Opgaver til B8.1
Opgaverne hører til afsnit B8.1 Lægemidler og receptorer. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.
Opgave B8.1.1: Tæl atomerne ved en benzenring
Figuren viser tre stoffer tegnet som zigzagformler. Alle tre har en benzenring.
- Hvor mange carbonatomer er der i hvert af de tre molekyler?
- Hvor mange hydrogenatomer sidder der på benzenringen i hvert molekyle?
- Hvor mange hydrogenatomer er der i alt i hvert molekyle?
- Skriv molekylformlen for hvert af de tre stoffer.
- Benzoesyre og salicylsyre har lige mange hydrogenatomer, selv om salicylsyre har en OH-gruppe mere. Forklar hvorfor.
I en zigzagformel er hvert hjørne og hver ende af en streg et carbonatom. Benzenringen har seks hjørner, altså seks carbonatomer. Se figuren med benzen tegnet på to måder.
Hvert carbonatom i benzenringen har ét hydrogenatom, medmindre der sidder en gruppe på det. Tæl de hjørner i ringen, hvor der ikke sidder en gruppe. Læg så hydrogenatomerne i grupperne til: En methylgruppe er CH3 og har tre, og hver OH-gruppe har ét. Carbonatomet i en carboxylgruppe har ingen hydrogenatomer, for det har allerede fire bindinger. Til spørgsmål e kan du begynde sådan: I salicylsyre sidder OH-gruppen på et carbonatom i ringen, og derfor har det carbonatom …
Figuren viser de tre molekyler med hydrogenatomerne på benzenringen tegnet ind.
- til d. Svarene står i tabellen.
| Stof | C-atomer | H på ringen | H i alt | Molekylformel |
|---|---|---|---|---|
| A: methylbenzen | 6 C + 1 C = 7 C | 5 | 5 H + 3 H = 8 H | C7H8 |
| B: benzoesyre | 6 C + 1 C = 7 C | 5 | 5 H + 1 H = 6 H | C7H6O2 |
| C: salicylsyre | 6 C + 1 C = 7 C | 4 | 4 H + 2 H = 6 H | C7H6O3 |
- I salicylsyre sidder OH-gruppen på et carbonatom i benzenringen. Det carbonatom har derfor ikke noget hydrogenatom. Salicylsyre har altså ét hydrogenatom mindre på ringen end benzoesyre og ét mere i OH-gruppen. Det giver det samme antal.
Opgave B8.1.2: Paracetamol atom for atom
Se zigzagformlen for paracetamol i figuren med tre lægemidler, du kan købe uden recept. En tablet med paracetamol vejer 0,60 g. På pakken står der, at hver tablet indeholder 500 mg paracetamol.
- Tæl carbonatomerne og hydrogenatomerne i paracetamol. Skriv, hvor i molekylet hydrogenatomerne sidder.
- Skriv molekylformlen for paracetamol.
- Beregn molarmassen for paracetamol.
- Beregn stofmængden af paracetamol i én tablet.
- Hvor mange paracetamolmolekyler er der i én tablet?
- Hvad kaldes paracetamol i tabletten, og hvad kaldes resten af tabletten? Hvor mange milligram er der af resten, og hvad bruges det til?
Benzenringen i paracetamol har seks carbonatomer. Der sidder to grupper på ringen, så kun fire af ringens carbonatomer har et hydrogenatom. Stregen yderst til højre i amidgruppen ender i en methylgruppe, CH3. Atommasserne er C 12,01 g/mol, H 1,008 g/mol, N 14,01 g/mol og O 16,00 g/mol.
Hydrogenatomerne i paracetamol sidder fire steder: på benzenringen, i OH-gruppen, i NH-gruppen og i methylgruppen. Stofmængden finder du med formlen n = m divideret med M. Regn først 500 mg om til gram. Antallet af molekyler finder du ved at gange stofmængden med 6,02 · 1023. Til spørgsmål f: Læs afsnittet Lægemidler i afsnit B8.1.
Paracetamol har 8 carbonatomer: 6 i benzenringen, 1 i C=O-gruppen og 1 i methylgruppen. Der er 9 hydrogenatomer: 4 på benzenringen, 1 i OH-gruppen, 1 i NH-gruppen og 3 i methylgruppen.
Molekylet har også 1 nitrogenatom og 2 oxygenatomer. Molekylformlen er C8H9NO2.
Molarmassen er
\[ \begin{aligned} M(\mathrm{C_8H_9NO_2}) &= (8 \cdot 12{,}01 + 9 \cdot 1{,}008 + 14{,}01 + 2 \cdot 16{,}00)\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \\ &= 151{,}16\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \end{aligned} \]
- Massen af paracetamol er m = 500 mg = 0,500 g, og molarmassen er M = 151,16 g/mol.
\[ n = \frac{m}{M} = \frac{0{,}500\ \mathrm{g}}{151{,}16\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 3{,}31 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{mol} \]
En tablet indeholder 3,31 · 10−3 mol paracetamol.
- Et mol er 6,02 · 1023 molekyler.
\[ \text{antal molekyler} = 3{,}31 \cdot 10^{-3} \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23} = 1{,}99 \cdot 10^{21} \]
En tablet indeholder 1,99 · 1021 paracetamolmolekyler. Det er et tal med 22 cifre.
- Paracetamol er tablettens virksomme stof. Resten er hjælpestoffer. Der er 600 mg − 500 mg = 100 mg hjælpestoffer. De holder tabletten sammen og får den til at gå i opløsning det rigtige sted i kroppen.
Opgave B8.1.3: Find de funktionelle grupper
Figuren viser tre lægemidler, som ikke er med i afsnit B8.1. Benzocain bedøver hud og slimhinder. Lidocain bruges til lokalbedøvelse, fx hos tandlægen. Levodopa er medicin mod Parkinsons sygdom.
- Find de funktionelle grupper i de tre lægemidler, og skriv, hvad grupperne hedder.
- Tre af de fire nitrogenatomer i figuren sidder i en aminogruppe. Afgør for hver af de tre aminer, om den er primær, sekundær eller tertiær.
- Det fjerde nitrogenatom sidder i lidocain lige ved siden af en C=O-gruppe. Hvilken funktionel gruppe er det nitrogenatom en del af?
- Et af de tre lægemidler er en aminosyre. Hvilket? Begrund svaret.
- Skriv molekylformlen for benzocain.
Der er fem slags funktionelle grupper i de tre lægemidler: hydroxygruppe, carboxylgruppe, estergruppe, aminogruppe og amidgruppe. Se figuren med de ni stofklasser og figuren med tre lægemidler, du kan købe uden recept.
Se på hele gruppen omkring hvert C=O. Sidder der en OH-gruppe på samme carbonatom, er det en carboxylgruppe. Sidder der et oxygenatom, som går videre til en carbonkæde, er det en estergruppe. Sidder der et nitrogenatom, er det en amidgruppe. Til spørgsmål b: Tæl, hvor mange carbonatomer nitrogenatomet er bundet til. Se figuren med de tre typer af aminer. Til spørgsmål d: En aminosyre har en aminogruppe og en carboxylgruppe på det samme carbonatom.
- De funktionelle grupper er markeret i figuren.
- Benzocain har en aminogruppe og en estergruppe.
- Lidocain har en amidgruppe og en aminogruppe.
- Levodopa har to hydroxygrupper på benzenringen, en aminogruppe og en carboxylgruppe.
Aminen i benzocain er primær. Nitrogenatomet er bundet til ét carbonatom, nemlig et carbonatom i benzenringen. Aminen i lidocain er tertiær. Nitrogenatomet er bundet til tre carbonatomer: to ethylgrupper og kæden ind mod amidgruppen. Aminen i levodopa er primær.
Nitrogenatomet er en del af en amidgruppe, −CO−NH−. C=O og NH virker som én gruppe, ligesom C=O og OH gør det i en carboxylgruppe. Derfor regnes det nitrogenatom ikke som en amin.
Levodopa er en aminosyre. Molekylet har en aminogruppe og en carboxylgruppe, og de sidder på det samme carbonatom. I hjernen bliver levodopa lavet om til signalstoffet dopamin.
Benzocain har molekylformlen C9H11NO2. Carbonatomerne er 6 i benzenringen, 1 i estergruppen og 2 i ethylgruppen. Hydrogenatomerne er 4 på benzenringen, 2 i aminogruppen og 5 i ethylgruppen.
Opgave B8.1.4: Ord om lægemidler og receptorer
- Skriv det rigtige ord ud for hver forklaring i tabellen. Vælg mellem ordene virksomt stof, hjælpestof, signalstof, receptor, bindingslomme, agonist og antagonist.
| Nr. | Forklaring | Ord |
|---|---|---|
| 1 | Det stof i en tablet, der har en virkning i kroppen. | |
| 2 | Et stof, der holder tabletten sammen. | |
| 3 | Et lille molekyle, som en celle sender afsted, og som en anden celle opfanger. | |
| 4 | Et protein, som opfanger et signalstof. | |
| 5 | Det sted i proteinet, hvor signalstoffet passer ind. | |
| 6 | Et lægemiddel, der passer i receptoren og tænder den. | |
| 7 | Et lægemiddel, der passer i receptoren uden at tænde den. |
- Når du bliver bange, slår dit hjerte hurtigere. Beskriv i tre trin, hvad der sker fra binyrerne til hjertet. Brug ordene signalstof og receptor.
- En celle uden receptorer for adrenalin reagerer ikke på adrenalin. Forklar hvorfor.
- Et signalstof passer i sin receptor som en nøgle i en lås. Hvad er nøglen, og hvad er låsen? Hvilken anden slags protein har du lært om, hvor et molekyle passer i en lomme på samme måde?
Ordene er forklaret i afsnittene Lægemidler, Signalstoffer og receptorer og Agonister og antagonister i afsnit B8.1. Se også figuren med tre stoffer, der kan sætte sig i den samme receptor.
Til spørgsmål b: Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Binyrerne sender … ud i blodet.
- I hjertet sætter adrenalinen sig i …
- Receptoren ændrer …, og det sætter …
Til spørgsmål c: Tænk over, hvor adrenalinen skal sætte sig, for at der kommer et signal ind i cellen. Til spørgsmål d: Tænk på enzymer og deres substrat.
- Ordene er:
| Nr. | Forklaring | Ord |
|---|---|---|
| 1 | Det stof i en tablet, der har en virkning i kroppen. | virksomt stof |
| 2 | Et stof, der holder tabletten sammen. | hjælpestof |
| 3 | Et lille molekyle, som en celle sender afsted, og som en anden celle opfanger. | signalstof |
| 4 | Et protein, som opfanger et signalstof. | receptor |
| 5 | Det sted i proteinet, hvor signalstoffet passer ind. | bindingslomme |
| 6 | Et lægemiddel, der passer i receptoren og tænder den. | agonist |
| 7 | Et lægemiddel, der passer i receptoren uden at tænde den. | antagonist |
- De tre trin er:
- Binyrerne sender signalstoffet adrenalin ud i blodet.
- I hjertet sætter adrenalinen sig i receptorer på hjertets celler.
- Receptoren ændrer form, og det sætter en reaktion i gang inde i cellen. Hjertet slår hurtigere.
Adrenalin virker kun ved at sætte sig i en receptor. Har cellen ingen receptor, som adrenalin passer i, kommer der ikke noget signal ind i cellen.
Signalstoffet er nøglen, og receptoren er låsen. Et enzym virker på samme måde: Substratet passer i enzymets aktive center som en nøgle i en lås.
Opgave B8.1.5: Agonist eller antagonist?
Tabellen beskriver seks stoffer, der sætter sig i receptorer i kroppen. Første sætning i hver beskrivelse fortæller, hvad kroppens eget signalstof gør. Anden sætning fortæller, hvad der sker, når stoffet sætter sig i receptoren.
| Nr. | Stof | Beskrivelse | Type |
|---|---|---|---|
| 1 | metoprolol, en betablokker | Adrenalin får hjertet til at slå hurtigere. Metoprolol sætter sig i receptorerne for adrenalin i hjertet, og hjertet slår langsommere. | |
| 2 | terbutalin mod astma | Adrenalin får musklerne om luftvejene til at slappe af. Terbutalin sætter sig i de samme receptorer, og musklerne slapper af. | |
| 3 | cetirizin mod høfeber | Signalstoffet histamin giver kløe, nys og rindende øjne. Cetirizin sætter sig i receptorerne for histamin, og kløe og nys bliver dæmpet. | |
| 4 | nikotin i nikotintyggegummi | Signalstoffet acetylcholin gør nerveceller i hjernen mere aktive. Nikotin sætter sig i nogle af receptorerne for acetylcholin, og nervecellerne bliver mere aktive. | |
| 5 | atropin i øjendråber | Signalstoffet acetylcholin får pupillen til at trække sig sammen. Atropin sætter sig i receptorerne for acetylcholin i øjet, og pupillen bliver stor. | |
| 6 | semaglutid i Wegovy | Signalstoffet GLP-1 kommer fra tarmen efter et måltid og giver mæthed. Semaglutid sætter sig i receptorerne for GLP-1, og man føler sig mæt. |
- Afgør for hvert af de seks stoffer, om det er en agonist eller en antagonist.
- Forklar, hvordan du kan se på et stofs virkning, om stoffet er en agonist eller en antagonist.
- En antagonist tænder ikke receptoren. Forklar, hvorfor en antagonist alligevel har en virkning i kroppen.
- En person tager metoprolol hver dag og bliver en dag meget bange. Slår hjertet lige så hurtigt, som det ville gøre uden metoprolol? Begrund svaret.
Sammenlign stoffets virkning med virkningen af kroppens eget signalstof. Se figuren med tre stoffer, der kan sætte sig i den samme receptor og tabellen i afsnittet Agonister og antagonister i afsnit B8.1.
Giver stoffet samme virkning som signalstoffet, tænder det receptoren. Så er stoffet en agonist. Bliver signalstoffets virkning dæmpet, optager stoffet pladsen i receptoren uden at tænde den. Så er stoffet en antagonist. Til spørgsmål c og d: Tænk over, hvad der sker med kroppens eget signalstof, når pladsen i receptoren er optaget. Du kan begynde dine sætninger sådan:
- En antagonist optager pladsen i receptoren, så …
- Adrenalinen kan ikke …, fordi metoprolol …
- Typerne er:
| Nr. | Stof | Type | Begrundelse |
|---|---|---|---|
| 1 | metoprolol | antagonist | Virkningen af adrenalin bliver dæmpet. |
| 2 | terbutalin | agonist | Samme virkning som adrenalin. |
| 3 | cetirizin | antagonist | Virkningen af histamin bliver dæmpet. |
| 4 | nikotin | agonist | Samme virkning som acetylcholin. |
| 5 | atropin | antagonist | Virkningen af acetylcholin bliver dæmpet. |
| 6 | semaglutid | agonist | Samme virkning som GLP-1. |
En agonist tænder receptoren og giver samme virkning som kroppens eget signalstof. En antagonist tænder ikke receptoren, så signalstoffets virkning bliver dæmpet. Tit ser man det modsatte af signalstoffets virkning.
En antagonist optager pladsen i receptoren, så kroppens eget signalstof ikke kan komme til. Der kommer færre signaler ind i cellen, og signalstoffets virkning bliver dæmpet.
Nej. Binyrerne sender adrenalin ud i blodet, men mange af receptorerne i hjertet er optaget af metoprolol. Adrenalinen kan ikke sætte sig i de receptorer, så hjertet slår ikke så hurtigt, som det ville gøre uden metoprolol.
Opgave B8.1.6: Naloxon mod en forgiftning med morfin
Morfin dæmper stærke smerter. Det sætter sig i de receptorer, som kroppens egne smertedæmpende stoffer bruger, og tænder dem. Når receptorerne er tændt, bliver vejrtrækningen også langsommere. Får en person alt for meget morfin, kan vejrtrækningen gå helt i stå. Så giver lægen naloxon. Naloxon passer i de samme receptorer som morfin og binder sig stærkere til dem, men det tænder dem ikke. Få minutter efter trækker personen vejret igen.
- Er morfin en agonist eller en antagonist? Begrund svaret.
- Er naloxon en agonist eller en antagonist? Begrund svaret.
- Forklar, hvorfor personen begynder at trække vejret igen, når naloxon har virket. Brug ordene receptor, agonist og antagonist.
- Der er stadig morfin i personens blod, efter at naloxon har virket. Forklar, hvorfor de morfinmolekyler ikke dæmper vejrtrækningen.
- Naloxon virker i omkring en time, og morfin virker i flere timer. Forklar, hvorfor personen skal holdes under opsyn, også efter at vejrtrækningen er kommet i gang.
Morfin og naloxon står begge i tabellen i afsnittet Agonister og antagonister i afsnit B8.1. Se også figuren med tre stoffer, der kan sætte sig i den samme receptor.
Der er kun plads til ét molekyle ad gangen i en receptor. Til spørgsmål e: Læs de sidste linjer i afsnittet Bindingerne i lommen i afsnit B8.1 om, hvorfor et lægemiddel ikke virker for altid. Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Morfin er en …, fordi det sætter sig i receptoren og …
- Naloxon er en …, fordi det sætter sig i receptoren uden at …
- Naloxon binder sig stærkere til receptoren end morfin, og derfor …
- Når kroppen har nedbrudt naloxon, kan morfin igen …
Morfin er en agonist. Det sætter sig i receptorerne for kroppens egne smertedæmpende stoffer og tænder dem. Morfin giver derfor samme virkning som de stoffer.
Naloxon er en antagonist. Det passer i receptorerne, men det tænder dem ikke.
Morfin er en agonist, som tænder receptorerne, og det dæmper vejrtrækningen. Naloxon er en antagonist, som binder sig stærkere til de samme receptorer. Naloxon tager derfor pladsen i receptorerne fra morfin. Naloxon tænder ikke receptorerne, så signalet, der dæmper vejrtrækningen, forsvinder.
Morfin virker kun, når det sidder i en receptor. Morfinmolekylerne i blodet kan ikke komme ind i receptorerne, fordi naloxon sidder der.
Naloxon holdes fast af svage bindinger og slipper receptoren igen, og kroppen nedbryder det i løbet af omkring en time. Er der stadig morfin i blodet, kan morfin igen sætte sig i receptorerne. Så kan vejrtrækningen gå i stå en gang til.
Opgave B8.1.7: Dopamin i en bindingslomme
Dopamin er et af hjernens signalstoffer. Figuren viser dopamin i bindingslommen i en receptor. Tre sidekæder fra receptorens aminosyrer peger ind i lommen. Aminogruppen i dopamin har optaget en hydron og har derfor en positiv ladning. Tegningen er forenklet.
- Hvilke funktionelle grupper har dopamin?
- Hvilken slags binding kan hver af de tre sidekæder A, B og C danne til dopamin? Skriv også, hvilken del af dopamin sidekæden binder sig til.
- Tegn de tre slags bindinger ind i figuren som prikkede streger, og skriv navnet ved hver.
- Hvilken af de tre slags bindinger kaldes en hydrofob vekselvirkning i biokemi?
- Forklar, hvorfor dopamin ikke bliver siddende i bindingslommen for altid.
- Acetylsalicylsyre sætter sig i det aktive center i et enzym og afleverer en del af sin estergruppe. Den del bliver siddende med en elektronparbinding. Forklar, hvorfor enzymet ikke kommer til at virke igen, sådan som receptoren gør, når dopamin har sluppet den.
Bindingerne mellem et signalstof og en bindingslomme er de samme som bindingerne mellem sidekæder i et protein. Se figuren med adrenalin i en bindingslomme og figuren med fire slags bindinger mellem sidekæder.
Se efter, hvad hver sidekæde indeholder. En OH-gruppe kan danne en hydrogenbinding til en anden OH-gruppe. En gruppe med negativ ladning tiltrækker en gruppe med positiv ladning. En sidekæde, der kun består af carbon og hydrogen, er upolær. Den holder fast i andre upolære dele med londonbindinger. Til spørgsmål e og f: En svag binding bliver let brudt igen. En elektronparbinding er stærk. Du kan begynde sådan: Dopamin holdes kun fast af … bindinger, og derfor … og En elektronparbinding er … , så den del af acetylsalicylsyre …
Dopamin har to hydroxygrupper på benzenringen og en aminogruppe. Aminen er primær. I figuren har aminogruppen optaget en hydron, så den er tegnet som −NH3+.
og c. Bindingerne er tegnet ind i figuren.
| Sidekæde | Binding | Del af dopamin |
|---|---|---|
| A: serin, −CH2−OH | hydrogenbinding | en hydroxygruppe på benzenringen |
| B: asparaginsyre, −CH2−COO− | ionbinding | aminogruppen med positiv ladning, −NH3+ |
| C: valin, −CH(CH3)2 | londonbindinger | benzenringen |
Londonbindingerne mellem den upolære sidekæde fra valin og den upolære benzenring.
Hydrogenbindinger, ionbindinger og londonbindinger er svage bindinger. De bliver let brudt igen, så dopamin slipper bindingslommen efter kort tid. Receptoren er så klar til det næste molekyle.
En elektronparbinding er meget stærkere end de svage bindinger. Den del af acetylsalicylsyre, der er bundet til enzymet, slipper ikke igen. Det aktive center bliver ved med at være optaget, og enzymet er ude af spillet, til cellen har lavet et nyt enzym.
Opgave B8.1.8: Fra adrenalin til salbutamol
Adrenalin får musklerne om luftvejene til at slappe af, så det bliver lettere at trække vejret. Men adrenalin får også hjertet til at slå hurtigere, og kroppen nedbryder det på få minutter. Kemikere har derfor ændret lidt på molekylet for at få en bedre medicin mod astma. Resultatet er salbutamol, som er det virksomme stof i mange astmasprays. Salbutamol virker mest på receptorerne i luftvejene, og virkningen holder i fire til seks timer.
- Sammenlign først adrenalin og noradrenalin i figuren med to af kroppens signalstoffer. Hvad er forskellen på de to molekyler?
- Find de to steder, hvor salbutamol er anderledes end adrenalin.
- Hvilke dele er ens i adrenalin og salbutamol? Forklar, hvorfor salbutamol kan sætte sig i receptorerne for adrenalin.
- Er salbutamol en agonist eller en antagonist? Begrund svaret ud fra virkningen på luftvejene.
- Receptorerne for adrenalin i luftvejene og i hjertet er to lidt forskellige proteiner. Forklar, hvordan en lille ændring i et molekyle kan betyde, at det sidder bedre fast i den ene receptor end i den anden.
- Et af de enzymer, der nedbryder adrenalin, virker kun på molekyler med to OH-grupper ved siden af hinanden på benzenringen. Forklar, hvorfor salbutamol virker i længere tid end adrenalin.
Gå adrenalin og salbutamol igennem fra venstre mod højre: først grupperne på benzenringen, så kæden og til sidst det, der sidder på nitrogenatomet. Husk, at hver ende af en streg er en methylgruppe.
På benzenringen har adrenalin to OH-grupper. I salbutamol sidder den ene OH-gruppe ikke direkte på ringen, for der er et carbonatom imellem. På nitrogenatomet har adrenalin en methylgruppe, og salbutamol har et carbonatom med tre methylgrupper. Til spørgsmål e: Jo flere bindinger der passer mellem molekylet og lommen, jo bedre sidder molekylet. Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Den store gruppe på nitrogenatomet er upolær, så den kan danne … til lommen.
- Lommerne i de to receptorer har ikke helt samme form, og derfor …
Adrenalin har en methylgruppe på nitrogenatomet. Det har noradrenalin ikke. Adrenalin er derfor en sekundær amin, og noradrenalin er en primær amin. Resten af de to molekyler er ens.
De to forskelle er:
- På benzenringen har adrenalin to OH-grupper. I salbutamol er den øverste af dem skiftet ud med gruppen −CH2−OH.
- På nitrogenatomet har adrenalin en methylgruppe. Salbutamol har en større gruppe: et carbonatom med tre methylgrupper.
Begge molekyler har en benzenring med en OH-gruppe, en kæde med to carbonatomer, en OH-gruppe på kædens første carbonatom og en sekundær amin. De dele sidder på samme måde i de to molekyler. Salbutamol kan derfor danne de samme hydrogenbindinger, ionbindinger og londonbindinger til bindingslommen som adrenalin.
Salbutamol er en agonist. Det tænder receptoren og giver samme virkning som adrenalin: Musklerne om luftvejene slapper af.
Lommerne i de to receptorer har lidt forskellig form og lidt forskellige sidekæder. Den store gruppe på nitrogenatomet i salbutamol er upolær, så den kan danne londonbindinger til upolære sidekæder, hvis der er plads til den i lommen. Passer gruppen godt i den ene lomme og dårligt i den anden, sidder molekylet bedst fast i den første. En lille ændring i molekylet ændrer altså, hvilke bindinger der passer.
Salbutamol har kun én OH-gruppe direkte på benzenringen. Den anden OH-gruppe sidder på et carbonatom uden for ringen. Enzymet virker derfor ikke på salbutamol. Salbutamol bliver nedbrudt langsommere end adrenalin, og virkningen holder i flere timer.
Opgaver med fødevaretema
Mange stoffer i mad og drikke virker på kroppen på samme måde som lægemidler: De passer i en receptor.
Opgave B8.1.mad.1: Vanillin og duften af vanilje
Vanillin giver vanilje sin duft. Når du dufter til en vaniljestang, sætter vanillinmolekyler sig i duftreceptorer i næsen, og receptorerne sender et signal til hjernen. Ethylvanillin findes ikke i naturen. Det bliver lavet på fabrik og brugt i fx chokolade og is, fordi det dufter to til fire gange så kraftigt som vanillin.
- Find de tre funktionelle grupper i vanillin, og skriv, hvad de hedder.
- Tæl atomerne i vanillin, og skriv molekylformlen.
- Hvad er forskellen på vanillin og ethylvanillin? Skriv molekylformlen for ethylvanillin.
- En duftreceptor er et protein med en bindingslomme. Hvilken slags binding kan vanillin danne til lommen med sin OH-gruppe? Hvilken slags kan det danne med sin benzenring?
- Forklar, hvorfor en lille ændring i et molekyle kan ændre, hvor kraftigt stoffet dufter.
Se figuren med de ni stofklasser. Et oxygenatom, der sidder mellem to carbonatomer, er en ether. Ethere mødte du i afsnit B3.3. I zigzagformlen for vanillin ender stregen op fra oxygenatomet i en methylgruppe.
Gruppen yderst til højre i vanillin er C=O for enden af en kæde. Carbonatomet i den gruppe har også et hydrogenatom, som ikke er tegnet. Tæl hydrogenatomerne sådan: dem på benzenringen, ét i OH-gruppen, ét på carbonatomet i C=O og tre i methylgruppen. Til spørgsmål d: Se figuren med adrenalin i en bindingslomme. Til spørgsmål e kan du begynde sådan: Molekylet skal passe i receptorens … Bliver en gruppe større eller flyttet, passer molekylet …
Vanillin har en hydroxygruppe på benzenringen. Yderst til højre sidder en carbonylgruppe for enden af en kæde, så vanillin er et aldehyd. Oxygenatomet mellem benzenringen og methylgruppen er en ether.
Vanillin har 8 carbonatomer: 6 i benzenringen, 1 i aldehydgruppen og 1 i methylgruppen. Der er 8 hydrogenatomer: 3 på benzenringen, 1 i OH-gruppen, 1 i aldehydgruppen og 3 i methylgruppen. Der er 3 oxygenatomer. Molekylformlen er C8H8O3.
I ethylvanillin sidder der en ethylgruppe, −CH2−CH3, på oxygenatomet, hvor vanillin har en methylgruppe. Ethylvanillin har altså ét carbonatom og to hydrogenatomer mere. Molekylformlen er C9H10O3.
OH-gruppen kan danne hydrogenbindinger til polære grupper i lommen. Benzenringen er upolær og kan danne londonbindinger til upolære sidekæder i lommen. I biokemi kaldes det en hydrofob vekselvirkning.
Molekylet skal passe i lommen i duftreceptoren. En større gruppe ændrer, hvor godt molekylet passer, og hvilke bindinger det kan danne til lommen. Ethylvanillin passer i de samme duftreceptorer som vanillin, men den lille forskel er nok til, at duften bliver kraftigere.
Opgave B8.1.mad.2: Chili brænder på tungen
Nervecellerne i munden har en receptor, der bliver tændt af varme over cirka 43 °C. Så får hjernen besked om, at noget er brændende varmt. Stoffet capsaicin fra chili passer i en lomme i den samme receptor og tænder den.
- Virker capsaicin som en agonist eller som en antagonist på receptoren for varme? Begrund svaret.
- Forklar, hvorfor en chili føles brændende varm, selv om den har stuetemperatur.
- Find amidgruppen i capsaicin, og find dobbeltbindingen mellem to carbonatomer. Hvilke to grupper sidder der på benzenringen ud over den lange kæde?
- Den højre del af capsaicin er en lang kæde af carbon og hydrogen. Er den del af molekylet hydrofil eller hydrofob? Hvilken slags bindinger kan den danne til receptorens lomme?
- Et glas vand hjælper ikke meget, når chilien brænder. Mælk hjælper bedre, fordi mælk indeholder fedt. Forklar hvorfor.
- Menthol fra pebermynte tænder en anden receptor, som ellers bliver tændt af kulde. Hvad mærker du, når du spiser et pebermyntebolsje, og hvorfor?
En agonist tænder receptoren, og en antagonist blokerer den. Se figuren med tre stoffer, der kan sætte sig i den samme receptor. En amidgruppe er C=O ved siden af NH, som i paracetamol i figuren med tre lægemidler, du kan købe uden recept.
Hjernen kan ikke se, hvad der har tændt receptoren. Den får det samme signal, uanset om det er varme eller capsaicin. Til spørgsmål d og e: En lang kæde af carbon og hydrogen er upolær. Upolære stoffer opløses dårligt i vand og godt i fedt. Se afsnittet Opløselighed i vand i afsnit B3.2. Du kan begynde dine forklaringer sådan: Capsaicin tænder den receptor, der ellers … , og hjernen får derfor … og Capsaicin er mest … og opløses derfor dårligt i … , men godt i …
Capsaicin virker som en agonist. Det sætter sig i receptoren og tænder den, så det giver samme signal som varme.
Capsaicin tænder receptoren for varme. Nervecellen sender det samme signal til hjernen, som når munden rammes af noget, der er over 43 °C. Hjernen opfatter derfor chilien som brændende varm, selv om temperaturen i munden ikke er steget.
Amidgruppen er −NH−CO− midt i molekylet. Dobbeltbindingen C=C sidder næsten for enden af den lange kæde. På benzenringen sidder en hydroxygruppe og et oxygenatom med en methylgruppe, altså en ether. Det er de samme to grupper som på benzenringen i vanillin.
Kæden er hydrofob. Den kan danne londonbindinger til upolære sidekæder i lommen. I biokemi kaldes det en hydrofob vekselvirkning.
Det meste af capsaicinmolekylet er upolært, så capsaicin opløses dårligt i vand. Vandet skyller derfor ikke capsaicinen væk fra munden. Fedtet i mælk er upolært, og capsaicin opløses godt i det. Mælken kan derfor tage capsaicinen med sig.
Munden føles kold, selv om bolsjet ikke er koldt. Menthol tænder receptoren for kulde, og hjernen får det samme signal, som når munden bliver kølet ned.
Opgave B8.1.mad.3: Koffein og træthed
Mens du er vågen, danner hjernens celler signalstoffet adenosin. Adenosin sætter sig i receptorer på nervecellerne og gør dem mindre aktive. Jo mere adenosin der er, jo mere træt bliver du. Koffein fra kaffe, te og cola ligner en del af adenosinmolekylet: Begge stoffer har to sammenbyggede ringe med nitrogenatomer. Koffein passer derfor i receptorerne for adenosin, men det tænder dem ikke.
- Er koffein en agonist eller en antagonist? Begrund svaret.
- Forklar, hvorfor du føler dig mindre træt, når du har drukket kaffe.
- Bliver der mindre adenosin i hjernen, når du drikker kaffe? Begrund svaret.
- Efter omkring fem timer er halvdelen af koffeinen væk fra blodet. Forklar, hvorfor koffein ikke bliver siddende i receptorerne, og hvorfor trætheden kommer tilbage.
- Forklar, hvorfor det har betydning, at koffein ligner en del af adenosinmolekylet.
Sammenlign koffein med de tre stoffer i figuren med tre stoffer, der kan sætte sig i den samme receptor. Adenosin er kroppens eget signalstof.
Til spørgsmål d: Læs de sidste linjer i afsnittet Bindingerne i lommen i afsnit B8.1 om, hvorfor et lægemiddel ikke virker for altid. Du kan begynde dine sætninger sådan:
- Koffein passer i receptoren, men …, og derfor er koffein en …
- Når koffein optager pladsen i receptoren, kan adenosin ikke …
- Koffein holdes fast af svage bindinger, så …
Koffein er en antagonist. Det passer i receptoren for adenosin, men det tænder den ikke. Koffein optager pladsen, så adenosin ikke kan komme til.
Adenosin gør dig træt ved at sætte sig i sine receptorer. Når koffein optager pladsen i receptorerne, kan adenosin ikke sætte sig i dem. Signalet om træthed bliver dæmpet.
Nej. Koffein fjerner ikke adenosin. Adenosinen er der stadig, men den kan ikke komme ind i de receptorer, koffein sidder i.
Koffein holdes fast i bindingslommen af svage bindinger, så det slipper receptoren igen. Kroppen nedbryder koffeinen og udskiller resterne. Når der bliver mindre koffein, bliver receptorerne ledige, og adenosin kan igen sætte sig i dem. Så kommer trætheden tilbage.
Lommen i receptoren passer til adenosin. Et andet molekyle skal ligne adenosin for at passe i lommen og danne bindinger til den. Koffein ligner adenosin nok til at sidde fast i lommen, men ikke nok til at tænde receptoren.