Wykład 8 4. Węglowodany – budowa i funkcje http://www.nasportowo.webpark.pl/w13.htm http://www.dami.pl/~chemia/gimnazjum/gimnazjum10/organiczna9.htm http://chemia.int.pl/?co=6&nr=11 http://pl.wikipedia.org/wiki/Skrobia http://pl.wikipedia.org/wiki/Celuloza http://chemia.int.pl/?co=6&nr=12

Metabolizm: pojęcia i organizacja Zadajmy sobie pytania: 1. W jaki sposób komórki zdobywają energię i siłę redukcyjną z otaczającego je środowiska ? 2. W jaki sposób komórki syntezują podstawowe elementy składowe swoich makrocząsteczek ?

Rozpatrzmy złożoną reakcję chemiczną: Siłą napędową tej reakcji jest zmniejszenie energii swobodnej (G). Reakcji takiej towarzyszy zmiana energii swobodnej:

Pierwszy etap reakcji (przekształcenie A w B i C) wymagałby dostarczenia energii i nie przebiega samorzutnie (spontanicznie). Druga reakcja przebiega natomiast ze zmniejszeniem energii reagującego układu o 33 kilodżule na każdy mol reagentów. W całości przekształcenie A w produkty przebiega spontanicznie, bo kosztem reakcji drugiej, w której wydziela się energia, reakcja pierwsza również przebiega, choć wymaga nakładu energii (pierwszy etap). Takie sprzężenie dwóch procesów, z sumarycznym wynikiem w postaci przekazania energii od reagującego układu do otoczenia, jest typowym procesem w organizmach żywych.

Para adenozynotrifosforan (ATP) i adenozynodifosforan (ADP) to cząsteczki, które uczestniczą w większości procesów wymiany energii. ATP ma wyższą energię, a ADP – niższą.

W wielu reakcjach czynnikiem oddającym energię jest adenozynotrifosforan (ATP), a w innych reakcjach czynnikiem pobierającym energię jest adenozynodifosforan. Hydroliza trifosforanu z odszczepieniem jednego anionu fosforanowego dostarcza (do otoczenia) -30.6 kJ/mol: Reakcja z prawej strony na lewą zachodzi z pobraniem energii (-30.6 kJ/mol) pochodzącej od innego układu sprzężonego z parą ATP/ADP. Układem dostarczającym tej energii są związki używane przez komórki jako „pokarm”. Energia wydziela się w czasie ich „trawienia” tj rozpadu wiązań. Poznamy te procesy.

Utlenianie paliwa molekularnego Procesy, w których pobierana jest energia (syntezy) są sprzężone z przemianą ATP w ADP, a procesy, dostarczające energii do otoczenia odtwarzają pulę ATP. Poniżej podano przykłady procesów sprzężonych z parą ATP/ADP: Ruch Aktywny transport Biosyntezy Wzmacnianie sygnałów Fotosynteza Utlenianie paliwa molekularnego

4. Węglowodany – budowa i funkcje 4.1. Cukry proste

Według liczby atomów węgla w cząsteczce cukry dzielimy na: triozy (3 atomy węgla) tetrozy (4 atomy węgla) pentozy (5 atomów węgla) heksozy (6 atomów węgla) Monosacharydy, obok licznych grup wodorotlenowych, posiadają grupę aldehydową -CHO albo ketonową =C=O.

Zgodnie z obecnością tych grup cukry proste dzielimy na aldozy (posiadają grupę aldehydową) ketozy (posiadają grupę ketonową) Glukoza i fruktora są przedstawicielami cukrów prostych. Glukoza i fruktoza mają ten sam wzór sumaryczny - C6H12O6 - ale różny wzór strukturalny.

Utlenianie paliwa molekularnego Podstawowym źródłem energii są węglowodany (cukry). Cukry proste {Cn(H2O)n) czyli (CH2O)n}:

A oto dwie inne formy glukozy A oto dwie inne formy glukozy. Są to formy pierścieniowe, pięcioczłonowe. Piranozy są formami pierścieniowymi sześcioczłonowymi. Glukoza może więc występować w pięciu formach: dwóch piranozowych, dwóch furanozowych i liniowej

Inne powszechnie występujące w przyrodzie heksozy – cukry proste o wzorze C6H12O6. Mannoza różni się od glukozy konfiguracją na drugim od góry atomie węgla, a galaktoza różni się od glukozy konfiguracją na czwartym atomie węgla:

Piranozy mogą występować w dwóch różnych konformacjach: łódkowej i krzesłowej. Glukoza w konformacji krzesłowej ma niższą energię i w przyrodzie występuje prawie wyłącznie w takiej konformacji, z arówno jako wolna glukoza, jak i w połączeniach z iinymi cukrami (policukry) lub innymi składnikami (glikozydy).

Powszechnie występują również niektóre pentozy (cukry pięciowęglowe), np. ryboza i deoksyryboza. Są one składnikami kwasów nukleinowych. Są w nich związane w postaci pierścieni furanozowych. Pierścienie furanozowe są bardziej „płaskie” niż piranozowe.

4. Węglowodany – budowa i funkcje 4.2. Polisacharydy

Disacharydy Sacharoza Największe znaczenie gospodarcze z disacharydów ma sacharoza (czyli zwykły cukier). Występuje w korzeniu buraka cukrowego i łodygach trzciny cukrowej. Cząsteczka sacharozy zbudowana jest z dwóch cząsteczek monosacharydu, tj. glukozy i fruktozy i ma wzór sumaryczny C12H22O11

Polisacharydy Polisacharydy (wielocukry) są związkami, których każda cząsteczka jest zbudowana z wielu setek lub nawet tysięcy jednostek monosacharydowych. Są występującymi w przyrodzie polimerami a najważniejszymi polisacharydami są celuloza, skrobia i glikogen. Celuloza jest głównym składnikiem strukturalnym roślin, nadającym im sztywność i kształt. Skrobia stanowi materiał zapasowy rośliny i występuje głównie w nasionach. Lepiej rozpuszcza się ona w wodzie niż celuloza, łatwiej ulega hydrolizie i dlatego jest znacznie łatwiej przyswajalna.

Skrobia jest rozgałęzionym polimerem glukozy Skrobia jest rozgałęzionym polimerem glukozy. Zawiera reszty glukozy powiązane ze sobą wiązaniem glikozydowym a-1,4, oraz wiązaniem glikozydowym a-1,6 – w rozgałęzieniach:

Celuloza jest także polimerem glukozy Celuloza jest także polimerem glukozy. Zawiera reszty glukozy powiązane ze sobą wiązaniem glikozydowym b-1,4. O

Glikogen Wielocukier zbudowany z glukozy i gromadzony w wątrobie i (w mniejszym stopniu) w tkance mięśniowej. Jest głównym wielocukrowcem stanowiącym materiał zapasowy w komórkach zwierzęcych. Ma strukturę podobną do amylopektyny, tylko, że jego cząsteczki są bardziej rozgałęzione i jego łańcuchy są krótsze. Rozgałęzienie następuje co 8-12 reszt glukozy. W tych narządach glikogen w miarę potrzeby może być szybko rozkładany do glukozy. Do najbogatszych w ten materiał zapasowy tkanek należą granulocyty, mięśnie szkieletowe wątroby, mięśnie gładkie, mięsień sercowy i mózg. Jest zapasowym wielocukrem. Występuje w większych ilościach w wątrobie (do 10% jej masy), w mięśniach (0,5 - 1%) oraz innych narządach ustroju zwierzęcego (0,1 - 0,3%). Jego spalanie stanowi główne źródło energii dla wielu procesów fizjologicznych jak skurcz mięśni, praca tkanki nerwowej, itp.