Laboratorium – biochemia nr3

10. β- oksydacja kwasów tłuszczowych- etapy, bilans energetyczny

1. a)

b) Aldozy – monosacharydy zawierające grupę aldehydowa ( jak w glukozie) , np. ryboza, glukoza, galaktoza. Ich ogólny wzór sumaryczny to: C_nH_2nO_n (gdzie n≥3).
Ketozy – monosacharydy zawierające grupę ketonowa (jak w fruktozie). Są cukrami redukującymi

c) Cukry redukujące - są to wszystkie węglowodany, które reagują pozytywnie z odczynnikiem Fehlinga, Benedicta i Tollensa. Należą do nich niektóre monosacharydy, takie jak aldozy oraz niektóre oligosacharydy (laktoza, maltoza). Ich nazwa wynika z faktu, że reakcja z tymi odczynnikami polega na ich redukcji wolnymi grupami karbonylowymi (dokładnie aldehydowymi lub ketonowymi) występującymi w tych węglowodanach. Obecność tych grup możliwa jest tylko w środowisku zasadowym.
Koniec redukujący cukru to koniec z wolną grupą aldehydową lub ketonową.

d) Cukry proste właściwości:
-cząsteczki zawierają od 3 do 7 atomów węgla w cząsteczce
- nie ulegają hydrolizie do cukrów prostszych.
-łatwo krystalizują i doskonale rozpuszczają się w wodzie,
- są substancjami bezwonnymi, charakteryzują się słodkim smakiem
.-posiadają właściwości redukcyjne, czyli dają pozytywny wynik prób Tollensa i Trommera. -prawie wszystkie cukry proste są optycznie czynne.

Sacharoza:
-Pod wpływem wody rozpada się na glukozę i fruktozę
-Ma słodki smak
-Jest dobrze rozpuszczalna w wodzie
-Trudno rozpuszcza się w alkoholu
-Nie ma własności redukujących
-Łatwo ulega hydrolizie, np. w soku jelitowym.

Maltoza:
-cukier słodowy
-jej cząsteczka składa się z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem O-glikozydowym.
-po dołączeniu wody rozpadają się na cukry proste: glikozę i jej izomery

Laktoza:
-proszek, bezbarwna lub biała
-jest najmniej słodka, rozpuszczalna w wodzie
-Bezwonna, temperatura topnienia 225C
-Nie fermentuje pod wpływem drożdży
-Po dołączeniu wody rozpadają się na cukry proste: glikozę i jej izomery

Skrobia:
-biała, bezpostaciowa substancja stała
-bezwonna,bezsmakowa
-Po ogrzaniu pęcznieje, tworząc tzw. kleik skrobiowy (roztwór koloidalny skrobi)
-Słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie
-Nie wykazuje właściwości redukcyjnych, pod wpływem kwasów zawartych w ślinie ulega hydrolizie

Celuloza:
-substancja stała o bud. włóknistej
- nie rozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych
- rozpuszczalna w odczynniku Schweitzera - amoniakalny roztwór Cu(OH)2
- występuje w ścianach komórkowych roślin
- jest alkoholem wielowodorotlenowym, łatwo ulega estryfikacji
- nie ma właściwości redukcyjnych
- ulega hydrolizie

 Glikogen:
-skrobia zwierzęca
-bezbarwny proszek
-pęcznieje w wodzie
- jest cukrem zapasowym, magazynowanym w wątrobie i mięśniach szkieletowych
-substancja stała
-śliska w dotyku
-trudno rozpuszcza się w zimej wodzie
-polisacharyd
-bezwonna
-bez smaku
-ulega w hydrolizie w organizmie człowieka

 Dekstran:
-nie ma właściwości wiązania i przenoszenia tlenu, dlatego nie może być stosowany jako substytut pełnej krwi.

2. Glikoliza:
Sumaryczna reakcja glikolizy jest następująca:

glukoza + 2 P_i + 2 ADP + 2 NAD⁺ → 2 cząsteczki pirogronianu + 2 ATP + 2 NADH + 2 H⁺ + 2 H₂O

Substratem jest glukoza, a produktem jest pirogronian, który w warunkach tlenowych przechodzi poprzez acetylo-CoA do cyklu kwasu cytrynowego, a w warunkach beztlenowych ulega redukcji do mleczanu. Bilans glikolizy w warunkach beztlenowych to 2 mole ATP z jednego mola glukozy, a w warunkach tlenowych 8 moli ATP oraz z dalszego przebiegu reakcji cyklu kwasu cytrynowego 30 moli ATP z jednego mola glukozy.

3. Glukoneogeneza nie może być traktowana jako proces odwrotny do glikolizy, gdyż trzy występujące w niej reakcje nieodwracalne są zastąpione przez inne. Dzięki temu synteza i rozkład glukozy muszą podlegać oddzielnym systemom regulacji i nie mogą zachodzić jednocześnie w jednej komórce.

4. Cykl kwasu cytrynowego( Cykl Krebsa) - Substratem cyklu jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA), który po połączeniu ze szczawiooctanem daje cytrynian (koenzym A odłącza się), a następnie w wwyniku reakcjiostatecznie utleniony do dwóch cząsteczek dwutlenku węgla. Jednocześnie regeneruje się cząsteczka szczawiooctanu, redukują się 3 cząsteczki NAD i jedna FAD, powstaje też cząsteczka ATP lub GTP. Sumaryczny zysk energetyczny cyklu to 12 wiązań wysokoenergetycznych z jednej cząsteczki acetylo-CoA.

5. Tłuszcze właściwe  to estry gliceryny i wyższych kwasów tłuszczowych. W zależności od rodzajów kwasów tłuszczowych budujących cząsteczkę tłuszczu można je podzielić na dwie grupy:

- tłuszcze nasycone – w skład cząsteczek tych tłuszczy wchodzą nasycone kwasy tłuszczowe, np. kwas stearynowy, palmitynowy, masłowy. Naturalnie są pochodzenia zwierzęcego.

- tłuszcze nienasycone -  w skład cząsteczek tych tłuszczy wchodzą oprócz nasyconych kwasów tłuszczowych także nienasycone kwasy tłuszczowe, np. kwas oleinowy. Naturalnie są pochodzenia roślinnego.

Właściwości fizyczne:
- występują w stanie stałym lub jako ciecz
- nie rozpuszczają się w wodzie (rozpuszczalnikach polarnych)
- łatwo rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych (niepolarnych), takich jak chloroform, benzyna, benzen.
- odznaczają się gęstością mniejszą od wody (poniżej 1g/cm³)
- są bezbarwne, nie posiadają smaku, zapachu, nielotne oraz niepalne

Właściwości chemiczne:
- ulegają reakcjom hydrolizy

Lipidy – szeroka grupa występujących w naturze związków chemicznych. Zaliczają się do nich tłuszcze, woski, sterole, tak zwane rozpuszczalne w tłuszczach witaminy (jak witaminy A, D, E, K), fosfolipidy i wiele innych grup. Główne biologiczne funkcje lipidów to magazynowanie energii, tworzenie błon biologicznych i udział w przesyłaniu sygnałów.

6. Kwasy tłuszczowe- budowa i nazewnictwo
- Nazwy zwyczajowe w większości przypadków wywodzą się od źródła ich odkrycia
- Nazwy systematyczne wywodzą się od liczebników greckich:
stosuje się końcówkę:
–anowy dla kwasów nasyconych
–enowy dla kwasów nienasyconych

Budowa : kwasy monokarboksylowe o wzorze ogólnym R-COOH (R oznacza łańcuch węglowodorowy, a COOH jest grupą karboksylową znajdującą się na końcu tego łańcucha).

7. Hydroliza enzymatyczna: odpowiedzialne są enzymy: lipazy, które działają w układzie pokarmowym człowieka oraz zwierząt. Z rozkładu tłuszczy dostarczana jest organizmowi duża porcja energii.

Zmydlanie tłuszczów polega na rozkładzie estrów (tłuszcze są estrami wyższych kwasów tłuszczowych i gliceryny) w środowisku wodnym zasadowym (hydroliza zasadowa) na sole kwasów i alkohole. Zmydlanie tłuszczów to podstawowy proces w produkcji mydła.

8. Tłuszcz jako materiał zapasowy:
- stanowią 84% magazynowanej energii: białka 15%, węglowodany <1 %
- stanowią materiał zapasowy, z którego ustrój wytwarza potrzebną mu energią a także stanowią izolacje cieplno oraz amortyzują wstrząsy narządów wewnętrznych
- są rezerwowym materiałem odżywczym organizmów żywych

9. Fosfolipidy
Funkcje:
- wchodzą w skład błony komórkowej
- wchodzą w skład osłonki mielinowej aksonu
- uczestniczą w transporcie substancji przez błony
Budowa
- dwa bieguny, z których jeden jest hydrofobowy a drugi hydrofilny, odległość pomiędzy biegunami jest stosunkowo duża

Glikolipidy, złożone związki chemiczne, zbudowane z reszt sacharydowych połączonych kowalencyjnie z lipidami, pełnią funkcję receptorów, mają właściwości antygenowe. Duża zawartość glikolipidów w komórkach układu nerwowego wskazuje na ich udział w przenoszeniu impulsów nerwowych.

Lipoproteiny to cząsteczki składające się z rdzenia, który jest hydrofobowy i zbudowany z estrów cholesterolu i triacylogliceroli. Białka te ułatwiają emulgowanie lipidów oraz kierują lipoproteiny do określonych komórek. Biorą udział w transporcie fosfolipidów, cholesterolu i triacylogliceroli.

10. β-oksydacja kwasów tłuszczowych– szereg reakcji przekształcenia kwasów tłuszczowych w acetylokoenzym A (acetylo-CoA) w przypadku kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie węgli oraz acetylo-CoA i propionylo-CoA, gdy liczba atomów węgla jest nieparzysta.

Reakcje β-oksydacji polegają na takich przemianach by rozczepić "dłuższy" acylo-CoA na acetylo-CoA i acylo-CoA "krótszy", po czym rozpocząć proces od początku, aż do momentu gdy powstają dwie cząteczki acetylo-CoA w przypadku kwasów tłuszczowych o parzystej liczbie węgli lub propionylo-CoA i acetylo-CoA w przypadku kwasów o nieparzystej liczbie węgli. β-oksydacja obejmuje następujące reakcje, zachodzące cyklicznie:

Do kwasu tłuszczowego przy udziale 1 cząsteczki ATP zostaje przyłączony CoA

·         Reakcja FAD do FADH2, otrzymujemy 2 cząsteczki ATP, a łańcuch węglowy zostaje utleniony,

·         Jeżeli kwasy posiadaja łańcuch węglowy od 12C nastepuje transport za pomocą kamityny, która pokonuje barierę wewnętrznej błony mitochondrialnej,

·         Uwodnienie- przyłącza się H2O i powstaje hydroksyl ketokwas,

·         Odwodwowanie- oderwanie się cząsteczki H2 do której przyłącza się NAD i powstaje NADH oraz odłącza się CoA.

 

Bilans energetyczny B-oksydacji kwasów tłuszczowych- tłuszczowych procesie odszczepienia acetylo-CoA zachodzą dwie reakcje utlenienia, w których biorą udział FAD i NAD ( powstają w sprzężeniu z tlenową fosforyzacją odpowiednio 2 i 3 cząsteczki ATP) Acetylko-CoA spalają się w cyklu Krebsa dostarcza 12 cząsteczek, zaś staraty na aktywację kwasu tłuszczowego wynoszą 1 cząsteczkę. 1 reszta acetylo-CoA=12ATP, NADH=3ATP, FADH2=2ATP.ZYSK 17ATP