GLUCIDE - C2-C3 - PDF

Capitolul 3. GLUCIDELE ▪ Sunt biomolecule organice cu un rol predominant energetic pentru organism (asigură ȋntre 60-70% din energia necesară organismului) şi reprezintă componenta majoră a dietei. 3.1. Consideraţii generale 3.1.1. Localizare Glucidele există sub formă de: ▪ oze libere: g...

Capitolul 3. GLUCIDELE ▪ Sunt biomolecule organice cu un rol predominant energetic pentru organism (asigură ȋntre 60-70% din energia necesară organismului) şi reprezintă componenta majoră a dietei. 3.1. Consideraţii generale 3.1.1. Localizare Glucidele există sub formă de: ▪ oze libere: glucoza care se găseşte în sânge într-o concentraţie constantă de 65-110 mg/dl ser (glicemie); toate ţesuturile pot utiliza glucoza ca substrat energetic, iar creierul este cel mai mare consumator de glucoză dintre toate organele. ▪ diglucide: lactoza este un diglucid sintetizat în glandele mamare şi care intră în compoziţia laptelui; ▪ poliglucide: glicogenul care reprezintă forma de depozitare a glucidelor în organism (în ficat = glicogen hepatic şi în muşchi- glicogen muscular). 3.1.2. Rol biochimic ▪ rol energetic reprezentând sursa energetică majoră pentru multe organisme: glucoza este substratul energetic important pentru multe ţesuturi, creierul fiind cel mai mare consumator de glucoză; amidonul din plante şi glicogenul din ţesuturile animale sunt forme de stocare a energiei; ▪ procură fondul de atomi de carbon necesar biosintezei de lipide, proteine şi acizi nucleici; ▪ rol plastic: intră în structura unor substanţe complexe: în glicozaminoglicanii şi proteoglica nii din substanţa fundamentală a ţesutului conjunctiv, unele lipide (glicolipide), acizi nucleici (riboza, deoxiriboza), coenzime; ▪ un rol important în procesele biochimice il au ozele libere fosforilate – sunt metaboliţi intermediari în procesele catabolice glucidice; ▪ favorizează comunicarea intercelulară, fiind constituenţi ai situsurilor de recunoaştere de pe suprafaţa membranei externe. 3.2. Clasificarea glucidelor In functie de complexitatea lor structurala si de comportarea lor la hidroliza, glucidele pot fi: A. GLUCIDE SIMPLE = OZE B. GLUCIDE COMPLEXE B.1. Hologlucide conţin numai oze a. Oligoglucide (ozide) conţin ȋntre 2-10 resturi de oze: diglucide, triglucide, tetraglucide etc. b. Poliglucide conţin mai mult de 10 resturi de oze: amidon, glicogen, celuloză. B.2. Heteroglucide = o componentă glucidică +o componentă neglucidică: - glicozaminoglicani = GAG (mucopoliglucide) - glicolipide - glicoproteine A. GLUCIDE SIMPLE = OZE: definiţie, clasificare, proprietăţi fizice şi chimice ▪ Definiţie: Sunt compuşi ternari (formaţi din C, H, O) cu formula brută: (CH 2O)n. Exemplu: pentru n=6, Fm este C 6H12O6 pentru glucoză, galactoză, manoză, fructoză. Din punctul de vedere al grupelor funcţionale din structurile lor, grupe cabonil aldehidă sau cetonă şi grupe hidroxil,ozele sunt compuşi organici cu funcţiune mixtă, respectiv, polihidroxialdehide sau polihidroxicetone. 1  Clasificarea ozelor: 1. ȋn funcţie de numărul atomilor de carbon din structură, există: a. trioze (3C); b. tetroze (4C); c. pentoze (5C); d. hexoze (6C); e. heptoze (7C). 2. ȋn funcţie de natura grupei carbonil din structură, ele pot fi: a. aldoze: au o grupă carbonil de tip aldehidă (- CH=O) la carbonul 1 din structură; b. cetoze: au o grupă ceto la carbonul 2 din structură ( C=O). 3.2.1. Proprietăţi fizice ale ozelor 1. Ozele sunt solubile ȋn apă, datorită prezenţei unui număr mare de grupe –OH din structurile lor; ele sunt greu solubile ȋn alcool şi insolubile ȋn alţi solvenţi organici nepolari (eter etilic, cloroform). 2. Ele sunt substanţe solide, cristalizate. 3. Majoritatea ozelor au gust dulce; fructoza este cea mai dulce dintre ele. 4. Sunt substanţe optic active, având proprietatea de a roti planul luminii polarizate spre stânga (levogire) şi spre dreapta (dextrogire), activitatea optică datorându-se prezenţei atomilor de carboni asimetrici ȋn structura lor. Toate ozele, cu excepţia dihidroxiacetonei, conţin unul sau mai mulţi atomi de carbon asimetrici ȋn structură; ca urmare, ele pot prezenta mai mulţi izomeri optici. Exemple: aldehida glicerică formele D şi L Formula de calcul a numărului de izomeri ai unei formule structurale este: N=2 n unde: N = numărul total al izomerilor optici n = numărul atomilor de carbon asimetrici Pentru aldehida glicerică, n=1 → N= 2 1 = 2 izomeri optici = o pereche de stereoizmeri sau enantiomeri CH 2 -OH CHO C O H C OH HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH fructoza glucoza N= 2 3 = 8 izomeri optici N = 2 4 = 16 izomeri optici Ozele naturale au fost ȋncadrate ȋn seriile D sau L ȋn funcţie de configuraţia atomului de carbon asimetric cel mai ȋndepărtat de grupa carbonil; fiecare termen din seria L este enantiomerul corespunzător al unui termen din seria D.Marea majoritate a ozelor naturale fac parte din seria D. 2  In soluţie apoasă, anomerii α şi β se transformă uşor unul ȋn celălalt, prin intermediul formei aciclice, cu stabilirea unui echilibru. Acest fenomen este ȋnsoţit de modificarea puterii rotatorii a soluţiei şi se numeşte mutarotaţie. ▪ Importanţa biochimică a ozelor Pot fi surse de energie in prezenţa sau absenţa oxigenului (glicoliza aerobă sau anaerobă). ▪ Au rol plastic,deoarece ca derivaţi intră în structura diverselor molecule biologice (nucleozide, nucleotide, coenzime, glicolipide, glicoproteine). 3.2.2. Proprietăţi chimice ale ozelor 1. Proprietăţi datorate grupei carbonil a. Reacţia de reducere → polioli/hexitoli Prin reducerea glucozei, rezultă un singur hexitol numit sorbitol. Prin reducerea fructozei, rezultă 2 hexitoli – manitol şi sorbitol – izomeri optici ȋntre ei (diastereoizomeri). In organism, reacţia este catalizată de enzime NADH sau NADPH dependente. In diabetul zaharat, se formează cantităţi mari de sorbitol, mai ales ȋn retină, ceea ce contribuie la apariţia retinopatiei diabetice. b. Caracterul reducător Reprezintă prorpietatea aldozelor de a se oxida ȋn prezenţa unor soluţii ale unor săruri ale metalelor tranziţionale (Ag, Cu) sau nemetale (Bismut) şi de a reduce ionii acestor metale la valenţe inferioare cu formarea unor precipitate cu diferite culori. Ex:reacţia Tollens: Glucoza + 2 reactiv Tollens → acid gluconic + Ag↓ + 2 NH 3 + H2O pp alb =oglindă de Ag c. Epimerizarea ozelor Soluţiile alcaline diluate produc o izomerizare, o rearanjare la nivelul atomilor de carbon la care există grupa carbonil şi a atomilor de carbon adiacent, fară ca substituenţii celorlalţi atomi de carbon să fie afectaţi. Această transpoziţie se numeşte epimerizare, iar ozele care diferă ȋntre ele ca structură numai la C 1 şi C2 se numesc oze epimere. Mecanismul epimerizării se explică prin formarea unui intermediar enolic comun ce poate să treacă cu uşurinţă ȋn oricare dintre cele 3 oze. 2. Reacţii datorate grupelor hidroxil: reacţia de esterificare cu acizi organici, cu acizi minerali sau cu ATP CH 2-OH CH 2-O-PO 3H2 O H O H H H H H OH H OH H OH OH OH OH H OH + ATP → H OH + ADP α-glucoza α-glucopiranoza-6-fosfat (G-6-P) 3  Esterificarea ozelor cu acid fosforic este o reacţie importantă atât pentru menţinerea ozelor ȋn celule, cât şi ȋn metabolizarea lor ulterioară. Esterii fosforici ai ozelor sunt metaboliţi intermediari care rezultă pe cale enzimatică şi prezintă importanţă ȋn desfăşurarea anumitor procese din organism. Ei au un caracter acid, ei putând forma săruri de Na, K, Ca, solubile ȋn apă; ȋn acest fe, este transportat fosfatul de calciu la ţesutul osos. Esterii fosforici ai ozelor participă la procesele de respiraţie, fermentaţie, ȋn procesele de biosinteză. 3. Fermentaţia glucidelor reprezintă procesul biochimic ce implică transformarea unor glucide ȋn substanţe cu structuri mai simple, cu molecule mai mici. Ca rezultat al fermentaţiei, se pot obţine produşi de bază pentru biosinteza anumitor substanţe necesare celulei sau se poate genera energie necesară activităţ ii celulare. Fermentaţiile se clasifică ȋn funcţie de: a. Condiţiile ȋn care au loc (fermentaţie aerobă sau anaerobă); b. Produşii principali de reacţie (lactică, alcoolică, acetică); c. Mecanismul de reacţie (oxidativă, hidrolitică) Fermentaţia alcoolică duce la obţinerea etanolului: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 Glucoza etanol/alcool etilic In fermentaţia lactică a glucozei, se generează acid lactic: C6H12O6 2 CH3 –CH (OH) -COOH + energie Această reacţie are loc ȋn muşchi, energia rezultată fiind utilizată ȋn realizarea contracţiei musculare. In condiţiile unui efort fizic prelungit, se produce acumularea de acid lactic care are ca rezultat apariţia durerilor ce caracterizează febra musculară. 4. Proprietati la care pot participa atat grupele carbonil, cat si grupele hidroxil a. Reacţia de oxidare In laborator, aldozele se pot oxida blând sau energic ȋn diferite condiţii (cu apă de brom, cu acid azotic diluat sau concentrat, cu KMnO 4/H+), cu formare de acizi aldonici, aldarici sau uronici. O proprietate aparte a ozelor si a diglucidelor reducatoare o reprezinta caracterul lor reducator. In organismele vii, are loc oxidarea enzimatică cu protejarea grupei aldehidice şi oxidarea numai a grupei alcool primar din poziţia 6, cu formarea acizilor uronici – acid β-glucuronic sau acid β-galacturonic. b. Ciclizarea ozelor se bazează pe o adiţie intramoleculară dintre grupele carbonil (aldehidă sau cetonă) şi grupele hidroxil. Grupele alcool primar sau secundar au un caracter slab acid şi ele pot ceda H care poate fi acceptat de atomul de oxigen din grupa carbonil, ȋn urma acestei adiţii rezultând un –OH semiacetalic ȋn cazul aldozelor şi un – OH semicetalic ȋn cazul cetozelor. Formulele de structură care rezultă ȋn urma semiacetalizării sau semicetalizării se numesc formule deproiecţie Haworth şi sunt reprezentate de două tipuri de heterocicluri: furan şi piran. 4  α- şi β-glucoza diferă ȋntre ele prin:’ poziţitia hidroxilului semiacetalic faţă de planul ciclului; punctele de topire: α: +146 0C, β: +150 0C; solventul din care cristalizează: α-din apă, β din acid acetic. Structurile ciclice sunt ȋn concordanţă cu unele proprietăţi constatate experimental ale ozelor, cum ar fi reactivitatea mărită a grupelor OH nou-formate, comparativ cu cea a celorlalte grupe –OH din moleculă, mai ales ȋn reacţiile de eterificare şi de esterificare, precum şi lipsa reacţiei ozelor faţă d e unii reactivi specifici aldehidelor şi cetonelor. 3.3. Descrierea şi caracterizarea ozelor de interes biologic 1. Trioze HC O CH 2 OH H C OH C O CH 2 OH CH 2 OH Gliceraldehida Dihidroxiacetona ✓ nu se găsesc ȋn stare liberă, dar sub formă de esteri fosforici au rol de metaboliţi intermediari (gliceraldehida-3-P, dihidroxiacetonfosfatul) în reacţiile de catabolizare a glucidelor; ✓ nu ciclizează; structurile lor pot fi reprezentate doar sub forma unor formule plane liniare (deschise); ✓ numai gliceraldehida are caracter reducător şi prezintă activitate optică, având un carbon asimetric ȋn structură. 2. Pentoze ✓ sunt de origine exclusiv exogenă ✓ în celule, au o stabilitate metabolică mai mare decât hexozele, de aceea nu pot fi transformate în organsimul uman şi sunt eliminate prin urină. 5  CHO CHO H C H H C OH OH OH H C OH CH 2 -OH O H C OH CH 2-OH O H H H H H C OH H C OH H H H H CH 2 OH OH OH CH 2 OH OH H Riboza β-ribofuranoza Deoxiriboza β-deoxiribofuranoza ▪ riboza nu există liberă în ţesuturi, dar prezintă un interes biologic major, deoarece intră în componenţa altor biomolecule: nucleotide, coenzime, acizi nucleici (ARN), iar sub formă fosforilată are rol de intermediar metabolic în metabolismul glucidic. ▪ deoxiriboza intră în structura ADN. 3. Hexoze 3.a. Aldohexoze 1. Glucoza ▪ este principala oză din organismul uman şi este foarte răspândită în regnul animal şi vegetal; ▪ este o substanţă solidă, cristalizată, de culoare albă,cu gust dulce; este solubilă ȋn apă şi insolubilă ȋn solvenţi organici; ▪ este distribuită în toate celulele şi lichidele organismului, cu excepţia urinii; ▪ concentraţia ei în sânge este cunoscută ca glicemie, iar valorile de referinţă ale glicemiei sunt între 65-110 mg/dl ser ; ȋn principal, glicemia este menţinută în limite normale prin acţiunea antagonistă a 2 hormoni pancreatici: ▪ insulina – cu acţiune hipoglicemiantă ▪ glucagonul – cu acţiune hiperglicemiantă Creşterea valorii glicemiei se observă ȋn diabetul zaharat şi ȋn afecţiuni ale altor glande endocrine (hipofiză, tiroidă, suprarenale etc). CHO H C OH CH 2-OH CH 2-OH HO C H H O H H O OH H H H C OH OH H OH H H C OH OH OH OH H CH 2 OH H OH H OH Glucoza α-glucopiranoza β-glucopiranoza CH 2-OH CH 2-OH CH-OH H CH-OH OH O O OH H OH H OH OH OH H H OH H OH α-glucofuranoza β-glucofuranoza ✓ Rol: ▪ energetic foarte important: prin degradare (glicoliză) se genereazăenergie care se stochează sub formă de ATP (adenozin-trifosfat – compus macroergic cu legături bogate în energie); ▪ structural: intră in structura unor : - diglucide: maltoza, izomaltoza, lactoza, zaharoza, celobioza; 6  - poliglucide omogene : amidon şi celuloză – de origine vegetală, glicogen – de origine animală. - prin oxidarea enzimatică a β-glucozei ȋn ficat, rezultă acidul β- glucuronic, cu rol important ȋn glucurono- conjugare (procesul de detoxifiere). 2.Galactoza CHO H C OH CH 2-OH CH 2 -OH HO C H O O OH H OH OH HO C H H H OH H OH H H C OH H OH H H CH 2 OH H OH H OH Galactoza α-galactopiranoza β-galactopiranoza ▪ distribuţie: există în cantităţi reduse în sânge, LCR şi urină ✓ Rol: ▪ împreună cu glucoza, formează lactoza, diglucidul din lapte; ▪ intră în structura unor lipide din creier (cerebrozide, sulfatide) ▪ prin oxidare in ficat, β-galactoza formează acidul β-galacturonic care intră în structura unor glicozaminoglicani (mucopoliglucide) cu caracter acid. 3. Manoza CHO HO C H HO C H H C OH H C OH CH 2 OH ▪ nu există liberă ȋn natură; este de origine vegetală şi intră în structura unor poliglucide numite manani. Ingerată prin alimentatie, este absorbită în intestin, de unde trece prin vena portă în ficat, unde – pe cale enzimatică – este transformată în glucoză. ▪ intră în structura unor glicolipide, glicoproteine şi a unor fosolipide microbiene. 3.b. Cetohexoze 1. Fructoza este cea mai dulce dintre oze ▪ Structura: există sub formă piranozică în stare liberă şi în formă furanozică în toţi derivaţii naturali: CH 2 -OH C O HO C H CH 2-OH CH 2-OH CH 2-OH OH O O H C OH H OH H OH H C OH H H OH CH 2-OH CH 2 OH OH H OH H Fructoza α-fructofuranoza β-fructofuranoza 7 ▪ Localizare: ȋn stare liberă, există în secreţia veziculelor seminale; combinată cu glucoza, formează zaharoza, zahărul din fructe; sub formă de ester fosforic, este un intermediar în metabolismul glucozei (glicoliza anaerobă şi ciclul pentozo-fosfaţilor). 3.4. DERIVAŢII OZELOR Derivaţii ozelor includ 3 clase de compuşi: 1. Oze aminate sau aminoglucide care conţin o grupare amino (-NH2) la C2 din structura ozelor propriu-zise. Reprezentanţi: a. Glucozamina CH 2 -OH CH 2-OH CH 2-OH OH O H H O H H O H H H H OH H OH H OH H H OH OH OH OH OH H NH-SO 3H H NH 2 H NH-CO-CH 3 Glucozamina N-acetil-glucozaminaGlucozamin-sulfat ▪ este o oză aminată care se găseşte în mod natural în organism; ▪ este produsă de condrocitele din cartilagii pentru a ajuta la menţinerea şi repararea articulaţiilor; cu cât cantitatea de glucozamină este mai mare, cu atât există posibilitatea reducerii durerilor şi inflamaţiilor articulare; ▪ are rol structural: sub formă N-acetilată intră în structura glicozaminoglicanilor (GAG) cu caracter acid (acid hialuronic, condroitinsulfaţi, dermatansulfat, heparină)şi a proteoglicanilor. GAG împreună cu condrocitele şi cu colagenul alcătuiesc cartilajul; ▪ s-a demonstrat că glucozamina reduce durerea, creşte flexibilitatea articulaţiilor şi, în ceea ce priveşte efectul antiinflamator, este comparabilă cu ibuprofenul. ▪ lipsa glucozaminei duce la ȋncetarea producţiei de GAG, proces ce are ca efect reducerea mobilităţii articulaţiilor sau la apariţia durerilor articulare după antrenamente. Pe termen lung, se p oate ajunge la complicaţii mai grave ale sintezei scăzute de GAG şi de proteoglicani, cum ar fi osteoartrita; ▪ există studii care au demonstrat că glucozamina sulfatată sau sulfatul de glucozamină susţine mobilitatea articulară şi ajută la refacerea ţesuturilor articulare şi poate chiar înlocui cartilajul deteriorat; ▪ ȋn funcţie de doză, glucozamina poate mări rezistenţa la insulină, forţează pancreasul să secrete mai multă insulină pentru a curăţa sângele de glucide. De asemenea, nu este recomandată celor care suferă de diabet zaharat de tip II. 8  b. Galactozamina CH 2-OH CH 2 -OH O OH O H OH OH H H OH H OH H H H H OH H NH-CO-CH 3 H NH-SO 3H N-acetilgalactozamina galactozaminsulfat ▪ este tot o oză aminată provenită din galactoză şi care – sub formă acetilată – intră în structura GAG cu caracter acid menţionaţi mai sus. c. Manozamina ▪ intră în acidul N-acetil-neuraminic (AcNeu, NeuAc, acid sialic) este component esenţial al glicoproteinelor şi glicolipidelor din creier, eritrocite, membrana bacteriană. 2. Acizi uronici : conţin o grupare carboxil (-COOH) la C6 din structura ozelor propriu-zise. Reprezentanţi: a) acidul β-galacturonic: CO OH OH O OH H OH H H H H OH ▪ provine prin oxidarea enzimatică a β-galactozei şi are un rol structural: intră în structura GAG cu caracter acid alături de ozele aminate acetilate, în pectine, gume vegetale, mucilagii, polizaharide bacteriene. b) acidul β-glucuronic : CO OH H O OH H OH H OH H H OH ▪ provine prin oxidarea enzimatică a β-glucozei şi are: ✓ un rol structural: intră în structura GAG cu caracter acid alături de ozele aminate acetilate; ✓ un rol metabolic: participă la procesul de glucuronoconjugare din ficat, proces prin care se produce detoxifierea organismului (eliminarea hepatică a unor compuşi toxici, fenoli, alcooli, amine, amide, a unor medicamente etc.). 9  3. Esteri fosforici: conţin grupări fosfat (-PO3H2) în diferite poziţii din structura ozelor propriu-zise. Reprezentanţi: gliceraldehida-3-P gliceraldehid-1-P dihidroxiaceton-P HC O CH 2-O-PO 3H2 CH 2OH H C OH C O C O CH 2 -O-PO 3H2 CH 2OH CH 2-O-PO 3H2 ✓ β-riboza-5-fosfat şi β-deoxiriboza-5-fosfat intră în structura ribonucleotidelor din ARN, respectiv, a deoxiribonucleotidelor din ADN. CH 2-OH OH CH 2 -O-PO 3H2 OH CH 2 -O-PO 3H2 OH O O O H H H H H H H H H H H H OH O-PO 3H2 OH OH O-PO 3H2 OH Β-ribofuranoza-2-fosfat β-ribofuranoza-5-fosfat β-ribofuranoza-3,5-difosfat ✓ α-glucopiranoza-1-fosfat,α-glucopiranoza-6-fosfat şi α-fructofuranoza-1,6-difosfat sunt intermediari metabolici în catabolizarea glucozei prin glicoliză anaerobă (calea Embden -Meyerhoff-Parnas); CH 2 -OH CH 2-O-PO 3H2 O H O H H H H H OH H OH H OH O-PO 3H2 OH OH H OH H OH α-glucopiranoza-1-fosfat α-glucopiranoza-6-fosfat CH 2-O-PO 3H2 CH 2-OH CH 2-O-PO 3H2H O CH 2-O-PO 3H2H O H OH H OH H OH H OH OH H OH H α-fructopiranoza-6-fosfat α-fructofuranoza-1,6-difosfat B. GLUCIDE COMPLEXE B.1. HOLOGLUCIDELE conţinnumai resturi de oze (radicali glicozil) B.1.a. OLIGOGLUCIDE ▪ sunt glucide complexe care rezultă prin condensarea/policondensarea a 2-10 oze identice; ▪ în funcţie de numărul ozelor din structură, ele pot fi: diglucide (2 oze), triglucide (3 oze), tetraglucide (4 oze)... ✓ Diglucidele pot fi: a) reducătoare: se formează prin eliminarea unei molecule de H 2O între –OH semiacetalic semicetalic al unei oze si –OH alcoolic al celei de-a doua oze; –OH semiacetalic al celei de a doua oze rămâne 10  liber si el este cel care confera propritati reducatoare acestor diglucide. Acest tip de legătură se numeşte monocarbonilică şi poate fi orientată α sau β (ex: maltoza, izomaltoza, lactoza, celobioza) b) nereducătoare: se formează prin eliminarea unei molecule de H 2O intre doua grupe -OH semiacetalic sau semicetalic, cu formarea unei legături dicarbonilice şi cu blocarea ambelor grupe reducătoare în legătură (ex: zaharoza). a. Diglucide reducătoare 1. Maltoza Structura: CH 2-OH CH 2-OH H O H H O H H H OH H OH H OH O OH H OH H OH ✓ rezultă prin condensarea a 2 molecule de α-glucopiranoza ✓ legătura se formează între C1 al primei molecule de α-glucoză si C4 al celei de-a doua molecule şi este de tip α-1,4 glicozidică (monocarbonilică); ✓ are o grupare –OH semiacetalică liberă care imprimă moleculei de maltoză un caracter reducător care poate fi pus în evidenţă prin reacţiile Tollens, Fehling, Nylander, Benedict. ▪ Rol: ✓ intră în structura amidonului şi glicogenului din alimente; rezultă prin hidroliza lor parţială, catalizată de amilaza salivară şi pancreatică; ✓ este hidrolizată în intestin, sub acţiunea maltazei maltaza Maltoza + H2O →→→ 2 α-glucoza 2. Izomaltoza ▪ Structura: ✓ rezultă prin condensarea a 2 molecule de α-glucoză CH 2-OH ✓ legatura se formează prin eliminarea apei intre C 1al H O H primei molecule de α-glucoză şi C6al celei de-a doua molecule; H OH H este o legătură α-1,6- glicozidică (monocarbonilică); O OH ✓ are un –OH semiacetalic liber, deci este un diglucid H OH reducător ; CH 2 O ✓ intră în structura amilopectinei şi glicogenului H H H OH H OH OH H OH 3. Celobioza ▪ Structura: CH 2-OH CH 2-OH ▪ H O H O OH H H OH H O OH H OH H H H OH H OH ✓ rezultă prin condensarea a 2 molecule de β-glucoză; 11  ✓ legătura se formează între C 1 al primei molecule de β-glucoză şi C4 al celei de-a doua molecule este o legătură β-1,4-glicozidică (monocarbonilică); ✓ β-OH semiacetalic rămas liber dă proprietăţi reducătoare; ✓ rezultă prin hidroliza enzimatică a celulozei (enzima este celulaza); ✓ este hidrolizată în tractul digestiv al ierbivorelor, reacţia fiind catalizată de celobiaza produsă de microflora intestinală. celobiaza celobioza + H2O →→→2 β-glucoza 4. Lactoza - este zahărul din lapte; are un gust slab dulce ▪ Structura: CH 2-OH CH 2-OH OH O H O H H H OH H O OH H H H OH H OH H OH ✓ este formată din β-galactoza şi α-glucoză; ✓ legătura se formează prin eliminarea apei intre C 1 al β-galactozei şi C4 al α-glucozei este o legătură glicozidică β-1,4 (monocarbonilică); ✓ α-OH semiacetalic rămas liber conferă lactozei proprietăţi reducătoare; ✓ este sintetizată de glandele mamare; ✓ există în lapte ca diglucid liber (2-8%); ✓ hidroliza ei are loc în intestin şi este catalizată de lactază; β-galactoza rezultata prin hidroliza este absorbită şi transportată la ficat unde este transformată în α-glucoză; dacă enzima numita lactaza este deficitară, galactoza se acumulează în organism şi apare galactozemia = boală genetică. lactaza Lactoza + H2O →→→β-Galactoza + α-Glucoza B. Diglucide nereducătoare Zaharoza ✓ este diglucidul cel mai răspândit ȋn regnul vegetal, existând ȋn fructe, tulpini, seminţe, rădăcini şi tuberculi; ✓ este formată din α-glucoză şi β-fructoză cu eliminarea apei între –OH semiacetalic al C1 din α- glucoză şi –OH semicetalic de la C2 din β-fructoză; este o legătură α, β-1,2-glicozidică dicarbonilică; deci nu există -OH semiacetalic sau semicetalic liber; ca urmare nu este diglucid reducător. (ex: nu va reduce ionii de cupru din soluţia Fehling sau ionii de argint din soluţia Tollens); ✓ este o substanţă solidă, cristalizată, de culoare albă, solubilă ȋn apă, cu gust dulce; ✓ este folosită ca substanţă de bază ȋn alimentaţie,având un important aport energetic; ✓ hidroliza ei catalizată de zaharază generează cele două oze componente, iar amestecul echimolecular al celor două oze se numeşte zahăr invertit: zaharaza zaharoza + H2O →→→ α-glucoză + β-fructoză 12  B.1.b. POLIGLUCIDE OMOGENE ✓ rezultă prin condensarea unui număr mare de oze identice ✓ unităţile diglucidice repetitive sunt: maltoza în amidon şi glicogen, celobioza în celuloză; ✓ rol: rezervă de energie – amidonul ȋn plante, glicogenul - ȋn organismele animale structural: celuloza ✓ structura: lineară sau ramificată ✓ prin hidroliza catalizată de enzime din clasa hidrolazelor, subclasa glicozidaze, rezultă ozele componente ✓ au proprietăţi hidrofile: în soluţie apoasă îşi măresc dimensiunile, apoi se dizolvă formând soluţii coloidale, foarte vâscoase (capabile de a forma geluri). 1. Amidonul ✓ este rezultatul fotosintezei şi reprezintă forma de depozitare a glucozei in plante; ✓ unitatea diglucidică repetitivăeste maltozaşi are o structură amorfă; ✓ este insolubil în apă; în apa caldă formează o pastă; ✓ are un caracter slab reducător; ✓ se poate identifica prin reacţia cu iodul sau cu soluţia Lugol, când rezultă o coloraţie albastră care dispare la cald; ✓ hidroliza sa enzimatică este progresivă, generând intermediari cu masa moleculară mai mică numiţi dextrine care dau culori specifice prin reacţia cu iodul : amilodextrine (albastru-violet) → eritrodextrine (roşu) → flavodextrine (galben) → acrodextrine (incolor) → maltoza → 2 α-glucoză ✓ se prezintă sub formă de granule cu aspect microscopic caracteristic pentru fiecare plantă care sunt alcătuite din: ▪ amiloză (20%) în centru ▪ amilopectină (80%) în înveliş a.Amiloza ✓ are o structură liniară formată din 100-400 α-glucoză legate prin legaturi α-1,4-glicozidice; ✓ ȋn amiloză, toate punţile eterice au aceeaşi orientare, atomii de oxigen aflându -se de aceeaşi parte a axei macromoleculei; de aceea, macromoleculele de amiloză sunt răsucite ȋn spirală, lanţul având o configuraţie de α-helix cu 6 unităţi de glucoză/tură; ✓ prezintă un –OH semiacetalic la capătul liber al lanţului (proprietăţi slab reducătoare); ✓ este solubil ȋn apă, formând soluţii coloidale; ȋn apă rece, formeazăun gel; ✓ se poate identificaprin reacţia cu iodul când rezultă o coloraţie albastră. b. Amilopectina ✓ are o structură ramificatăformată din resturi de α-glucoză legate prin legături glicozidice de 2 tipuri ▪ α-1,4 (tip maltoza) şi ▪ α-1,6 (tip izomaltoza ) punctele de ramificare apar la intervale de 16 unităţi de α-D-glucoză pe ramificaţiile externe 10 unităţi de glucoză pe lanţurile interne ✓ prezenţa ramificaţiilor ȋn amilopectină duce la o moleculă de tip globular, foarte condensată; 13  ✓ hidroliza în tractul digestiv implică activitatea catalitică a : ▪ α-amilazei (salivare şi pancreatice) care acţionează asupra legăturilor α-1,4 glicozidice din interiorul lanţului, cu formare de dextrine, maltoză şi cantităţi mici de α-glucoză ▪ 1,6-α-glicozidaza care acţionează asupra legăturilor α-1,6 → amiloza ▪ maltaza acţionează asupra maltozei → 2 α-glucoză care este absorbită prin peretele intestinal şi transportată la ficat; ✓ nu este solubilă ȋn apă, cu apa formând soluţii coloidale sau micelare care, cu iodul, dau o coloraţie roşie. 2. Glicogenul ✓ este forma majoră de depozitare a glucidelor în organismul animal (ficat, muşchi); ✓ are o structură asemănătoare amilopectinei, cu grad mai mare de ramificare (M=106 -107): punctele de ramificare apar la 6-7 unităţi de α-glucoză în lanţurile externe şi 3 unităţi de glucoza ȋn lanţurile interne. ✓ hidroliza glicogenului exogen este similară cu cea a amidonului; ✓ glicogenul endogen este transformat prin: ▪ fosforoliza, catalizată de fosforilaza care acţionează asupra legăturilor α-1,4 începând cu capătul nereducător al lanţului → G-1-P: ȋn ficat, G-1-P este utilizat pentru a menţine glicemia constantă; ȋn muşchi, G-1-P este transformat ȋn G-6-P,utilizat pentru a furniza energia necesară contracţiei musculare (prin glicoliza anaerobă); α-1,6-glicozidaza care acţionează asupra legăturilor α-1,6-glicozidice; ✓ ȋn apă, formează soluţii coloidale care cu iodul, dau o coloraţie brun -roşcată care nu dispare la cald. 3. Celuloza 14  ✓ are formula generală –(C6H10O5)n- unde n poate fi ȋntre 300 şi 3400, ȋn funcţie de specia vegetală din care provine; ✓ este poliglucidul structural din plante; ea formează peretele de susţinere al plantelor şi le conferă rezistenţă mecanică şi de susţinere; ✓ este alcătuită din lanţuri liniare de unităţi de β-glucoză (celobioza) unite prin legături β-1,4- glicozidice. Structura: CH 2-OH CH 2-OH CH 2-OH CH 2-OH CH 2-OH CH 2-OH O H O H O OH O H O H O H H H H H H H H H O OH H O OH H OH H O OH H O OH H O OH H H H OH H H H OH H OH H OH H OH H OH H OH ✓ este o substanţă solidă, amorfă, de culoare albă, insolubilă ȋn apă sau ȋn solvenţi organici şi solubilă ȋn reactivul Schweizer (hidroxidul tetraaminocupric); ✓ lanţurile pot forma fibre; structura filiformă a macromoleculei de celuloză permite orientarea lor paralelă cu stabilirea unui numă mare de legături de hidrogen ȋntre grupele –OH dintre macromoleculele ȋnvecinate, astfel că firul de celuloză devine foarte rezistent; ✓ nu are gustul dulce specific ozelor; ✓ prin hidroliză enzimatică ȋn prezenţa celulazei rezultă celobioza care, ȋn prezenţa celobiazei, con duce la două molecule de β-glucoză; ✓ organismul uman nu are enzimele implicate ȋn hidroliza celulozei, de aceea ea nu este o substanţă cu valoare nutritivă pentru om; ✓ celuloza constituie o parte din dieta omului (există ȋn legume, fructe), dar numai o mică parte este transformată sub acţiunea microflorei intestinale; ✓ ea este importantă pentru menţinerea motilităţii intestinale ca mijloc de protecţie împotriva cancerului de colon. B.2. POLIGLUCIDE HETEROGENE = componentă glucidică + o componentă proteică Glicozaminoglicani (GAG) , Proteoglicani ✓ Structură: ▪ au o componentă glucidică (C,H,O, N şi/sau S) care reprezintă ȋntre 85 -90% din masa moleculară şi o componentă non-glucidică(proteină), ȋn cantitate redusă; ▪ diferenţele structurale dintre glicozaminoglicani sunt reprezentate de: - natura componentelor glucidice ce constituie unităţile diglucidice; - configuraţia anomerică şi poziţia legăturilor monocarbonilice ce se stabileşte ȋn interiorul şi ȋntre unităţile diglucidice; - numărul şi localizarea grupelor sulfat; ▪ ele formează soluţii vâscoase, cu aspect de mucus, de unde provine şi denumirea lor iniţială de mucopoliglucide; ▪ acumularea ȋn ţesuturi şi excreţia prin urină a unor produşi de degradare incompletă a proteoglicanilor caracterizează un grup de maladii genetice reunite sub numele de mucopolizaharidoze, cauzate de existenţa unor deficite enzimatice ale enzimelor hidrolitice. ▪ Clasificare: în funcţie de natura componentei glucidice pot fi: 15  A. Acide: conţin hexozamine + acid uronic - ȋn cazul lor, datorită numărului mare de grupări acide, la pH fiziologic, ei ionizează formând polianioni cu o mare ȋncărcătură negativă. Sub această formă, ele reţin apa ȋn spaţiile interstiţiale şi pot lega ionii de calciu sau se pot lega de proteine formând proteoglicani, ceea ce ȋnseamnă că nu există ȋn stare liberă ȋn ţesuturi (cu excepţia acidului hialuronic). B. Neutre: conţin numaihexozamine Reprezentanţi: A. 1. Acidul hialuronic este un GAG cu caracter acid, a cărui unitate diglucidică repetitivă este acidul hialobiuronic format din N-acetilglucozamină şi acid β-glucuronic legate (β-1,3); unităţile de acid hialobiuronic sunt legate între ele prin legături (β-1,4). ✓ este localizat în cartilaje, piele, în umoarea vitroasă, cornee, în cordonul ombilical;fără o cantitate adecvată de acid hialuronic, articulaţia devine fragilă si se deteriorează; ✓ se găseşte în cantităţi mari în matricea extracelulară, nivel la care reţine apa şi asigurăhidratarea fibrelor de colagen şi elastină. Acest lucru înseamna articulaţii sănătoase, iar referitor la tegument, înseamnă o piele mai fină, mai elastică, cu un aspect tineresc; Structura: CH 2-OH CO OH CH 2-OH CO OH O O H O H O O H H O H H O H H H O OH H H O OH H OH H H OH H H H NH-CO-CH 3 H OH H NH-CO-CH 3 H OH ✓ la nivelul articulaţiilor, pe lângă rolul plastic de formare a colagenului, căruia îi conferă rezistenţă şi flexibilitate, acidul hialuronic contribuie la secreţia lichidului sinovial ce asigură lubrefierea componentelor articulaţiilor; de aceea, este utilizat ȋn terapia artrozelor (a genunchiului, bazinului). ✓ are rol de “liant” tisular; vâscozitatea soluţiilor sale îl face un bun lubrefiant şi un absorbant al şocurilor; cercetările au arătat că acidul hialuronic reprezintă un tratament eficient pentru artrita reumatoidă şi oasteoartrită, mai ales atunci când este administrat sub formă injectabilă; ✓ el protejează şi hidratează ţesuturile cutanate, stimulează sinteza de colagen, contracarează acţiunea radicalilor liberi; ✓ studii clinice au arătat că, datorită capacităţilor sale cicatrizante şi regenerante, acidul hialuronic este utilizat sub forma unor membrane ȋn arsurile de gradul II şi III; el ajută la vindecarea mai rapidă a rănilor şi la estomparea cicatricilor vechi sau noi, la netezirea imperfecţiunilor pielii produse de acnee sau de alte leziuni; ✓ ȋn oftalmologie, ca lacrimi artificiale, este folosit ȋn cura sindromului de ochi uscat; aceste picături reuşind să stabilizeze filmul lacrimal; ✓ fiind o substanţă naturală, el este absorbit de organism în timp şi, de aceea, tratamentul trebuie repetat periodic pentru ca efectele să persiste. Se cunoaşte faptul că molecula de acid hialuronic este depolimerizată de o enzimă numită hialuronidaza din spermatozoizi, veninuri, bacterii şi ţesuturi animale, iar efectul este pierderea capacităţii de filtru selectiv al substanţei fundamentale şi de expunere a ţesuturilor la invazia bacteriană; ✓ odată cu ȋnaintarea ȋn vârstă, cantitatea de acid hialuronic scade ȋn organism, scădere care se manifestă prin pierderea elasticităţii ţesuturilor şi, ȋn special, deshidratarea pielii, slăbirea articulaţiilor şi inflamarea cartilajelor, cu apariţia durerilor articulare. A.2. Condroitinsulfaţii fac parte tot din clasa GAG cu caracter acid, unitatea lor diglucidică repetitivă fiind condrozina formată din N-acetil-galactozamină sulfatată la C4/C6 condensată cu acizi uronici; prin policondensarea ei prin legături β (1,4) rezultă condroitinsulfaţii. 16  Structura: SO3H CH 2-OH CO OH SO3H CH 2-OH CO OH O O O O H O O O H O H H O H H H O OH H H O OH H H H H H H H H NH-CO-CH 3 H OH H NH-CO-CH 3 H OH ✓ ei sunt localizaţi în cartilagii, oase, tendoane, piele, aortă, cornee; ✓ există doi condroitin sulfaţi: condrotin-4-sulfatul şi condroitin-6-sulfatul care sunt componente structurale majore ale ţesutului cartilaginos; ei sunt solubili ȋn apă, şi sunt strâns legaţi de colagen, având un rol de susţinere ȋn perioada de formare a structurii fibrilare a colagenului; ✓ prin capacitatea lor de fixare a ionilor de Ca 2+, ei participă la procesul de osificare, concentraţia lor ȋn ţesuturi scăzând odată cu vârsta; ✓ numărul mare de sarcini negative permite ȋncadrarea acţiunii lui ca cea a răşinilor schimbătoare de cationi; el reglează structura matricei cartilajului şi depozitarea mineralelor în matricea osoasă; ✓ condroitinsulfaţii formează complexe cu proteinele, jucând un rol important in transportul electroliţilor. Ei sunt degradaţi de condroitinază, enzima specifică, ce degradează macromolecula până la oligoglucide; ✓ dermatansulfatul ȋnsoţeşte condroitinsulfaţii ȋn cartilagii, vase, tendoane, piele ; practic, este un stereoizomer al condroitin-4-sulfatului cu implicaţii ȋn coagulare, boli cardiovasculare, carcinogeneză, infecţii, fibroză. A.3. Heparina Structura: ▪ este reprezentată de un amestec complex de polizaharide liniare; ▪ există ȋn granulele intracelulare ale mastocitelor distribuite de-a lungul pereţilor arteriali, ȋn ficat, rinichi şi splină; ▪ unităţile diglucidice sunt variate (acid glucuronic sau iduronic sulfatat + glucozamina -N-sulfatată sau N-acetilată) legate α-1,4. Gradul de sulfatare este variat. ✓ localizare: în sange, aortă, plămâni;este sintetizată în mastocite care tapetează peretele arterial în ficat, piele, plămâni. Structura: CO OH CH 2-O-SO 3H CO OH CH 2-O-SO 3H O O H O H H O H H H H H H H H H OH H H OH H OH H OH O O O O O H O-SO 3H H NH-SO 3H H O-SO 3H H NH-SO 3H Rol: ✓ are proprietăţi anticoagulante; este indicată pentru acţiunea ei foarte rapidă asupra trombozei (formarea cheagurilor ȋn vasele sanguine).Ea ȋndeplineşte acest rol atât prin fixarea factorilor de coagulare IX şi XI, cât şi prin acţiunea sa asupra antitrombinei III din plasmasanguină.S-a constatat că unirea ȋn proporţie de 1:1 a heparinei cu antitrombina III accelerează mult capacitatea acestei proteine plasmatice de a inactiva proteazele serice, ȋn special trombina. ✓ se administrează: ▪ pe cale subcutanată- în doze mici - cu scop preventiv în flebită - de exemplu, la persoanele imobilizate la pat; ▪ în doze mai mari şi pe cale subcutanată sau intravenoasă atunci cand există deja o tromboză. 17  ✓ are rol de coenzimă în sistemul lipoproteinlipazei din pereţii capilarelor (rol în hidroliza trigliceridelor, VLDL) ✓ este contraindicată atunci când pacientul are o hemoragie sau hemoragii repetate (boala de coagulare) sau dacă este alergic la heparină. Asocierea cu alte medicamente care au, de asemenea, efecte anticoagulante (aspirina, antiinflamatoare, antivitamina K) este contraindicată. Pot surveni unele efecte nedorite: sângerări, trombopenie (scăderea nivelului plachetelor sangvine), osteoporoză (fragilitate osoasă cu risc de fractură spontană) în cursul tratamentelor îndelungate; ✓ este utilizată ca anticoagulant ȋn vacutainerele folosite la recoltarea probelor de sânge, atunci când analizele de laborator trebuie făcute pe plasma sanguină; ✓ există o teorie conform căreia, heparina ar avea un rol important ȋn apărarea zonelor traumatizate, acţionând ȋmpotriva bacteriilor şi a altor agenţi străini; ✓ heparina are un rol important şi ȋn procesul de clarifiere a plasmei prin acţiunea de eliberare ȋn circulaţie a lipoprotein-lipazei din pereţii capilarelor; această enzimă are drept substrat chilomicronii şi lipoproteinele cu densitate foarte joasă. A.4. Heparan-sulfatul se găseşte pe suprafaţa externă a multor celule din piele, din pereţii aortei. Are o structură asemănătoare cu cea a heparinei şi participă la procesele de comunicare intercelulară, la medierea creşterii celulelor, dar poate acţiona şi ca receptor. La nivel renal, heparan-sulfatul are un rol important ȋn filtrarea glomerulară. B.1.Keratansulfatul: ✓ este format din unităţi diglucidice formate din resturi de D-galactoză şi N-acetil-glucozamin-6-sulfat legate β-1,4; ȋntre unităţile diglucidice, legăturile sunt β-1,3. ✓ există 2 keratansulfaţi (I şi II) distribuiţi ȋn cartilajul costal uman, ȋn discurile intervertebrale şi ȋn alte ţesuturi conjunctive. Alături de dermatansulfat se găsesc ȋntre fibrele de colagen, având un rol important ȋn transparenţa corneei. La nivelul articulaţiilor, el are rolul de a amortiza diferite şocuri la care acestea pot fi supuse. ▪ Proporţia keratansulfaţilor din cartilaje creşte mult ȋn boala Marfan caracterizată prin : - modificări oculare: afectarea bilaterală a cristalinului, dezlipirea corneei ; - alungirea şi subţierea oaselor, ȋn special a degetelor care sunt cu 8-15cm mai lungi decât cele normale (arahnodactilie); - dezvoltarea insuficientă a musculaturii; - curbarea coloanei vertebrale ; - picior plat; - malformaţii cardiace congenitale ; - deformarea urechilor; astenie. 18 19