WĘGLOWODANY – WŁAŚCIWOŚCI I METABOLIZMWszystkie dwucukry (maltoza, laktoza, sacharoza) – (3)...
Transcript of WĘGLOWODANY – WŁAŚCIWOŚCI I METABOLIZMWszystkie dwucukry (maltoza, laktoza, sacharoza) – (3)...
WĘGLOWODANY – WĘGLOWODANY – WŁAŚCIWOŚCI I METABOLIZMWŁAŚCIWOŚCI I METABOLIZM
RÓŻNE OBLICZA CUKRÓW…..
Cukier jest słodki i sprawia nam wiele przyjemności, tymczasem...
Jest postrzegany jako jedna z najważniejszych przyczyn plagi, jaka zalała świat, czyli nadwagi i otyłości. O tym problemie dyskutuje się pod każdą szerokością geograficzną. Warto zadać pytanie, jaką rolę w tym wszystkim odgrywają węglowodany.
2
CO ROZUMIEMY POD POJĘCIEM „CUKIER”?
• Cukier stołowy – inaczej sacharoza; otrzymywany z buraków lub trzciny cukrowej, wykorzystywany do słodzenia produktów (np. herbaty, ciast)
TYMCZASEM CUKRY TO…
• Węglowodany, czyli składniki pokarmowe, które powinny stanowić główne źródło energii w diecie człowieka;
• 1 g węglowodanów dostarcza 4 kcal energii (to mniej niż tłuszcze 1 g = 9 kcal );
• Zgodnie z zaleceniami żywieniowymi, co najmniej połowa dostarczanej energii powinna pochodzić z węglowodanów, w większości z węglowodanów złożonych.
JAK POWSTAJĄ CUKRY?
• W przyrodzie powstają głównie w wyniku fotosyntezy przeprowadzanej przez rośliny.
• Stanowią ok. 80% suchej masy roślin i jedynie ok. 1% suchej masy zwierząt.
WĘGLOWODANY
Węglowodany (inaczej cukry lub sacharydy) to organiczne połączenie węgla, wodoru i tlenu, przy czym stosunek wodoru do tlenu jest taki, jak w wodzie ─ stąd nazwa Cn (H2O)n. (glukoza ─ C6H12O6).
PODZIAŁ WĘGLOWODANÓW
MONOSACHARYDY - NOMENKLATURA
Monosacharydy zawierają od 3 do 7 atomów węgla w cząsteczce.
MONOSACHARYDY
3 CTRIOZY
5 CPENTOZY
6 CHEKSOZY
MONOSACHARYDY - NOMENKLATURA
TRIOZY
aldehyd glicerynowy dihydroksyaceton
MONOSACHARYDY - NOMENKLATURA
PENTOZY
ryboza deoksyryboza
MONOSACHARYDY - NOMENKLATURA
HEKSOZY
glukoza fruktozagalaktoza
GLUKOZA
D-GLUKOZA α-D-GLUKOPIRANOZA
β-D-GLUKOPIRANOZA
WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY
- Słodka, krystaliczna i bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie
- Ulega fermentacji alkoholowej
- Daje pozytywne wyniki w próbie Trommera i w próbie Tollensa (wykazuje własności redukujące wynikające z obecności grupy –
CHO )
WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY
- Inne łagodne utleniacze utleniają glukozę analogiczniej (np. woda bromowa)
- Silny ulteniacz (np. HNO3 ) utlenia glukozę do kwasu glukarowego)
- Tworzy estry (np. z H3PO4)
WŁAŚCIWOŚCI GLUKOZY
- Ulega redukcji wodorem w obecności katalizatora palladowego
FRUKTOZA
Zwana także cukrem owocowym, w stanie wolnym występuje w wielu owocach (łac. Fructus – owoc) oraz w miodzie. W stanie związanym występuje np. w cukrze buraczanym i niektórych
wielocukrach. Jest to substancja bezbarwna, znacznie słodsza od glukozy i bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie.
α-D-FRUKTOZA β-D-FRUKTOZA
FRUKTOZAFRUKTOZA
IZOMERIA
ENANTIOMER OPTICAL EPIMER(D i L) ISOMER (mannoza i glukoza)
ANOMER ALDOSE-KETOSE
( i ) ISOMER
Każdy z cukrów prostych ma kilka grup hydroksylowych (-OH) i dodatkowo grupę:
- Aldehydową (-CHO) - nazywamy aldozami- Ketonową (-CO) - nazywamy ketozami
MONOSACHARYDY
• substancje bezbarwne, bezwonne
• przeważnie odznaczają się słodkim smakiem
• bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie
• wykazują aktywność osmotyczną
• odczyn obojętny
• W roztworach wodnych cząsteczki niektórych monosacharydów tworzą pierścienie.
• Między grupą aldehydową lub ketonową a jedną z grup hydroksylowych tworzy się mostek tlenowy, powodujący zamknięcie cząsteczki.
WYSTĘPOWANIE I ZNACZENIE
• RYBOZA
• DEOKSYRYBOZA
• GLUKOZA
• FRUKTOZA
OLIGOSACHARYDY• Powstają przez połączenie od 2 do 10 cząsteczek
cukrów prostych wiązaniem O- glikozydowym.
• Łącząc się z białkami lub lipidami tworzą związki wchodzące w skład błon komórkowych.
• Determinują grupy krwi, odgrywają rolę przy rozpoznawaniu się komórek.
disacharydy
• To produkty kondensacji dwóch cząsteczek cukrów prostych.
• Przykłady:Sacharoza= glukoza + fruktozaLaktoza = glukoza + galaktozaMaltoza = glukoza + glukoza
POLISACHARYDY• To związki zbudowane z dużej liczby
monosacharydów połączonych wiązaniami O- glikozydowymi.
• Mogą tworzyć łańcuchy proste lub rozgałęzione.• Wielocukry są nierozpuszczalne w wodzie – dzięki
temu mogą pełnić w organizmie funkcję zapasową lub budulcową.
POLISACHARYDY
ZAPASOWE BUDULCOWE
SKROBIA
GLIKOGEN
CELULOZA
CHITYNA
SKROBIA
AMYLOZA + AMYLOPEKTYNA
250-1000 reszt glukozowych
Mostki tlenowe zwrócone w tę samą stronę
Tworzy spiralnie zwinięty łańcuch
Ponad 600 cząsteczek glukozyŁańcuch posiada liczne odgałęzienia
boczne
SKROBIA
http://mymen3.w.interia.pl/cukry/11.html
GLIKOGEN
• Budowa chemiczna podobna do budowy amylopektyny.
• Tworzy go od 500 do 50 000 reszt glukozy.
GLIKOGEN W WĄTROBIE
GlukagonGlukagon
InsulinaInsulina
CELULOZA
• Cząsteczka utworzona z kilkuset do kilkutysięcy reszt glukozowych połączonych w długie, nierozgałęzione, równoległe do siebie łańcuchy.
• Sąsiadujące ze sobą cząsteczki glukozy są zwrócone mostkami tlenowymi raz w jedną, raz w drugą stronę – odporność na rozciąganie.
CELULOZA
CHITYNA
• Monomerem chityny jest glukozamina, której cząsteczka różni się od glukozy tym, że przy drugim atomie węgla zamiast grupy –OH znajduje się grupa aminowa – NH2
NH2
WYSTĘPOWANIE I ZNACZENIE
• SKROBIA
• GLIKOGEN
WYSTĘPOWANIE I ZNACZENIE
• CELULOZA
• CHITYNA
Przemiany monosacharydów
Glukozydazy Dzięki łączeniu się ze sobą cząsteczek cukrów
prostych za pomocą tzw. wiązania glikozydowego powstają bardziej złożone cząsteczki: dwucukry i wielocukry. Wiązana te podlegają rozkładowi przez enzymy amylolityczne (glukozydazy). Należą do nich:
- amylazy
- maltazy
- sacharazy
- laktazy
Trawienie węglowodanów
Trawienie węglowodanów rozpoczyna się w jamie ustnej. Ślina zawiera enzym trawiący wielocukry (np. skrobię) – amylazę ślinową (ptialina), która rozkłada skrobię (wielocukier) na krótsze fragmenty z odłączeniem maltozy (dwucukru).
Proces trawienia trwa do inaktywacji amylazy ślinowej w niskim pH.
Węglowodany nie są trawione w żołądku!!!
Cukier prosty
Trawienie węglowodanów W jelicie cienkim następuje dalszy proces trawienia cukrów. Nie
strawione wielocukry i krótkie łańcuchy wielocukrów (1) są rozkładane przy udziale amylazy trzustki (2) do maltozy (3).
Wszystkie dwucukry (maltoza, laktoza, sacharoza) – (3) znajdujące się w dwunastnicy zostają rozłożone przez odpowiednie enzymy jelita cienkiego (4) na cukry proste (glukoza, fruktoza, galaktoza) – (5).
I tak enzym maltaza rozszczepia maltozę na dwie cząsteczki glukozy, enzym sacharaza- rozkłada sacharozę na glukozę i fruktozę, a enzym laktaza- rozkłada laktozę na glukozę i galaktozę.
TRAWIENIE DISACHARYDÓW
SGLT1 - sodium-glucose linked transporter1
GLUT2 – glucose transporter 2GLUT5 – fructose/glucose transporter 5
Te przenośniki nie są regulowane przez insulinę
Enterocyt
TRANSPORT TRANSPORT GLUKOZY Z JELITA DO KRWIGLUKOZY Z JELITA DO KRWI
GLUT4 - Glucose transporter type 4
TRANSPORT GLUKOZY Z KRWI DO TRANSPORT GLUKOZY Z KRWI DO KOMÓREKKOMÓREK
GLIKOLIZA (szlak Embdena – Meyerhofa - Parnasa)
- proces enzymatycznego rozkładu cukrów do kwasu pirogronowego, którego celem jest pozyskanie energii pod postacią NADH i adenozyno-5'-trifosforanu. Substratami dla procesu mogą być: glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza i glicerol. Proces glikolizy może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, uważa się jednak, że glikoliza jest najstarszym ewolucyjnie procesem pozyskiwania energii z cukru; prawdopodobnie wykształcił się on jeszcze wtedy, gdy w atmosferze ziemskiej nie było tlenu. Enzymy glikolityczne można znaleźć zarówno u bakterii jak i u eukariotów. Jest to beztlenowy proces przemiany - (fermentacja)-głównie glukozy zachodzący w komórkach zwierząt i dostarczający energii w postaci ATP. To skomplikowany proces chemiczny w którym uczestniczy 11 enzymów.
W pierwszym etapie następuje fosforylacja (kosztem ATP) różnych sacharydów: heksoz, glikogenu, skrobi i ich rozkład z wytworzeniem aldehydu-3-fosfoglicerynowego.W drugim etapie zachodzą reakcje oksydo-redukcyjne (z udziałem dinukleotydu nikotynamidoadeninowego NAD) dostarczające energii, która jest częściowo magazynowana w cząsteczkach powstającego ATP oraz następuje wytworzenie kwasu pirogronowego.Przebieg I i II etapu glikolizy jest identyczny jak w fermentacji alkoholowej. Powstały kwas pirogronowy może ulegać różnym przemianom.W warunkach beztlenowych, np. podczas pracy mięśni, gdy następuje spadek stężenia tlenu w tkankach, zachodzi trzeci etap glikolizy: kwas pirogronowy ulega redukcji (przy udziale NADH) do kwasu mlekowego. NADH utleniony ponownie do NAD+ może ponownie brać udział w przemianie następnej cząstki heksozy w drugim etapie glikolizy.
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
O
H
HO
H
HO
H
OHOHH
H
OH
+ ATP + ATP
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
O
H
HO
H
HO
H
OHOHH
H
OPO3 2-
+ ADP + H+ + ADP + H+
Glukoza
Glukozo-6-fosforan
enzym:heksokinaza
Etap 1:fosforylacjaglukozy
Etap 2:izomeryzacjaglukozy dofruktozy
CH2OH-2 O3POH2C
HO
HOO
CH2OH
O
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
Fruktozo-6-fosforan
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
O
H
HO
H
HO
H
OHOHH
H
OPO3 2-
Glukozo-6-fosforan
Enzym:izomerazaglukozofosforanowa
Etap 3:Drugafosforylacjafruktozy
CH2OH
HO
HO
-2 O3POH2C
CH2OH
O
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
Fruktozo-6-fosforan
Enzym:fosfofruktokinaza
CH2OPO3 2--2 O3POH2C
HO
HOO
CH2OPO3 2-
O
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
Fruktozo-1,6-difosforan
+ ATP
CH2OPO3 2--2 O3POH2C
HO
HOO
CH2OPO3 2-
O
HHO
OHH
OHH
CH2OPO3 2-
Fruktozo-1,6-difosforan
Rozszczepienie wi¹ zania miêdzy 3 - 4 atomem wêgla
CH2OH CH O
C O
CH2OPO3 2-
CH OH
CH2OPO3 2-
fosfodihydroksyaceton aldehyd 3-fosfoglicerynowy
Etap 4:Rozpad na2 fragmentytrójwęglowe;
Etap 5:Fragmentytrójwęgloweizomeryzują
CH2OH CH O
C O
CH2OPO3 2-
CH OH
CH2OPO3 2-
fosfodihydroksyaceton aldehyd 3-fosfoglicerynowy
Izomerazatriozofosforanowa
Etap 6:Odwodornieniei fosforylacjatrójwęglowegofragmentu
CH O
CH OH
CH2OPO3 2-
aldehyd 3-fosfoglicerynowy
dehydrogenazaaldehydu3-fosfoglicerynowego
NAD+ + Pi
NADH + H+
CO OPO3 2-
CH OH
CH2OPO3 2-
1,3-difosfoglicerynian
Etap 7:Utworzenie ATPZ ADP – odzysk energii. kinaza
fosfoglicerynianowa
CO OPO3 2-
CH OH
CH2OPO3 2-
1,3-difosfoglicerynian
ADP
ATP
CO O-
CH OH
CH2OPO3 2-
3-fosfoglicerynian
Etap 8:Izomeryzacja
fosfogliceromutaza
CO O-
CH OPO3 2-
CH2OH
2-fosfoglicerynian
CO O-
CH OH
CH2OPO3 2-
3-fosfoglicerynian
Etap 9:Odszczepieniecząsteczki wody enolaza
CO O-
CH OPO3 2-
CH2OH
2-fosfoglicerynian
CO O-
C OPO3 2-
CH H
fosfoenolopirogronian
Etap 10:Znów odzysk energii – powstaje ATP z ADP
kinazapirogronianowa
CO O-
C OPO3 2-
CH H
fosfoenolopirogronian
ADP
ATP
CO O-
C O
CH3
pirogronian
Bilans energetyczny glikolizy
Reakcja Przemiana ADP ATP
Glukoza glukozo-6-fosforan -1
Fruktozo-6-fosforan fruktozo-1,6-difosforan -1
2 cząsteczki 1,3-difosfoglicerynianu 2 cząsteczki 3-fosfogliceraynianu +2
2 cząsteczki fosfoenolopirogronianu 2 cząsteczki pirogronianu +2
NETTO +2
REGULACJA GLIKOLIZY
Pirogronian (C3) może być dalej przekształcany w etanol (C2) (drożdze), mleczan (w mięśniach w warunkach niedoboru tlenu) lub acetylokoenzym A (C2), który bierze następnie udział w cyklu kwasu cytrynowego (kwasów trójkarboksylowych) i tam ostatnie wiązanie węgiel – węgiel pęka, a wydzielona energia jest zużywana w innych procesach życiowych.
GLIKOLIZA BEZTLENOWAGLIKOLIZA BEZTLENOWA
Energia, jaką komórka uzyskuje przy rozpadzie glukozy na dwa fragmenty (pęka jedno wiązanie) jest zmagazynowana w dwóch utworzonych cząsteczkach ATP.
Tymczasem w warunkach dostępu tlenu zachodzi dalsza przemiana kwasu pirogronowego.
Traci on jeden węgiel i przemienia się w dwu węglowy fragment C2. Ten fragment w postaci ugrupowania acetylowego (CH3CO) przyłącza się do specjalnego nośnika, jakim jest koenzym A. Powstaje w ten sposób acetylo-koenzym A (acetylo-CoA), który dostarcza grupę acetylową do innego układu, w którym to ostanie pozostałe z glukozy wiązanie C-C ulegnie rozerwaniu.
W istocie znaczenie acetylo-CoA jest bardziej ogólne, bo te grupy acetylowe pochodzą także z rozkładu kwasów tłuszczowych – innego rodzaju „pożywienia” dla komórki.
Dekarboksylacja kwasu pirogronowegoDekarboksylacja kwasu pirogronowego
CO O-
C O
CH3
pirogronian
+ CoA + NAD+ + CO2 + NADH
CoA
C O
CH3
acetylo-CoA
N
NN
N
NH2
O
OHO
HHHH
OPO
O-
O
P O-
O-
O
P
O
O-
CC
CH3
CH3
CCN
H
OH
O
H
CCHS
H
H
H
H
H
H
O
-merkaptoamina reszta kwasu pantotenowego
CoA
Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę pirogronianową
Kompleks dehydrogenazy pirogronianowej (PDH) składa się z trzech białek o różnych aktywnościach.
Zwróć uwagę na 5 różnych kofaktorów tego złożonego procesu.
Pirogronian
Acetylo-CoA
Kwas Liponowy pełni tu funkcję ramienia przenoszącego pozostałą po dekarboksylacji
pirogronianu resztę hydroksyetylową, pomiędzy podjednostkami E1 i E3, katalizującymi kolejne etapy
reakcjifragment pirgronianu
Utleniony Liponian
Tiamina
STRUKTURA 3D KOMPLEKSU STRUKTURA 3D KOMPLEKSU ENZYMATYCZNEGO PDH ENZYMATYCZNEGO PDH
E3E3E3E3
E3E3
E1E1
E1E1
E1E1
E2E2
TPP – thiamine pyrophosphate
REAKCJE PDH REAKCJE PDH
REGULACJA AKTYWNOŚCI PDHREGULACJA AKTYWNOŚCI PDH
PRZEMIANY MONOSACHARYDÓW
glikogen
CYKL PENTOZOFOSFORANOWYCYKL PENTOZOFOSFORANOWY
GALAKTOZA
FRUKTOZAFRUKTOZA
Szkodliwość fruktozySzkodliwość fruktozy
Glukoza
Fruktoza
Nadmiar
Insulina Leptyna Sytość
Głód
Otyłość
Rak trzustkiCukrzyca
Choroby układu krążenia
Stłuszczenie narządów
SORBITOLSORBITOL
Zaćma
Nadmiar
Zespół jelita drażliwego
SACHAROZASACHAROZA
LAKTOZALAKTOZA
MALTOZA/IZOMALTOZA