WĘGLOWODANY

CUKRY PROSTE

Węglowodany (cukry) są najobficiej występującą w przyrodzie grupą związków organicznych. Większość z nich składa się z trzech pierwiastków: węgla, wodoru, tlenu, a stosunek liczby atomów H do O wynosi 2:1.

Proste węglowodany są monosacharydami  o wzorze ogólnym (CH2O)n, gdzie n wynosi trzy lub więcej. W organizmie człowieka występują cukry zawierające od 3-7 atomów węgla. Węglowodany zawierające trzy atomy węgla nazywamy triozami, cztery atomy węgla tetrozami, pięć atomów węgla pentozami, sześć atomów węgla heksozami.

Monosacharydy są substratami energetycznymi, uczestniczą w budowie związków wielkocząsteczkowych, są elementami składowymi glikoprotein i glikolipidów.

Monosacharyd czyli cukier prosty, składa się z łańcucha węglowego z licznymi grupami hydroksylowymi (-OH) i jednej grupy aldehydowej (-CHO) lub jednej grupy ketonowej (-CO-). Cukier zawierający grupę aldehydową nazywany jest aldozą, a cukier z grupą ketonową nazywa się ketozą.

Rys. 1. Wzór ketozy i aldozy.

Rys. 2. Konfiguracja D-aldoz.

Rys. 3. Konfiguracja D-ketoz.

Pochodne cukrów prostych o znaczeniu biologicznym:

·        glikozydy – grupa – OH występująca przy anomerycznym atomie węgla wchodzi w reakcję z alkoholami lub ze związkami będącymi nośnikami grup aminowych bądź iminowych, powstają połączenia zwane glikozydami. Niecukrowy fragment glikozydu nosi nazwę aglikonu. Funkcję aglikonu pełnią przede wszystkim alkohole, ale także puryny, pirymidyny, reszty aminokwasowe oraz lipidy. Tą drogą powstają nukleozydy purynowe i pirymidynowe, glikopeptydy, glikoproteiny, glikolipidy. Funkcję aglikonu może pełnić także drugi cukier. Jest to możliwe gdy grupa – OH przy węglu anomerycznym jednego cukru wytwarza wiązanie glikozydowe z grupą alkoholową drugiego cukru, który w tym przypadku pełni funkcję aglikonu. Aldozy lub ketozy uczestniczące w tworzeniu wiązań glikozydowych są nazywane resztami cukrowymi (resztami glikozylowymi). Jeżeli grupa – OH przy anomerycznym atomie węgla wytwarza wiązanie glikozydowe z aglikonem poprzez jego grupę hydroksylową, powstający produkt nazywany jest O-glikozydem. Jeżeli grupa – OH przy anomerycznym atomie węgla wytwarza wiązanie glikozydowe z aglikonem poprzez azot jego grupy aminowej lub iminowej, produkt taki nosi nazwę N-glikozydu. Nazwy wiązań glikozydowych i nazwy glikozydów uwzględniają numerację atomów węgla, uczestniczących w tworzeniu danego wiązania oraz położenie grupy –OH przy węglu anomerycznym. Jeżeli grupa –OH występuje w konfiguracji a, to powstaje wiązanie a-glikozydowe, jeżeli w konfiguracji b, to powstaje wiązanie b-glikozydowe.

Rys. 4. Wiązanie N-glikozydowe.

Rys. 5. Wiązanie b-glikozydowe i wiązanie a-glikozydowe

·        kwasy uronowe – są produktami powstającymi w wyniku utlenienia grupy alkoholowej przy C6 heksoz. W procesie tym z glukozy powstaje kwas glukuronowy, z mannozy kwas mannuronowy. W procesie izomeryzacji kwasu glukuronowego powstaje kwas galakturonowy lub kwas iduronowy. Kwasy uronowe są składnikami glikozoaminoglikanów, biorą udział w biotransformacji niektórych metabolitów (np. bilirubiny, hormonów steroidowych) oraz detoksykacji substancji obcego pochodzenia, zwanych ksenobiotykami (np. niektóre leki).

·        kwas askorbinowy – kwas glukuronowy może przekształcać się w kwas askorbinowy. Kwas askorbinowy jest witaminą dostarczaną z pożywieniem (witamina C), jest silnym antyoksydantem.

·        aminoheksozy – są pochodnymi heksoz, w których grupa –OH w pozycji C2 została zastąpiona grupa aminową. Należą do nich: glukozamina, galaktozoamina, mannozoamina. Aktywne postacie aminoheksoz są zużywane do biosyntezy glikozoaminoglikanów oraz do glikozylacji białek.

·        ufosforylowane pochodne cukrów – są kluczowymi intermediatami w procesach tworzenia energii i biosyntezach, np. glukozo-6-fosforan, aldehyd-3-fosfoglicerynowy, fosfodihydroksyaceton

·        deoksycukry – grupa hydroksylowa przyłączona do pierścienia zastąpiona jest atomem wodoru; przykładem jest deoksyryboza występująca w kwasach nukleinowych (DNA)

Rys. 6. Wzór rybozy i deoksyrybozy

DISACHARYDY I POLISACHARYDY

DISACHARYDY

              Cukry proste poprzez wiązania O-glikozydowe mogą tworzyć struktury polimeryczne. W powstawaniu wiązania O-glikozydowego funkcję aglikonu może pełnić druga cząsteczka cukru prostego. Cukry posiadają liczne grupy –OH i w reakcji z cukrami mogą się zachowywać jak alkohole. W sytuacji, gdy grupa – OH przy węglu anomerycznym jednej cząsteczki cukru prostego wytwarza wiązanie glikozydowe z grupą alkoholową drugiej cząsteczki cukru powstaje disacharyd. W większości disacharydów cukier pełniący funkcję aglikonu ma wolną grupę hydroksylową przy węglu anomerycznym i zachowuje zdolność do tworzenia kolejnego wiązania glikozydowego, z następną heksozą. Tak powstają kolejno: trisacharydy, tetrasacharydy etc. Produkt zawierający kilka reszt cukrowych nosi nazwę oligosacharydu, jeżeli zawiera ich więcej to nosi nazwę polisacharydu.

              Disacharydy występują jako samodzielne składniki tkanek, żywności, płynów ustrojowych. Oligosacharydy są zwykle związane kowalencyjnie z białkami tworząc glikoproteiny. Natomiast polisacharydy mogą występować jako wolne polisacharydy (skrobia, glikogen, celuloza, hialuronian) lub być związane z białkami trwałymi wiązaniami kowalencyjnymi. Tworząc połączenia zwane proteoglikanami.

              Disacharydy przykłady:

·        maltoza składa się z dwóch reszt glukozy połączonych wiązaniem a-1,4-glikozydowym

·        izomaltoza jest izomerem maltozy, składa się z dwóch reszt glukozy połączonych wiązaniem a-1,6-glikozydowym

·        laktoza jest disacharydem złożonym z b-galaktozy połączonej z b-glukozą wiązaniem b-1,4-glikozydowym.

·        sacharoza jest disachadem złożonym z dwóch heksoz: glukozy i fruktozy, połączonych wiązaniem glikozydowym pomiędzy dwoma węglami anomerycznymi: C1 a-glukozy i C2 b-fruktozy

Rys. 7. Wzór: laktozy (a), maltozy (b), sacharozy (c).

Rozkład disacharydów:

              Rozkład disacharydów do monosacharydów zachodzi drogą hydrolityczną w górnej części jelita cienkiego przy udziale swoistych disacharydaz.

Tab.1. Trawienie węglowodanów