Białka

Białka są podstawowymi składnikami budulcowymi (strukturalnymi) komórek
organizmu. Oprócz funkcji strukturalnych, białka pełnią różnorakie funkcje
metaboliczne, szczególnie dotyczy to enzymów, tzw. biokatalizatorów w
organizmach żywych. Białka są związkami wielkocząsteczkowymi (powyżej 10
000 kD). Cząsteczki białek prostych (proteiny) utworzone są tylko przez
aminokwasy, podczas gdy w s

kład białek złożonych (proteidy) wchodzą obok

aminokwasów związki niebiałkowe (grupa prostetyczna). Ponadto regulują
ciśnienie osmotyczne płynów wewnątrz- i pozakomórkowych oraz stężenie jonów
wodorowych. Niektóre pełnią rolę hormonów. Uczestniczą w krzepn

ięciu krwi, w

transporcie związków metali, hormonów, enzymów oraz innych substancji, a także
w procesach immunologicznych. Białka zawierające tryptofan i tyrozynę
pochłaniają promienie UV. Mogą stanowić materiał energetyczny: utlenienie l g
białka dostarcz

a 17 kJ energii

1

.

Pod wpływem metali ciężkich, zasad, kwasów, alkoholi, garbników, mocznika,
podwyższonej temperatury (ponad 56°C) ulegają denaturacji. Denaturacja polega
na nieodwracalnej zmianie konformacji i stopnia uwodnienia białka. Zniszczeniu
ulegają wtedy mostki wodorowe i disulfidowe.
W białkach powszechnie występuje 22 aminokwasy (patrz tab. 1).

Tab. 1. Aminokwasy białkowe i ich skróty

A

Ala

alanina

B

Asx

Asparagina lub kwas asparaginowy

C

Cys

cysteina

D

Asp

kwas asparaginowy

E

Glu

kwas glutaminowy

F

Phe

fenyloalanina

G

Gly

glicyna

H

His

histydyna

1

I

Ile

izoleucyna

K

Lys

lizyna

L

Leu

leucyna

M

Met

metionina

N

Asn

asparagina

P

Pro

prolina

Q

Gln

glutamina

R

Arg

arginina

S

Ser

seryna

T

Thr

treonina

V

Val

walina

W

Trp

tryptofan

Y

Tyr

tyrozyna

Z

Glx

glutamina lub kwas glutaminowy

1

Jednostka ciepła - kaloria /cal/ nie należy do układu SI, jednakże jest powszechnie stosowana w tabelach

fizjologicznych i dietetycznych. Jednostką energii w układzie SI jest dżul (J); l cal = 4,184 J; l kcal = 4,184 kJ.

Połączone są one ze sobą za pomocą wiązania peptydowego -CO-NH-. Utworzenie
wiązania peptydowego wiąże się z wydzieleniem wody. Wiązania peptydowe
wykrywa się za pomocą reakcji z jonami miedzi (2

+

) w środowisku zasadowym.

Związek zawierający w składzie do 10 aminokwasów nosi nazwę oligopeptydu (np.
glutation), a powyżej 10 aminokwasów (do 100) — polipeptydu (np.
adrenokortykotropina). Wiązania peptydowe wykrywa się za pomocą reakcji z
jonami miedz

i (2

+

) w środowisku zasadowym.

2

Sekwencja i liczba aminokwasów w białku określa I-rzędową strukturę białka.
Łańcuchy aminokwasowe nie występują w formie wyprostowanej, lecz są
pofałdowane (harmonijkowe) lub helisowe. Zagięcia łańcucha są zapewnione przez
dodatkowe wiązania wodorowe pomiędzy grupami -CO i -NH-. Jest to struktura II-
rzędowa. Struktura III-rzędowa powstaje na skutek działania wiązań wodorowych,
jonowych i hydrofobowych. Dzięki temu tworzy się trójwymiarowy przestrzenny
układ pofałdowanych łańc

uchów białka, z łańcuchami bocznymi stabilizującymi

całą strukturę. Szczególna rolę odgrywają wówczas wiązania dwusiarczkowe. (po
utlenieniu grup -SH). Niektóre białka, głownie enzymatyczne zbudowane są z
agregatów łańcuchów polipeptydowych — z podjednoste

k. Sposób połączenia

podjednostek tworzy strukturę IV-rzędową. W tym przypadku ważne są siły Van
der Waalsa, mostki siarczkowe i wodorowe oraz wiązania hydrofobowe.

Roztwory białek są roztworami rzeczywistymi (cząsteczkowymi), jednakże ze
względu na duże rozmiary cząsteczek (5-10 nm) wykazują właściwości roztworów
koloidalnych. Proces przechodzenia osadu w zol nazywamy peptyzacją, a proces
wytracania osadu, tj. przechodzenie zolu w żel - koagulacją. W roztworze
cząsteczki białka mają określony ładunek elektr

yczny, na skutek dysocjacji

grupy -NH

2

i -COOH znajdujących się w resztach aminokwasowych łańcuchów

polipeptydowych. Dysocjacja tych grup powoduje wytworzenie ładunków
elektrycznych: -NH

3

i –COO

-

. Obecność ładunku elektrycznego powoduje, ze

cząsteczki białek mają właściwości hydrofilne i tym samym zdolność pochłaniania
wody oraz pęcznienia. Białka są więc związkami amfoterycznymi z uwagi na
obecność wolnych grup —COOH (np. kwas glutaminowy, kwas asparaginowy) i -
NH

2

(lizyna, amid kwasu glutaminowego, amid kwasu asparaginowego).

W zależności od pH środowiska cząsteczki białka wędrują w polu elektrycznym do
anody lub katody. Migracja cząsteczek obdarzonych ładunkiem w polu
elektrycznym nosi nazwę elektroforezy. pH, przy którym wypadkowy ładunek
białka wynosi O nazywa się punktem izoelektrycznym białka (pI); innymi słowy pI
jest to wartość pH przy której cząsteczki białka nie poruszają się. Dzięki tym
właściwościom można rozdzielać mieszaninę białek. Ze względu na wartość pI
białka dzielimy na trzy grupy:

białka kwaśne, z przewagą wolnych grup -COOH, np. kazeina, niektóre

białka surowicy;

białka zasadowe, z przewagą wolnych grup aminowych, np. histony;

białka obojętne, których pI przypada na pH 7,0, np. niektóre białka

surowicy.

3

Punkt izoelektryczny zależy od warunków środowiska: pH, temperatury, siły
jonowej elektrolity, rodzaju użytego nośnika.

Wartością stałą białek jest punkt izojonowy, zależny od sekwencji i liczby
aminokwasów w makrocząsteczce. Jest to wartość pH przy której liczba protonów
związanych z -NH

2

jest równa liczbie protonów oddanych przez grupę -COOH.

Enzymy trawiące białka do aminokwasów (hydrolazy peptydowe = peptydazy,
enzymy proteolityczne) katalizują hydrolizę wiązania peptydowego:

-CO-NH- + H

2

O ---> -COO

-

+ NH

3+

Endopeptydazy rozrywają cząsteczki białka wewnątrz łańcucha peptydowego.
Egzopeptydazy działają na końce łańcuchów, oddzielając od nich aminokwasy.
Karboksypeptydazy odłączają aminokwas z końca łańcucha z wolną grupą -COOH.
Aminopeptydazy odłączają aminokwasy od końca łańcucha z wolną grupą -NH

2

.

Ze względu na kształt cząsteczki wyróżnia się białka fibrylarne i globularne.
Wydłużone cząsteczki białka fibrylarnego zbudowane są z rozciągniętych
łańcuchów polipeptydowych. Białka te nie rozpuszczają się w wodzie i oporne są
na działanie enzymów. Przykładami są keratyna (włosy, wełna, naskórek) i kolagen
(tkanka łączna) bogate w c

ysteinę.

Białka globularne mają kształt eliptyczny i są najczęściej dobrze rozpuszczalne w
wodzie oraz w roztworach soli. Spośród licznych białek globularnych należy
wymienić:

1. Albuminy. Są białkami rozpuszczalnymi w wodzie. Obecne
w mleku, w komórkach jajowych, we krwi, w ziarnach zbóż.
Mają masę cząsteczkową około 70000 (albuminy krwi 69000).
Zawierają głównie kwas asparaginowy, argininę i kwas
glutaminowy.

2. Globuliny. Obecne w mleku, w mięśniach, w osoczu krwi
(40% białka całkowitego)
i w spermie. Trudno rozpuszczalne w wodzie, łatwiej - w
roztworach soli. Mają masę cząsteczkowa powyżej 100.000.
Globuliny osocza krwi obejmują frakcję alfa

1

,

alfa

2

,

beta i gamma. Frakcja gamma to immunoglobuliny.

4

3. Histony. Zasadowe białka wchodzące w skład chromatyny
jądra komórkowego. Wyróżnia się 5 klas histonów, różniących
się stosunkiem argininy do lizyny, masa cząsteczkową i relacją
ilościową aminokwasów zasadowych do aminokwasów
kwaśnych. Histony H 1 (m.cz. 21.000) są bogate w lizynę.
Histony H2A (m.cz. 14.500)
i H2B (m.cz. 13.800) są średnio bogate w lizynę. Histony H3
(m.cz. 15.300) i H4 (m. cz. 11.300) są bogate w argininę.

4. Protaminy. Występują w spermie ssaków i ryb w
powiązaniu z kwasami nukleinowymi. Są zasadowymi
polipeptydami. Zawierają argininę, lizynę i (lub) histydynę.
Przedstawicielem może być klupeina (mlecz śledzi), salmina
(mlecz łososi), skombryna (mlecz makreli).

5. Prolaminy. Występują w ziarnach traw (składnik glutenu).
Są białkami kwaśnymi, pozbawionymi lub ubogimi w lizynę;
bogatymi w prolinę i oksyprolinę Rozpuszczają się w
alkoholach. Masa cząsteczkowa 30000-50000.

6. Gluteliny. Obecne w nasionach traw. Rozpuszczają się w
roztworach kwasów i zasad. Nierozpuszczalne w etanolu 70%.
Składnik glutenu.

W organizmie człowieka białka tworzą połączenia z innymi związkami
chemicznymi:

1. Fosfoproteidy zawierają kwas fosforowy estrowo związany
z grupami -OH seryny i treoniny. Przykładem jest kazeina
mleka (0,71% fosforu). W mleku kazeina występuje w postaci
soli wapniowych, jako kazeinian wapnia. Można ją wytrącić za
pomocą podpuszczki, roztworów soli
(Na

2

SO

4

(NH

4

)

2

SO

4,

NaCl, KCl, MgSO

4

) i kwasów

(siarkowy, solny, mlekowy), acetonu i alkoholi.

2. Glikoproteidy to białka połączone z cukrowcami. Należą do
nich, lektyny, owoalbumina, kolagen, ceruloplazmina,
fibrynogen, haptoglobuliny, mucyna, transferyna. W skład
istoty podstawowej tkanki łącznej wchodzą laminina i
fibronektyna.

5

3. Lipoproteidy są połączeniami tłuszczowców z białkami, np.
lecytyna związana z albuminą żółtka w komórce jajowej.
Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie. Zatem, aby organizm
mógł je przetransportować za pośrednictwem krwi musza być
one związane z białkami. W hepatocytach obok lipidów
produkowane są białka transportujące apolipoproteiny A, B i C.
Wyróżnia się 4 frakcje

lipoprotein krwi: alfa

l

- HDL - high

density lipoproteins (o dużej gęstości; 18-30%), beta - LDL (o
małej gęstości; 50-70%), beta

2

VLDL - very low density

lipoprotein (o bardzo małej gęstości), chylomikrony
(produkowane przez komórki adsorpcyjne nabłonka jelita, a
rozkładane przez hepatocyty; 10%; są liposomami
naturalnymi). Duże stężenie LDL (low density lipoprotein)
sprzyja rozwojowi miażdżycy.

4. Chromoproteidy są to białka połączone z różnymi
barwnikami: hemoglobina, hemocyjanina, cytochromy,
rodopsyna, melanoproteidy, flawoproteidy, ceruloplazmina
(transportuje miedź), transferryna (transportuje żelazo).

5. Nukleoproteidy to białka wielkocząsteczkowe połączone z
kwasami nukleinowymi: histony, białka niehistonowe (m.cz.
30000-225000).

6. Mukoproteidy - grupa białkowców zawierająca w składzie
więcej niż 4% cukrowca. Obecnie jest włączona do
glikoproteidów. Dawniej zaliczano tu mucynę, obecną w śluzie
(ślina). Mucyna jest glikoproteiną kwaśną, zawierającą kwas
sialowy.

Cukrowce

Cukry, czyli sacharydy (węglowodany

2

) są to związki organiczne, aldehydowe i

ketonowe pochodne alkoholi wielowodorotlenowych, o ogólnym wzorze
sumarycznym C

n

(H

2

O)

n

. Stanowią podstawowy składnik energetyczny i

6

budulcowy organizmów roślinnych i zwierzęcych. Głównym źródłem cukrów na
Ziemi jest fotosynteza. Ogólny podział cukrowców:

1. Monosacharydy: diozy, triozy (aldehyd glicerynowy,
dihydroksyaceton), tetrozy (np. erytroza), pentozy (np.
arabinoza, ramnoza, fukoza, ryboza, dezoksyryboza, ksyloza),
heksozy (np. glukoza, fruktoza, galaktoza, mannoza, sorboza).

2.

Oligosacharydy (np. sacharoza, laktoza, maltoza,

izomaltoza, celobioza, trehaloza).

3. Polisacharydy (np. skrobia, glikogen, inulina, celuloza).

Monosacharydy, czyli cukry proste są ciałami stałymi, barwy białej łatwo
rozpuszczalnymi w wodzie, o masie molowej >200. Są optycznie czynne. Pod
względem chemicznym należą do hydroksyaldehydów lub hydroksyketonów
poliwodorotlenowych; stąd rozróżnia się aldozy (np. arabinoza, ksyloza, ryboza,
glukoza, mannoza, galaktoza)

i ketozy (np. rybuloza, fruktoza, sorboza). Z kwasami

ulegają estryfikacji. Polikondensują tworząc di,- oligo- i polisacharydy. Z tego
względu, że w cząsteczkach cukrów występują obok siebie grupy aldehydowe (lub
ketonowe) i alkoholowe, powstają wewnątrzcząsteczkowe wiązania półacetalowe
(półketalowe) między grupą aldehydową (ketonową) a grupa wodorotlenową.
Efektem tego są heterocykliczne układy o pięcio- lub sześcioczłonowym
pierścieniu, pochodnym furami lub piranu. Odpowiadające im monosacharydy
nazywają

się furanozami lub piranozami.

Dzięki obecności grupy -OH, cukry mogą tworzyć przy asymetrycznym atomie
węgla C

1

wiązania glikozydowe. Warunkuje to tworzenie oligo- i polisacharydów.

Właściwości chemiczne monosacharydów wynikają z obecności w cząsteczce
dwóch grup funkcyjnych -CHO (=CO) i -OH. Grupy aldehydowe wykazują
właściwości redukujące i utleniające, zdolność tworzenia osazonów, oksymów i
addycji HCN. Grupy -OH można acetylować bezwodnikiem octowym.

--------------------

2

Nazwa węglowodany pochodzi od węgla i wody, bowiem stosunek wodoru do tlenu jest taki jak w wodzie tj.

2:1, jednakże w przeciwieństwie do wody cukry obok tlenu i wodoru zawierają jeszcze węgiel.

7

-----------------------------

W wyniku redukcji glukozy powstaje alkohol heksawodorotlenowy -sorbitol, a
następnie heksan. Utlenienie glukozy prowadzi do powstania kwasu glukonowego.
Pod wpływem stężonych kwasów z pentoz powstaje furfural a z heksoz 5-
hydroksymetylenofurfural, który następnie przechodzi w kwas
lewulinowy

(ketonokwas). Aldehydowe pochodne furami tworzą barwne produkty

kondensacji z floroglucyną, z naftolem, tymolem czy rezorcyną. Zostało to
wykorzystane do analizy jakościowej cukrowców. Ogólną (uniwersalną) reakcją
barwną wskazującą na obecność sacharydu je

st reakcja Molischa: alkoholowy

20% roztwór alfa-naftolu lub tymolu z dodatkiem kilku kropli H

2

SO

4

w

obecności cukrów zabarwia się na czerwono lub czerwonofiołkowo.

Reakcja z floroglucyną

służy do odróżnienia pentoz od heksoz. Pentozy

zabarwiają się na czerwonowiśniowo.

Reakcja z antronem służy do wykrywania heksoz (niebieskie zabarwienie).

Reakcja Seliwanowa (z rezorcyną) wykorzystywana jest do wykrywania ketoz
(zabarwienie łososiowe).

Glukoza (cukier gronowy, dekstroza) występuje w organizmach roślinnych
(produkt fotosyntezy) w formie wolnej (np. w owocach winogron, agrestu,
berberysu) lub w postaci disacharydów (sacharoza, maltoza, celobioza). Glukoza
jest monomerem polisacharydów (glikogen, skrobia) oraz składnikiem licznych
glikozydów.

Glukoza stanowi podstawowy składnik energiodajny. Jest łatwo absorobowana
po podaniu doustnym. Zmniejsza zapotrzebowanie na metabolizm tłuszczów,
zapobiega ketonemii i kwasicy przez zwiększenie ilości glikogenu w wątrobie.
Przy niedostatecznej podaży glukozy w pożywieniu u

intensywnia się utlenianie

tłuszczów w organizmie i wzrasta stężenie pośrednich produktów beta-oksydacji
(kwas hydroksymasłowy i acetooctowy). Produkty te kumulują się we krwi,
powodując ketonemię.

Glukoza jest odżywka energetyczną mięśni, wzmacnia skurcze serca, rozszerza
naczynia wieńcowe, działa moczopędnie. W medycynie sportowej jest stosowana
jako środek ogólnie tonizujący (w stanach wyczerpania, przy długotrwałych
wysiłkach fizycznych, po przetrenowaniu). W komórkach ulega aktywacji
przechodząc w fosf

ocukry (np. glukozo-6-fosforan). Po aktywacji może

8

przekształcać się w inne cukry proste. Magazynowana jest głównie w wątrobie i w
mięśniach (glikogen). Ulega glikolizie do kwasu pirogronowego i mlekowego
dostarczając ATP. Prawidłowe stężenie D-glukozy (prawoskrętnej) we krwi wynosi
3,6-6,1 mmol/l (0,7-1,1 g/l).

Glukoza jest aldozą (aldoheksoza). Ten cukier prosty wykazuje wpływ redukujący
dzięki obecności w cząsteczce grupy karbonylowej =CO, w formie aldehydowej - -
CHO. Grupa aldehydowa ulega utlenieniu w ś

rodowisku zasadowym.

Fruktoza (lewuloza) powstaje w drodze izomeryzacji z glukozy. Występuje w
miodzie, w owocach (łac.

fructus -

owoc) i w spermie.

Składnik sacharozy i polisacharydu - inuliny. W organizmie zwierząt występuje w
formie aktywnej, ufosforylowanej jako fruktozo-6-fosforan, fruktozo-1-fosforan i
fruktozo-1,6-difosforan (pośrednie metabolity glikolizy i glukoneogenezy). W
przewodzie pokarmowym wchłaniana jest wolniej niż glukoza. Jest jednak szybciej
metabolizowana i bez udziału insuliny. Przy

spiesza metabolizm etanolu, co zostało

wykorzystane w lecznictwie przy zatruciu alkoholowym. Nie zwiększa stężenia
glukozy we krwi.

Galaktoza jest składnikiem budulcowym cukru mlekowego - laktozy i
wielocukrów roślinnych (hemicelulozy, galaktany). Wchodzi w skład śluzów i gum
roślinnych. W organizmie człowieka występuje w formie aktywnej: galaktozo-1-
fosforan i UDP-galaktoza. Jest przekształcana w UDP-glukozę lub utleniana do
kwasu UDP-galakturonowego. Niezbędna do syntezy glikolipidów.

Właściwości redukujące posiadają także cukry z grupa ketonową =C=O, czyli
ketozy. Należy tutaj fruktoza. Redukuje ona miedź dwuwartościową na miedź
jedno wartościową w reakcji Fehlinga. Za pomocą tej reakcji można wykryć
obecność cukrów redukujących w materiale tkankowym i

w miodzie. Zarówno

glukoza jak i fruktoza gromadzone są w owocach.

Pod wpływem stężonych kwasów (H

2

SO

4

, HC1, CH

3

COOH) heksozy tworzą 5-

hydroksymetylenofurf

ural. Aldehydowe pochodne furanu kondensują ze

związkami fenolowymi: tymol, rezorcyna, alfa-naftol, floroglucyna, np. reakcja
Molischa (powstaje wówczas barwny triarylometan z układem chinoidowym).
Związki fenolowe zawierające l grupę -OH (naftol, tymol) wytwarzają z furfuralem
związki triarylometanowe. Natomiast związki fenolowe posiadające kilka grup -
OH (floroglucyna, orcyna, rezorcyna) dają w reakcji z furfuralem związki
ksantenowe.

9

Ketozę - fruktozę możemy wykryć w materiale roślinnym (owoce) i w miodzie,
przeprowadzając reakcję Seliwanowa.

Oligosacharydy są to wielocukry proste, zbudowane z 2-10 cząsteczek
monosacharydów, połączonych wiązaniami glikozydowymi. Pod wpływem
hydrolizy kwaśnej lub enzymatycznej rozpadają się na monomery, najczęściej
pentozy lub heksozy. Jednocukry wchodzące w skład bisacharydów (dwucukrów)
mają budowę cykliczną i łączą się między sobą za pomocą wiązania O-
glikozydowego alfa lub beta, czyli atom wodoru hemiacetalowej grupy -OH jest
podstawiony resztą drugiej cząsteczki cukru. Wiązania glikozydowe są wiązaniem
typu eterowego i powstają przy wydzieleniu wody. W bisacharydachredukujących
cząsteczka wody powstaje z dwóch grup wodorotlenowych, przy czym jedna z nich
jest grupą glikozydowa; natomiast w dwucukrach nieredukujących cząsteczka
wody wydziela się z dwóch grup glikozydowych (obie są zablokowane).

Maltoza (cukier słodowy) zbudowana jest z dwóch cząsteczek D-glukozy
połączonych wiązaniami alfa-l,4-glikozydowymi. Można ja otrzymać z glikogenu
lub ze skrobie w wyniku hydrolizy enzymatycznej (enzym diastaza, czyli amylaza).
Jest cukrem redukującym. Występuje w trawach. Malto

za jest trawiona w jelicie

przez maltazę do dwóch cząsteczek glukozy.

Sacharoza (cukier trzcinowy, cukier buraczany) zbudowany jest z fruktozy i z
glukozy. Nie ma właściwości redukujących. Występuje w tkankach miękiszowych
roślin. W soku jelitowym ulega hydrolizie pod wpływem sacharazy (inwertaza) i
alfa-glukozydazy.

Grupy redukujące obu cukrów sacharozy posłużyły do utworzenia wiązania
glikozydowego poprzez węgiel 1 glukozy i węgiel 2 fruktozy. Można powiedzieć,
że sacharoza jest alfa-D-glukozo-beta-D-fruktozydem. Nastąpiło więc
zablokowanie grup -OH; heksozy budujące bisacharyd nie mogą zorganizować
grupy aldehydowej lub ketonowej warunkującej właściwości redukujące.

Pod wpływem hydrolizy kwaśnej lub enzymatycznej sacharoza ulega rozpadowi do
D-glukozy i D-fruktozy tworząc cukier inwertowany (roztwór sacharozy posiada na
początku prawoskrętność, potem lewoskrętność - zjawisko inwersji, czyli zmiany
skręcalności optycznej). W reakcji hydrolizy kwasowej pod wpływem jonów
wodorowych cząsteczka sacharozy pochła

nia cząsteczkę H

2

O i rozpada się na

monosacharydy:

C

12

H

22

0

11

+ H

2

0 ---> C

6

H

12

0

6

+ C

6

H

12

0

6

10

Laktoza (cukier mlekowy) jest disacharydem redukującym o wiązaniu alfa 1,4,
zbudowanym z D-glukozy i z D-galaktozy. Występuje w mleku ssaków (mleko
kobiece - 6%, mleko krowie - 4,5%). Jest niezbędna do syntezy gangliozydów
mózgowych. Zawarta w soku jelitowym laktaza (beta-D-galaktozydaza) trawi
laktozę do cukrów prostych.

Polisacharydy są glikozydami, których makrocząsteczki zbudowane są z setek lub
tysięcy reszt węglowodanowych, połączonych ze sobą przez atomy tlenu grup
półacetalowych. Cząsteczki mają budowę liniową lub rozgałęzioną. Wyróżnia się
monoglikany (zbudowane z jednego rodzaju cukru prostego) i heteroglikany
(złożone z co najmniej

dwóch rodzajów cukru prostego lub ich pochodnych).

Pełnią funkcję materiału budulcowego i zapasowego.

Wraz ze wzrostem masy cząsteczki maleje rozpuszczalność polisacharydu w
wodzie. Nie mają właściwości redukujących. Mogą mieć charakter obojętny lub
kwaśny (gdy występują w budowie składniki kwasowe, np. grupa siarczanowa,
kwasy uronowe).

W wyniku hydrolizy kwaśnej lub enzymatycznej z polisacharydów powstają
bisacharydy lub monosacharydy.

Glikogen. Jest to polisacharyd zbudowany z cząsteczek alfa-D-glukozy,
połączonych wiązaniami alfa-1-4- i alfa-l-6-glikozydowymi. Struktura przypomina
amylopektynę, bowiem cząsteczka jest krzaczkowato rozgałęziona. Rozgałęzienia
występują co 8-12 reszt glukozowych. Masa cząsteczkowa wynosi od l mln do

5

mln. Stanowi podstawowy związek zapasowy (energiodajny) zwierząt, rzadziej
roślin (obecny jest u niektórych roślin, np.
glistnika

Chelidonium,

kuklika

Geum).

Ponadto syntetyzowany przez

bakterie, glony i grzyby.

W mięśniach występuje około 0,6-1%, a w wątrobie 6- 8% glikogenu. Pomimo tak
dużej cząsteczki jest rozpuszczalny w wodzie (pęcznieje w zimnej wodzie). Płyn
Lugola zabarwia go na czerwono lub brunatno. W razie niedoboru glukozy we krwi
następuje uaktywnienie rezerw węglowodanów w formie glikogenu.

W procesie

fosforolizy czyli glikogenolizy zachodzi odłączanie cząsteczek glukozy od
łańcucha glikogenu. Reakcję katalizuje fosforylaza glikogenowa:

(C

6

H

12

O

6

),, — +Pi—fosforylaza glikogenowa ——> glukozo-1-fosforan —

fosfoglukomutaza-—» glukozo-6-fosforan— odjęcie Pi — glukozo-6-fosfataza
—> glukoza C

6

H

12

O

6

11

Skrobia

(amylum) -

polisacharyd (glukan) zbudowany z alfa-D-glukozy.

Cząsteczki glukozy połączone są wiązaniami alfa-glikozydowymi (zatem reszty
glukozowe są połączone w wiązaniami 1-4; oznaczato, że atom węgla pierwszego
C-1 jednego pierścienia połączony jest z atomem węgla czwartego C-4 drugiego
pierścienia). Cząsteczka skrobi na jednym końcu posiada glikozydowy atom C-1, a
na drugim końcu atom C-4. Na jednym z końców występuje więc cząsteczka
glukozy

mająca wolną grupę redukującą. Przy udziale enzymu fosforylazy = alfa-l-

4-glikofosforylazy (fosforoliza - rozkład skrobi i glikogenu do glukozo-1-
fosforanu) cząsteczka skrobi jest trawiona poczynając od końca łańcucha
pozbawionego grupy redukującej. Cząste

czka skrobi jest równomiernie skręcona,

przy czym każdy skręt obejmuje 6 cząsteczek glukozy. W skład skrobi wchodzą
dwie frakcje: amyloza i amylopektyna.

Amyloza (20-35%) zbudowana jest z nierozgałęzionych łańcuchów (struktura
linearna) złożonych z 200-1000 cząsteczek glukozy, połączonych wiązaniami alfa-
1-4-glikozydowymi. Masa cząsteczkowa około 150 000

Amylopektyna zbudowana jest z 1200-3600 reszt glukozy połączonych w łańcuchy
rozgałęzione, przy czym rozgałęzienia utworzone są przez wiązania alfa-l-6-
glikozydowe. Masa cząsteczkowa - około 1 mln.

Hydrolizę enzymatyczna skrobi przeprowadzają enzymy zwane ogólnie amylazami
(alfa-, beta- i gamma).

Alfa-amylazy (endoamylazy) rozkładają skrobię do dekstryny, a potem do maltozy
i izomaltozy. Występuje w ślinie.

Beta-amylazy (egzoamylazy) trawią skrobię do maltozy (hydroliza co drugiego
wiązania glikozydowego). W amylopektynie odcinają łańcuchy boczne (dając
amylodekstrynę). Gamma-amylazy trawią skrobię do glukozy.

W wyniku hydrolizy kwasowej skrobi początkowo uzyskuje się dekstryny, których
masa cząsteczkowa stopniowo obniża się. Wreszcie wydziela się maltoza i glikoza:

(C

6

H

10

O

5

)

n

— H

2

O, H+ —» amylodekstryny —> H

2

O, H+ —>

erytrodekstryny —H

2

O, H+ ——> achrodekstryny —H

2

O, H+ ——» maltoza

C

12

H

22

O

11

—H

2

O, H+ —> glukoza C

6

H

12

O

6

Amylodekstryny zabarwiają się płynem Lugola na niebiesko. Erytrodekstryny pod
wpływem odczynnika Lugola przybierają barwę czerwoną, natomiast
achrodekstryny zabarwienia nie wykazują.

12

Amylopektyna nie jest rozpuszczalna w wodzie (jedynie pęcznieje), podczas gdy
amyloza rozpuszcza się w gorącej wodzie tworząc zol koloidalny.

U roślin skrobia jest gromadzona w plastydach, głównie w leukoplastach.
Wypełniony leukoplast ziarnami skrobi nosi nazwę amyloplastu.

Hydroliza kwasowa skrobi.

(C

6

H

10

0

5

)

n

+

n

H

2

0 ---kwas,H

+

--->

n

C

6

H

12

O

6

Celuloza (błonnik) to polisacharyd zbudowany z 3-8 tys. (u zielenicy

Yalonia

do

25 tys.!) cząsteczek glukozy (beta-D-glukopiranozy) połączonych wiązaniami beta-
glikozydowymi (beta 1-4). Wyższą jednostką strukturalną błonnika jest celobioza,
czyli bisacharyd. Celuloza w substancji jest proszkiem zbudowanym z małych
włókienek, nierozpuszczalnych w wodzie, bez smaku i zapachu.

Celuloza to typowy i charakterystyczny składnik roślinny. Występuje także u
niektórych bezkręgowców, osłonie

Tunicata

(strunowce

Chordata;

substancja

pod nazwą tunicyna), pierwotniaków, sinic i bakterii (np.

Acetobacter xylinum).

Składnik budulcowy ścian komórkowych. Łańcuchy celulozy tworzą mikrofibryle,
czyli włókienka o średnicy 10 nm. Strefy regularnego ułożenia cząsteczek celulozy
(układ krystaliczny, równoległy) nosi nazwę micelli. Przestrzenie pomiędzy tymi
micellami noszą nazwę przestrzeni międzymicellarnych. Pomiędzy cząsteczkami
wy stępuj ą mostki wodorowe, stabilizujące strukturę. Mostki wo

dorowe łączą

poszczególne łańcuchy ze sobą w sieć.

Celuloza jest odporna na niszczące działanie większości związków. W przewodzie
pokarmowym człowieka nie ulega strawieniu. Jest jednak ważnym składnikiem
pożywienia, bowiem reguluje przesuwanie treści pokarmowej przez przewód
trawienny; wpływając na strukturę pokarmu — zapewnia właściwe jego
przesycenie sokami trawiennymi i zwiększa dostęp enzymów do poszczególnych
składników odżywczych. Ponadto reguluje defekację, rozluźniając masę kałową.
Wreszcie zapewnia

podłoże rozwojowe dla naturalnej (symbiotycznej) mikroflory i

mikrofauny układu pokarmowego.

Celuloza jest trawiona przez niektóre bakterie z rodzaju

(Cytophaga,

Cellvibrio, Sorangium,

beztlenowy

Clostridium thermocellum),

grzyby (np. z

rodzaju

Fusarium, Chaetomium, Trichoderma),

pierwotniaki

(Entodinium,

Diplodinium),

zwierzęta bezkręgowe (owady, mięczaki, pierścienice) i parazytofity

13

(rośliny wyższe pasożytnicze, np. z rodziny

Cuscutaceae, Scrophulariaceae,

Orobanchaceae).

Organizmy te wyposażone są w celulazy. Celulaza to nazwa

zbiorcza dla trzech podstawowych frakcji enzymów: endo-beta-l,4-glukanazy
(trawią wewnątrzcząsteczkowe wiązania beta-1,4, powstają łańcuchy o wolnych
końcach); egzo-beta-l,4-glukanazy (od końców odcinają bisacharyd celobiozę);
bet

a-glukozydazy = celobiazy (trawią celobiozę do glukozy).

Stężony kwas siarkowy rozkłada cząsteczki celulozy do glukozy. Jest to proces
scukrzenia celulozy (mieszanina celobiozy i glukozy):

(C

6

H

10

0

5

)

n

+

n

H

2

0 — kwas, H

+

—>

n

C

6

H

12

O

6

Odczynnik Schweizera rozpuszcza celulozę. Celuloza jest ważnym surowcem w
przemyśle chemicznym. Uzyskuje się z niej fibrę (tworzywo termoplastyczne
odporne na ścieranie), celofan, celuloid i octany celulozy (tworzywa podobne do
celuloidu).

W organizmach żywych celuloza jest ściśle powiązana z hemicelulozami.

Hemicelulozy (półbłonniki) są również wielocukrami zbudowanymi głównie z
pentoz (arabinoza, ksyloza), heksoz (mannoza, glukoza, galaktoza), kwasów
uronowych (kwas galakturonowy, kwas glukuronowy) i z dezoksycukrów (utrata
jednego atomu tlenu w odpowiednim cukrze), np. ramnozy. Pełnią funkcje
materiału zapasowego i strukturalnego. Wchodzą w skład śluzów i ścian
komórkowych roślin, porostów i grzybów. Ulegają hydrolizie do cukrów prostych
pod wpływem rozcieńczonych

kwasów i enzymów.

Pektyny

Pektyny są to linearne polisacharydy poliuronidowe (polimery kwasów
uranowych). Monomerem jest najczęściej kwas poligalakturonowy
(poligalakturonian). Cząsteczki tego kwasu połączone są wiązaniami
glikozydowymi w pozycji alfa-1 —>4. Grupy -COOH są zestryfikowane, a grupy -
OH zacetylowane. W skład polimerów pektynowych wchodzą również cukry:
arabinoza (polimer arabanowy; cząsteczki arabinofyranozowe połączone
wiązaniami alfa-1—>5 glikozydowymi), ksyloza, galaktoza (polimer galakta

nowy;

cząsteczki galaktozy połączone wiązaniami glikozydowymi beta-1—>4).

Pektyny wchodzą w skład ścian komórkowych. W roztworach kwasów i cukrów
tworzą żele (zastosowanie w przemyśle spożywczym i w gospodarstwie

14

15

domowym). Zawarte w pokarmach pektyny pobudzają perystaltykę jelit, działają
ochronnie, hemostatycznie, przeciwzapalnie, przeciwbiegunkowe; zapobiegają
zaparciom.

Trawione są przez poligalakturonazę, czyli pektynazę, która jest glikozydazą
katalizującą rozpad wiązania alfa-1—>4 glikozydowe. Pektynoesterazy katalizuje
hydrolizę wiązań estrowych między grupami -COOH i -OH (wiązania
metyloestrowe).