ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΥ ΑΣΚΗΣΗ ΠΡΑΞΗΣ 4 Η ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ 1
Υδατάνθρακες Τα σάκχαρα είναι μία από τις βασικές ομάδες βιομορίων. Αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των οργανικών ουσιών στη Γη, ενώ είναι η πλέον σημαντική πηγή ενέργειας για τους ζωντανούς οργανισμούς. Τα σάκχαρα είναι χημικές ενώσεις του άνθρακα που περιέχουν υδρογόνο και οξυγόνο με αναλογία ατόμων 2:1, όση δηλαδή και το νερό και έχουν τον γενικό τύπο Cx(H2O)ψ. 2
ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ, ΑΛΔΟΖΕΣ, ΚΕΤΟΖΕΣ 3
Πολυμέρεια υδατανθράκων Οι υδατάνθρακες ανάλογα με την ικανότητά τους να διασπώνται ή όχι σε άλλους υδατάνθρακες διακρίνονται αντίστοιχα α) σε διασπώμενα σάκχαρα και β) σε απλούς υδατάνθρακες ή απλά σάκχαρα ή μονοσαχαρίτες. Τα διασπώμενα σάκχαρα με την σειρά τους διακρίνονται σε ολιγοσακχαρίτεςκαι πολυσακχαρίτες ανάλογα, με τον αριθμό των απλών σακχάρων από τα οποία αποτελούνται και τα οποία μπορούν να σχηματίσουν κατά τη διάσπαση τους. 4
Μονοσακχαρίτες Από χημική άποψη οι μονοσακχαρίτες είναι ενώσεις που περιέχουν πολλές υδροξυλομάδεςκαι μία καρβονυλομάδα. Ανάλογα αν η καρβονυλομάδαείναι αλδευδομάδαή κετονομάδα διακρίνονται σε αλδόζες και κετόζες. Αποτελούνται από 3-6 άτομα C και ονομάζονται αντίστοιχα τριόζες, τετρόζες, πεντόζες, εξόζες. Στις τριόζεςανήκει η γλυκεριναλδεύδηκαι στις εξόζεςανήκουν η γλυκόζη, η φρουκτόζη και η γαλακτόζη. 5
ΟΙ ΣΕΙΡΕΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ, Η ΙΣΟΜΕΡΕΙΑ, ΑΛΔΟΖΕΣ 6
ΟΙ ΣΕΙΡΕΣ ΤΩΝ ΚΕΤΟΖΩΝ 7
ΟΙ ΣΕΙΡΕΣ ΤΩΝ ΚΕΤΟΖΩΝ 8
Κυκλοποίηση μονοσακχαριτών Στα υδατικά τους διαλύματα τα σάκχαρα απαντώνται σε κυκλική μορφή. Αυτό οφείλεται σε μία εσωτερική αντίδραση και συγκεκριμένα σε μία αντίδραση προσθήκης ενός ατόμου Η από το 4 ή 5 άτομο C στον διπλό δεσμό του καρβονυλίου (1 ή 2 άτομο C), οπότε σχηματίζεται ημιακεταλικό υδροξύλιο και το μόριο παίρνει την κυκλική του μορφή. 9
ΟΙ ΚΥΚΛΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΩΝ ΑΛΔΟΖΩΝ 10
Γλυκόζη Το 50 60% περίπου των θερμίδων που λαμβάνει ο άνθρωπος προέρχεται από την καύση των υδατανθράκων, ενώ ο σημαντικότερος ίσως υδατάνθρακας, η γλυκόζη, είναι η κύρια πηγή ενέργειας του εγκεφάλου και του κεντρικού νευρικού συστήματος, ενώ είναι η μοναδική πηγή ενέργειας των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Επιπλέον η γλυκόζη αλλά και άλλα σάκχαρα, όπως και ενδιάμεσα προϊόντα του μεταβολισμού τους, αποτελούν την πρώτη ύλη για τη βιοσύνθεση διάφορων βιομορίωνμεγάλης βιολογικής σημασίας, όπως συνένζυμα, αμινοξέα, νουκλεϊνικά οξέα, λιπαρές ύλες κ.ά. 11
ΟΙ ΚΥΚΛΙΚΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΤΩΝ ΚΕΤΟΖΩΝ 12
Φρουκτόζη Πρόκειται για σάκχαρο που συναντάται στα φρούτα. Είναι 30%- 50% πιο γλυκιά από τη γλυκόζη. O μεταβολισμός της γίνεται στο ήπαρ όπου παρουσία του ενζύμου φρουκτοκινάση, μετατρέπεται σε φωσφορική-1- φρουκτόζη που στη συνέχεια διασπάται σε γλυκεραλδεΰδηκαι διυδροξυ-ακετόνη (πηγή ενέργειας αλλά και σύνθεσης τριγλυκεριδίων). Απορροφάται από το έντερο με πιο αργό ρυθμό από αυτό της γλυκόζης αλλά καταβολίζεταιμε γρηγορότερο ρυθμό. Ο μεταβολισμός της φρουκτόζης δεν εξαρτάται από την ινσουλίνη. 13
ΣΑΚΧΑΡΑ ΚΑΙ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ, DNA, RNA 14
ΤΑ ΣΑΚΧΑΡΑ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΥΝ ΓΛΥΚΟΖΙΤΕΣ Μεταξύ δύο σακχάρων είναι δυνατό να αποσπαστεί ένα μόριο νερού από δύο υδροξύλια διαφορετικών μορίων. Ο δεσμός που δημιουργείται λέγεται γλυκοζιτικόςδεσμός. Οι σχηματιζόμενες ενώσεις ανήκουν σε μία κατηγορία ενώσεων που λέγονται γλυκοζίτες. Στην κατηγορία των γλυκοζιτών ανήκουν επίσης οι ολιγοσακχαρίτες και οι πολυσακχαρίτες. 15
ΤΑ ΣΑΚΧΑΡΑ ΣΧΗΜΑΤΙΖΟΥΝ ΓΛΥΚΟΖΙΤΕΣ 16
ΣΑΚΧΑΡΑ ΕΝΩΜΕΝΑ ΜΕ ΑΛΛΕΣ ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΜΑΔΕΣ 17
Σιαλικά οξέα Η σημαντικότερη ίσως κατηγορία σακχάρων είναι αυτά που ονομάζονται σιαλικά οξέα και τα οποία στους ανθρώπους διαφοροποιήθηκαν πριν από 2-6 περίπου εκατομμύρια χρόνια. Τα σιαλικά οξέα εντοπίζονται στην επιφάνεια των κυττάρων και η ταυτότητά τους καθορίζει την ανθεκτικότητα ή την ευαισθησία μας σε μικροβιακούς παράγοντες, τις αντιδράσεις του ανοσοποιητικού συστήματός μας (αντιγόνα) και πλήθος άλλων παθολογικών ή φυσιολογικών αντιδράσεων. 18
ΤΑ ΣΙΑΛΙΚΑ ΟΞΕΑ ΣΤΙΣ ΑΛΥΣΙΔΕΣ CHO ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ 19
Γλυκοζαμίνη Είναι δομικό συστατικό του συνδετικού ιστού. Ένας τύπος συνδετικού ιστούείναι και οι χόνδροι, οι οποίοι βρίσκονται στις αρθρώσεις, στους τένοντες, στη μύτη και στααυτιά. Στις αρθρώσεις οι χόνδροισχηματίζουν μια λεπτή, ολισθηρή, μαλακή, αλλά ανθεκτική επένδυση, ώστε να εξασφαλίζουν την κίνηση των οστών, χωρίς αυτά να έρχονται σε απευθείας επαφή και να τρίβονται. Η γλυκοζαμίνησυμβάλλει στην ανθεκτικότητά τους. 20
Γλυκοζαμίνη Η φθορά των χόνδρων, είτε λόγω ηλικίας, είτε από τραύματα, προκαλεί την οστεοαρθρίτιδα με αλλοιώσεις των οστών, λόγω τριβής και φλεγμονών. Η γλυκοζαμίνη, θεωρείται (?) ότι απορροφάτε από το λεπτό έντερο και βοηθάει στη συντήρηση της δομής των χόνδρων. Επίσης, έχειαντιοξειδωτικές και, ενδεχομένως, αντιφλεγμονικές ιδιότητες (JAMA, 2000, 283: 1469-75). 21
Δισακχαρίτες Οι δισακχαρίτεςσχηματίζονται από δύο μόρια μονοσακχαριτών. Οι σημαντικότεροι είναι: Καλαμοσάκχαρο ή σακχαρόζη ή ζάχαρη. Είναι ο πλέον διαδεδομένος δισακχαρίτηςκαι προέρχεται από τη συνένωση ενός μορίου γλυκόζης και ενός μορίου φρουκτόζης. Μαλτόζη. Προέρχεται από την συνένωση δύο μορίων γλυκόζης και σχηματίζεται κατά την υδρόλυση του αμύλου. Γαλακτοσάκχαρο ή λακτόζη. Είναι το κύριο σάκχαρο που συναντάται στο γάλα των θηλαστικών και προέρχεται από τη συνένοχη ενός μορίου γλυκόζης και ενός μορίου γαλακτόζης. 22
ΔΙΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ 23
Ζάχαρη Μία φιάλη περιέχει 330 ml ενός αναψυκτικού με περιεκτικότητα σε ζάχαρη 20% κ.ο. Πόσα grζάχαρης λαμβάνουμε, αν πιούμε το αναψυκτικό αυτό, και σε πόσες θερμίδες αντιστοιχεί; 24
Λακτόζη Η λακτόζη είναι δισακχαρίτηςαποτελούμενος από ένα μόριο γαλακτόζης και ένα μόριο γλυκόζης, ενωμένα μεταξύ τους με β- 1 4 γλυκοζιτικό δεσμό. Η συστηματική ονομασία της είναι β-dγαλακτοπυρανοζυλο-(1 4)-D-γλυκόζη. Τα βρέφη των θηλαστικών τρέφονται με το μητρικό γάλα, το οποίο είναι πλούσια πηγή λακτόζης. Ωστόσο η λακτόζη δεν μπορεί να αξιοποιηθεί απευθείας από τον οργανισμό. Γι αυτό το έντερο εκκρίνει το ένζυμο λακτάση, που διασπά το μόριο λακτόζης στα απλά σάκχαρα γαλακτόζη και γλυκόζη, τα οποία μπορούν να απορροφηθούν. 25
Λακτόζη Επειδή το γάλα είναι σχεδόν αποκλειστική πηγή λακτόζης, τα θηλαστικά σταματούν να παράγουν το ένζυμο λακτάσηόσο μεγαλώνουν και παύουν την κατανάλωση γάλακτος. Ειδικά στους ανθρώπους, η συνεχιζόμενη κατανάλωση γάλακτος από βοοειδή και αιγοπρόβατα, καθώς και γαλακτοκομικών, έχει συνήθως σαν αποτέλεσμα να συνεχίζεται η παραγωγή λακτάσηςαπό τον οργανισμό ακόμη και σε μεγάλη ηλικία, επιτρέποντας έτσι την διάσπαση της λακτόζης. 26
Δυσανεξία στη λακτόζη Είτε λόγω κληρονομικών παραγόντων είτε λόγω μακραίωνης απουσίας γαλακτοκομικών προϊόντων από τη διατροφή συγκεκριμένων πληθυσμών, είναι ενδεχόμενο σε πολλά άτομα να απουσιάζει το γονίδιο της λακτάσης. Υπολογίζεται ότι αυτό συμβαίνει περίπου στο 30% των Ευρωπαίων και σε πάνω από 70% του πληθυσμού της Ασίας, Αφρικής και Ωκεανίας. Το αποτέλεσμα είναι να δημιουργείται δυσανεξία στη λακτόζη, δηλαδή να μην μπορεί ο οργανισμός να πέψειπλήρως το γάλα και να αφομοιώσει την περιεχόμενη λακτόζη. Σε περίπτωση κατανάλωσης γάλακτος ή γαλακτοκομικών ειδών η δυσανεξία εκδηλώνεται με γαστρεντερικά συμπτώματα όπως κοιλιαλγίες, δυσφορία, πρήξιμο και έντονη δημιουργία αερίων. 27
Πολυσακχαρίτες Το μόριο των πολυσακχαριτών αποτελείται από μεγάλο αριθμό μορίων μονοσακχαριτών ενωμένα μεταξύ τους με γλυκοζιτικούςδεσμούς. Με την υδρόλυσή τους οι πολυσακχαρίτες σχηματίζουν κατ' αρχάς ολιγοσακχαρίτες και στη συνέχεια μονοσακχαρίτες. Οι σημαντικότεροι πολυσακχαρίτες είναι: 28
Γλυκογόνο Το γλυκογόνο αποτελεί κύρια αποταμιευτική μορφή γλυκόζης των ζωικών κυττάρων. Είναι διακλαδισμένο πολυμερές από μόρια γλυκόζης ενωμένα με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Είναι αποθηκευμένο στο σώμα μας κυρίως στους σκελετικούς μύες και στο συκώτι. Υπολογίζεται ότι μπορεί να αποτελέσει το 3,5-5% του βάρους του συκωτιού (7-8% σε αθλητές) και το 1,5-2,5% του βάρους των σκελετικών μυών. 29
Γλυκογόνο Η περίσσεια υδατανθράκων αποθηκεύεται κατά κύριο λόγο στο συκώτι και δευτερευόντως στους μυς με την μορφή γλυκογόνου. Η ικανότητα όμως αυτή του οργανισμού είναι περιορισμένη. Για το λόγο αυτό αν ο οργανισμός δε παραλάβει με την τροφή υδατάνθρακες για χρονικό διάστημα μεγαλύτερο από 6-7 ώρες, αρχίζει η διαδικασία παραγωγής γλυκόζης από άλλα θρεπτικά συστατικά όπως π.χ. από πρωτεΐνες (το αμινοξύ αλανίνη κ.λπ.). 30
Άμυλο Πολυσακχαρίτης που αποτελείται από μονάδες γλυκόζης. Είναι κύρια εφεδρική ουσία των φυτών και εναποτίθεται στα σπέρματα (δημητριακά) και στους βολβούς (πατάτες). Εμφανίζεται με δύο μορφές, την αμυλόζηκαι την αμυλοπηκτίνη. Ηαμυλόζηαποτελεί το 20%-30% του αμύλου και σχηματίζεται από μονάδες γλυκόζης (250-300) γραμμικά διατεταγμένες, ενώ η αμυλοπηκτίνηαποτελεί το υπόλοιπο ποσοστό του αμύλου και εμφανίζει διακλαδώσεις ανά 25 περίπου μονάδες γλυκόζης. Η δομή του μορίου μοιάζει με εκείνη του γλυκογόνου. 31
Κυτταρίνη Πολυσακχαρίτης που αποτελείται από 8.000-12.000 επαναλαμβανόμενες μονάδες γλυκόζης. Συναντάται στα φυτά και αποτελεί δομικό συστατικό. Τα ένζυμα που διασπούν την κυτταρίνη ονομάζονται κυτταρινάσες. Οι κυτταρινάσεςείναι διαδεδομένες στους μικροοργανισμούς που αποτελούν την μικροχλωρίδατου στομάχου των μηρυκαστικών ενώ δεν απαντώνται στον άνθρωπο. Για το λόγο αυτό η κυτταρίνη πέπτεταιαπό τα μηρυκαστικά, όχι όμως από τον άνθρωπο. 32
ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ, ΑΜΥΛΟ, ΓΛΥΚΟΓΟΝΟ 33
α(1 4) και α(1 6) γλυκοσιδικοι δεσμοί 34
ΘΕΙΟΥΧΟΙ ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ 35
Ηπαρίνη Η ηπαρίνη συντίθεται στα μαστοκύτταρακαι ανευρίσκεται στο ήπαρ, νεφρούς, πνεύμονες καρδιά και έντερο. Οι βιολογικές της δράσεις περιλαμβάνουν αλληλεπίδραση, με αυξητικούς παράγοντες κυττάρων του ενδοθηλίου, αναστολή της λιποπρωτεϊνικήςλιπάσης, καταστολή της έκκρισης αλδοστερόνης και τροποποίηση λειτουργίας των αιμοπεταλίων. Η κύρια αντιπηκτική δράση της ηπαρίνης εξασκείται μέσω σύνδεσής της με την αντιθρομβίνηιιι επιταχύνοντας την ικανότητα της τελευταίας να αδρανοποιεί την θρομβίνη και άλλες πρωτεΐνες της πήξεως όπως οι παράγοντες Χα, ΙΧα κ.λπ. 36
Υαλουρονικό οξύ Το υαλουρονικόοξύ είναι βασικό συστατικό του δέρματος και παράγεται από τους ινοβλάστες. Η σύστασή του απαρτίζεται από ένα μόριο γλυκοζαμίνης και ένα γλυκορουνικού οξέος. Υδρόφιλο συστατικό, δεσμεύει μεγάλες ποσότητες υγρασίας, επιβραδύνει τη διάχυση του νερού από το χορίοπρος την επιδερμίδα αυξάνοντας την ενυδάτωση του δέρματος. Βοηθά στη διατήρηση του κολλαγόνου στο συνδετικό ιστό. Η αποδόμησή του προκαλεί μείωση στον τόνο και την ελαστικότητα του δέρματος. Αυξάνει την αντοχή του δέρματος και ενισχύει την επουλωτική και αναπλαστική ικανότητα. 37
ΓΛΥΚΟΖΙΤΕΣ ΜΕ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ 38
ΤΑ ΣΑΚΧΑΡΑ ΩΣ ΑΝΤΙΓΟΝΑ 39
Το σύστημα ΑΒΟ στα αιμοσφαίρια Το γνωστότερο σύστημα κατάταξης είναι το σύστημα ομάδων αίματος ABO. Σύμφωνα με αυτό, το αίμα διακρίνεται σε τέσσερις ομάδες: A, B, AB και O. Αν δύο ασύμβατοι τύποι αίματος αναμειχθούν, μπορεί να γίνει συγκόλληση των ερυθρών αιμοσφαιρίων και στη συνέχεια καταστροφή τους (αιμόλυση). Αυτό συμβαίνει γιατί υπάρχουν οι συγκολλητίνες και τα συγκολλητιγόνα. Οι συγκολλητίνεςανευρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη των ερυθρών αιμοσφαιρίων, τα συγκολλητινογόναβρίσκονται ελέυθερα στο πλάσμα του αίματος. 40
Η ΓΛΥΚΟΣΥΛΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ 41
Η ΓΛΥΚΟΣΥΛΙΩΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ Προστασία των πρωτεϊνών από πρωτεάσες, Καθορισμός της τύχης τους (επιλογή και χρόνος αποδόμησης), Υποδοχέας ασιαλο-πρωτεϊνών στο ήπαρ, Γλυκοσυλίωση και γήρας, Γλυκοσυλίωση της αιμοσφαιρίνης σε σακχαρώδη διαβήτη. 42
Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ 1. ΑΠΟΔΟΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 2. ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3. ΔΟΜΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ, ΦΥΤΑ 4. ΔΟΜΗ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΚΑΙ ΙΣΤΩΝ, ΖΩΑ, ΜΕΣΟΚΥΤΤΑΡΙΑ ΟΥΣΙΑ, ΧΟΝΔΡΟΙ 5. ΔΟΜΗ DNA, RNA, ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ 6. ΣΥΣΤΑΤΙΚΟ ΓΛΥΚΟΠΡΩΤΕΪΝΩΝ, ΓΛΥΚΟΛΙΠΙΔΙΩΝ 7. ΑΝΤΙΓΟΝΙΚΟΤΗΤΑ, ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΤΟΥ ΞΕΝΟΥ 8. ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΚΥΤΤΑΡΟΥ-ΚΥΤΤΑΡΟΥ, ΚΥΤΤΑΡΟΥ- ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ, ΣΑΚΧΑΡΟΥ-ΠΡΩΤΕΪΝΗΣ 43
44
45
Τερηδόνα Η τερηδόνα είναι συνηθισμένη ασθένεια των δοντιών και οφείλεται στην κατανάλωση γλυκών και στην κακή υγιεινή του στόματος. Στη φυσιολογική χλωρίδα του στόματος περιλαμβάνονται βακτήρια του Streptococcusmutans. Αυτά παράγουν ένα ένζυμο (δεξτρανο-τρανσ-γλυκοζυλάση) που προκαλεί πολυμερισμό της γλυκόζης. Ο πολυσακχαρίτης που σχηματίζεται εναποτίθεται στα δόντια δημιουργώντας ένα περίβλημα που προστατεύει τα βακτήρια, από το σάλιο. Επιπλέον σχηματίζεται γαλακτικό οξύ, το οποίο προσβάλλει τις ουσίες αδαμαντίνη και οδοντίνη, προκαλώντας τις οδοντικές αλλοιώσεις της τερηδόνας. 46
ΤΡΟΠΟΣ ΕΙΣΟΔΟΥ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΣΤΑ ΚΥΤΤΑΡΑ 47
Η ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΖΗΣ ΩΣ ΚΑΥΣΙΜΟ ΣΤΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 48