Biochemia wykład IV- 14.11.2014 rok

Różnica między glikogenem, a amylopektyną polega głównie na większym udziale wiązań poprzecznych. To jest alfa-1,6- glikozydowych w glikogenie niż w amylopektynie.

Glikogen jest bardziej rozgałęzionym polisacharydem.

Celuloza jest nierozgałęzionym polisacharydem, zbudowanym z cząsteczek beta-D-glukozy, połączonych ze sobą wiązaniami beta-1,4- glikozydowymi. Te proste łańcuchy są ułożone równolegle względem siebie i połączone wiązaniami wodorowymi. Łańcuchy te tworzą struktury przestrzenne o nazwie włókienkami elementarnymi. Te z kolei łącząc się tworzą większe zespoły o nazwie micele. Przestrzenie w micelach wypełniane są ligninami i chemicelulozami. Stąd celuloza jest trudno rozpuszczalna i odporna na działania mechaniczne.

Dekstran jest polisacharydem bakteryjnym, w którym łańcuch główny zbudowany jest z cząsteczek alfa –D- glukozy połączonych wiązaniami alfa-1,6-glikozodowymi. Do tego głównego łańcucha dołączane są łańcuchy boczne, które również zbudowane są z cząsteczek alfa-D- glukozy. Te boczne łańcuchy dołączane są do łańcucha głównego wiązaniami alfa-1,2 ; alfa-1,3 i alfa 1,4 – glikozydowymi. Cząsteczka dekstranu przypomina nam choinkę.

Hityna jest polisacharydem zbudowanym z reszt N- acetyloglukozoaminy. Hityna jest składnikiem strukturalnym pancerzy owadów i skorupiaków.

Rozkład skrobi, glikogenu i disacharydów w przewodzie pokarmowym.

Enzymy rozkładające cukrowce w przewodzie pokarmowym nazywamy enzymami trawiennymi amylolitycznymi. Wszystkie one należą do hydrolaz (III klasa enzymów).

Wśród najważniejszych enzymów trawiennych amylolitycznych- są:

1. Alfa-amylaza ślinowa i trzustkowa

2. Alfa-1,6- glikozydaza

3. Maltaza

4. Sacharoza

5. Laktaza

6. Glukoamylaza- jest to enzym wytwarzany przez mikroflorę przewodu pokarmowego. Nie jest wytwarzany przez nasz organizm.

Ad. 1 alfa amylaza- jest endoglikozydami, czyli enzymami rozkładającymi wiązania alfa-1,4- glikozydowe wewnątrz łańcucha polisacharydowego. Stąd też produktami działania alfa amylaz początkowo są wysokocząsteczkowe dekstryny. W dalszych etapach dekstryny o coraz to niższych masach cząsteczkowych. Aż końcowym produktem może być cząsteczka maltozy.

Ad. 2 alfa-1,6-glikozydaza rozkłada wiązania alfa-1,6- glikozydowe zarówno wewnątrz cząsteczki, jak i na skraju.

Ad. 3 Maltaza rozkłada cząsteczki maltozy do 2 cząsteczek alfa-D- glukozy, hydrolizując wiązania alfa-1,4- glikozydowe.

Ad. 4 Sacharaza rozkłada nam wiązania alfa-1,2- glikozydowe w cząsteczce sacharozy, dając jako produkty alfa-D- glukozę oraz beta-D- fruktozę.

Ad. 5 Laktaza hydrolizuje wiązania beta-1,4- glikozydowe w cząsteczce laktozy, dając jako produkty beta-D- galaktozy i alfa-D-glukozy.

Ad. 6 Glukoamylaza rozkłada wiązania zarówno alfa-1,4- glikozydowe, jak i alfa-1,6- glikozydowe, zawsze odłączając cząsteczkę alfa- D- glukozy. Działa od strony nieredukującego końca łańcucha, jest egzoglikozydazą. Enzym ten znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle do produkcji glikozy ze skrobi.

W organizmach roślinnych skrobia rozkładana jest zarówno przez alfa- amylazę jak i beta- amylazę.

Beta- amylaza nie występuje w organizmach zwierzęcych, typowy dla organizmów roślinnych. Enzym ten znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle browarniczym do słodowania (słód jęczmienny). Enzym ten odłącza od nieredukującego końca cząsteczki skrobi beta- maltozę. Jest to egzoglikozydaza.

Rozkład glikogenu poza przewodem pokarmowym.

Komórki zwierzęce magazynują glukozę w formie glikogenu w wątrobie i mięśniach zwłaszcza szkieletowych. Rola glikogenu zmagazynowanego w mięśniach polega na dostarczeniu energii do przedłużonego skurczu mięśni. Natomiast glikogen gromadzony w wątrobie służy utrzymywaniu odpowiedniego pomiaru glukozy we krwi. W procesie rozkładu glikogenu w mięśniach i wątrobie biorą udział 3 enzymy:

1. Fosfolirazaglikogenowa –klasa transferaz

2. Transferazaglikogenowa -klasa transferaz

3. Alfa-1,6- glikozydaza –klasa hydrolaz

Ad. 1 Katalizuje kolejne odłączenie reszt glukozy od nieredukującego końca cząsteczki glikogenu z jednoczesnym przyłączeniem reszty glikozydowej w pozycji 1, dlatego produktem działania tego enzymu zawsze jest glukozo -1- fosforan oraz cząsteczka glikogenu. W każdym cyklu krótsza o 1 glukozę. To ufosforylowanie glukozy jest korzystne energetycznie. Gdyż w dalszych przemianach glukozy w szklaku glikoli tycznym oszczędzana jest 1 cząsteczka ATP. Fosforylaza glikogenowa może usuwać tylko te reszty glukozy, które są oddalone od miejsca rozgałęzienia o więcej niż 4 reszty glukozy. Zanim wkroczy enzym hydrolizujący rozgałęzienia, czyli wiązanie alfa-1,6- glikozydowe, wcześniej 3 reszty glukozowe muszą być przeniesione z ramienia na rdzeń przez enzym nr 2 czyli transferazę glikogenową. Proces rozkładu glikogenu kończy enzym nr 1 czyli fosforylaza, która ponownie wkracza i odłącza kolejno cząsteczkę glukozo-1- fosforanu, aż do momentu, gdy produktem końcowym jest 6,8 glukozowy digosacharyd.

Synteza glikogenu

W tym procesie uczestniczą również 3 enzymy, są nimi:

1. Pirofosforylaza UPP glukozy, która katalizuję aktywnej glukozy, czyli UDP glukozy.

2. Syntazaglikogenowa, które przenosi reszty glukozowe z UDP glukozy na cząsteczkę wydłużającego się glikogenu (od strony nieredukującego końca). Enzym ten do rozpoczęcia swojej działalności wymaga startera- inicjatora, którym jest kompleks białka i 6,8- glukozowego polisacharydu. Kompleks ten nosi nazwę glikogeniny.

Do tego 6,8- glukozowego odcinka syntaza glikogenowa odłącza kolejne reszty glukozy wydłużając łańcuch.

1. Enzym rozgałęziający, który przenosi 8-20 glukozowe proste odcinki do wnętrza cząsteczki glikogenu, wytwarzając jednocześnie wiązanie alfa-1,6-glikozydowe.

(rys. synteza glikogenu)

GLIKOLIZA

(szlak glikolizy rys.) glukoza lub fruktoza

Glikoliza jest to ciąg reakcji, przekształcanie glukozy lub fruktozy w pirogronian z jednoczesnym wytworzeniem energii. Inne cukry nie mogą bezpośrednio brać udziału w tym procesie. Wcześniej muszą być przekształcone w glukozę lub fruktozę. Glikoliza przebiega w komórkach mięsni szkieletowych. Wczesne reakcje glikolizy (na etapie heksoz) wymagają nakładu 1 lub 2 cząsteczek ATP. W dalszych etapach (na poziomie trioz) wytwarzane są 4 cząsteczki ATP- co daje zysk energetyczny w postaci 2 lub 3 cząsteczek ATP przeliczonych na cząsteczkę glukozy. W warunkach tlenowych glikoliza jest etapem wstępnym dla cyklu Krebsa i łańcucha oddechowego. W warunkach beztlenowych pirogronian przekształcony jest w kwas mlekowy, a u mikroorganizmów (drożdże) w etanol.

Głównymi funkcjami glikolizy są:

1. Wytworzenie energii w formie ATP na drodze fosforylacji substratowej

2. Wytworzenie szkieletów węglowych do syntez wielu związków np. aminokwasów, kwasów tłuszczowych, glicerolu.

Synteza ATP w procesie glikolizy nasycona jest fosforylacją substratową. Gdyż energia konieczna do syntezy ATP pochodzi z rozpadu wiązań makroergicznych obecnych w substratach. Fosforylacja ta ma miejsce w 2 reakcjach glikolizy. Pierwszą z nich jest przekształcenie kwasu 1,3-bisfosfoglicerynowego w kwas 3- fosfoglicerynowy. Drugą reakcją jest przekształcenie fosfoenolopirogronianu w pirogronian przy udziale kinazy pirogronianowej. Powstający w glikolizie NADH w warunkach tlenowych regenerowany jest w łańcuchu oddechowym, a w warunkach beztlenowych regenerowany (z powrotem utleniony) w fermentacjach.

Reakcje glikolizy w większości są odwracalne, wyjątek stanowią:

1. Reakcje katalizowane przez heksokinazę

2. Reakcje katalizowane przez fosfofruktokinazę

3. Reakcje katalizowane przez kinazę pirogronianową.

W reakcji przekształcenia aldehydu-3-fosfoglicerynowego w kwas 1,3-bisfosfoglicerynowy ma miejsce przyłączenie reszty fosforylowej i utworzenie wiązania makroergicznego. Energia do tworzenia tego wiązania pochodzi z utlenienia aldehydowej grupy obecnej w aldehydzie 3-fosfoglicerynowym.

FERMENTACJA

Powstały w glikolizie pirogronian w warunkach beztlenowych może przekształcić się w różne związki i w zależności od końcowego produktu wyróżnia się różne fermentacje. Najważniejsze z nich to: alkoholowa i mleczanowa.

Fermentacja alkoholowa- drożdże i niektóre mikroorganizmy mają zdolność do przekształcenia pirogronianu w dwu enzymatycznym procesie, uzyskując jako produkt końcowy alkohol etylowy. Enzymami katalizującymi ten proces są:

- dekarboksylaza pirogronianowa (liaza)

- dehydrogenaza alkoholowa, czyli oksydoreduktaza.

Fermentacja ta znalazła szerokie zastosowanie u organizmów zwierzęcych ( w tym u człowieka), również w niektórych mikroorganizmach. Postały w glikolizie pirogronian w warunkach beztlenowych przekształca się w kwas mlekowy. Fermentacja ta szeroko wykorzystywana jest w rolnictwie, przetwórstwie.

CYKL PENTOZOFOSFORANOWY

Jest to ciąg reakcji utleniania glukozo-6-fosforany do rybozo-5-fosforanu. Zachodzi on w cytoplazmie i u zwierząt jest najbardziej aktywny w tkance tłuszczowej, w gruczołach mlecznych i korze nadnerczej, Znacznie mniej aktywny w mięśniach szkieletowych.

Pełni 2 ważne funkcje:

1. Tworzenie NADPH, który jako siła redukująca uczestniczy w wielu szlakach biosyntetycznych, zwłaszcza w syntezie kwasów tłuszczowych.

2. Przekształcenie heksozy w pentozę, zwłaszcza wytwarzanie z heksoz rybozo-5-fosforanu. Gdyż cukier też potrzebny jest do syntezy RNA, DNA, NAD+, FAD, ATP, CoA i wielu innych związków. Reakcje szlaku pentozofosforanowego dzielimy na 3 etapy:

-utlenianie glukozo-6- fosforanu do rybozo-5-fosforanuz jednoczesnym wytworzeniem 2 cząsteczek NADPH.

-izomeryzacja- przekształcenie rybulozo-5-fosforanu w rybozo-5-fosforan (ketoza-aldoza).

-przekształcenie rybozo-5-fosforanu w fruktozo-6-fosforan i aldehyd 3-fosfoglicerynowy. Ten 3 etap jest pomostem między szlakiem pentozo fosforanowym, a glikolizą. Za te n 3 etap odpowiadają głównie:

-3-transketolaza

-transaldolaza

Reakcje katalizowane przez te 2 enzymy są odwracalne i dlatego końcowe produkty tego szlaku mogą zmieniać się w zależności od potrzeb komórki. Gdy komórka potrzebuje dużych ilości NADPH i brak jest zapotrzebowania na rybozo-5-fosforan, wówczas ten ostatni wchodzi w przemiany glikolityczne. Natomiast w warunkach dużego zapotrzebowania na rybozo-5-fosforan i małego na NADPH enzymy te działają w odwrotnym kierunku, kierując produkty pośrednie glikolizy na drogę cyklu pentozofosforanowego.