Biochimie - Curs 3- 2019 Monozaharidele Carbohidraţii sunt: surse de energie sau intermediari metabolici; componenţi ai acizilor nucleici (ADN-ului sau ARN-ului) sau a substanţelor care permit diferenţierea între grupele de sânge; compuşi care rezultă în procesul de fotosinteză (sub forma de celuloză); elemente structurale ale peretelui celular al plantelor sau componente ale pielii, ţesutului conjunctiv, tendoanelor, cartilajelor sau oaselor; participă la recunoaşterea şi adeziunea/interacţiunea dintre celule; unii derivaţi ai carbohidraţilor pot fi folosiţi drept antibiotice (streptomicina, eritromicina, carbomicina); pot fi legaţi de unele proteine şi lipide - au rolul de semnal, fapt care determină localizarea intracelulară sau traseul metabolic al acestor molecule; unele glicoproteine au rol de protecţie a organismului la temperaturi joase. Monozaharidele sunt aldehide sau cetone care au în componenţă grupări hidroxilice și carbonilice. Formula lor generală este (CH2O)n (aldohexoza D-glucoza are formula generală (CH2O)6). Carbohidraţii au în componenţă molecule (monozaharide) care conţin între 3 şi 9 atomi de carbon. Cele mai frecvente hexoze sunt glucoza şi fructoza. Majoritatea carbohidraţilor din alimente sunt convertiţi în glucoză în cursul digestiei. Glucoza este utilizată de organism pentru biosinteza altor monozaharide sau polizaharide (glicogenul – polizaharid de rezervă care este stocat în ficat sau muşchi – are în componenţă unităţi de glucoză). Glucoza poate fi un precursor al biosintezei aminoacizilor sau a altor componente necesare organismului. Fructoza este întâlnită în componenţa fructelor sau mierii şi poate fi folosită drept conservant. Clasificare În funcţie de numărul atomilor de carbon monozaharidele pot fi clasificate astfel: trioze, tetroze, hexoze etc. În funcţie de natura grupei carbonil care apare în structura carbohidraţilor aceştia pot fi clasificaţi în aldehide şi cetone. Aldozele şi cetozele Triozele sunt monozaharidele cele mai simple. Există 2 trioze: glicerinaldehida este primul membru din clasa aldozelor şi dihidroxi-acetona, cel mai simplu membru din clasa cetozelor. De remarcat faptul că gliceraldehida şi dihidroxicetona au aceeaşi compoziţie atomică. Cei doi compuşi sunt tautomeri ce pot fi convertiţi unul în celălalt prin intermediul unui endiol (Figura 1). Acelaşi tip de tautomerie poate avea loc şi la monozaharidele care posedă un lanţ hidrocarbonat mai lung. Figura 1. Interconversia aldozelor în cetoze via un intermediar instabil
11
Embed
Monozaharidele ţ ş ă ţ ă ş ţ ş ă ţ și carbonilice ă ţ ş ţ ... · ului, ATP-ului (sursă primară de energie la nivelul mușchilor), ADP-ului sau AMP-ului. Drojdia de
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Biochimie - Curs 3- 2019
Monozaharidele
Carbohidraţii sunt:
surse de energie sau intermediari metabolici;
componenţi ai acizilor nucleici (ADN-ului sau ARN-ului) sau a substanţelor
care permit diferenţierea între grupele de sânge;
compuşi care rezultă în procesul de fotosinteză (sub forma de celuloză);
elemente structurale ale peretelui celular al plantelor sau componente ale pielii,
ţesutului conjunctiv, tendoanelor, cartilajelor sau oaselor;
participă la recunoaşterea şi adeziunea/interacţiunea dintre celule;
unii derivaţi ai carbohidraţilor pot fi folosiţi drept antibiotice (streptomicina,
eritromicina, carbomicina);
pot fi legaţi de unele proteine şi lipide - au rolul de semnal, fapt care determină
localizarea intracelulară sau traseul metabolic al acestor molecule;
unele glicoproteine au rol de protecţie a organismului la temperaturi joase.
Monozaharidele sunt aldehide sau cetone care au în componenţă grupări
hidroxilice și carbonilice. Formula lor generală este (CH2O)n (aldohexoza D-glucoza are
formula generală (CH2O)6). Carbohidraţii au în componenţă molecule (monozaharide)
care conţin între 3 şi 9 atomi de carbon. Cele mai frecvente hexoze sunt glucoza şi
fructoza. Majoritatea carbohidraţilor din alimente sunt convertiţi în glucoză în cursul
digestiei. Glucoza este utilizată de organism pentru biosinteza altor monozaharide sau
polizaharide (glicogenul – polizaharid de rezervă care este stocat în ficat sau muşchi – are
în componenţă unităţi de glucoză). Glucoza poate fi un precursor al biosintezei
aminoacizilor sau a altor componente necesare organismului. Fructoza este întâlnită în
componenţa fructelor sau mierii şi poate fi folosită drept conservant.
Clasificare În funcţie de numărul atomilor de carbon monozaharidele pot fi
clasificate astfel: trioze, tetroze, hexoze etc. În funcţie de natura grupei carbonil care
apare în structura carbohidraţilor aceştia pot fi clasificaţi în aldehide şi cetone.
Aldozele şi cetozele
Triozele sunt monozaharidele cele mai simple. Există 2 trioze: glicerinaldehida
este primul membru din clasa aldozelor şi dihidroxi-acetona, cel mai simplu membru din
clasa cetozelor. De remarcat faptul că gliceraldehida şi dihidroxicetona au aceeaşi
compoziţie atomică. Cei doi compuşi sunt tautomeri ce pot fi convertiţi unul în celălalt
prin intermediul unui endiol (Figura 1). Acelaşi tip de tautomerie poate avea loc şi la
monozaharidele care posedă un lanţ hidrocarbonat mai lung.
Figura 1. Interconversia aldozelor în cetoze via un intermediar instabil
Biochimie - Curs 3- 2019
Figura 2. Stereoizomeri ai aldehidei glicerice
Enantiomeria monozaharidelor
Una din caracteristicile principale ale structurii monozaharidelor poate fi
observată la examinarea structurii gliceraldehidei. Cel de-al doilea atom de carbon are
grefaţi patru substituienti diferiţi, deci este un atom de carbon chiral, asemeni atomilor
de carbon din pozitia a majorităţii aminoacizilor. Din acest motiv, gliceraldehida are
doi stereoizomeri, numiţi şi enantiomeri, ale căror structuri nu se suprapun şi nu
constituie imaginea celeilalte în oglindă.
Una dintre cele mai utilizate forme de
reprezentare ale enantiomerilor este aceea în care se
folosesc formulele de reprezentare Fischer.
Structurile de proiecţie Fischer ale gliceraldehidei
sunt reprezentate în acelaşi plan. Rosanoff, în 1906,
a propus cele două tipuri de enantiomeri ai
gliceraldehidei drept referinţă. Ceilalţi enantiomeri
ai monozaharidelor superioare au fost denumiţi
prin analogie cu gliceraldehida (Figura 2)
ultimul atom de carbon asimetric dictează tipul de stereoizomer – D dacă gruparea –OH
este în partea dreaptă a atomului de C asimetric sau L dacă gruparea –OH este în partea
stângă a atomului de C asimetric).
La reprezentarea structurilor de proiecţie Fischer se folosesc următoarele reguli:
- lanţul de atomi de carbon este poziţionat vertical, cu gruparea carbonil în partea de
sus, iar ultimul atom de carbon din lanţ, situat la distanţa cea mai mare de grupa
carbonil, la partea inferioară;
- toate liniile verticale reprezintă legături C-C din lanţul hidrocarbonat sunt situate sub
un plan imaginar în timp ce liniile orizontale reprezintă legăturile situate deasupra
planului imaginar;
- numerotarea atomilor de carbon din monozaharide porneşte de la grupa carbonilică
(în aldoze) sau de la atomul de carbon din vecinatatea grupei carbonilice (în cetoze).
Ca şi în cazul aminoacizilor, una din formele enantiomere ale monozaharidelor
predomină în organismele vii. Dacă în proteine forma enantiomeră cel mai des intâlnită
este aceea a L-aminoacizilor, în carbohidraţi subunităţile sunt preponderent sub formă de
D-mono-zaharide. Există însă şi situaţii în care L-monozaharidele apar în diverse
macromolecule (L-arabinoza intră în componenţa peretelui plantelor, L-galactoza în
componenţa agarului).
Diastereoizomeri ai monozaharidelor
Monozaharidele care au în componenţă mai mult de 3 atomi de carbon pot avea
mai mult de un atom de carbon asimetric, fapt care conduce la apariţia a două tipuri de
stereoizomeri. Tetrozele sunt monozaharide cu formula (CH2O)4. Aldotetroza are 4
stereoizomeri datorită existenţei celor 2 atomi de carbon asimetrici (Figura 3).
Biochimie - Curs 3- 2019
Figura 3. Stereoizomeri ai aldotetrozei
Treoza şi eritroza sunt două aldotetroze la care gruparea hidroxil de la atomul de
carbon 2 are orientare diferită. Acest timp de stereoizomeri nu sunt unul faţă de celalalt
imaginea în oglindă şi de aceea poartă numele de diastereizomeri. Fiecare din aceste
monozaharide are un enantiomer (D sau L – în funcţie de poziţia grupării hidroxilice de
la ultimul atom de carbon asimetric), molecule care la rândul lor sunt şi diastereoizomeri.
D-eritroza se găsește în sânge și țesuturile cartilaginoase. În celulă este localizată
la nivelul citoplasmei. D-4-eritroz-fosfatul este un derivat fosforilat al D-triozei și
constituie un intermediar important în calea metabolică a pentozelor. De asemenea, poate
fi utilizat la biosinteza aminoacizilor aromatici sau a serinei și joacă un rol important în
metabolismul vitaminei B6.
Cetoza cu 4 atomi de carbon, eritruloza, are numai o singură pereche de
enantiomeri, deoarece această monozaharidă posedă numai un atom de carbon asimetric.
În cele mai multe cazuri, denumirea cetozei se face plecând de la numele aldozei care are
acelaşi număr de atomi de carbon, la care se adaugă sufixul ul înaintea sufixului oza.
Aceste monozaharide (de exemplu: eritroza şi eritruloza) sunt forme tautomere.
Conversia aldozelor în cetoze este o modalitate de transformare a unui diastereoizomer în
altul prin intermediul cetozelor.
Diastereoizomerii pentozelor
Prin adăugarea unui nou atom de carbon la structura tetrozelor se obţin pentozele.
Aceste monozaharide (aldopentozele) au 3 atomi de carbon asimetrici, şi din acest motiv
această subclasă are 8 stereoizomeri (4 perechi de enantiomeri). D-aldopentozele au
conformaţia D la atomul de carbon din poziţia 4, respectiv conformaţiile D sau L la
atomii de carbon 2 şi 3.
Xiloza este o aldopentoză care se găsește în embrionii plantelor și în polizaharidul
xilan (asociat de obicei cu celuloza). Se consideră faptul că xiloza este unul dintre cele
opt zaharuri esențiale pentru nutriția umană.
Riboza este o aldopentoză care poate fi sintetizată la nivelul țesuturilor din alte
monozaharide (glucoza). Este un compus esențial care se regăsește în structura ARN-
ului, ATP-ului (sursă primară de energie la nivelul mușchilor), ADP-ului sau AMP-ului.
Drojdia de bere care are o concentrație mare de ARN este o sursă bogată în riboză. S-a
demonstrat faptul că prin suplimentarea cu riboză, după un exercițiu intens, se poate mări
rata resintezei ATP-ului. Utilizarea ribozei la persoanele cu boală coronariană severă a
determinat o toleranță mai mare a acestor pacienți la efort fizic.
Cetopentozele au numai doi atomi de carbon asimetrici şi drept urmare posedă 4
stereoizomeri. Diastereoizomerii D sunt D-ribuloza şi D-xiluloza. În mamifere D-xiluloza
este convertită îm xilitol (eritrocitele umane) sau constituie un precursor pentru un pentiol
Biochimie - Curs 3- 2019
Figura 4. Structura unor aldohexoze
(D-arabitol). D-Ribuloza este un intermediar esențial al D-arabitolului în fungi. În formă
bifosforilată (1,5) poate prelua CO2 în cadrul fotosintezei.
Diastereoizomerii
hexozelor
Monozaharidele care conţin
6 atomi de carbon se numesc
hexoze. D-glucoza, D-manoza, D-
galactoza şi D-xiloza (constituent
al polizaharurilor din lemn) sunt
cele frecvent mai întâlnite
monozaharide din cele 16
aldohexoze (Figura 4).
Unele proteine intracelulare
(lectinele, chaperonii etc) recunosc
unele oligozaharuri pe bază de manoză. L-Fucoza este un zahar care poate fi obținut din
D-manoză în celulele procariote sau eucariote.
D-galactoza este o aldohexoză care apare în mod natural în forma D în lactoză,
cerebrozide, gangliozide și mucoproteine. D-galactoza este un metabolit care furnizează
energie și, de asemenea, un substrat de bază necesar pentru biosinteza unor
macromolecule din organism.
Riboza, fructoza şi glucoza (pentozele şi hexozele) formează semiacetali ciclici
care posedă şase (piranoze) sau cinci (furanoze) atomi într-un heterociclu (ciclu de atomi
care conţine pe lângă atomi de carbon şi alţi atomi – N, O, S). Un centru suplimentar
asimetric este creat după ciclizare. Pentru conversia unei structuri de proiecţie Fisher într-
una ciclică se aplică următoarele criterii:
- toate grupările –OH din dreapta catenei de atomi de carbon sunt plasate sub planul
ciclului din reprezentarea Haworth iar cele aflate în stânga vor fi poziţionate deasupra
planului;
Figura 5. Modalitate de conversia a unei structuri de proiecţie Fisher într-una ciclică
- în D-aldoze, gruparea –CH2OH se poziţionează deasupra planului ciclului din
formula Haworth; în L-aldoze, această grupare se plasează în partea de jos a planului;
Biochimie - Curs 3- 2019
(ARN) (ADN)
- În cazul anomerului al D-glucozei gruparea –OH este situată în partea de jos a
ciclului piranozic (la atomul de carbon 1, Figura 5, dreapta). În cazul anomerului
gruparea –OH este situată deasupra planului. În cazul -L-monozaharidelor gruparea
–OH este situată deasupra planului.
- În cazul cetozelor atomul de carbon anomeric este cel de-al doilea din reprezentarea
Fischer.
Figura 6. Formele anomere ale D-glucopiranozei
În cazul glucozei sunt predominante două structuri ciclice (anomeri, Figura 6): -
D-glucopiranoza (o treime), -D-glucopiranoza (două treimi). Aceste structuri ciclice
sunt predominante comparativ cu forma aciclică (<1% din totalul glucozei)
Anomerul al D-glucozei roteşte mai mult (+112,2 grade) spre dreapta planul
luminii polarizate comparativ cu anomerul (+18,7 grade). În soluţie apoasă are loc
conversia unui anomer în celălalt până când se atinge o valoare a unghiului de rotaţie de
+ 52,5 grade (conţinând 62% anomer şi 38% anomer ). Acest fenomen poartă numele
de mutarotaţie.
Fructoza formează atât cicluri piranozice cât şi furanozice (îndeosebi în soluţie,
Figura 7).
Figura 7. Formele liniară și ciclică (furanozică) a fructozei
Pentozele (D-riboza şi 2-deoxi-D-
riboza, Figura 8) din componenţa aci-
zilor nucleici (ARN-ului sau ADN-
ului) sunt sub formă furanozică.
Figura 8. Zaharuri care intră în componenţa acizilor nucleici
Biochimie - Curs 3- 2019
Glucoza este un substrat universal energetic. Prin oxidarea unui gram de glucoză
se eliberează o cantitate de energie de 17 KJ (aproximativ 4 Kcal). Celulele eucariote
sunt capabile să producă/preia energie din glucoză chiar și în condiții anaerobe. Există
populații de celule dependente de glucoză: eritrocitele, celule ale sistemului nervos
central etc. Reacția complexului piruvat dehidrogenazei este ireversibilă (nu este posibilă
sintetiza glucozei din acizi grași). Din contră, celula este capabilă să convertească excesul
de glucoză la acizi grași și mai apoi la triacil-gliceroli.
În alimente glucoza este sub diferite forme: a) liberă; b) parte a oligozaharidelor
(în special a dizaharidelor); c) componentă a polizaharidelor.
Glucogeneza se bazează pe biomolecule cu 3 sau 4 atomi (lactat, glicerină,
majoritarea aminoacizilor). Aceste molecule sunt convertite în glucoză în cazul
perioadelor prelungite de post sau în anumite condiții patologice. În condiții de
înfometare îndelungată glucoza oferă doar 20% din energia utilizată de organismul
nostru, restul fiind oferit prin intermediul proceselor de oxidare a lipidelor.
Glucidele serice
Nivelul sanguin de glucoză din sânge este dictat de aportul exogen (200-300 g/zi),
hidroliza enzimatică a glicogenului hepatic (proces cunoscut sub numele de
glicogenoliză) sau de cantitatea de glucoză biosintetizată (glucogeneză) din alte
monozaharuri, aminoacizi, glicerină (rezultată din metabolismul lipidic). Glicemia,
concentraţia glucozei din sânge, este influențată de numeroşi factori, precum stilul de
viaţă sedentar, obezitatea, mediul stresant de lucru, alimentaţia nesănătoasă sau
medicamentația neadecvată.
Nivelul normal al glicemiei se situează între 60 şi 100 mg/dL (3,3-5,6 mmol/L),
limitele putând fi puţin diferite în funcţie de metoda utilizată în laborator. Acestea
exprimă glicemia măsurată după cel puţin opt ore de post. De asemenea, valoarea
glicemiei recoltată la 1-2 ore după masă nu trebuie să depășească 160 mg/dL (7 mmol/L).
Atunci când există o deviere de la valorile normale ale glicemiei, se disting două situaţii
distincte:
a. Hipoglicemia (diminuarea glicemiei – scăderea nivelului glucozei sub concen-
trația de 60 mg/dL) poate fi indusă de administrarea de insulină sau medicamente
(tolbumină – medicament folosit în tratarea diabetului de tip II), poate sugera
existența unor tumori ale celulelor pancreatice (insulinom) sau pusă pe seama
unor defecte metabolice ale metabolismului glicogenului. Simptomele hipo-
glicemiei sunt: paloare, modificări ale dispoziției, transpirație abundentă, stare de
slăbiciune, dureri de cap, vedere încețoșată, tremor, senzație de foame și uneori de
poate ajunge până la pierderea cunoștintei dacă scăderea este semnificativă.
Starea hipoglicemică se instalează rapid (în 30-60 minute) și din aceste motiv
pacientului i se administrază oral glucoză sau băuturi/alimente bogate în glucoză.
În situația în care bolnavul devine inconștient acestuia i se injectează glucagon (o
peptidă cu rol de hormon care conține o secvență de 29 de aminoacizi).
b. Hiperglicemia (creșterea glicemiei – creșterea nivelului glucozei peste concen-
trația de 120 mg/dL) poate fi pusă pe seama unui deficit de insulină, indusă de
unele stări emoționale, situații de stres, medicamentației (catecolamine sau