I trawienie węglowodanów w przewodzie pokarmowym

1. lokalizacja i specyficzność substratowa enzymów trawiących węglowodany

1. α - amylaza - gruczoł ślinowy, trzustka
   - eudoglikozydaza
   - hydrolizuje wiązania α - 1, 4 - glikozydowe skrobii dając maltozę, maltotriozę i α - dekstrynę
   - pH = 7,1

2. Sacharaza - sok jelitowy
   - hydrolizuyje wiązania α - 1, 2 - glikozydowe saharozy, dając α - glukozę i β - fruktozę
   - pH = 5,0 - 7,0

3. Maltaza - j. w.
   - hydrolizuja wiązanie α - 1, 4- glikozydowe maltozy i maltotriozy dając 2 i 3 cząsteczki α - glukozy
   - pH = 5,8 - 6,2

4. Laktaza - j. w.
   - hydrolizuje wiązania β - 1, 4 - glikozydowe laktozy, dając β - galaktozę i α - glukozę
   - ph = 5,4 - 8,0

5. Trehalaza - j. w.
   - hydrolizuje wiązania α - 1, 1 - glikozydowe trehalozy dając 2 cząsteczki α - glukozy

6. Izomaltaza (1, 4 - glukozydaza) - j. w.
   - hydrolizuje wiązania α - 1, 6 - glikozydowe w cukrach posiadających łańcuchy rozgałęzione, np.: glikogen, odszczepiając ich łańcuchy boczne

2. zaburzenia trawienia węglowodanów

1. niedobór laktazy

a) dziedziczny niedobór laktazy
- nietolerancja laktozy krótko po urodzeniu

- objawy nietolerancji znikają po zastosowaniu diety bezlaktozowej
- cechę charakterystyczną jest obecność laktozy w moczu, wtórne przenikanie do krążenia
b) wtórny niedobór laktazy
- upośledzone trawienie laktozy spowodowane chorobą jelit lub po operacji wykonanej z powodu wrzodu trawiennego

- objawia się nietolerancją mleka
- nierzadko występuje w strefie rodzimej i tropikalnej, kwashiorkor, zapaleniu j. grubego oraz w zapaleniu żołądka i jelit

c)pierwotny niedobór laktazy
- objawy chorobowe występują dopiero u osób dorosłych

- spowodowany postępującem zanikiem aktywnośi laktazowej u osób dorosłych

- spowodowany postępującym zanikiem aktywności laktazowej u osób do tego predysponowanych

2. Niedobór sacharazy i homaltazy

- dziedziczny niedobór obu tych enzymów występuje równocześnie, ponieważ sacharaza i izomaltaza tworzą wspólny kompleks enzymatyczny

- objawy występują już we wczesnym dzieciństwie i są podobne do niedoboru laktozy

II. Metabolizm glikogenu „Glikogenogeneza”

1. Powstawanie UDP - glukozy

1. fosforylacja glukozy

	Heksokinaza
glukoza		Glukozo - 6 - fosforan (I)
	Glukokinaza

2. przemiana związku (I) w glukozo -1 - fosforan

	fosfoglukomutaza
Zw. (I)		Glukozo - 1 - fosforan (II)

3. Związek (II) wchodzi w reakcję z UTP przez co wytwarza się wiązanie estrowe pomiędzy grupą hydroksylową przy C₁ glukozy a grupą fosforanową UDP z uwolnieniem 2 reszt fosforanowych

glukozo - 1 - fosforan + UTP UDP - glukoza + PP_I

Reakcje katalizowane przez syntazę glikogenową

• pod wpływem tego enzymu C - 1 aktywnej glukozy UDPGlc tworzy wiązanie α - 1, 4 glikozydowe z C - 4 końcowej reszty glukozowej glikogenu uwalniając UDP

UDGPGlc + (C6)4			UDP + (C6)n+1
	Glikogen Primer glikogenowy			glikogen

• aby zainicjować tą reakcję, musi być obecna istniejąca już wcześniej cząsteczka glikogenu czyli „primer glikogenowy”

• sam primer glikogenowy może być z kolei utworzony na primerze białkowym zwanym jako glikogenina

Powstawanie wiązania α - 1, 6 - glikozydowego

• gdy łańcuch zostanie przedłużony do co najmniej 11 reszt glukozowych, wówczas inny enzym, enzym rozgałęziający (amylo [14][16] transglukozydaza) przenosi część łańcucha 14 (o długości co najmniej 6 reszt glukozydowych) na sąsiedni łańcuch, tworząc wiązanie 1 6 - glikozydowe.

2. GLIKOGENOLIZA

Produkty działania fosfatazy glikogenowej

• fosforylaza katalizuje kolejne usuwanie reszt glukozylowych z nieredukującego końca cząsteczki glikogenu (koniec z wolną grupą 4 - OH)

• ortofosforan rozrywa wiązania 1 4 glikozydowe

• uwalniany w tej reakcji glukozo - 1 - fosforan łatwo może być przekształcony w glukozo - 6 - fosforan będący głównym intermediatorem metabolicznym.

Glikogen + P_i glukozo - 1 - fosforan + glikogen

• fosforylaza usuwa reszty glukozylowe, aż do powstania ok. 4 reszt glukozy na rozgałęzieniach

Produkty działania amylo - 1, 6 glukozydazy

• bifunkcyjny enzym odgałęziający (wykazujący aktywność α - 1, 4 - transferazy glikanowej) przenosi jednostkę trisacharydową z jednego rozgałęzienia na inne, odsłaniając punkty rozgałęzienia 16

• hydrolityczne rozbicie wiązań 16 glikozydowych wymaga działania drugiej aktywności enzymu rozgałęziającego (amylo 16 - glukozydazy)

• po usunięciu rozgałęzienia może postępować dalsze działanie fosforylazy

Udział fosforanu pirydoksalu w fosforolizie glikogenu

• 5' - fosforan pirydoksalu (PLP) jest to pochodna pirydoksyny (wit. B₆)

• grupa aldehydowa tego koenzymu tworzy zasadę Shiffa ze specyficzną resztą lizyny fosforylazy

• grupa 5' - fosforanowa PLP działa głównie z ortofosforanem, służąc zarówno jako donor, jak i akceptor protonów (a więc jako uniwersalny katalizator kwasowo - zasadowy)

• ortofosforan oddaje proton na atom O - H oddalającego się łańcucha glikogenowego i jednocześnie przejmuje proton z PLP

• jon karboniowy, będący związkiem przejściowym tworzonym w tym etapie, ulega następnie (...) przez ortofosforan, co prowadzi do powstania α - glukozo - 1 - fosforanu

• PLP jest następnie akceptorem protonu

III. Regulacja hormonalna przemian glikogenu

IV. Synteza prekursorów glikozaminoglikanów

1. Synteza i wykorzystanie UDP - glukuronianu

• glukuronian powstaje z glukozy w szlaku kw. Uronowego

1. glukozo-6-fosforan jest przekształcany w glukozo-1-fosforan




2. związek (I) reaguje z UTP tworząc aktywny nukleotyd UDPGlc




3. utlenianie zw. (II) na węglu 6 z wytworzeniem UDP - glukuronianu (w 2 - etapowym procesie




• UDP - glukuronian jest „aktywną formą glukuronianu dla wbudowywania glukuronianu w proteoglikany lub jest sprzężony z takimi substratami jak hormony steroidowe, niektóre leki lub bilirubina

2. Biosynteza aminocukrów

• aminocukry są ważnymi składnikami glikoprotein, niektórych glikosfingolipidów oraz glikozaminoglikanów

• głównymi aminocukrami są: glukozamina, galaktozamina i mannozamina oraz kw. sialowy (głównym kw. sialowym w tkankach człowieka jest kw. N - acetyloneuraminowy)

• biosynteza:

• glukozamina jest głównym aminocukrem, powstaje z fruktozo - 6 - fosforanu jako glukozamino - 6 - fosforan; donorem grupy aminowej jest glutamina




aminocukry występują głównie w formie N - acetylowanej; gdzie dawcą acetylu jest acetyloCoA

2. - epimeryzacja ze. (I) daje N - acetylo - mannozamino - 6 - fosforan (zw. II)

- kondensacja ze. (II) z fosfoenolopirogronianem prowadzi do wytworzenia 9 - fosforanu kw. N - acetyloneuraminowego (zw. III)




3. - zw.I ulega przekształceniu do N - acetyloglukozo - 1 - fosforanu, tam następnie ulega kondensacji z UTP dając UDP - N acetyloglukozaminę (zw. V)

- zw. V ulega epimeryzacji do UDP - N - acetylogalaktozaminy (zw. VI)




• głównymi aktywnymi formami cukrów jako substraty do biosyntezy glikoprotein i proteoglikanów są:

• UDPGlcNAc

• UDPGalNAc

• CMP-NauAc

V. Synteza proteoglikanów i glikoprotein

A) Struktura, podział, funkcja

• proteoglikany są białkami złożonymi, zawierającymi kowalencyjnie przyłączone glikozaminoglikany (GAG)

• białka kowalencyjnie wiążące GAG nazwane są rdzeniami białkowymi

• ilość składnika cukrowego przypadająca na łańcuch polipeptydowy w proteoglikanach jest znacznie większa niż w glikoproteinach (1 : 85), sięga aż 95% ich całkowitej masy

• struktura proteoglikanu przypomina szczotkę do czyszczenia butelek

• zawiera on długie pasmo GAG, do którego białka łączące są umocowane w sposób niekowalencyjny

• z kolei białka łączące wiążą się niekowalencyjnie z rdzeniem białkowym, z którym łączą się łańcuchy innych GAG




• znanych jest 7 rodzajów GAG:

1. kw. hialuronowy

2. siarczan chondroityny

3. siarczan keratanu I i II

4. heparyna

5. siarczan heparanu

6. siarczan dermatanu

• GAG są nierozgałęzionymi polisacharydami złożonymi z powtarzających się jednostek disacharydowych, gdzie jednym ze składników jest aminocukier

B) miejsce syntezy części białkowej i glikozylacji w komórce

• synteza rdzenia białkowego, jak też powstawanie niektórych wiązań, zachodzi w siateczne śródplazmatycznej

• pozostałe etapy biosyntezy łańcucha GAG i ich modyfikacje następują w aparacie Golgiego

C) * tworzenie wiązań O - glikozydowych

• wiązanie O - glikozydowe między ksylulozą (Xyl) a seryną (Ser), które występuje tylko i wyłącznie w proteoglikanach, powstaje przez przeniesienie reszty Xyl z UDP - ksylozy na Ser

• wiązanie O - glikozydowe między GalNAc a Ser (Thr), występujące w siarczanie keratanu II, powstaje ono dzięku przeniesieniu GalNAc z UDP-GalNAc na Ser (lub Thr) łańcucha polipeptydowego

hydroksy - lizyna i galaktoza

* tworzenie wiązania N - glikozydowego i rola estrów fosforanowych dolicholu

• w pierwszym etapie biosyntezy, cukry najpierw przyłączone są do difosfodolicholu, a później łańcuchy oligosacharydowe są przenoszone w całości do odpowiednich reszt Asu, będących akceptorami apoglikoprotein podczas syntezy na polirybosomach związanych z błonami

• dolichol zanim wytworzy związek typu oligosacharyd - P - P - dolichol, musi ulec fosforylacji do fosfodolicholu (Dol - P), który powstaje w reakcji dolicholu z ATP, katalizowanej przez kinazę dolicholową

• ogólną strukturę oligosacharydowego łańcucha oligosacharydo - P - P - Dol można przedstawić następującym wzorem:

(Glc)₃(Man)₉(GlcNAc)₂ - R

gdzie R = P - P - Dol

V. Zaburzenia metabolizmu wielocukrów

1. choroby spichrzeniowe:

Typ I - choroba von Gierkego

- niedobór glukozo - 6 - fosfatazy

- hipoglikemia

- ketoza, hiperlipemia

- w wątrobie

Typ II - choroba Von Pompego

- brak degradacji glikogenu nagromadzonego w lizosomach
- niedobór kwaśnej maltazy

Typ III - choroba Coriego
- brak enzymu odgałęziającego (arylo - 1, 6 - glukozydazy)

Typ IV - choroba Andersena

- amylopektynoza

- brak enzymu rozgałęziającego

Typ V - choroba McArdle'a

- brak fosforylazy w mięśniach

- mięśnie zawierają dużą ilość glikogenu (2,5 - 4,1%)

- we krwi brak mleczanu

Typ VI - choroba Hersa

- niedobór fosforylazy w wątrobie

Typ VII - choroba Tarui

- niedobór fosfofruktokinazy w mięśniach i erytrocytach

Typ VIII - niedobór kinazy fosforylazy w wątrobie

• choroba spichrzeniowa glikogenu jest ogólną nazwą obejmującą grupę dziedzicznych zaburzeń charakteryzujących się odkładaniem nienormalnego typu lub nienormalnej ilości glikogenu w tkankach

B) mukopolisacharydozy

• obejmują grupę dziedzicznych zaburzeń metabolicznych dotyczących glikozaminoglikanów

• np.: MPS I, MPS II, MPS III A (B i C), MPS IV, MPSIBF, MPS VI




Jeśli nie ma tej grupy fosforanowej, nie trafia do lizosomów, dochodzi do wtrętów komórkowych.

Seminarium z biochemii - „Metabolizm wielocukrów”

---