Biochemia

Biochemia

Część I

Część I

Podręczniki

Podręczniki

Robert K. Murray, Daryl K. Granner,

Robert K. Murray, Daryl K. Granner,

Peter A. Mayers, Victor W. Rodwell

Peter A. Mayers, Victor W. Rodwell

BIOCHEMIA HARPERA

BIOCHEMIA HARPERA

Wydawnictwo Lekarskie PZWL

Wydawnictwo Lekarskie PZWL

2004

2004

Podręczniki

Podręczniki

Helena Ciborowska, Anna Rudnicka

Helena Ciborowska, Anna Rudnicka

DIETETYKA

DIETETYKA

Żywienie zdrowego i chorego człowieka

Żywienie zdrowego i chorego człowieka

Wydawnictwo Lekarskie PZWL

Wydawnictwo Lekarskie PZWL

Warszawa 2004

Warszawa 2004

Skład ciała ludzkiego

Skład ciała ludzkiego

Enzymy

Enzymy

Enzymy (c.d.)

Enzymy (c.d.)

Schemat przemian

Schemat przemian

Schemat metabolizmu

Schemat metabolizmu

węglowodanów

węglowodanów

Węglowodany

Węglowodany

Są to związki organiczne zwane cukrami. Zbudowane z
węgla. wodoru i tlcnu. Stosunek wodoru do tlenu jest taki
sam, jak w wodzie i wynosi 2 :1
Węglowodany zawierają kilka i więcej grup hydroksylowych
(—OH) i co najmniej jedną grupę karbonylową: aldehydową
(—CHO) lub ketonową (=CO). Syntetyzowane są głównie
przez rośliny z dwutlenku węgla i wody w procesie
fotosyntezy (zwierzęta mogą syntetyzować niektóre
węglowodany z tłuszczu lub białka). Ze względu na wielkość
cząsteczki dzielimy je na:
I ) cukry proste monosacharydy
2) węglowodany złożone:
• oligosacharydy, w czasie ich hydrolizy powstaje nie więcej
niż 6 cząsteczek monosacharydów,
• polisacharydy -- wielocząsteczkowe polimery zbudowane z
monosacharydów, w czasie hydrolizy powstaje z nich więcej
niż 6 cząsteczek monosacharydów.

Cukry proste

Cukry proste



•

•

Opisywane są ogólnym wzorem C

Opisywane są ogólnym wzorem C

n

n

(H

(H

2

2

O)

O)

n

n

.

.



•

•

Nie ulegają hydrolizie do form prostszych.

Nie ulegają hydrolizie do form prostszych.



•

•

Zawierają od 3 do 10 atomów węgla w

Zawierają od 3 do 10 atomów węgla w

cząsteczce.

cząsteczce.



Monosacharydy zawierające grupę aldehydową

Monosacharydy zawierające grupę aldehydową

nazywane są aldozami

nazywane są aldozami



Monosacharydy zawierające grupę ketonową

Monosacharydy zawierające grupę ketonową

nazywane są ketozami

nazywane są ketozami

Izomeria przestrzenna

Izomeria przestrzenna



Konfiguracja podstawników grupy —OH przy ostatnim

Konfiguracja podstawników grupy —OH przy ostatnim

atomie węgla asymetrycznego jest podstawą do podziału

atomie węgla asymetrycznego jest podstawą do podziału

na szeregi L i D. Jeżeli grupa —OH przy tym atomie węgla

na szeregi L i D. Jeżeli grupa —OH przy tym atomie węgla

znajduje się po prawej stronie, to cukier należy do szeregu

znajduje się po prawej stronie, to cukier należy do szeregu

D, a jeśli po stronie lewej, to cukier zalicza się do szeregu

D, a jeśli po stronie lewej, to cukier zalicza się do szeregu

L.

L.

Izomeria przestrzenna

Izomeria przestrzenna

c.d.

c.d.



Gdy kryształki cukru ulegną w wodzie rozpuszczeniu

Gdy kryształki cukru ulegną w wodzie rozpuszczeniu

dochodzi do wewnątrzcząsteczkowej cyklizacji. Cząsteczki

dochodzi do wewnątrzcząsteczkowej cyklizacji. Cząsteczki

cukru z formy łańcuchowej przechodzą w formę

cukru z formy łańcuchowej przechodzą w formę

pierścieniową. Wodór z grupy OH znajdującej się przy

pierścieniową. Wodór z grupy OH znajdującej się przy

ostatnim węglu asymetrycznym przemieszcza się do

ostatnim węglu asymetrycznym przemieszcza się do

pierwszego węgla. Położenie grupy OH przy tym węglu po

pierwszego węgla. Położenie grupy OH przy tym węglu po

prawej stronie oznacza formę

prawej stronie oznacza formę





, po lewej formę

, po lewej formę





.

.

Właściwości cukrów

Właściwości cukrów



Ulegają przekształceniu w formie ufostorylowanej.

Ulegają przekształceniu w formie ufostorylowanej.



Łatwo łączą się z kwasami tworząc estry. Ważne są estry

Łatwo łączą się z kwasami tworząc estry. Ważne są estry

cukrów z kwasem fosforowym, wchodzą one w skład

cukrów z kwasem fosforowym, wchodzą one w skład

kwasów nukleinowych, biorą udział w przemianach

kwasów nukleinowych, biorą udział w przemianach

cukrów.

cukrów.



Cukry aldozy (pod wpływem enzymów) przyłączają

Cukry aldozy (pod wpływem enzymów) przyłączają

wodór i przechodzą w wielowodorotlenowy alkohol, np.

wodór i przechodzą w wielowodorotlenowy alkohol, np.

glukoza przekształca się w sorbitol — związek

glukoza przekształca się w sorbitol — związek

występujący w wielu owocach, a mannoza tworzy

występujący w wielu owocach, a mannoza tworzy

mannitol.

mannitol.



Monosacharydy zawieiające grupę aldehydową łatwo się

Monosacharydy zawieiające grupę aldehydową łatwo się

utleniają. Utlenianie grupy aldehydowej prowadzi do

utleniają. Utlenianie grupy aldehydowej prowadzi do

wytworzenia kwasów onowych,utlenianie ostatniej grupy

wytworzenia kwasów onowych,utlenianie ostatniej grupy

alkoholowej do powstania kwasów uronowych.

alkoholowej do powstania kwasów uronowych.



Do najważniejszych kwasów uronowych należy kwas D—

Do najważniejszych kwasów uronowych należy kwas D—

glukuronowy.

glukuronowy.



Pochodną cukrów prostych jest także kwas askorbinowy

Pochodną cukrów prostych jest także kwas askorbinowy

(witamina C).

(witamina C).

Przegląd

Przegląd

monosacharydów

monosacharydów

Przegląd

Przegląd

monosacharydów (c.d.)

monosacharydów (c.d.)

Cukry złożone

Cukry złożone



Węglowodany złożone składają się z

Węglowodany złożone składają się z

cukrów prostych połączonych między sobą

cukrów prostych połączonych między sobą

wiązaniem glikozydom.

wiązaniem glikozydom.



Wiązanie glikozydowe tworzy się między

Wiązanie glikozydowe tworzy się między

dwiema grupami —OH, z których co

dwiema grupami —OH, z których co

najmniej jedna jest dołączona do

najmniej jedna jest dołączona do

glikozydowego atomu węgla

glikozydowego atomu węgla



Węglowodany złożone dzielą się na

Węglowodany złożone dzielą się na



oligosacharydy

oligosacharydy



polisacharydy

polisacharydy

Oligosacharydy

Oligosacharydy



Oligosacharydy są to cukry złożone o stosunkowo

Oligosacharydy są to cukry złożone o stosunkowo

małej masie cząsteczkowej. Pod względem

małej masie cząsteczkowej. Pod względem

właściwości podobne są do monosacharydów.

właściwości podobne są do monosacharydów.



Z reguły mają smak słodki i są rozpuszczalne w

Z reguły mają smak słodki i są rozpuszczalne w

wodzie.

wodzie.



Najważniejsze z nich to dwucukry o wzorze

Najważniejsze z nich to dwucukry o wzorze

C

C

12

12

H

H

22

22

O

O

11

11

.

.



Disacharydy — dwucukry zbudowane z 2

Disacharydy — dwucukry zbudowane z 2

cząsteczek monosacharydów połączonych

cząsteczek monosacharydów połączonych

wiązaniem glikozydowym..

wiązaniem glikozydowym..



Ulegają hydrolizie pod wpływem enzymów lub

Ulegają hydrolizie pod wpływem enzymów lub

kwasów według równania:

kwasów według równania:

Oligosacharydy

Oligosacharydy



C

C

12

12

H

H

22

22

0

0

11

11

+ H

+ H

2

2

0 — C

0 — C

6

6

H

H

12

12

0

0

6

6

+ C

+ C

6

6

H

H

12

12

0

0

6

6



Nazwa chemiczna disacharydów

Nazwa chemiczna disacharydów

uwzględnia:

uwzględnia:



nazwę cukrów prostych,

nazwę cukrów prostych,



charakter wiązania glikozydowego

charakter wiązania glikozydowego





lub

lub





,

,



liczbę porządkową atomów węgla, z którymi

liczbę porządkową atomów węgla, z którymi

wytworzone zostało wiązanie glikozydowe.

wytworzone zostało wiązanie glikozydowe.

Sacharoza

Sacharoza



Sacharoza — (glukoza + fruktoza), nazywana

Sacharoza — (glukoza + fruktoza), nazywana

także cukrem trzcinowym lub buraczanym, a w

także cukrem trzcinowym lub buraczanym, a w

życiu codziennym potocznie cukrem. Zbudowana

życiu codziennym potocznie cukrem. Zbudowana

jest z cząstek D-glukozy i D-fruktozy połączonych

jest z cząstek D-glukozy i D-fruktozy połączonych

wiązaniem 1 — 2 glikozydowym. Występuje w

wiązaniem 1 — 2 glikozydowym. Występuje w

większych ilościach w trzcinie cukrowej,

większych ilościach w trzcinie cukrowej,

burakach cukrowych, a także w niektórych

burakach cukrowych, a także w niektórych

owocach (ananasy) i warzywach (marchew).

owocach (ananasy) i warzywach (marchew).

Doskonale rozpuszcza się w wodzie, nie ma

Doskonale rozpuszcza się w wodzie, nie ma

właściwości redukujących.

właściwości redukujących.

Laktoza

Laktoza



•

•

Laktoza — (glukoza + galaktoza) cukier

Laktoza — (glukoza + galaktoza) cukier

mleczny złożony z cząsteczek D-glukozy i D-

mleczny złożony z cząsteczek D-glukozy i D-

galaktozy. Ma wiązanie typu 1 — 4 . Występuje w

galaktozy. Ma wiązanie typu 1 — 4 . Występuje w

mleku wszystkich ssaków, np. mleko kobiece

mleku wszystkich ssaków, np. mleko kobiece

zawiera jej około 7%, a mleko krowie około 4%.

zawiera jej około 7%, a mleko krowie około 4%.

Jest mniej słodka od sacharozy, rozpuszczalna w

Jest mniej słodka od sacharozy, rozpuszczalna w

wodzie, ma właściwości redukujące.

wodzie, ma właściwości redukujące.



Laktoza metabolizowana jest przez bakterie

Laktoza metabolizowana jest przez bakterie

Lactobacillus casei do kwasu mlekowego, który

Lactobacillus casei do kwasu mlekowego, który

powoduje kwaśnienie mleka (kwas mlekowy

powoduje kwaśnienie mleka (kwas mlekowy

działa hamująco na procesy gnilne w jelitach).

działa hamująco na procesy gnilne w jelitach).

Niedobór enzymu laktazy wywołuje zaburzenia

Niedobór enzymu laktazy wywołuje zaburzenia

wchłaniania laktozy objawiające się wzdęciami i

wchłaniania laktozy objawiające się wzdęciami i

biegunką.

biegunką.

Maltoza

Maltoza



Maltoza — (glukoza + glukoza), cukier słodowy.

Maltoza — (glukoza + glukoza), cukier słodowy.



Jest zbudowana z 2 cząsteczek D-glukozy, ma wiązanie

Jest zbudowana z 2 cząsteczek D-glukozy, ma wiązanie

glikozydowe typu 1 -4

glikozydowe typu 1 -4





. Rzadko występuje w stanie

. Rzadko występuje w stanie

wolnym, jest przejściowym produktem hydrolizy skrobi i

wolnym, jest przejściowym produktem hydrolizy skrobi i

glikogenu. Występuje w dużych ilościach w słodzie

glikogenu. Występuje w dużych ilościach w słodzie

(skiełkowanych ziarnach zbóż, zwłaszcza jęczmienia,

(skiełkowanych ziarnach zbóż, zwłaszcza jęczmienia,

bogatych w enzymy hydrolizujące skrobię). Rozpuszcza się

bogatych w enzymy hydrolizujące skrobię). Rozpuszcza się

doskonale w wodzie, ma właściwości redukujące. Służy do

doskonale w wodzie, ma właściwości redukujące. Służy do

produkcji odżywek dla dzieci, preparatów dietetycznych,

produkcji odżywek dla dzieci, preparatów dietetycznych,

cukierków, jest wykorzystywana w piwowarstwie,

cukierków, jest wykorzystywana w piwowarstwie,

gorzelnictwie, piekarnictwie.

gorzelnictwie, piekarnictwie.

Trehaloza

Trehaloza



Trehaloza — (glukoza + glukoza), zbudowana z 2

Trehaloza — (glukoza + glukoza), zbudowana z 2

cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniem 1 —1

cząsteczek D-glukozy połączonych wiązaniem 1 —1





glikozydowym. Nie ma właściwości redukujących. Jest

glikozydowym. Nie ma właściwości redukujących. Jest

głównym składnikiem hemolimfy owadów, występuje także

głównym składnikiem hemolimfy owadów, występuje także

w grzybach, drożdżach.

w grzybach, drożdżach.

Polisacharydy

Polisacharydy



Są to wielocząsteczkowe polimery zbudowane z

Są to wielocząsteczkowe polimery zbudowane z

monosacharydów. Zawierają wiele setek, a nawet

monosacharydów. Zawierają wiele setek, a nawet

tysięcy cząsteczek cukrów prostych. Mogą składać

tysięcy cząsteczek cukrów prostych. Mogą składać

się:

się:



•

•

z jednego rodzaju monosacharydów

z jednego rodzaju monosacharydów

(homoglikany) np.: skrobia, glikogen, celuloza,

(homoglikany) np.: skrobia, glikogen, celuloza,

inulina, dekstryny,

inulina, dekstryny,



•

•

z wielu rodzajów różnych monosacharydów lub

z wielu rodzajów różnych monosacharydów lub

ich pochodnych (heteroglikany), np.

ich pochodnych (heteroglikany), np.

mukopolisacharydy,

mukopolisacharydy,



•

•

mogą tworzyć związki sprzężone (np.

mogą tworzyć związki sprzężone (np.

glikoproteiny. glikolipidy).

glikoproteiny. glikolipidy).



Polisacharydy w większości nie rozpuszczają się w

Polisacharydy w większości nie rozpuszczają się w

wodzie, nie są słodkie.

wodzie, nie są słodkie.

Polisacharydy (c.d.)

Polisacharydy (c.d.)



Pełnią funkcje:

Pełnią funkcje:



•

•

zapasowe (skrobia w bulwach, nasionach;

zapasowe (skrobia w bulwach, nasionach;

glikogen w organizmach zwierzęcych),

glikogen w organizmach zwierzęcych),



•

•

strukturalne (błonnik, celuloza u osłonic,

strukturalne (błonnik, celuloza u osłonic,

chityna u owadów i skorupiaków). Biorąc pod

chityna u owadów i skorupiaków). Biorąc pod

uwagę ich przyswajalność przez człowieka,

uwagę ich przyswajalność przez człowieka,

dzielimy je na:

dzielimy je na:



•

•

polisacharydy przyswajalne: skrobia, glikogen,

polisacharydy przyswajalne: skrobia, glikogen,



•

•

polisacharydy nieprzyswajalne: błonnik

polisacharydy nieprzyswajalne: błonnik

pokarmowy.

pokarmowy.

Skrobia

Skrobia



Skrobia jest materiałem zapasowym roślin, odkładanym

Skrobia jest materiałem zapasowym roślin, odkładanym

w postaci ziarenek, które występują pojedynczo,

w postaci ziarenek, które występują pojedynczo,

złożenie lub są zespolone w skupienia, tzw. agregaty.

złożenie lub są zespolone w skupienia, tzw. agregaty.

Kształt ziarenek i ich wielkość zależy od rodzaju rośliny

Kształt ziarenek i ich wielkość zależy od rodzaju rośliny

i na tej podstawie można określić ich pochodzenie.

i na tej podstawie można określić ich pochodzenie.

Ziarna skrobiowe nie są jednorodną, substancją

Ziarna skrobiowe nie są jednorodną, substancją

węglowodanową. Składają się z dwóch różnych cukrów:

węglowodanową. Składają się z dwóch różnych cukrów:

amylozy i amylopektyny.

amylozy i amylopektyny.



Amyloza stanowi 15—20% substancji. Tworzy

Amyloza stanowi 15—20% substancji. Tworzy

nierozgałęzioną strukturę

nierozgałęzioną strukturę



—

—

śrubowo skręcony łańcuch zawierający od 250 do

śrubowo skręcony łańcuch zawierający od 250 do

300 cząsteczek glukozy

300 cząsteczek glukozy



powiązanych

powiązanych





-glikozydowo w pozycjach 1 — 4.

-glikozydowo w pozycjach 1 — 4.

Amyloza znajduje się w wewnętrznej części ziaren

Amyloza znajduje się w wewnętrznej części ziaren

skrobi, rozpuszcza się w gorącej wodzie, dając roztwór

skrobi, rozpuszcza się w gorącej wodzie, dając roztwór

koloidowy.

koloidowy.

Skrobia (c.d.)

Skrobia (c.d.)



Amylopektyna stanowi 80—85% substancji,

Amylopektyna stanowi 80—85% substancji,

tworzy łańcuchy rozgałęzione zawierające około

tworzy łańcuchy rozgałęzione zawierające około

1000 jednostek glukozy. Krótkie proste łańcuchy

1000 jednostek glukozy. Krótkie proste łańcuchy

składające się z 25—30 jednostek glukozy

składające się z 25—30 jednostek glukozy

połączone są w pozycji 1 —4

połączone są w pozycji 1 —4





-glikozydowo.

-glikozydowo.



Łańcuchy te połączone są między sobą

Łańcuchy te połączone są między sobą

wiązaniami 1 —6

wiązaniami 1 —6





glikozydowym (wiązanie

glikozydowym (wiązanie

charakterystyczne dla izomaltozy).

charakterystyczne dla izomaltozy).



Amylopektyna stanowi zewnętrzną warstwę

Amylopektyna stanowi zewnętrzną warstwę

ziaren, podczas ogrzewania z wodą pęcznieje i

ziaren, podczas ogrzewania z wodą pęcznieje i

tworzy koloidowy kleik, który po ostudzeniu

tworzy koloidowy kleik, który po ostudzeniu

żeluje, tzn. zmienia swą konsystencję płynną na

żeluje, tzn. zmienia swą konsystencję płynną na

galaretowatą.

galaretowatą.

Skrobia (c.d.)

Skrobia (c.d.)



Skrobię zawierają ziarna zbóż (około 75%),

Skrobię zawierają ziarna zbóż (około 75%),

ziemniaki (20%), kukurydza (80%). Niewielkie jej

ziemniaki (20%), kukurydza (80%). Niewielkie jej

ilości występują w warzywach i orzechach. W

ilości występują w warzywach i orzechach. W

postaci surowej jest trudno strawna, dlatego

postaci surowej jest trudno strawna, dlatego

produkty zawierające skrobię przed spożyciem

produkty zawierające skrobię przed spożyciem

należy poddać obróbce termicznej.

należy poddać obróbce termicznej.



Obróbka termiczna powoduje rozkład skrobi na

Obróbka termiczna powoduje rozkład skrobi na

łatwiej strawne dekstryny (do 30 jednostek

łatwiej strawne dekstryny (do 30 jednostek

glukozy)

glukozy)



W przewodzie pokarmowym skrobia hydrolizowana

W przewodzie pokarmowym skrobia hydrolizowana

jest do dekstryn, maltozy, izomaltozy i glukozy.

jest do dekstryn, maltozy, izomaltozy i glukozy.

Skrobia (c.d.)

Skrobia (c.d.)

Glikogen

Glikogen



Glikogen — zwany skrobią zwierzęcą stanowi

Glikogen — zwany skrobią zwierzęcą stanowi

zapasowy materiał energetyczny ustroju.

zapasowy materiał energetyczny ustroju.

Występuje w wątrobie, mięśniach, nerkach,

Występuje w wątrobie, mięśniach, nerkach,

mięśniu sercowym, w mózgu, płytkach krwi (w

mięśniu sercowym, w mózgu, płytkach krwi (w

ilości około 350—400 g). W niewielkich ilościach

ilości około 350—400 g). W niewielkich ilościach

znajduje się także w grzybach, glonach,

znajduje się także w grzybach, glonach,

drożdżach. Jego zawartość w wątrobie wynosi

drożdżach. Jego zawartość w wątrobie wynosi

4%, a czasem dochodzi do 6% masy tego

4%, a czasem dochodzi do 6% masy tego

narządu. Ilość glikogenu zależy od odżywiania i

narządu. Ilość glikogenu zależy od odżywiania i

pracy mięśni. Głód i ciężka praca wzmagają

pracy mięśni. Głód i ciężka praca wzmagają

zapotrzebowanie na niego. W organizmie jest

zapotrzebowanie na niego. W organizmie jest

syntetyzowany z glukozy, a także może tworzyć

syntetyzowany z glukozy, a także może tworzyć

się z kwasów organicznych, np. z kwasu

się z kwasów organicznych, np. z kwasu

mlekowego oraz z bezazotowych części

mlekowego oraz z bezazotowych części

aminokwasów.

aminokwasów.

Glikogen (c.d.)

Glikogen (c.d.)



Pod względem budowy przypomina

Pod względem budowy przypomina

arnylopektynę, lecz jest hardziej

arnylopektynę, lecz jest hardziej

rozgałęziony. Pojedyncza cząstka

rozgałęziony. Pojedyncza cząstka

zawiera około 30 tysięcy reszt

zawiera około 30 tysięcy reszt

glukozy. Na jedno odgałęzienie

glukozy. Na jedno odgałęzienie

boczne przyłączone do łańcucha

boczne przyłączone do łańcucha

głównego wiązaniem

głównego wiązaniem





-(l — 6)-

-(l — 6)-

glikozydowym przypada 10—18 reszt

glikozydowym przypada 10—18 reszt





D-glukozy. W łańcuchach bocznych

D-glukozy. W łańcuchach bocznych

oraz łańcuchu głównym cząsteczki

oraz łańcuchu głównym cząsteczki

glukozy połączone są wiązaniami

glukozy połączone są wiązaniami





-

-

(1 — 4)- glikozydowymi.

(1 — 4)- glikozydowymi.

Glikogen (c.d.)

Glikogen (c.d.)



Do uzupełnienia zawartości glukozy we krwi

Do uzupełnienia zawartości glukozy we krwi

służy glikogen z wątroby i nerek. Proces

służy glikogen z wątroby i nerek. Proces

rozpadu glikogenu (glikogenoliza) zachodzi

rozpadu glikogenu (glikogenoliza) zachodzi

w komórkach na drodze fosforolizy.

w komórkach na drodze fosforolizy.

Fosforoliza polega na rozszczepieniu

Fosforoliza polega na rozszczepieniu

wiązania glikozydowego przez nieorganiczny

wiązania glikozydowego przez nieorganiczny

kwas fosforowy. Od nieredukującego końca

kwas fosforowy. Od nieredukującego końca

polisacharydu zostąje odczepiona reszta

polisacharydu zostąje odczepiona reszta

glukozy i przeniesiona na fosforan

glukozy i przeniesiona na fosforan

nieorganiczny. Powstaje glukozo-l-P z

nieorganiczny. Powstaje glukozo-l-P z

jednoczesnym skróceniem łańcucha.

jednoczesnym skróceniem łańcucha.

Glikogen (c.d.)

Glikogen (c.d.)



Glikogenoliza katalizowana jest przez

Glikogenoliza katalizowana jest przez

enzym — fosforylazę

enzym — fosforylazę





-glukanową.

-glukanową.

Rozpad glikogenu stymulują hormony

Rozpad glikogenu stymulują hormony

adrenalina glukagon.

adrenalina glukagon.



Większa zawartość glikogenu w wątrobie

Większa zawartość glikogenu w wątrobie

jest korzystna, ponieważ zmniejsza

jest korzystna, ponieważ zmniejsza

katabolizm białek, które mogą być

katabolizm białek, które mogą być

wykorzystane do celów budulcowych,

wykorzystane do celów budulcowych,

detoksykacji organizmu, oraz zmniejsza

detoksykacji organizmu, oraz zmniejsza

tworzenie się ciał ketonowych w ustroju.

tworzenie się ciał ketonowych w ustroju.

Budowa glikogenu

Budowa glikogenu

Trawienie węglowodanów

Trawienie węglowodanów

Celuloza

Celuloza



Celuloza -- jest składnikiem błonnika pokarmowego.

Celuloza -- jest składnikiem błonnika pokarmowego.

Towarzyszą jej inne związki z grupy wielocukrów, jak:

Towarzyszą jej inne związki z grupy wielocukrów, jak:

hemicelulozy, pektyny. lignina (nie jest cukrem, a

hemicelulozy, pektyny. lignina (nie jest cukrem, a

polimerem aromatycznym o nazw je fenylopropan).

polimerem aromatycznym o nazw je fenylopropan).



Cząsteczka celulozy jest długim, nierozgałęzionym

Cząsteczka celulozy jest długim, nierozgałęzionym

łańcuchem zawierającym około 14 tysięcy jednostek

łańcuchem zawierającym około 14 tysięcy jednostek





-

-

D-gIukozy. połączonych wiązaniami

D-gIukozy. połączonych wiązaniami





1 —4

1 —4

glikozydowymi. Poszczególne łańcuchy tworzą tzw.

glikozydowymi. Poszczególne łańcuchy tworzą tzw.

micelle. Podstawową jednostką jest celobioza. Celuloza

micelle. Podstawową jednostką jest celobioza. Celuloza

stanowi podstawę struktury ścian komórkowych

stanowi podstawę struktury ścian komórkowych

komórek roślinnych. Nie rozpuszcza się ani w wodzie,

komórek roślinnych. Nie rozpuszcza się ani w wodzie,

ani w rozpuszczalnikach organicznych. Nie jest

ani w rozpuszczalnikach organicznych. Nie jest

trawiona w przewodzie pokarmowym człowieka z

trawiona w przewodzie pokarmowym człowieka z

powodu hraku hydrolaz działających na wiązania

powodu hraku hydrolaz działających na wiązania





..

..

Celuloza (c.d.)

Celuloza (c.d.)



Zwierzęta przeżuwające mają florę bakteryjną

Zwierzęta przeżuwające mają florę bakteryjną

wytwarzającą enzymy - celulazy rozbijające

wytwarzającą enzymy - celulazy rozbijające

wiązania

wiązania





. Niektóre owady (termity) i ślimaki

. Niektóre owady (termity) i ślimaki

mają w sokach trawiennych celulazy.

mają w sokach trawiennych celulazy.



Celulozę na skalę przemysłową otrzymuje się

Celulozę na skalę przemysłową otrzymuje się

z drewna po oczyszczeniu z ligniny. Włókna

z drewna po oczyszczeniu z ligniny. Włókna

bawełniane zawierają około 99% celulozy,

bawełniane zawierają około 99% celulozy,

także włókna lniane, konopne zbudowane są

także włókna lniane, konopne zbudowane są

głównie z celulozy. Celuloza odgrywa ważną

głównie z celulozy. Celuloza odgrywa ważną

rolę w prawidłowym funkcjonowaniu

rolę w prawidłowym funkcjonowaniu

przewodu pokarmowego.

przewodu pokarmowego.

Heteroglikany

Heteroglikany

(mukopolisacharydy)

(mukopolisacharydy)



Heteroglikany są to polisacharydy zwane

Heteroglikany są to polisacharydy zwane

mukopolisacharydarni. W ich skład wchodzą

mukopolisacharydarni. W ich skład wchodzą

aminocukry, kwasy uronowe (pochodzące z

aminocukry, kwasy uronowe (pochodzące z

utleniania cukrów przy C

utleniania cukrów przy C

6

6

). Stanowią

). Stanowią

substancje podporowe tkanki łącznej i

substancje podporowe tkanki łącznej i

substancje śluzowe organizmu.

substancje śluzowe organizmu.



Najprostszym związkiem tego szeregu jest

Najprostszym związkiem tego szeregu jest

kwas hialuronowy. Jest on ważnym składnikiem

kwas hialuronowy. Jest on ważnym składnikiem

substancji międzykomórkowej tkanki łącznej,

substancji międzykomórkowej tkanki łącznej,

występuje na ogół wspólnie z białkami: w mazi

występuje na ogół wspólnie z białkami: w mazi

torebek stawowych, w ciałku szklistym oka, w

torebek stawowych, w ciałku szklistym oka, w

skórze, pępowinie, otoczce komórki jajowej.

skórze, pępowinie, otoczce komórki jajowej.

Heteroglikany

Heteroglikany

(mukopolisacharydy)

(mukopolisacharydy)



Do mukopolisacharydów należą

Do mukopolisacharydów należą

także: kwas chondroitynosiarkowy

także: kwas chondroitynosiarkowy

biorący udział w budowie tkanki

biorący udział w budowie tkanki

łącznej i chrzęstnej oraz heparyna.

łącznej i chrzęstnej oraz heparyna.

Heparyna jest polimerem

Heparyna jest polimerem

glukozaminy, kwasu glukuronowego

glukozaminy, kwasu glukuronowego

i kwasu siarkowego. Działa jako

i kwasu siarkowego. Działa jako

środek hamujący krzepnięcie krwi.

środek hamujący krzepnięcie krwi.

Związki sprzężone

Związki sprzężone



Związki sprzężone, do których należą

Związki sprzężone, do których należą

glikoproteiny (mukoproteiny).

glikoproteiny (mukoproteiny).

Glikoproteiny zbudowane są według

Glikoproteiny zbudowane są według

innej zasady. Szkieletem jest

innej zasady. Szkieletem jest

cząsteczka białka, węglowodany

cząsteczka białka, węglowodany

natomiast stanowią łańcuchy boczne.

natomiast stanowią łańcuchy boczne.

Są to najczęściej oligosacharydy

Są to najczęściej oligosacharydy

zbudowane m.in.: z glukozy, galaktozy,

zbudowane m.in.: z glukozy, galaktozy,

mannozy, fruktozy, ksylozy, arabinozy,

mannozy, fruktozy, ksylozy, arabinozy,

kwasu N-acetyloneuraminowego

kwasu N-acetyloneuraminowego

(sjalowego), N-acetyloheksozoamin.

(sjalowego), N-acetyloheksozoamin.

Związki sprzężone (c.d.)

Związki sprzężone (c.d.)



Glikoproteinami są m.in.:

Glikoproteinami są m.in.:



•

•

substancje grupowe krwi —

substancje grupowe krwi —

występujące w erytrocytach

występujące w erytrocytach

(specyficzność grupowa krwi

(specyficzność grupowa krwi

uwarunkowana jest końcowymi

uwarunkowana jest końcowymi

grupami disacharydowymi),

grupami disacharydowymi),



•

•

mucyna wytwarzana przez gruczoły

mucyna wytwarzana przez gruczoły

ślinowe i śluzowe.

ślinowe i śluzowe.



•

•

orosomukoidy osocza krwi

orosomukoidy osocza krwi

zawierające około 40% węglowodanów.

zawierające około 40% węglowodanów.



Węglowodany występujące w

Węglowodany występujące w

glikoproteinach i glikolipidach

glikoproteinach i glikolipidach

stanowią około 5% składników błon

stanowią około 5% składników błon

komórkowych człowieka.

komórkowych człowieka.

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów

węglowodanów



Wchłanianie w jelicie cienkim do krwi

Wchłanianie w jelicie cienkim do krwi

w żyle wrotnej. Z krwią dostają się do

w żyle wrotnej. Z krwią dostają się do

wątroby – centralnego narządu w

wątroby – centralnego narządu w

metabolizmie węglowodanów.

metabolizmie węglowodanów.

Większość heksoz ulega tu

Większość heksoz ulega tu

przekształceniu w glukozę.

przekształceniu w glukozę.



Glukoza jest węglowodanem

Glukoza jest węglowodanem

odgrywającym najważniejszą rolę w

odgrywającym najważniejszą rolę w

przemianie materii. Część jej

przemianie materii. Część jej

przechodzi do krwiobiegu (prawidłowe

przechodzi do krwiobiegu (prawidłowe

stężenie glukozy we krwi 70—115 mg w

stężenie glukozy we krwi 70—115 mg w

1dl), część ulega utlenianiu, a część

1dl), część ulega utlenianiu, a część

zostaje zamieniona w glikogen.

zostaje zamieniona w glikogen.

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów

węglowodanów



Ten wielocukier jest materiałem

Ten wielocukier jest materiałem

zapasowym, gromadzonym w wątrobie

zapasowym, gromadzonym w wątrobie

(do 6% masy narządu) oraz w

(do 6% masy narządu) oraz w

mięśniach (do 1 % masy mięśni).

mięśniach (do 1 % masy mięśni).



Człowiek o masie 70 kg może

Człowiek o masie 70 kg może

gromadzić 327 g węglowodanów w tym:

gromadzić 327 g węglowodanów w tym:



Glikogen wątrobowy – 4% - 72g,

Glikogen wątrobowy – 4% - 72g,

mięśniowy 0,7% - 245g,

mięśniowy 0,7% - 245g,



Glukoza pozakomórkowa 0,1% - 10g

Glukoza pozakomórkowa 0,1% - 10g

(Harper – Biochemia

(Harper – Biochemia

)

)

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



Zapas ten w czasie głodzenia wystarcza

Zapas ten w czasie głodzenia wystarcza

zaledwie na kilka godzin.

zaledwie na kilka godzin.



Syntezę glikogenu stymuluje podwyższone

Syntezę glikogenu stymuluje podwyższone

stężenie cukru we krwi, natomiast jego

stężenie cukru we krwi, natomiast jego

rozpad hamuje insulina.

rozpad hamuje insulina.



Glikogenoliza i zahamowanie syntezy

Glikogenoliza i zahamowanie syntezy

glikogenu powodowana jest przez

glikogenu powodowana jest przez

niedocukrzenie, stres i hormony działające

niedocukrzenie, stres i hormony działające

antagonistycznie do insuliny (glukagon,

antagonistycznie do insuliny (glukagon,

adrenalina, noradrenalina, hormon wzrostu).

adrenalina, noradrenalina, hormon wzrostu).

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



Glikogen mięśni uwalnia glukozę,

Glikogen mięśni uwalnia glukozę,

która po ufosforylowaniu wchodzi na

która po ufosforylowaniu wchodzi na

tor glikolizy w samym mięśniu. Nie

tor glikolizy w samym mięśniu. Nie

bierze udziału w regulacji stężenia

bierze udziału w regulacji stężenia

glukozy we krwi.

glukozy we krwi.



Glikogen wątrobowy wyrównuje

Glikogen wątrobowy wyrównuje

stężenie glukozy we krwi do

stężenie glukozy we krwi do

wartości fizjologicznych.

wartości fizjologicznych.

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



Organizm uzyskuje glukozę nie tylko z

Organizm uzyskuje glukozę nie tylko z

glikogenu w procesie glikogenolizy (rozpadu),

glikogenu w procesie glikogenolizy (rozpadu),

ale także z aminokwasów glukogennych,

ale także z aminokwasów glukogennych,

mleczanów, glicerolu na drodze

mleczanów, glicerolu na drodze

glukoneogenezy (biosynteza węglowodanów

glukoneogenezy (biosynteza węglowodanów

ze związków nie cukrowych), która zachodzi

ze związków nie cukrowych), która zachodzi

w wątrobie oraz w nerkach podczas

w wątrobie oraz w nerkach podczas

głodzenia.

głodzenia.



Proces glukoneogenezy hamowany jest przez

Proces glukoneogenezy hamowany jest przez

insulinę, a pobudzany przez glukagon,

insulinę, a pobudzany przez glukagon,

hormon wzrostu, glikortykosteroidy.

hormon wzrostu, glikortykosteroidy.

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



Metabolizm węglowodanów dotyczy głównie

Metabolizm węglowodanów dotyczy głównie

glukozy. Glukoza stanowi jedyne źródło

glukozy. Glukoza stanowi jedyne źródło

energii dla mózgu, rdzenia kręgowego i

energii dla mózgu, rdzenia kręgowego i

erytrocytów.

erytrocytów.



Jest wykorzystywana jako substrat

Jest wykorzystywana jako substrat

energetyczny przez tkankę mięśniową,

energetyczny przez tkankę mięśniową,

wątrobę, serce, nerki i jelita.

wątrobę, serce, nerki i jelita.



Glukoza we wszystkich komórkach w

Glukoza we wszystkich komórkach w

organizmie człowieka jest metabolizowana w

organizmie człowieka jest metabolizowana w

procesie glikolizy do pirogronianu i mleczanu.

procesie glikolizy do pirogronianu i mleczanu.



Glikoliza może przebiegać zarówno w

Glikoliza może przebiegać zarówno w

warunkach tlenowych (aerobowych ) jak i

warunkach tlenowych (aerobowych ) jak i

beztlenowych (anaerobowych).

beztlenowych (anaerobowych).

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



Pierwszy etap metabolizowania

Pierwszy etap metabolizowania

glukozy fosforylacja.

glukozy fosforylacja.



Jest ciągiem reakcji, w którym

Jest ciągiem reakcji, w którym

sześciowęglowa cząsteczka glukozy

sześciowęglowa cząsteczka glukozy

ulega rozszczepieniu na dwie

ulega rozszczepieniu na dwie

cząsteczki pirogronianu, przy czym

cząsteczki pirogronianu, przy czym

powstaje NADH (uwodorowany

powstaje NADH (uwodorowany

dinukleotyd amidoadeninowy) i ATP.

dinukleotyd amidoadeninowy) i ATP.

Są to reakcje enzymatyczne.

Są to reakcje enzymatyczne.

Metabolizm

Metabolizm

węglowodanów (c.d.)

węglowodanów (c.d.)



W warunkach beztlenowych z ufosforylowanej

W warunkach beztlenowych z ufosforylowanej

glukozy powstaje mleczan. Glikoliza zachodzi w

glukozy powstaje mleczan. Glikoliza zachodzi w

cytoplazmie. Tlen nie jest jedynym ostatnim

cytoplazmie. Tlen nie jest jedynym ostatnim

akceptorem wodorów, mogą nim być azotany,

akceptorem wodorów, mogą nim być azotany,

siarczany. W tym procesie atomy wodoru

siarczany. W tym procesie atomy wodoru

przyłączone do NAD+ w czasie glikolizy

przyłączone do NAD+ w czasie glikolizy

przenoszone są na pirogronian i powstaje

przenoszone są na pirogronian i powstaje

mleczan. Z jednej cząsteczki glukozy powstają

mleczan. Z jednej cząsteczki glukozy powstają

tylko 2 cząsteczki ATP, podczas gdy w czasie

tylko 2 cząsteczki ATP, podczas gdy w czasie

utleniania uzyskuje się 38 cząsteczek ATP.

utleniania uzyskuje się 38 cząsteczek ATP.

Tworzenie acetylo - CoA

Tworzenie acetylo - CoA



Drugi etap glikolizy zachodzący w obecności

Drugi etap glikolizy zachodzący w obecności

tlenu.

tlenu.



Z cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki

Z cząsteczki glukozy powstają dwie cząsteczki

pirogronianu. Związek ten wędruje do

pirogronianu. Związek ten wędruje do

mitochondrium i tu zachodzi jego oksydacyjna

mitochondrium i tu zachodzi jego oksydacyjna

dekarhoksylacja (odłączenie CO

dekarhoksylacja (odłączenie CO

2

2

), a następnie

), a następnie

grupa acetylowa kwasu octowego łączy się z

grupa acetylowa kwasu octowego łączy się z

CoA, tworząc acetylo—CoA, który bierze udział w

CoA, tworząc acetylo—CoA, który bierze udział w

cyklu kwasu cytrynowego, syntezy kwasów

cyklu kwasu cytrynowego, syntezy kwasów

tłuszczowych, cholesterolu.

tłuszczowych, cholesterolu.

Cykl kwasu cytrynowego

Cykl kwasu cytrynowego



Cykl kwasu cytrynowego — cykl

Cykl kwasu cytrynowego — cykl

Krebsa (cykl kwasów

Krebsa (cykl kwasów

trikarboksylowych) zachodzi w

trikarboksylowych) zachodzi w

mitochondriach. Składa się z 8

mitochondriach. Składa się z 8

etapów.

etapów.



Cykl rozpoczyna się kondensacją

Cykl rozpoczyna się kondensacją

dwuwglowej grupy acylowej

dwuwglowej grupy acylowej

pochodzącej z acetylo-CoA z

pochodzącej z acetylo-CoA z

czterowęglowym szczawiooctanem, w

czterowęglowym szczawiooctanem, w

wyniku której powstaje

wyniku której powstaje

sześciowęglowy cytrynian.

sześciowęglowy cytrynian.

Cykl kwasu cytrynowego

Cykl kwasu cytrynowego

(c.d.)

(c.d.)



W czasie jednego cyklu uwalniają się 2 cząsteczki

W czasie jednego cyklu uwalniają się 2 cząsteczki

CO

CO

2

2

, 8 atomów wodoru oraz tworzą się 3

, 8 atomów wodoru oraz tworzą się 3

cząsteczki NADH (uwodorowany dinukleotyd

cząsteczki NADH (uwodorowany dinukleotyd

nikotynamidoadeninowy) i 1 cząsteczka FADH

nikotynamidoadeninowy) i 1 cząsteczka FADH

2

2

(uwodorowany dinukleotyd flawinoadeninowy).

(uwodorowany dinukleotyd flawinoadeninowy).



Energia zawarta jest w wyżej wymienionych

Energia zawarta jest w wyżej wymienionych

uwodorowanych nukleotydach.

uwodorowanych nukleotydach.



Aby utlenić jedną cząsteczkę glukozy, potrzebne

Aby utlenić jedną cząsteczkę glukozy, potrzebne

są dwa obroty cyklu. Podczas jednego obrotu

są dwa obroty cyklu. Podczas jednego obrotu

cyklu powstaje 1 cząsteczka ATP pochodząca z

cyklu powstaje 1 cząsteczka ATP pochodząca z

fosforylacji substratowej.

fosforylacji substratowej.



Reszta cząsteczek ATP tworzy się w łańcuchu

Reszta cząsteczek ATP tworzy się w łańcuchu

oddechowym.

oddechowym.

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy



Łańcuch oddechowy jest to wieloenzymowy

Łańcuch oddechowy jest to wieloenzymowy

układ przenośników elektronów o

układ przenośników elektronów o

wzrastających kolejno potencjałach

wzrastających kolejno potencjałach

oksydoredukcyjnych. Umiejscowiony jest w

oksydoredukcyjnych. Umiejscowiony jest w

wewnętrznej błonie mitochondrium.

wewnętrznej błonie mitochondrium.



Uwolnione z glukozy atomy wodoru w

Uwolnione z glukozy atomy wodoru w

procesie glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego

procesie glikolizy i cyklu kwasu cytrynowego

przekazywane są z substratów na nukleotydy

przekazywane są z substratów na nukleotydy

NAD i FAD (flawoproteinę zawierającą

NAD i FAD (flawoproteinę zawierającą

witaminę B

witaminę B

2

2

), w wyniku tego powstają NADH i

), w wyniku tego powstają NADH i

FADH

FADH

2

2

.

.

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy

(c.d.)

(c.d.)



Proces uwodorowania nukleotydów

Proces uwodorowania nukleotydów

katalizują enzymy zaliczane do

katalizują enzymy zaliczane do

dehydrogenaz.

dehydrogenaz.



Te zredukowane związki przechodzą do

Te zredukowane związki przechodzą do

łańcucha oddechowego (transportu

łańcucha oddechowego (transportu

elektronów), w którym elektrony wodoru

elektronów), w którym elektrony wodoru

przekazywane są z jednego związku na

przekazywane są z jednego związku na

drugi.

drugi.



Akceptorami elektronów w łańcuchu

Akceptorami elektronów w łańcuchu

oddechowym są: FMN. ubichinon (CoQ) i

oddechowym są: FMN. ubichinon (CoQ) i

cytochromy (pokrewne białek).

cytochromy (pokrewne białek).



Cząsteczki cytochromu przyłączają tylko

Cząsteczki cytochromu przyłączają tylko

elektrony pochodzące z wodoru, a nie całe

elektrony pochodzące z wodoru, a nie całe

wodory. Protony wodoru (H)

wodory. Protony wodoru (H)

przepompowywane są przez wewnętrzną

przepompowywane są przez wewnętrzną

błonę mitochondrium

błonę mitochondrium

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy

(c.d.)

(c.d.)



Elektrony przekazywane są na

Elektrony przekazywane są na

końcowy akceptor, którym jest

końcowy akceptor, którym jest

cząsteczka tlenu. Jednocześnie

cząsteczka tlenu. Jednocześnie

elektrony łączą się z cząsteczkami

elektrony łączą się z cząsteczkami

protonów wodoru (H); powstaje

protonów wodoru (H); powstaje

wodór, który przechodząc na tlen

wodór, który przechodząc na tlen

tworzy wodę.

tworzy wodę.



Uwalniana energia służy do syntezy

Uwalniana energia służy do syntezy

ATP (fosforylacja oksydacyjna) oraz

ATP (fosforylacja oksydacyjna) oraz

przepompowania protonów ponownie

przepompowania protonów ponownie

do przestrzeni pomiędzy wewnętrzną

do przestrzeni pomiędzy wewnętrzną

a zewnętrzną błonę mitochondrium.

a zewnętrzną błonę mitochondrium.

Łańcuch oddechowy

Łańcuch oddechowy

(c.d.)

(c.d.)



Jeśli brakuje tlenu w komórkach

Jeśli brakuje tlenu w komórkach

cytochrom końcowy (a

cytochrom końcowy (a

3

3

) zostaje

) zostaje

zablokowany przez elektrony. W wyniku

zablokowany przez elektrony. W wyniku

tego blokowane są wszystkie przekaźniki

tego blokowane są wszystkie przekaźniki

w łańcuchu oddechowym, co uniemożliwia

w łańcuchu oddechowym, co uniemożliwia

syntezę ATP.

syntezę ATP.



Cytochromy mogą być inaktywowane

Cytochromy mogą być inaktywowane

przez różne związki, np. cyjanek.

przez różne związki, np. cyjanek.