Biochemia

06.12.2oo9

• źródło energii

• aldotriozy

• izomery (D i L) - związki chemiczne o identycznych sumarycznych wzorach cząsteczkowych, różniące się między sobą sposobami lub kolejnością wiązań atomowych albo ich innym rozmieszczeniem w przestrzeni.

• numeracja

• epimery - odmiany tego samego związku, które są diastereoizomerami a różnią się tylko przy jednym z atomów asymetrycznych

• struktury pierścieniowe

• anomery - stereoizomery monosacharydów i ich pochodnych, różniące się jedynie konfiguracją anomerycznego (glikozydowego, acetalowego) atomu węgla (C-1 w aldozach i C-2 w ketozach).

• Mutarotacja - zachodząca z czasem powolna zmiana kąta skręcalności optycznej roztworu substancji optycznie czynnej wywołana przemianą jednych izomerów optycznych (anomerów) w inne. Np. mutarotacja cukru (aldozy) wywołana jest wzajemnym przechodzeniem izomerów α i β w siebie. Mutarotacja zachodzi aż do ustalenia się w roztworze stanu równowagi chemicznej między izomerami.

• tworzenie piranozy, furanozy

• konformacja pierścienia

• wł. Chem.

• Furfural, hydroksyfurfural, hydroksymetylofurfural

• Gr. Karbonylowe redukują sole metali ciężkich i jodu

• Cukry utleniają się do kw. onowych (gr. Karbonylowa utl. Się do karboksylowej) i uronowych (gr. -OH przy C6) a redukują do alkoholi (gr. Aldehydowa)

Hydroksyfurfural i furfural kondensują z aminami aromatycznymi i alkoholami dając reak. Boczne (testy chem., ciemnienie owoców, barwniki melanoidowe - reak. Maillarda)

Zasadnicze kierunki przemian ogólnych monosacharydów:

• anaboliczny

• kondensują do reak. złożonych, odkładane jako energetyczny materiał zapasowy oraz do budowy cytoszkieletów

• przegrupowania wew. (izomeryzacje, procesy utl.-red., podstawienie gr. NH2, niezmienna ilość at. C w cząsteczce)

• dla pozyskania spec. składu kom. (polisacharydy kwaśne, aminocukry, itp.)

• wzajemne reak. dostarczające komórce en. i szkieletów węglowych (oksydacyjne ksórcenie łańcucha, procesy oksydoreukcyjne)

Większość tych przemian zachodzi z udziałem ufosforylowanych form sacharydów

PROCESY KATABOLICZNE

1. cykl pentozofosforowy - tlenowy rozkład glukozy w celu wytworzenia NADPH i przekształcenia heksoz w pentozy. 2 gł. produkty: fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (forma zredukowana NADPH) i rybozo-5-fosforan

2. NADPH uczestniczy w wielu szlakach metabolicznych (gł. w syntezie KT i steroidów)

3. rybozo-5-fosofran i jego pochodne wchodzą w skład np. RNA, DNA, NAD+, FAD, ATP, CoA

4. szlak ten jest umiejscowiony w cytozolu tkn., które syntetyzują KT i steroidy z acetyloCoA

5. GLIKOLIZA obecnie dotyczy przemiany beztlenowej glukozy do kw. mlekowego (lub etanolu) i przemiany tlenowej do pirogronianu

6. GLIKOLIZA - -ciąg reakcji w cytoplazmie prokariotów i eukariontów dla dostarczenia energii bezpośrednio lub za pośrednictwem CKTK i fosforylacji oksydacyjnej) i wytworzenie intermediatów dla szlaków biogenetycznych

7. bezpośrednio w przemianę glikolizy mają jedynie wejść glukoza i fruktoza

8. GALAKTOZEMIA - ch. Wywołana barkiem enzymu (epimerazy) przekształcającego galaktozę (skł. laktozy) w glukozę

GLIKOLIZA - SZLAK

• fosforylacja glukozy (kinaza) doi glukozo-6-fosforanu, przekształcenie (izmoeraza) w fruktozo-6-fosforan, a następnie w fruktozo-,16,-bifosforan (fruktokinaza) z udziałem, ATP

• rozszczepienie fruktozo-1,6-bifosforanu na 2 triozy przez aldolazę (ald. 3 fosfroglicerynowy i fosodihydroksyaceton) częściowy odzysk energii

• przekształcenie ald. 3-fosfoglicerynowego w 1,3-bifosfolicerynian (dehydrogenaza) z udziałem NADP

• utworzenie 3-fosfoglicerynianiu i ATP

• przemiana -----,,------- w pirogronian i ATP - dalszy odzysk energii

DROGI PRZEKSZTAŁCENIA PIROGRONIANU

• w warunkach teln. - w acetylo-CoA, który wchodzi do cyklu kw. cytrynowego i CO2

• w warunkach beztlen. - 1.przemiana w mleczan (np. wytwarzany w mm. I przekształcany w glukozę w wątrobie); 2. przemiana w etanol (poprzez ald. octowy)

• przemiana w KT i ciała ketonowe w wyn. zużywania nagromadzonego acetyloCoA

Regulacja glikolizy

- efekt Pasteura - opisuje mech. regulowania kierunku przemian przez kom. zdolne do bytowania w warunkach teln. i beztlen.

- proces fermentacji są hamowane ze wzrostem stężenia O2, gdyż komórka na pokrycie zapotrzebowania na ATP w warunkach beztlenowych musi przekształcić 19x więcej glukozy do mleczanu lub etanolu niż do CO2 i H2O w warunkach teln.

- podczas fermentacji powstaje 2 lub 3 ATP/mol glukozy; przy całkowitym spaleniu 38 lub 39 ATP/mol glukozy

Metabolizm węglowodanów dotyczy gł. glukozy

• gl. jest gł. cząsteczką energetyczną

• gl. ulega glikolizie, anaerobowo- do mleczanu, aerobowo - do pirogronianu

• pirogronian może wejść dpo CKTK ulegając spaleniu do CO2 i H2O i dostarczając energii (synteza ATP w procesie fosforylacji)

Glukoza ulega przemianie:

1. do glikogenu ( w mm. szkieletowych i wątrobie)

2. w szlaku pentozofosforanowym (który jest dostawą? równoważników redukujących -(2H) do biosyntezy KT oraz rybozy do syntez nukletoydów i kw. nukleinowych

3. fosfotriozy uczestniczą w tworzeniu glicerynowej cz. acylogliceroli (tłuszczu)

4. pirogronian i metabolity CKTK dostarczają szkieletów węglowych do syntezy a-ów

5. acetylo-CoA to jednostka budująca łańcuchy KT i cholesterolu (prekursora steroidów)

GLUKONEOGENEZA

1. to odwrócenie procesu glikolizy (z kw. mlekowego nagromadzonego w wątrobie przy niedoborze O2)

2. poza 1., wszystkie są odwracalne a org. zwierzęcy potrafi ten etap pominąć

3. glukoneogeneza jest ważnym ogniwem łączącym metabolizm a-ów i sacharydów (łań. węglowe a-ów mogą się włączyć w budowę sacharydów)

4. jest to proces uformowania glukozy z prekursorów niecukrowych np. mleczanu, a-ów i glicerolu

Fermentacje przemysłowe

• ferm. alkoholowa - drożdże i niektóre grzyby poprzez modyfikacje procesu można uzyskać produkty końcowe np. wolny glicerol

• ferm. mleczanowa - drożdże (prod. kw. mlekowego) lub bakterie kw. mlekowego (przemysł mleczarski, kiszonki)

• inne: octanowa (kw. octowy), acetonowo-butanolowa (aceton, butanol), cytrynianowi (kw. cytrynowy)

Monosacharydy łączą się z alkoholami i aminami poprzez wiąz. Glikozydowi są to zw. addycyjne (wiąz.: O-glikozydowe, N-glikozydowe)

Disacharydy:

SACHAROZA połączone anomerycznymi at. C - glukoza (C1) i fruktoza wiązanie (C2); buraki, trzcina cukrowa

LAKTOZA galaktoza i glukoza połączone wiąz. ß-1,4-glik., koniec redukujący (mleko)

MALTOZA - 2xglukoza, wiąz. α - 1,4,-glikzydowe, koniec redukujący (produkt hydrolizy skrobi)

Enzymy : sacharoza, laktaza i maltaza w nabłonku j. cienkiego

Maltoza, izomaltoza, celobioza zbud. z 2 cz. glukozy

Izomaltoza - wiąz. 1,6-glikozydowe, formy α i ß w równowadze, koniec redukujący, produkt hydrolizy skrobi

Celobioza - wiąz. 1,4-ßglikoz.; koniec redukuj.; skł. celulozy

Polisacharydy właściwe

1. zapasowe

1. skrobia - roślinny (ziemniaki, zboża)

2. glikogen - zwierzęcy (drożdże, watroba, mm.)

3. cz. D-glukozy, w.1,4- i 1,6 α- glikozyd.

4. Insulina - roślinny; cząst. Fruktozy, w. 2,1- ß-glik. (irys, topinambur)

2. strukturalny

1. celuloza - rośl. (powszechnie w roślinach); cz. D-glukozy; wiąż. 1,4-ß-gl.

2. Pentozowy - rośl. (skł. hemiceluloza)

3. Ksylowy - cz. D-ksylozy; w. 1,4-ß-gl (słoma zbóż)

4. Arabany(?), cz. L-arabinozy; w. 1,3glikozydowe

Glikogen i skrobia - zapasowe formy glukozy

to polisacharydy i homopolimery, „magazyny energii”

glikogen duży rozgałęziony pomier zwierzęcy. Większość glukoz połączona w. α-1, 4-gl., co 10 reszt wiązanie α-1,6-gl., tworzy helisy

Glikogen

• występuje jako rezerwa energetyczna w wątrobie i mm. szkieletowych

• zmagazynowany w mm. dostarcza en. podczas przedłużonego skurczu mm.

• W wątrobie służy do utrzymania odpowiedniego poziomu glukozy we krwi

Skrobia

• polisacharyd roślin

• 2 formy: amyloza i amylopektyna

• Tworzy helisy α (dostępność chemiczna)

• Amyloza:

• Glukozy połączone w. α-1,4-gl.

• Bez rozgałęzień

• amylopektyna:

• podobna do glikogenu lecz mniej rozgałęziona (w. α-1,6-gl.)

• co 30 reszt połączona w α-1,4-gl.

• Stanowi >1/2 spożywanych węglowodanów

• Rozkładana przez amylazy

Celuloza - polisacharyd, polimer strukturalny roślin

• jeden z najobficiej występująca zw. organicznych w biosferze

• glukozy połącz. W. ß-1,4-gl.

• Łańcuchy proste, nierozgałęzione, stabilizowane przez w. wodorowe tworzą włókno- fibryle

• W. ß-glikozydowe zapewniają wytrzymałość na rozciąganie

• Ssaki nie posiadają celulaz - enzymów trawiących

Polisacharydy kwaśne

- hemicelulozy, pektyny, gumy i śluzy roślinne zw. zawierające kw. uronowe

- Kw. uronowe - prod. utlenienia gr. aldehydowej przy C-6; glukozy (glikuronowy) i galaktozy (galakturonowy) tworzą duże kompleksy z ksylozą, arabinozą i, glukozą i mannozą

- hemicelulozy z celulozą i ligniną

Substancje pektynowe

• lepiszcze kom. o dużej zdolności chłonięcia H2O (występ. Obok celulozy)

• w czasie dojrzewania owoców nieropzuszcz. Protopektyna hydrolizuje do rozp. pektyny

• pektyny stosuje się do pord. galart (żel-średnio kw., dużo cukru)

• gł. skł.- długie łańcuch α-poligalakturonowy o zestryfikowanej cz. gr. Karboksylowej przy C-6, połączony mech. Lub kowalencyjnie z galaktanem i arabinianem

Polisacharydowe środki żelujące i zagęszczające

1. agar-agar - z wodorostów morskich (heksoza i spolimeryzowany kw. glikuronowy, dwie frakcje), piekarstwo, cukiernictwo, pożywki bakteryjne, żele do elektroforezy

2. karagenina - wyciąg z alg morskich (siarczan galaktopiranowy, 2 frakcje); lody, desery, wypełniacz do ciast

3. kw. alginowy - wyciąg z alg brunatnych (kw. mannozowy i glkukorowy); skł. substancji zagęszczających, stabilizujących, emulgujących…….

Glikozydy

1. to połączenie sacharydu ze skł. niesacharydowym aglikonem, zróżnicowanym pod wzgl. Bud. (nasiona, kwiaty, liście)

2. wykazuje aktywn. fizjologiczną - subst. barwne kwiatów, olejki gorczyczne, subst. powierzchniowo-czynne, trucizny (alkaloidy)

3. aglikony powst. w wyn. przemian octanu (glikozydy sterydowe) a-ów aromatycznych (flawonoidy, antocyjany). Pochodne nitrylowych a-ów (glikozydy cyjanogenne), olejków gorczycznych (glikozynolazy i inne)

4. pektyny - glikoportieny roślinne gdzie aglikonem jest białko

5. glikozydy cyjanogenne - hydrolizują do HCN, pestki śliw

6. glukozynolany - aglikon stanowią siarkowe pochodne a-ów, powodują ostry smak, zapach, rozkłada je mirozynaza (?)

7. rzepak - glukonapina, kanepina? obniżają wartość żyw. śruty poekstrakcyjnej

8. gorczyca biała - synalbina - nadaje smak musztardzie

9. kapustne - brukselka, kapusta, kalafior

Glikozoaminoglikany

1. wsytęp. na pow. kom. oraz w zewnętrznej komórkowej substancji podstawowej zwierząt

2. polisacharydy skł. się z powtarzających się jednostek dwucukrów z : glukozaminy lub galaktozoaminy (zawierają „-” naładowaną gr. karboksylowa)

3. gł. glikozoaminoglikany - siarczany chondroityny, kerotan,? , heparyn, dermatan oraz heparyna i kw. hialuronowy

4. z białkami tworzą proteogilkany - 5% białko

5. zw. zapobiegające krzepnięciu krwi (heparyna), zmniejszające tarcie, pośredniczą w adhezji, wiążą czynniki stymulujące proliferacje komórek

Węglowodany tworzą z białkami glikoproteiny

• mogą być przyłączone do białek przez resztę asparaginy (w.N-glikozydowe) lub Ser i Tre (w. O-glikozydowe)

• występ. z białkami: rozpuszczalnymi, błonowymi, sekrecyjnymi, w surowicy krwi

• glikozylacja zachodzi wew. RE i aparatach Golgiego

• dołączanie i odcinanie reszt glukozy kontroluje proces związania białek - węglowodany są nośnikami informacji

• wiele białek roślinnych to glikoproteiny

Właściwości glikoprotein

1. b. strukturalne (kolagen)

2. właść. poślizgowe i ochronne (mucyny)

3. b. transportowe (transferyna, ceruplazmina)

4. udział w pr. odpornościowych (immunoglobulinym antygeny)

5. hormony (gonadotropiny, h. tyreotropowy)

6. udział w interakcjach kom. (plemnik -kom. jajowa, wirus-kom., bakteria-kom., hormon-komórka)

7. chronią przed zamarznięciem (białko osocza ryb)

8. oddziałowują z określonymi węglowodanami (lektyny, selektywny, p.ciała)

6

---