Biochemia
Biochemia
Część I
Część I
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.
