Sacharidy Polyhydroxysloučeniny obsahující karbonylovou skupinu

o Tvoří strukturní molekuly (celulosa, chitin, pektiny,

hemicelulosy atd.)

o Jsou součástí nukleových kyselin

o Pohotová energetická zásoba organismů (škrob,

glykogen)

o Základní živina heterotrofních organismů

SACHARIDY

Předpokládané znalosti - POJMY:

sacharidy, cukry, aldosy, ketosy

monosacharidy, oligosacharidy, polysacharidy

uhlohydráty, uhlovodany (fuj!!)

otevřené a cyklické formy monosacharidů, pyranosa, furanosa

stereoisomerie monosacharidů, Fischerovy a Haworthovy vzorce

konfigurace, chiralita, optická aktivita, konformace

optické antipody, enentiomery, diastereoisomery, epimery

- a -anomery, mutarotace

poloacetalový hydroxyl, glykosidová vazba (O-, N- a S-glykosidy)

heteroglykosid = aglykon + glykosyl

redukující a neredukující sacharid, redukující a neredukující konec řetězce

triosy ... heptosy

Centra chirality – aldohexosy 4 centra – 24 stereoisomerů

Monosacharidy – aldehydy nebo ketony polyhydroxylových alkoholů

se 3 – 8 atomy C

Odvozeny od glyceraldehydu nebo dihydroxyacetonu

aldohexosy

Ketohexosy pouze 3 centra chirality – 8 stereoisomerů

Ketosy – odvozeny od dihydroxyacetonu

CHO

C

CH2OH

HO H

CHO

C

CH2OH

H OH

CHO

C

CH2OH

HO H

CHO

C

CH2OH

H OH

L-glyceraldehydeD-glyceraldehyde

L-glyceraldehydeD-glyceraldehyde

Konfigurace D- a L-

D resp L sacharidy mají stejnou absolutní konfiguraci

asymetrického centra nejvíce vzdáleného od karbonylové skupiny

jako má D- resp. L-glyceraldehyd

D-glukosa L-glukosa

otevřené a cyklické formy monosacharidů, pyranosa, furanosa

H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

OH

H H O

OH

H

OHH

OH

CH2OH

H

H

OH

-D-glucose -D-glucose

23

4

5

6

1 1

6

5

4

3 2

H

CHO

C OH

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

1

5

2

3

4

6

D-glucose

(linear form)

O C

H

R

OH

O C

R

R'

OHC

R

R'

O

aldehyde alcohol hemiacetal

ketone alcohol hemiketal

C

H

R

O R'R' OH

"R OH "R

+

+

CH2OH

C O

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

HOH2C

OH

CH2OH

H

OH H

H HO

O

1

6

5

4

3

2

6

5

4 3

2

1

D-fructose (linear) -D-fructofuranose

Fischerova

projekce

Haworthova

projekce

Epimery – sacharidy lišící se konfigurací na jediném

atomu uhlíku

Cyklické struktury mají další centrum asymetrie na C1 - dvě anomerní formy

α- OH na C1 je v opačné poloze vzhledem k rovině kruhu než CH2OH a druhý

anomer je označován β

Mutarotace – ve vodném roztoku 63,6% β a 36,4% α anomeru

Chemické vlastnosti

monosacharidů

Redukční vlastnosti – nositelkou redukčních vlastností je

poloacetalová skupina, sacharidy se oxidují, redukce

Fehlingova a Tollensova činidla, co vzniká?. Při oxidaci vznikají kyseliny aldonové (např. glukonová), aldarové, alduronové

Může proběhnout i redukce, z glukosy glucitol = sorbit

Fehlingovo

činidlo –

měďnatý iont

v komplexu

kyseliny vinné

Tollensovo

činidlo –

stříbrný

kationt v

komplexu s

amoniakem

[Cu( -OOC-HCO--HCO--COO- )2]6-

redukující a neredukující sacharid, redukující a

neredukující konec řetězce

Aldehydová skupina – schopna redukovat slabá oxidační činidla

Oligosacharidy a polysacharidy – redukující konec- volná

aldehydická skupina

5

4

3 2

1

O

OH

OH

OHOH

CH2

6

OH

H H

H

H

O

OH

OHOH

CH2

OH

H

H

HH

OH

CH

1

CH2

CH 3

CH4

CH5

CH2

6

OH

OH

OH

OH

OH

O

Monosacharidy

glukosa – hroznový cukr, krevní cukr

-D-glukosa necyklická forma glukosy -D-glukosa

O

OH

OH

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

H

O

OHOHOH

CH2

OH

H

HH

H

OH

-D -galaktosa (galaktopyranosa) -D-mannosa (mannopyranosa)

O

OH

OH

CH2

OH

CH2

OH

OH

H

H

H

-D-fruktosa (fruktofuranosa)

O

OHOH

CH2

OH

H

H

HH

OH

NH2

O

OH

OH

CH2

OH

H

H

HH

OH

NH C

O

CH3

O

OH

OH

OH

OH

C O

H

H

H

H

O

OH

OHOH

CH2

OH

H

H

HO

O

-D-glukosamin N-acetyl--D-galaktosamin -D-galakturonan D-glukono--lakton

--

O

OHOH

CH2

O

H

H

HH

OH

OH

PO

O

O

-D-glukosa-6-fosfát

Glykoproteiny

antigeny - krevní skupiny

Strukturní

polysacharidy

Strukturní

polysach.

Intermediáty metabolismu

Glykosidová vazba

R-OH + HO-R' R-O-R' + H2O

Např. dva monosacharidy nebo jiný alkohol tvoří glykosidy

aglykon

Oligo- a polysacharidy

O

OHOH

CH2

OH

H

H

HH

O

OH

H

R

-O-glykosidová vazba

O

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

OH

OH

H

O

OH

OH

CH2

OH

CH2

OH

H

H

H

OLIGOSACHARIDY

-D-glukopyranosa -D-fruktofuranosa

sacharosa (12) neredukující

OH

OH

CH2OH

H

H

H

OHO

H

HOH

OH

CH2

OH

H

H

H

O

OH

H

OH

-D-galaktopyranosa -D-glukopyranosa

-D-laktosa vazba (14)

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

OH

O

H

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

O

OH

H

OH

H

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

OH

O

H

OH

OH

CH2

OH

H

H

H

O

OH

H

OH

H

-D-glukopyranosa -D-glukopyranosa

-D-maltosa vazba (14) -D-glukopyranosa -D-glukopyranosa

-D-cellobiosa vazba (14)

POLYSACHARIDY

ZÁSOBNÍ POLYSACHARIDY:

- škrob (polyglukan, vazby (14)), rostlinný původ,

amylosa: nevětvený lineární polymer, rozp. ve vodě,

Mh 40 - 150 kDa, průměrně 20 %

amylopektin: větvený (vazby (16)) po 20 - 30 jedn.)

průmyslová surovina (modifikované škroby, dextriny)

- glykogen, "živočišný škrob"

podobný amylopektinu, častěji větvený

jaterní buňky (20 %), svalové (1 %), rychlý obrat

- inulin (polyfruktan, (21) vazby), asi 30 jedn.

rostlinný zásobní sacharid (čekanka, topinambur, jiřiny)

infuse pro diabetiky

- dextrany (polyglukany, především vazby (16))

původ: mikroorganismy a řasy

využití: chromatog. materiál, infuse

- agarosy a carrageenany (polygalaktany)

kultivační půdy, nosič při elektroforese, imobilisace buněk,

potravinářství ,

→

Škrob - amylopektin

POLYSACHARIDY

ZÁSOBNÍ POLYSACHARIDY:

- škrob (polyglukan, vazby (14)), rostlinný původ,

amylosa: nevětvený lineární polymer, rozp. ve vodě,

Mh 40 - 150 kDa, průměrně 20 %

amylopektin: větvený (vazby (16)) po 20 - 30 jedn.)

průmyslová surovina (modifikované škroby, dextriny)

- glykogen, "živočišný škrob"

podobný amylopektinu, častěji větvený

jaterní buňky (20 %), svalové (1 %), rychlý obrat

- inulin (polyfruktan, (21) vazby), asi 30 jedn.

rostlinný zásobní sacharid (čekanka, topinambur, jiřiny)

infuse pro diabetiky

- dextrany (polyglukany, především vazby (16))

původ: mikroorganismy a řasy

využití: chromatog. materiál, infuse

- agarosy a carrageenany (polygalaktany)

kultivační půdy, nosič při elektroforese, imobilisace buněk, potravinářství

STAVEBNÍ POLYSACHARIDY:

- celulosa (polyglukan, vazby (14))

buněčné stěny rostlin a některých mikroorganismů

nejrozšířenější organická látka na Zemi

- hemicelulosy (obsahují glukosu, xylosu, galaktosu, mannosu, arabinosu,

uronové kys.)

"spojovací tmel" stavebního materiálu rostlinných pletiv

(dřevo: celulosové fibrily, hemicelulosy, pektiny, glykoproteiny, lignin = málo

definovaná aromatická org. makromolekulární struktura)

Pektiny - polygalakturonová kyselina, vazby (14), částečně

methylestery, příčné vazby pomocí Ca2+ nebo Mg2+

v ovoci (džemy, marmelády)

Ostatní polyscharidy

Chitin (poly-N-acetylglukosamin, vazby (14))

korýši, želvy, hmyz, některé mikroorganismy

Glykosaminoglykany = mukopolysacharidy

-extracelulární kyselé polysacharidy:

hyaluronová kys. (glukuronát), mureiny (muramát)

chondroitinsulfáty, dermatansulfáty, keratansulfáty, heparin - antikoagulans

Glykoproteiny

- O- a N-glykoproteiny

Sekundární struktura polysacharidů

Natažený pás

helix

Metabolismus sacharidů

Degradace:

Glykolysa (glykogenolysa)

Pentosový cyklus

Synthesa:

Glukoneogenese , synthesa polysacharidů

Calvinův cyklus (temná fáze fotosynthesy)

proteiny

aminokyseliny

polysacharidy

glukosa

lipidy

Glycerol + mastné kyseliny I. fáze

II. fáze

III. fáze

Katabolismus

ETS

Zdroje glukosy:

Zásobní polysacharidy vlastního organismu

Polysacharidy, oligosacharidy a monosacharidy získané potravou

Štěpení škrobu a dalších: glykosidasy - α-amylasa, β-amylasa, amyloglukosidasa

odvětvující enyzmy (pullulanasy, R-enzymy)

Štěpení glykogenu: fosforolyticky

Fosforolytické štěpení glykogenu - glykogenolysa

Hormonální regulace aktivity glykogenfosforylasy

Receptor na plasmatické membráně

Aktivace G proteinu (GTPasa)

Aktivace adenylátcyklasy → cAMP =

druhý posel

Aktivace proteinkinasy →

fosforylace (aktivace)

fosforylasakinasy → fosforylace (aktivace) fosforylasy b

Štěpení glykogenu

Am

plif

ikace s

ignálu

Proteinkinasa – fosforylace proteinu (ATP)

Amplifikace signálu

Charakter kaskády – jedna molekula vyvolá

tvorbu velkého počtu dalších molekul

Enzym (substrát opět enzym)

Glykolysa

Lokalisace:

cytosol

I. Část vyžadující energii (ATP)

II.

Ště

pení

na 2

triosy

III. Č

ást

pro

dukující

energ

ii

(AT

P)

ATP = substrátová

fosforylace

glykogen glukosa

Energetická bilance glykolysy v aerobním chemoorganotrofním organismu

(-2ATP + 4ATP)

Přenos vodíků z cytosolického NADH do mitochondrií

- malát aspartátové kyvadlo

Přenos vodíků z cytosolického NADH do mitochondrií

- glycerolfosfátové kyvadlo (létací sval hmyzu)

1. Glycerol-3-fosfát dehydrogenasa

katalysuje oxidaci NADH

dihydroxyacetonfosfátem

2. Oxidace glycerol-3-fosfátu

flavoproteindehydrogenasou → FADH2

3. Reoxidace FADH2 dýchacím řetězci →

2ATP

Mléčná fermentace, anaerobní metabolismus

Laktátdehydrogenasa,

LDH

Ethanolová fermentace

Alkoholdehydrogenasa

Porovnání aerobní a anaerobní glykolysy

aerobní

aktivace glc -1 ATP

fru 1,6 bis P -1 ATP

oxidace GAP (2 NADH + H+) → +6 ATP

2 x substrátová fosforylace +4 ATP

ox.dekarboxylace pyr (2 NADH+ H+) +6 ATP

2 x CKC +24 ATP

Celkem 38 ATP

Pozor!!!

(Glyceron fosfátové kyvadlo 36 ATP)

anaerobní (fermentace)

aktivace glc -1 ATP

fru 1,6 bis P -1 ATP

oxidace GAP (2 NADH + H+) laktát,etOH

substrátová fosforylace +4 ATP

ox.dekarboxylace pyr (2 NADH+ H+) +6 ATP

2 x CKC +24 ATP

Celkem 2 ATP

→

Reakce glykolysy DGo'

kJ/mol DG

kJ/mol

Hexokinasa -20.9 -27.2

Glc-6-P isomerasa +2.2 -1.4

Fosfofruktokinasa -17.2 -25.9

Aldolasa +22.8 -5.9

Triosafosfát isomerasa +7.9 +4,4

Glyceraldehyd-3-P dehydrogenasa & fosfoglycerát kinasa

-16.7

-1.1

fosfoglycerát mutasa +4.7 -0.6

Enolasa -3.2 -2.4

Pyruvát kinasa -23.0 -13.9

Regulace glykolysy

Regulace glykolysy

Enzym Inhibitor Aktivátor

hexokinasa Glc-6-P -

fosfofruktokinasa ATP, citrát ADP,AMP,cAMP, fru-1,6-bisP,

Fru-2,6-bisP

Pyruvátkinasa ATP PEP, fru-1,6-bisP

Katabolismus ostatních sacharidů - většina je

přeměněna na intermediáty glykolysy

Metabolismus sacharidů

Degradace:

Glykolysa (glykogenolysa)

Pentosový cyklus

Synthesa:

Glukoneogenese , synthesa polysacharidů

Calvinův cyklus (temná fáze fotosynthesy)

• Syntéza glukosy z necukerných prekurzorů:

• Glycerol, aminokyseliny (uhlíkatý řetězec glukogenních aminokyselin při

hladovění) a laktát.

• Hlavním místem glukogeneze jsou játra, malé množství v ledvinách, něco

málo v mozku, kosterních svalech a srdečním svalu.

• Denní spotřeba glukosy mozkem u dospělého člověka je 120 g, což je

většina celkové spotřeby (160 g). V tělních tekutinách je 20 g glukosy a

zásoba ve formě glykogenu je 190 g.

• Celkově je v těle zásoba glukosy asi na jeden den.

Glukogenese (glukoneogenese)

MK → glycerol

Některé aminokyseliny

Některé aminokyseliny, laktát

Glukogenese (není úplným zvratem glykolysy)

ΔG’ HK = 32,9

ΔG´ PFK = 26,4

ΔG’ PK = 26,4

fosfatasa

fosfatasa

Bypass I

Metabolismus glykogenu

-Aktivní formy monosacharidů pro synthesu polysacharidů NDP- X

- prekursor Glc-1-P

Větvící enzym (transferasa) :

Coriho cyklus

1. Oxidace glukosy za vzniku pentosafosfátu a redukčního

činidla NADPH

2. zajišťuje ribosa 5-fosfát pro synthesu nukleotidů a

nukleových kyselin

3. Produkce NADPH pro synthesu tuků a ostatní redukční

procesy

4. přítomný především v tkáních s vysokou potřebou

NADPH – rychle se dělící buňky (potřeba DNA) a pro

syntézu tuků v adipocytech a jaterních buňkách, v

erytrocytech pro redukci GSSG

Pentosový cyklus

Pentosový cyklus

Sumárně: Glc-6-P + 12 NADP+ → 6 CO2 + 12 NADPH + H+

Oxidační fáze

Při přebytku

pentosafosfátů do

glykolýzy

Vznik pentosa

fosfátů a

minoritních

monosacharidů

C

C

CH2O

OHH

C

OHH

C

OHH

PO3

HO

Ribosa-5-fosfát

2-

Transketolasa

Ribulosa-5-fosfát

C

C

CH2O

OHH

C

HOH

PO3

CH2OHO

2-

+

Sedoheptulosa-7-fosfát

C

C

CH2O

OHH

C

OHH

C

OHH

PO3

C

HOH

CH2OHO

2-

Glyceraldehyd-3-fosfát

C

CH2O

C

HOH

CH2OHO

PO3

2-

+

Transketolasová reakce - příklad

Propojení glyko(geno)lýzy a pentosového cyklu

Pool hexosafosfátů

Fruktosa-1,6-bisfosfát

Metabolismus sacharidů - shrnutí

Regulace hladiny krevní glukosy insulinem

Regulace hladiny glc v krvi jaterní glukokinasou

Km glukokinasy = 10 mM

Km hexokinasy = 0,1 mM

Normální koncentrace glukosy v krvi 5 mM

FOTOSYNTHESA

Nejdůležitější proces na Zemi

Fixace 10

CO2 + 4 [H] -CH(OH)- + H2O

Potřebujeme:

-energii: ADP + Pi + h ATP + H2O

-redukční činidlo: NADP+ + H2D + h NADPH + H+ + D

(D = donor)

Chloroplast

© Espero Publishing, s.r.o.

Srovnání mitochondrie s chloroplastem

© Espero Publishing, s.r.o.

Reakce fotosyntézy v chloroplastech

© Espero Publishing, s.r.o.

Světelné záření

Světlá

fáze

Temná

fáze

Struktura chlorofylu a

-CHO: chlorofyl b Fáze zachycení fotonu

(chlorofyly)

β-karoten

Reakční centrum a anténa fotosystému

© Espero Publishing, s.r.o.

Tok elektronů během fotosyntézy v thylakoidní

membráně

Změny

v redoxním

potenciálu

během

fotosyntézy

Fotofosforylace

CO2 glukosa

ATP lze syntetizovat in vitro….

Cyklická fotofosforylace

Cyklická fotofosforylace

Calvinův cyklus

V Calvinově cyklu se syntetizují hexosy z CO2 a vody Redukční činidlo – NADPH ze světlé fáze

Iniciační reakce fixace uhlíku

RUBISCO: 16 podjednotek, Mh 560 000

nejhojnější protein na Zemi, 40 x 106 tun

Temná fáze fotosynthesy

- Calvinův cyklus

Ribulosa-1,5-bisfosfát

karboxylasa/oxygenasa

RuBisCO

1. Fixace CO2 2. fosforylace

3. Redukce

4.Synthesa

sacharidů

5. Regenerace

akceptoru CO2

ATP/NADPH = 3/2

Cyklická fotofosforylace

Regulace poměru ATP/NADPH - Cyklická fotofosforylace

Sumárně CC:

6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH → C6H12O6 + 18 ADP + 12 NADP+

Rekapitulace:

6x

Syntéza oligo- a polysacharidů

Fotorespirace

Druhým substrátem RUBISCO je O2,

Produkce CO2

Lokalisace: chloroplasty, peroxisomy, mitochondrie

Glykolát

Glyoxylát

Glycin x 2

Serin + CO2

C4 rostliny

subtropické trávy (cukrová třtina, kukuřice..)

CAM rostliny (crasulacean acid metabolism)