ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 Υδατάνθρακες

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 Υδατάνθρακες Οι υδατάνθρακες είναι σημαντικά καύσιμα μόρια, αλλά παίζουν και πολλούς άλλους βιοχημικούς ρόλους, συμπεριλαμβανομένης της προστασίας ενάντια σε δυνάμεις με υψηλή κρούση. Ο χόνδρος του ποδιού ενός δρομέα το προστατεύει από την κρούση που προκύπτει από το κάθε βήμα. Ένα βασικό συστατικό του χόνδρου είναι μόρια που ονομάζονται γλυκοζαμινογλυκάνες, μεγάλα πολυμερή αποτελούμενα από πολλές επαναλήψεις διμερών όπως το ζευγάρι που φαίνεται πάνω.

2 ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ 11.1 Οι μονοσακχαρίτες είναι οι απλούστεροι υδατάνθρακες 11.2 Οι μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πολύπλοκους υδατάνθρακες 11.3 Οι υδατάνθρακες μπορούν να συνδεθούν με πρωτεΐνες και να σχηματίσουν γλυκοπρωτεΐνες 11.4 Οι λεκτίνες είναι ειδικές πρωτεΐνες που δεσμεύουν υδατάνθρακες Μονο-

3 11.1 Οι μονοσακχαρίτες είναι οι απλούστεροι υδατάνθρακες Οι υδατάνθρακες είναι μόρια πλούσια σε υδροξυλομάδες, που μπορούν να υπάρχουν σε εντυπωσιακή ποικιλία ισομερών μορφών. Οι απλοί υδατάνθρακες ονομάζονται μονοσακχαρίτες. Αυτά τα σάκχαρα είναι θεμελιώδη συστατικά βιομορίων Π.χ. ο κορμός του DNA αποτελείται από εναλλασσόμενες φωσφορικές ομάδες και δεοξυριβόζη. Χρησιμεύουν επίσης ως καύσιμα μόρια και αφθονούν στη φύση π.χ. η D-γλυκόζη, η D-μαννόζη και η D- γαλακτόζη. Αλδοζες κετοζες

4 Oι μονοσακχαρίτες είναι αλδεΰδες ή κετόνες με πολλαπλές υδροξυλομάδες. Ονομάζονται αλδόζες και κετόζες. Η ριβόζη και η γλυκόζη είναι αλδόζες. Η φρουκτόζη είναι μια κετόζη. Κυκλικες μορφες

5 Πολλά κοινά σάκχαρα υπάρχουν σε κυκλικές μορφές Μια αλδεΰδη ή μια κετόνη αντιδρά με μια αλκοόλη για να σχηματίσει μια ημιακετάλη. Ενδομοριακη ημιακεταλη

6 Ενα μοναδικό μόριο όπως η γλυκόζη προμηθεύει και την αλδεΰδη και την αλκοόλη: η αλδεϋδική ομάδα C-1 του τύπου ανοιχτής αλυσίδας της γλυκόζης αντιδρά με την υδροξυλομάδα του C-5 για να σχηματίσει μια ενδομοριακή ημιακετάλη. Ο εξαμελής δακτύλιος, ονομάζεται πυρανόζη λόγω της ομοιότητάς του με το πυράνιο. Ενδομοριακη ημιακεταλη

7 H κετονική ομάδα στον C-2 της φρουκτόζης αντιδρά με την υδροξυλική ομάδα του C-5 για να σχηματίσει μια ενδομοριακή πενταμελή κυκλική ημικετάλη. O πενταμελής αυτός δακτύλιος ονομάζεται φουρανόζη λόγω της ομοιότητάς του με το φουράνιο. πχ

8 Κοινοί μονοσακχαρίτες στη μορφή του δακτυλίου. Αναγωγικο σακχαρο

9 Η γλυκόζη είναι ένα αναγωγικό σάκχαρο Η γλυκόζη έχει μερικές από τις χημικές ιδιότητες των ελεύθερων αλδεϋδών, όπως την ικανότητα να αντιδρά με οξειδωτικούς παράγοντες. Π.χ. η γλυκόζη αντιδρά με το δισθενές ιόν του χαλκού (Cu2+) και το ανάγει σε μονοσθενή (Cu+), ενώ οξειδώνεται σε γλυκονικό οξύ. Γλυκοζιτικοι δεσμοι

10 Οι μονοσακχαρίτες ενώνονται με αλκοόλες και αμίνες μέσω γλυκοζιτικών δεσμών μαλτοζη

11 11.2 Οι μονοσακχαρίτες συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν πολύπλοκους υδατάνθρακες Η Μαλτόζη είναι ένας δισακχαρίτης. Δύο μόρια γλυκόζης συνδέονται με έναν γλυκοζιτικό δεσμό α-1,4 για να σχηματίσουν τον δισακχαρίτη μαλτόζη. δισακχαριτες

12 Η σακχαρόζη, η λακτόζη και η μαλτόζη είναι οι κοινοί δισακχαρίτες πολυσακχαριτες

13 Πολυσακχαρίτες είναι μεγάλοι πολυμερικοί ολιγοσακχαρίτες που σχηματίζονται από τη σύνδεση πολλαπλών μονοσακχαριτών και παίζουν ζωτικό ρόλο στην αποθήκευση ενέργειας και στη διατήρηση της δομικής ακεραιότητας ενός οργανισμού. Εάν όλες οι μονοσακχαριτικές μονάδες σε έναν πολυσακχαρίτη είναι όμοιες, αυτά τα πολυμερή ονομάζονται ομοπολυμερή. Το πιο κοινό ομοπολυμερές στα ζωικά κύτταρα είναι το γλυκογόνο, η αποθηκεύσιμη μορφή της γλυκόζης. Το γλυκογόνο είναι παρόν στους περισσότερους ιστούς μας αλλά είναι πιο άφθονο στους μυς και το ήπαρ. γλυκογονο

14 Το γλυκογόνο και το άμυλο είναι αποθηκευτικές μορφές της γλυκόζης Σημείο διακλάδωσης στο γλυκογόνο. Δύο αλυσίδες από μόρια γλυκόζης ενωμένα με γλυκοζιτικούς δεσμούς α-1,4 συνδέονται με έναν γλυκοζιτικό δεσμό α-1,6 για να δημιουργήσουν σημείο διακλάδωσης. Ένας τέτοιος γλυκοζιτικός δεσμός α-1,6 σχηματίζεται περίπου ανά 10 μονάδες γλυκόζης, καθιστώντας το γλυκογόνο ένα πολύ διακλαδισμένο μόριο αμυλο

15 Η θρεπτική δεξαμενή των φυτών είναι το ομοπολυμερές άμυλο, που υπάρχει σε δύο τύπους. H αμυλόζη, ο τύπος αμύλου χωρίς διακλαδώσεις, αποτελείται από μονομερή γλυκόζης συνδεδεμένα με δεσμό α-1,4. H αμυλοπηκτίνη, ο τύπος με διακλαδώσεις, διαθέτει έναν δεσμό α-1,6 ανά τριάντα δεσμούς α-1,4 με παρόμοιο τρόπο με το γλυκογόνο. Περισσότερη από τη μισή ποσότητα των υδατανθράκων που καταναλώνει ο άνθρωπος αποτελούνται από άμυλο που βρίσκεται στα σιτηρά κλπ κλπ. H αμυλοπηκτίνη και η αμυλόζη υδρολύονται ταχύτατα από την α- αμυλάση, η οποία εκκρίνεται από τους σιαλογόνους αδένες και το πάγκρεας. κυτταρινη

16 H κυτταρίνη, ο άλλος κύριος πολυσακχαρίτης της γλυκόζης που βρίσκεται στα φυτά, παίζει δομικό παρά διατροφικό ρόλο, ως ένα σημαντικό συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος των φυτών. Η κυτταρίνη είναι μία από τις πιο άφθονες οργανικές ενώσεις στη βιόσφαιρα. Η κυτταρίνη είναι ένα μη διακλαδισμένο πολυμερές γλυκόζης ενωμένων με δεσμούς β-1,4, σε αντίθεση με τους δεσμούς α-1,4 που εμφανίζονται στο άμυλο και το γλυκογόνο. Οι ευθείες αλυσίδες που σχηματίζονται από δεσμούς β είναι οι καταλληλότερες για την κατασκευή ινών που έχουν αντοχή σε εφελκυσμό. Η κυτταρίνη δεν υδρολύεται απο α-γλυκοσιδάσες!!!! γλυκοπρωτεινες

17 11.3 Οι υδατάνθρακες μπορούν να συνδεθούν με πρωτεΐνες και να σχηματίσουν γλυκοπρωτεΐνες Μια υδατανθρακική ομάδα μπορεί να συνδεθεί ομοιοπολικά με μια πρωτεΐνη για να σχηματίσει μια γλυκοπρωτεϊνη. Το 50% του πρωτεώματος αποτελείται από τρεις τάξεις γλυκοπρωτεϊνών. Η πρώτη τάξη αναφέρεται απλά ως γλυκοπρωτεΐνες, που η πρωτεϊνική συνιστώσα είναι το μεγαλύτερο συστατικό κατά βάρος. Μπορεί να είναι συστατικά των κυτταρικών μεμβρανών, όπου παίρνουν μέρος σε διεργασίες όπως η κυτταρική αναγνώριση και κυτταρική προσκόλληση και η πρόσδεση του σπερματοζωαρίου στο ωάριο. Μπορεί να εκκρίνονται από τα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των περισσοτέρων πρωτεϊνών που βρίσκονται στον ορό του αίματος. πρωτεογλυκανες

18 Η δεύτερη τάξη των γλυκοπρωτεϊνών περιλαμβάνει τις πρωτεογλυκάνες. Το πρωτεϊνικό συστατικό των πρωτεογλυκανών είναι ενωμένο με έναν ιδιαίτερο τύπο πολυσακχαρίτη που ονομάζεται γλυκοζαμινογλυκάνη. Οι υδατάνθρακες αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό του βάρους των πρωτεογλυκανών Οι πρωτεογλυκάνες λειτουργούν ως δομικά συστατικά και λιπαντικά. βλενινες

19 Οι βλεννίνες, ή βλεννοπρωτεΐνες, είναι, όπως οι πρωτεογλυκάνες, κυρίως υδατάνθρακες. Η Ν-ακετυλογαλακτοζαμίνη είναι συνήθως η υδατανθρακική ομάδα που είναι προσδεμένη στην πρωτεΐνη στις βλεννίνες. Η Ν-ακετυλογαλακτοζαμίνη είναι ένα παράδειγμα ενός αμινοσακχάρου, που ονομάστηκε έτσι επειδή μια αμινομάδα έχει αντικαταστήσει μια υδροξυλομάδα. Οι βλεννίνες είναι ένα βασικό συστατικό της βλέννας και λειτουργούν ως λιπαντικά. Ν Ο

20 Οι υδατάνθρακες μπορούν να συνδεθούν με τις πρωτεΐνες μέσω ασπαραγίνης (σύνδεση μέσω Ν) ή σερίνης ή θρεονίνης (σύνδεση μέσω Ο) Ένας γλυκοζιτικός δεσμός συνδέει έναν υδατάνθρακα στην πλευρική αλυσίδα της ασπαραγίνης (σύνδεση μέσω Ν) ή στην πλευρική αλυσίδα της σερίνης ή της θρεονίνης (σύνδεση μέσω Ο). Οι γλυκοζιτικοί δεσμοί φαίνονται με κόκκινο. λεκτινες

21 11.4 Οι λεκτίνες είναι ειδικές πρωτεΐνες που δεσμεύουν υδατάνθρακες Οι λεκτίνες προάγουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ κυττάρων. Η επαφή των κυττάρων είναι μια ζωτική αλληλεπίδραση. Μια λεκτίνη περιέχει δύο ή περισσότερες περιοχές πρόσδεσης υδατανθράκων. Οι λεκτίνες στην επιφάνεια ενός κυττάρου αλληλεπιδρούν με διατάξεις υδατανθράκων που εκτίθενται στην επιφάνεια ενός άλλου κυττάρου. Οι λεκτίνες και οι υδατάνθρακες ενώνονται μέσω ορισμένων ασθενών μη ομοιοπολικών αλληλεπιδράσεων που εξασφαλίζουν την εξειδίκευση γριππη

22 Ο ιός της γρίπης προσδένεται σε κατάλοιπα σιαλικού οξέος Ο ιός της γρίπης στοχεύει κύτταρα με το να προσδένεται σε κατάλοιπα σιαλικού οξέος που εντοπίζονται στα άκρα ολιγοσακχαριτών στις γλυκοπρωτεΐνες στην επιφάνεια του κυττάρου. Αυτοί οι υδατάνθρακες προσδένονται από την αιμοσυγκολλητίνη, μία από τις κύριες πρωτεΐνες της επιφάνειας του ιού.