11 MZB I - Schuler

ein fibulläres Strukturprotein

Keratine kommen im Zytoskelett vor (und sind auch Bestandteile von Haar und Horn)
-> Haarkeratin besteht aus sehr vielen Untereinheiten, welche über Disulfidbrücken vernetzt sind.

Die Grundeinheit von Keratin ist ein Coiled Coil-Dimer
-> Mehrere Dimere lagern sich (aufgrund Disulfidbrücken) zu Protofilamenten zusammen,
  ->diese wiederum zu Mikrofibrillen,
     ->diese wiederum zu Makrofibrillen (welche die Haarzellen ausfüllen).

Moleküldynamik; auch "generelle Flexibilität"; alle Proteine sind dazu imstande

Konformationsänderungen; gezielte Formveränderungen; hierbei geht ein Protein von einer definierten Struktur in eine andere über

- Detergentien (z. B. Dodecylsulfat, Seifen)
- Organische Lösungsmittel (z.B. Ethanol, Aceton)
- Starke Säuren und Basen (pH-Extremwerte, Trichloressigsäure, Perchlorsäure)
- Harnstoff oder Guanidiniumsalze in hoher Konzentration
- Hohe Temperatur (Kochen)

• Hauptbestandteile biologischer Membranen

• Energiereserve und -transport

• können Hormone oder Vitamine sein

• wasserabstossenden Schutzmantel (an Oberflächen, z.B: Haut, Blätter)

Triglyceride und polare Lipide sind aus unverzweigten Monocarbonsäuren (Fettsäuren) aufgebaut

Häufig sind lange Fettsäuren aus mehr als 12 C-Atomen mit gerader Anzahl C-Atomen und 0-4 C=C Doppelbindungen. Die erste Doppelbindung (falls vorhanden) findet sich meist zwischen C9 und C10. Doppelbindungen liegen fast immer in Z-Konfiguration (cis) vor

Zwei- und mehrfach ungesättigte Fettsäuren können vom menschlichen Organismus nicht hergestellt werden (essentielle Fettsäuren).

Omega-3-Fettsäuren sind mehrfach ungesättigte Fettsäuren, deren letzte Doppelbindung drei C-Atome vom Ende der Kette liegt

Ester von Glycerin mit drei Fettsäuremolekülen

Energiespeicher

Verseifung (alkalische Hydrolyse); spaltung in Glycerin und Salze von Fettsäuren

Wachse sind Ester von langkettigen Fettsäuren mit langkettigen einwertigen Alkoholen. Sie werden bei Wirbeltieren von den Hautdrüsen als Schutzschicht ausgeschieden.
(Triglyceride und Wachse sind Fette. Alle anderen Lipide bezeichnet man als fettähnliche Stoffe der Lipoide.)

Polare Lipide sind getrennt in einen polaren und einen apolaren Molekülteil. Aufgrund des polaren Teils lassen sich Lipide in Phospholipide (Phosphorsäureester als polarer Rest) und Glykolipide (Zucker als polarer Rest) einteilen. Polare Lipide sind die Hauptbestandteile der Lipiddoppelschicht.

Der Bau von Phospholipiden ist demjenigen von Triglyceriden ähnlich, mit dem Unterschied, dass die dritte OH-Gruppe von Glycerin mit einer Phosphorsäure verestert ist, welche wiederum mit einem Alkohol verestert ist (fehlt diese Alkoholgruppe, spricht man von einer Phosphatidsäure)

Phospholipide können anstelle von Glycerin auch Sphingosin (Abbildung links) enthalten. Ein Fettsäureamid von Sphingosin nennt man Ceramid( Abbildung Mitte). Wird die endständige OH-Gruppe von Ceramid mit Phosphorsäure verestert und die Phosphorsäure ihrerseits mit einem Alkohol verestert, entsteht ein  Sphingosinphosphatid

 Ein häufiger Vertreter der Sphingosinphosphatide ist das Sphingomyelin

Glykolipide sind Lipide Mit Zuckerrest. Das Lipid ist ein Ceramid oder seltener ein Diacylglycerin.

Die beiden wichtigsten Vertreter von Glykolipiden sind sind Cerebroside (Ceramid + ein Zuckerrest) und Ganglioside (Ceramid + 2 bis 60 Zuckerreste)

Es gibt Erbkrankheiten, bei denen der Auf- und Abbau von Glykolipiden gestört ist (z.B. Morbus Gaucher).

(Es gibt Erbkrankheiten, bei denen der Auf- und Abbau von Glykolipiden gestört ist. Ein Beispiel ist die Störung des Abbaus von Cerebrosiden beim Morbus Gaucher, einer „Speicherkrankheit“. Das Enzym -Glucocerebrosidase ist zu wenig aktiv. Als Folge werden grosse Mengen von Cerebrosiden in Makrophagen gespeichert, was zur Vergrösserung von Milz und Leber, einer Störung des Membranbaus, gestörter Blutbildung und neurologischen Störungen führt. Auch hier handelt es sich um eine „molekulare Krankheit“, deren Ursache im Fehlen oder in einer Veränderung eines oder mehrerer Gene liegt.)

Verseifbaren Lipiden ist gemeinsam, dass sie Ester oder Amidbindungen enthalten, welche mit Base hydrolysiert (verseift) werden können. Die nicht-verseifbaren Lipide enthalten demnach weder Ester- noch Amidbindungen.

Steroide, Terpene und Eikosanoide

Nicht-verseifbare Lipide wirken als Hormone und Vitamine

 Steroide sind nicht verseifbarre Lipide

Die Grundstruktur der Steroide ist das Steran. Das wichtigste Steroid ist das Cholesterin.

Cholesterin ist Bestandteil der biologischen Membranen. Es wird sowohl durch Nahrung aufgenommen als auch vom Körper selbst hergestellt. Es ist dieAusgangssubstanz für die Synthese von Steroidhormonen, Gallensäuren und Vitamin D.

Terpene sind nicht verseifbare Lipide

Aus Isopren leiten sich die Terpene ab.

Zu den Terpenen zählt das β-Carotin (auch Provitamin A, aus welchem Vitamin A entsteht), die Tocopherole (z.B. Vitamin E) und die Phyllochinone (z.B. Vitamin K).

Eikosanoide gehören zu den nicht verseifbaren Lipiden

Eikosanoide sind Abkömmlinge der Arachidonsäure (Eine 4fach ungesättigte 20 C-Atome lange Fettsäure)

Dazu gehören Prostaglandine, Thrombaxane und Leukotriene (Gewebshormone mit unterschiedlichen Funktionen, u.a. bei Entzündungsreaktionen), welche auch von klinischem Interesse sind (z.B. wird Aspirin eingesetzt um die Synthese von Prostaglandin zu hemmen).

Die Lipiddoppelschicht besteht aus drei Typen von Lipiden: Phospholipide (am häufigsten), Glykolipide (diese zwei bilden in wässriger Umgebung geschlossene Strukturen) und Cholesterin (nicht in Pflanzen und Prokaryoten)

Cholesterin bestimmt die Liquidität der Membran (je mehr Cholesterin desto steifer) und die Wasserdurchlässigkeit (je mehr Cholesterin desto schlechter die Wasserdurchlässigkeit).

s.B.

Es gibt auch Membranproteine welchen nur in die Lipiddoppelschicht Eindringen und sie nicht durchdringen. (z.B. Prostaglandin-H2 Synthase, welches die Umwandlung von Arachidonsäure zu Prostaglandin H2
Katalysiert, welches wiederum
Entzündungsreaktionen katalysiert; Acetylsalicylsäure blockiert die aktive Stelle dieses Enzyms).

Einige Membranproteine sind kovalent mit einem Lipidmolekül der Lipiddoppelschicht verknüpft. Das Verbindungsstück zwischen dem Protein- und dem Lipidmolekül enthält Zucker, Phosphat und Inosit. Es wird Glykosylphosphatidylinositol-Anker (GPI-Anker) genannt und ist z. B. kovalent an die C-terminale Carboxylgruppe des Proteins angehängt (oben in Abb. 9). Manchmal ist ein Protein auch über einen Cysteinrest direkt mit Palmitinsäure oder mit dem Isoprenderivat Farnesin verknüpft (unten in Abb. 9).

Membranlipide und -proteine sind ständig in lateraler Bewegung . Diese kann mit der FRAP-Methode (fluorescence recovery after photobleaching) nachgewiesen werden (Lipide/ Proteine werden mit fluoreszierender Gruppe markiert und anschliessend durch einen intensiven Laserstrahl gebleicht; nun verfolgt man, wie aus der Umgebung nicht gebleichte Moleküle einwandern, bis die Ursprüngliche Fluoreszenz wieder erreicht wird)

Für integrale Membranproteine misst man laterale Diffusionsgeschwindigkeiten von 10 nm/s bis 1 µm/s. Die Rotationsgeschwindigkeiten um eine Achse senkrecht zur Membranebene variieren von 100 s-1 bis 106 s-1. Die Lipidmoleküle bewegen sich viel schneller als die Membranproteine

Lipiddoppelschichten können zwei Zustände einnehmen: einen starren (geordneten) und einen flüssigen (ungeordneten) Zustand. Der Übergang zwischen den beiden Zuständen erfolgt bei der Temperatur Tm. Tm ist abhängig von der Lipidzusammensetzung: polare Lipide mit gesättigten Fettsäuren erhöhen Tm (die geraden Ketten können sich geordnet aneinanderlagern) ungesättigte Fettsäuren mit cis-Doppelbindungen erniedrigen Tm (der Knick stört die Ordnung). Bei
Körpertemperatur ist die Lipiddoppelschicht flüssig.

D-Aldosen haben alle die Konfiguration von D-Glycerinaldehyd am untersten C-Atom. 

D-Ketosen haben ebenfalls die Konfiguration von DGlycerinaldehyd am untersten C-Atom.

s.B.

In Lösung haben die Aldosen und Ketosen eine Ringstruktur. Sie ensteht durch die Bildung eines Halbacetals bzw. Halbketals. 

In der Haworth-Projektion zeigt die OH-Gruppe von D-Zuckern beim α Anomer nach unten, beim β Anomer nach oben

Reagiert die Aldehyd- oder Ketogruppe eines Zuckers mit einer OH-Gruppe eines anderen Zuckers, spricht man von einer O-glykosidischen Bindung (so entstehen Di-, Oligo-, Polysaccharide)

Wenn das anomere Zentrum eines Zuckers nicht an einer glykosidischen Bindung beteiligt ist, so handelt es sich um einen reduzierenden Zucker (da sie in Lösung in einem kleinen Anteil in geöffneter Form vorliegen)(z.B. Lactose und Maltose)
-> Diese Eigenschaft kann zum chemischen Nachweis der entsprechenden Zucker verwendet werden

Drei Disaccharide sind für den Menschen besonders wichtig: Saccharose ("Zucker" der Nahrung), Lacose ("Milchzucker") und Maltose (entsteht im Darm aus Abbau der Stärke).

In Saccharose sind je ein Molekül α-D-Glucose und β-D-Fructoseüber eine α,β-1,2-glycosidische Bindungverbunden.

Lactose besteht aus den beiden Molekülen D-Galactose und D-Glucose, die über eine β-1,4-glycosidische Bindung verbunden sind.

Maltose: zwei α-D-Glucose-Moleküle sind über eine 1→4-α-glycosidische Bindung verknüpft

Ein Reserveglykan; Glykogen ist die Kohlenhydratreserve des Körpers

Glykogen eignet sich gut als Energiespeicher, da es viel Energie (beim Erwachsenen Menschen ca. 6000 kJ; im Vergleich: Glucose, 20-25 kJ/l Blut) speichern kann ohne den osmotischen Druck stark zu beeinflussen

Glykogen ist ein riesiges, verzweigtes Glykan aus Glucoseeinheiten. Die einzelnen Glucoseeinheiten sind über O-glykosidische Verbindungen α-1→4 verknüpft (jede 8. -10. ist α-1→6). Aufgrund der vielen Verzweigungen ist es Baumartig aufgebaut; dies führt zu vielen nicht reduzierenden enden (an denen enzymatisch abgebaut werden kann) und nur einem reduzierendem Ende 

Stärke ist der mengenmässig wichtigste Nahrungsbestandteil (sie kommt v.a. in Knollengewächsen und Samen vor). Die meisten Pflanzenzellen können Stärke bilden und speichern dies in intrazellulären Granula. Stärke besteht aus zwei unterschiedlichen Glucosepolymeren: Amylose (unverzweigt; alle D-Glucoseeinheiten sind α-1→4 O-glykosidisch miteinander verknüpft) und Amylopektin (verzweigt; der Bau entspricht dem von Glykogen aber mit 96% α-1→4 und 4% α1→6). Die Molekülmassen betragen einige Tausend bis 500'000 (Amylose) bzw. 10^6 (Amylopektin).