil 18 C 3 (C 2 ) 18 C Stearic acid Beef tallow 16 C 3 (C 2 ) 5 C=C(C 2 ) 7 C Palmitoleic acid Butter 18 C 3 (C 2 ) 7 C=C(C 2 ) 7 C leic acid live oil 18 C 3 (C 2 ) 4 C=CC 2 C=C(C 2 ) 7 C Linoleic acid Soybean oil 18 C 3 C 2 (C=CC 2 ) 3 (C 2 ) 6 C Linolenic acid Linseed oil

-tartalmú zsírsavak származékok Prosztaglandinok (eikozanoidok) Tromboxánok Leukotriének 1. Prosztaglandinok (eikozanoidok) Izolálás: ondóból, U. von Euler, Svédország, 1930-as évek hidroxi-karbonsav Szerkezet: Sune Bergström, Jon Sjövall, Svédország (~1960) (MS, GC) Bioszintézis: Bengt Samuelson, D.A. van Dorp (~1965) Új tagok: tromboxán, prosztaciklin, leukotriének (~1970) obel-díj S. Bergström, B. Samuelson, J.R. Vane (1983) Elnevezés: prosztatából származó (de: here, más szervek)

Felosztás, szerkezet 9 11 7 5 13 3 15 17 19 1 C 20-20 szénatom karbonsav - 5-ös gyűrű 15-9 6 5 C C α 15 α 15 PGE 2 PGF 1a E: 9-oxo, 11-hidroxi F: 9,11-dihidroxi PG1: transz 13 ; PG2: transz 13, cisz 5 ; PG3: t 13, c 5, c 17 Térszerkezet PGE 2

2. Tromboxánok (thrombocytákból izolálták) R1 R1 R 1 = C R2 R2 R 2 = 15 TXA TXB oxángyűrű Funkció: thrombocyta aggregációt serkent koszorúér összehúzódás, vérnyomás növekedés 3. Leukotriének C leukotrién B 4 Stabilitás: t 1/2 PGG 2 ( 2, 37 C) = 5 min t 1/2 TXA 2 = 30-40 sec

Prosztaglandin bioszintézis foszfolipid (sejtmembránból) kortikoszteroidok - + bradikinin angiotenzin foszfolipáz A 2 C PGI2 (instabil) C arachidonsav prosztaciklin-szintáz prosztaglandinendoperoxid szintáz - SAID tromboxán- -szintáz C TxA 2 (instabil) C C PG 2 C prosztaciklin 6-oxo-PGF 1α tromboxán C C C PGE 2 PGF 2α PGD 2 prosztaglandinok

SAID hatás mechanizmusa arachidonsav C C C3 acetilezés (enzim) (John Vane) Aszpirin: (a ciklooxigenáz acetilezése) ciklooxigenáz +2 2 hidroxiperoxidáz C PGG 2 + 2 e - C PGE 2 PG funkciók: helyi hormonhatás (gyors lebomlás) PGE 1 akadályozza a camp-szint emelkedését membrán-receptoron keresztül intracelluláris Ca 2+ -szint emelése

eutrális glicerolipidek A. triacil-glicerin-észterek C 2 --C-R C--C-R C 2 --C-R C2 C C2 R = C n n = 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23 R = telített, telítetlen glicerin zsírsavak C3 C3 C3 Példák: (R) 3C C2 C2 C2 C2 C2 C2 C2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2 C 2C palmitinsav C C 3C C2 C2C2 C2C2 C2 C2 C2 C 2 C2 C 2 C2 C 2 C2 C olajsav C 18 Esszenciális zsírsavak (lásd ott)

B. alkil-diacil-glicerinek éter kötés C 2 --C 2 -R C--C-R C 2 --C-R R = C 16 v. C 18 észter kötés C. glikozidil-diacil-glicerinek Összegzés C2 C C 2 C2 éter kötés R R' (oligoszacharid is lehet) észter kötés

Foszfolipidek A. B. C 2 1 C 2 R C * 2 R' C * 3 2C P 2C P észter L-glicerin-3-foszfát kulcsvegyület - bioszintézis foszfatidsav [diacilglicerin-3-foszfát] - - P C 2 szokásos ábrázolás C C 2 R3 P 2C * C C2 (R1) (R2) Az L-izomer sztereokémiai ábrázolása (R 2 ) (R 1 ) (R2) foszfatidsav 2C * C (R1) R3 P C2

C. R = etanolamin 2C R kolin C szerin R' inozitol 2C P R" 3 + - P C C2 C2 C2 C2 3C 3C + C3 - P C C2 C2 C2 C2 3 + - P C C C2 C2 C2 C - P C C2 C2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 R1 R2 foszfatidil- -etanolamin (kefalin) foszfatidil- -kolin (lecitin) foszfatidil- -szerin foszfatidil- -inozitol

Szfingolipidek Mielinalkotók, axonvédők ( szigetelők ) Alkohol komponens: nem glicerin, hanem a szfingozin, kb. 60 féle C C C C 2 C2 (C2)12 C3 Szfingozin (D-eritro-1,3-dihidroxi-2-amino-transz-4-oktadecén) acilezés C C C (C2)12 C3 C C R C2 R = szénhidrogén ceramid B A éterkötés észterképzés

A észterképzés B ceramid foszfokolin Szfingomielin (szfingofoszfolipid) éterkötés C2 C C C C C2 C (C2)12 R C3 Galaktozilceramid (szfingoglikolipid, cerebrozid) Egy másik példa: C2 C C C 2 C C3 C- C2 C C C C2 C C2 C (C2)12 R C3 GalAcβ(1 4)Galβ(1 4)Glcβ(1 1)ceramid (szfingoglikolipid, gangliozid) 3 α2 Sia

Amfipatikus szerkezet hidrofil P C3 + C3 C3 foszfatidil-kolin [lecitin] hidrofób szfingomielin

Összetett lipidek Lipopeptidek Lipoproteinek C 2 C C2 S C2 C C peptid Cys palmitoxi P palmitoil 3 C B-limfocita stimuláció MAP multiple antigenic peptide Modern adjuváns (alkalmazás) Lys Lys Lys-Ser-Ser--C-C-Ala- (C 2 ) 4 -C-C--C C 2 S C 2 C--C C 2 --C P 3 C

Lipoproteinek Lipidekből és fehérjékből álló cseppecskék Felosztás: - sűrűség - protein Bioszintézis: máj, vékonybél Funkció: lipid transzport szolubilizálás Szerkezet: májsejt részlet VLDL szintézis

chylomicron * Lipoproteinek jellemzők sűrűség [g/ml] <0,95 0,95-1,006 VLDL LDL DL 1,019-1,063 1,063-1,210 átmérő [nm] 500-1000 30-70 20-25 10-15 alkotórészek [%] chylomicron * VLDL LDL DL protein 1-2 10 25 33 triglicerid 83 50 10 8 foszfolipid 7 18 22 29 koleszterin + észter *apoprotein A és B 8 22 46 30

éhány lipoprotein Apoprotein M r (mg/100 ml) A-I 28.300 130 DL fő kompnense (64%) 245 aminosav, C A-II 17.400 40 DL (20%) 2 lánc, 77 aminosav, S-S kötés B 80 LDL fő komponense, nehezen oldható C-I 7.000 6 57 aminosav C-II 10.000 3 80-85 aminosav C-III 9.300 12 79 aminosav, Gal, GalAc D 35.000 10 koleszterinészter transzport (DL) E 33.000 5 Arg-gazdag

Lipid-bioszintézis LDL transzport

Detergensek detergens intakt membrán elroncsolt membrán C3 3 C (C2)10 C2 + - C3 C3 3 C (C2)10 C2 + C3 C3 Br - dodecil-dimetilaminoxid [DDA] dodecil-trimetilammóniumbromid [DTAB] C3 3C C2 3C C3 C3 C2 C 2 n C2 C2 (C2)6 C3 polioxietilén-p-t-oktilfenol [triton X család] oktil-β-glikozid nátrium-kolát

Lipid membránok Az alkotó lipid hatása a szerkezetre Micella Kettős réteg Zsírsav egy láb Mozgás a kettősrétegben Foszfolipid két láb 1. Forgás (rotáció) 2. Egyenes vonalú (pl. laterális) Plazma membrán Külső tér Citoszol

őmérséklet hatása (T c ) Magas hőmérséklet (Foszfatidil-kolin, foszfatidil-etanolamin) Alacsony hőmérséklet Proteinek a membránban a) Integráns b) Transzmembrán c) Asszociált The lively Membranes (1983) Cambridge Univ. Press.