WYKŁAD 7.

Glikozydy

Grupa OH przy węglu anomerycznym jest bardzo reaktywna, łatwo wchodzi w reakcję z alkoholami lub ze związkami będącymi nośnikami grup aminowych wytwarzając glikozydy Jeżeli grupa OH przy węglu anomerycznym wytwarza wiązanie glikozydowi poprzez grupę hydroksylową, powstający produkt jest nazwany O-glikozydem. Jeżeli grupa OH przy węglu anomerycznym wytwarza wiązanie glikozydowe poprzez azot grupy aminowej lub iminowej produkt taki nazwany jest N-glikozydem. Poprzez wiązania polimeryczne: disacharydy, oligosacharydy i polisacharydy.

Kwasy uronowe: są produktami powstającymi w wyniku utlenienia grupy alkoholowej przy C6 heksoz. Najczęściej spotykanym jest kwas glukuronowy. Biorą udział w biotransformacji i detoksykacji niektórych metabolitów oraz ksenobiotyków. Kwasy uronowe są składnikami glikozoaminoglikanów. Kwas glukuronowy może przekształcać się w kwas askorbinowy

Aminoheksozy są pochodnymi heksoz, w których grupa -OH w pozycji C2 została zastąpiona grupą aminową. Znane są trzy ammoheksozy: glukozoamina, galaktozoamina i mannozoamina. . Są substratami zużywanymi do syntezy glikgzoarninoglikanów i proteoglikanów.

Kwas sjalowy: (N-acetyloneuraminowy) bierze udział w procesie glikozylacji białek, występuje w błonach komórkowych i ścianach bakterii.

Pochodne cukrów prostych

Cukry proste, głownie heksozy, podlegają w tkankach różnym modyfikacjom, w wyniku których powstają różne pochodne. Większość z nich wbudowuje się do produktów wielkocząsteczkowych - glikoprotein i glikozoaminoglikanów.

POLISACHARYDY

Zawierają zwykle setki lub tysiące jednostek monosacharydowych. Dzielą się one na homopolisacharydy (homoglikany), złożone z jednakowych jednostek cukrowych (skrobia, glikogen, ceiuloza) i heteropolisacharydy (heteroglikany), złożone z różnych jednostek cukrowych i niecukrowych (glikozoaminogłikany). Największe znaczenie mają skrobia i glikogen.

Skrobia jest polisacharydem roślinnym, występującym głównie w ziemniakach i nasionach zbóż, będącym głównym składnikiem pokarmu człowieka. Składa się z dwu frakcji: amylozy i amylopektyny. Amyloza jest liniowym polimerem reszt glukozy zespolonych wiązaniami a-1,4-glikozydowymi. Amylopektyna jest również zbudowana z reszt glukozy, zespolonych wiązaniami a-l,4-glikozydowymi, lecz łańcuchy tego polisacharydu są rozgałęzione. W miejscu rozgałęzień występują wiązania a-1,6-glikozydowe.

Zapotrzebowanie na glukozę

Glukoza jest preferowanym, bądź jedynym substratem energetycznym dla wielu komórek, przede wszystkim dla komórek mózgu i krwinek czerwonych. Jest jedynym substratem energetycznym, który może być przetwarzany w warunkach beztlenowych. Stężenie glukozy we krwi utrzymuje się na stałym poziomie i waha się w niewielkim zakresie, od 70 do 9O mg/dl.

Funkcjonują trzy główne źródła glukozy: dieta, rozkład glikogenu i glukoneogeneza. Dostarczanie glukozy (bądź jej nośników) jest nieregularne, nierównomiernie rozmieszczone w czasie i nie zapewnia utrzymania stałego poziomu glukozy we krwi. Utrzymanie ciągłości w dostawie glukozy zapewnia mechanizm magazynowania nadmiaru glukozy w postaci glikogenu, w formie nadającej się do natychmiastowego uwolnienia w odpowiedzi na obniżenie jej stężenia we krwi. Wyczerpanie zasobów glikogenu skutkuje nasileniem glukoneogenezy.

Glikogen

• Jest rozgałęzionym homopolisacharydem złożonym wyłącznie z reszt a-D-glukozy, połączonych wiązaniami glikozydowymi. W odcinkach prostych poszczególne reszty glukozy są zespolone wiązaniami a-1,4. Rozgałęzienia łańcucha powstają poprzez wiązania glikozydowe; a-1,6. Na 8-10 reszt glukozy wbudowanych do łańcucha prostego przypada jedno rozgałęzienie łańcucha. Rozgałęzienia są wielostopniowe. Taka budowa ułatwia pełnienie jego funkcji.

• Rezerwuarem glikogenu jest wątroba i mięśnie szkieletowe

• Główna funkcja glikogenu wątrobowego polega na magazynowaniu glukozy i uruchamiania jej na potrzeby innych tkanek.

• Mechanizm ten powoduje, iż stężenie glukozy we krwi podlega niewielkim wahaniom. Wzrost stężenia glukozy sprawia, iż jest ona wychwytywana przez komórki wątrobowe i wbudowywana do glikogenu, obniżenie zaś nasila rozpad giikogenu do wolnej glukozy i przechodzenie jej do krwi.

• Wątroba zawiera około 100g glikogenu stanowiącego od 6 do 8% masy tego narządu.

Glikogen mięśniowy jest zużywany wyłącznie w obrębie komórki mięśniowej.

• Mięśnie w stanie spoczynku zawierają około 4OOg glikogenu, co stanowi od 1 do 2% ich masy.

• Zawartość glikogenu w wątrobie wzrasta w stanie dobrego odżywienia i maleje w okresie głodu, natomiast zawartość glikogenu w mięśniach nie podlega takim wahaniom. Natomiast wysiłek fizyczny prowadzi do szybkiego zużycia glikogenu mięśniowego, ale jego zapasy są szybko odtwarzane.

Synteza glikogenu

Synteza i rozpad glikogenu są procesami ciągłymi. Glikogen jest syntetyzowany z u-D-glukozy, w procesie zwanym glikogenogenezą. Zachodzi w cytosolu, wymaga energi w postaci ATP, obecności startera (fragmentu gfikogenu).

Najważniejszym enzymem w tym procesie jest syntaza glikogenowa, która wytwarza wiązania a-1,4-glikozydowe. Enzym ten przenosi reszty glukozy z UDP-glukozy na starter. Produktem reakcji elongacji, katalizowanej przez syntazę glikogenową, jest łańcuch liniowy, a rozgałęzienia nncucna glikogenowego powstają pod działaniem 1,4-1,6-trnasglikozydazy, zwanej także enzymem rozgałęziającym

Rozkład glikogenu

Rozpad glikogenu w wątrobie i w mięśniach, zwany jest glikogenoliza, nie jest odwróceniem jego syntezy. Proces ten wymaga udziału innych enzymów. Dominującym mechanizmem w rozkładzie glikogenu jest fosforoliza wiązań a-1,4, przy udziale fosforylazy glikogenownej.

Mechanizmem wspomagającym jest hydrolityczny rozkład wiązań a-1,6, występujących w miejscu rozgałęzień cząsteczki glikogenu.

Regulacja syntezy i degradacjii glikogenu

• Proces syntezy i degradacji glikngenu jest precyzyjnie regulowany. W wątrobie synteza glikogenu nasila się w okresie dobrego odżywienia - sytości podczas gdy degradacja nasila się w okresie głodzenia. W mięśniach szkieletowych degradacja nasila się podczas wysiłku, a akumulacja - podczas spoczynku.

• Regulacja syntezy i degradacji glikogenu odbywa się na dwóch poziomach. Pierwszy to kontrola allosteryczna syntazy glikogenowej I fosforylazy glikogenowej. Drugi polega na kontroli* hormonalnej.

Syntaza glikogenowa i fosforylaza glikogenowa są wrażliwe na zmiany stężeń niektórych metabolitów i stan energetyczny komórki. Synteza glikogenu jest pobudzana w sytuacji, gdy poziom energetyczny i dostępność glukozy są wysokie, natomiast degradacja glikogenu nasila się, gdy poziom energetyczny i dostępność glukozy maleje.

Syntaza glikogenowa jest aktywowana allosterycznie przez glikozo-6-fosforan, którego stężenie w komórce jest wysokie. W tej samej sytuacji fosforylaza glikogenowa jest allosterycznie hamowana przez glukozo-6-fosforan i przez ATP, który jest sygnałem

wysokiego poziomu energetycznego komórki. W wątrobie także wolna glukoza jest inhibitorem allosterycznym fosforylazy glikogenowej.

Metabolizm glikogenu pozostaje pod kontrolą układu hormonalnego. Insulina nasila proces glikogenogenezy, a adrenalina i glukagon pobudzają glikogenolizę. Niefosforylowana syntaza glikogenowa a, jest katalitycznie aktywna, natomiast jej postać fosforylowana - syntaza glikogenowa b - jest nieaktywna. Proces fosforylacji syntazy glikogenowej jest pobudzany przez glukagon (zahamowanie syntezy - pobudzenie glikogenolizy), natomiast jej defosforylacja jest pobudzana przez insulinę (nasilenie glikogenogenezy).

Aktywność fosforylazy glikogenowej jest modyfikowane przez fosforylacje. W przeciwieństwie do syntazy glikogenowej, katalitycznie aktywna postać enzymu - fosforylaza glikogenowa a — jest fosforylowana, natomiast defosforylacja tego enzymu zamienia go w nieaktywną fosforylazę glikogenową b. Proces fosforylacji tego enzymu jest katalizowany przez kinazę białkową A. Jej aktywność jest pobudzana przez glukagon i adrenalinę, dlatego hormony te wzmagają glikogenolizę. Ponadto insulina aktywuje fosfatazę białkową 1, co przyspiesza defosforylację fosforylazy glikogenowej a, powodując inaktywację tego enzymu i zahamowanie glikogenolizy.

Choroby spichrzania glikogenu

Istnieje grupa chorób genetycznych będących skutkiem wrodzonych defektów syntezy bądź degradacji glikogenu. Ich następstwem jest powstawanie glikogenu o nieprawidłowej strukturze lub akumulacja nadmiernej ilości glikogenu o prawidłowej strukturze Niedobór określonego enzymu może ograniczać się tylko do jednego narządu lub może być uogólniony, obejmując wątrobę mięśnie szkieletowe, mięsień sercowy, nerki i ścianę jelit. W wiekszści przypadków występuje powiększenie wątroby oraz hipoglikemia. Opisano osiem typów tej choroby.

Trawienie disacharydów i polisacharydów

• W procesie tym uczestniczną enzymy nazwane glikozydazami

• Trawienie skrobi i niewielkich ilości glokogeniu, rozpoczyna się już w jamie ustnej pod działaniem a-amylazy ślinowej

• Dalsze trawienie skrobi glikogenu zachodzi w jelicie cienkim, przy udziale a-amylazy trzustkowej. Enzym ten hydrolizuje co drugie wiązanie a-1,4-glokozydowe. Sumarycznym efektem działania obydwu a-amylaz jest mieszanina disacharydów: maltozy i izomaltozy.

Celuloza, powszechnie obecna w pokarmach roślinnych spożywanych przez człowieka jest nieprzyswajalna. Reszty glukozy zawarte w celulozie są połączone ze sobą wiązaniami B-glikozydowymi, które nie są podatne na działanie a-amylaz. W przewodze pokarmowym zwierząt roślinożernych, saprofitują bakterie produkujące B-laktamazę, zdolną do trawienia celulozy. Końcowy etap trawienia zachodzi w jelicie cienkim z udziałem oligosacharydazmi disacharydaz

• Cukry proste są wchłaniane przez komórki nabłonka jelitowego na

drodze aktywnego transportu. Dostają sie do wątroby poprzez krążenie wrotne. Ponad połowa glukozy zostaje w wątrobie zmagazynowana w formie glikogenu. Cześć glukozy zostaje przetworzona w wątrobie do własnych celów metabolicznych Pozostała cześć glukozy wraz z krwią dociera do różnych narządów

• Ponieważ absorpcji ulegają głownie monosacharydy, jakikolwiek defekt w aktywności specyficznej disacharydazy błony śluzowej jelita cienkiego powoduje przechodzenie nie strawionych disacharydów do jelita grubego. Defekt ten może być wrodzony lub nabyty. Następstwem akumulacji disacharydów jest wzrost ciśnienia osmotycznego treści jelita

grubego. Hiperosomotyczna zawartość jelitowa powoduje przemieszczanie wody z błony śluzowej do światła jelita grubego, a w konsekwencji biegunki. Nagromadzone cukry podlegają femrentacji bakteryjnej - produkty gazowe powodują wzdęcia

LIPIDY

• Są heterogenną grupą nierozpuszczalnych w wodzie (hydrofobowych) związków organicznych. Większość z nich jest skupiona w cytoplazmie komórek tłuszczowych, w błonach biologicznych i w kompleksach z białkami osoczowymi (lipoproteiny)

• Lipidy są źródłem energii dla organizmu ludzkiego.

• Niektóre lipidy są witaminami lub koenzymami.

• Lipidowy charakter wykazują także substancje regulujące homeostazę ustrojową wśród nich hormony steroidowe i prostaglandyny.

• Nieprawidłowości w metabolizmie lipidów są źródłem poważnych procesów patologicznych, przede wszystkim miażdżycy i otyłości.

• W organizmie ludzkim najobficiej występującymi lipidami są:

• kwasy tłuszczowe

• acyloglicerole

• fosfolipidy

• sfingolipidy

• cholesterol i jego pochodne

Kwasy tłuszczowe

Składają sie z łańcucha węglowodorowego zakończonego grupą karboksylową. Dzieła sie one na nasycone i nienasycone. Cząsteczka kwasu tłuszczowego ma charakter amfipatyczny, posiada fragment hydrofobowy (łańcuch węglowodorowy) i fragment hydrofilny

(zjonizowama grupa karboksylowa).

Poszczególnym atomom węgła, przypisano kolejne numery, poczynając od węgla grupy karboksylowej, oznaczanego numerem 1 (C1). Równoległe funkcjonuje inny system oznaczania atomów węgla. Atom C2, z którym wiąże się grupa karboksylowa, nazywany jest węglem alfa, atom C3 jest węglem beta, etc, ostatni nosi nazwę węgla omega (chyba!?) , niezależnie od długości łańcucha. W niektórych przypadkach, (szczególnie w odniesieniu do kwasów nienasyconych), stosuje się numerację atomów węgla, poczynając od węgła omega i nadając mu numer omega-1. Na przykład, kwas unolenowy jest kwasem omega-3, ponieważ wiązanie podwójne najbliższe węglowi omega, znajduje się przy węglu 3.

1

---