Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 21 Δεκεμβρίου 2017 Σχολή Επαγγελμάτων Υγείας – Πρόνοιας Τμήμα Ιατρικών Εργαστηρίων Εργαστήριο Βιοχημειας ΙΙ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΕΣ Κούρτη Μαρία Βιολόγος, Msc, PhD 21 Δεκεμβρίου 2017

Τι είναι; Είναι οργανικές ενώσεις με γενικό τύπο Cn(H2O)n Είναι γνωστές και ως σάκχαρα και αποτελούν μία από τις βασικές θρεπτικές ουσίες για τον ανθρώπινο οργανισμό ως πηγή ενέργειας. Ανάλογα με τη μοριακή τους σύσταση διακρίνονται σε 3 κατηγορίες: Μονοσακχαρίτες Δισακχαρίτες Ολιγοσακχαρίτες Πολυσακχαρίτες σάκχαρα

Τρόφιμα πλούσια σε υδατάνθρακες Πατάτες Ζυμαρικά Ρύζι Πληγούρι Δημητριακά Βρώμη Ψωμί Όσπρια Ζάχαρη

Βιολογικός ρόλος Τα κυριότερα καύσιμα του οργανισμού: Μέσω μεταβολισμού τους παράγεται ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών του ανθρώπινου οργανισμού. Δομικά συστατικά: Η ριβόζη και η δεοξυριβόζη είναι δομικά συστατικά των RNA και DNA αντίστοιχα, Συστατικό γλυκοπρωτεινών, γλυκολιπιδίων Πρωτεΐνες που περιέχουν υδατάνθρακες και πρωτεΐνες που προσδένουν υδατάνθρακες απαιτούνται για αλληλεπιδράσεις που επιτρέπουν στα κύτταρα να σχηματίσουν ιστούς, Είναι η βάση των ομάδων αίματος του ανθρώπου, Χρησιμοποιούνται από παθογόνα για να αποκτήσουν πρόσβαση στους ξενιστές τους.

Ανάλογα με τον αριθμό C-ατόμων που περιέχουν διακρίνονται σε Μονοσακχαρίτες Είναι ενώσεις που περιέχουν 3-9 άτομα άνθρακα τα οποία συνδέονται με υδροξυλομάδες (ΟΗ). Χημικά διακρίνονται σε: Αλδόζες: Αλδεϋδες με δύο ή περισσότερες ΟΗ. Κετόζες: Κετόνες με δύο ή περισσότερες ΟΗ. Ανάλογα με τον αριθμό C-ατόμων που περιέχουν διακρίνονται σε Τριόζες (3 άτομα C) Τετρόζες (4 άτομα C) Πεντόζες (5 άτομα C) Εξόζες (6 άτομα C) Επτόζες (7 άτομα C) Οι πιο απλές μορφές είναι: C D-γλυκεραλδεϋδη L-γλυκεραλδεϋδη Διυδροξυακετόνη

Ισομερείς μορφές μονοσακχαριτών * * D-γλυκεραλδεϋδη L-γλυκεραλδεϋδη Στον τύπο της γλυκερυναλδεϋδης υπάρχει ένα ασύμμετρο άτομο άνθρακα (C*) κι έτσι υπάρχουν δύο ισομερείς μορφές η D- και L-. Αυτά τα μόρια ονομάζονται εναντιομερή γιατί αποτελούν το ένα εικόνα του άλλου. Η διυδροξυακετόνη είναι ο μοναδικός μονοσακχαρίτης που δεν έχει ασύμμετρο άτομο άνθρακα. Οι περισσότεροι μονοσακχαρίτες των σπονδυλωτών έχουν τη διαμόρφωση D.

Κοινοί μονοσακχαρίτες Αλδοπεντόζες Αλδοεξόζες Κετοεξόζες

Κυκλικές μορφές μονοσακχαριτών Οι επικρατέστερες μορφές της ριβόζης, της γλυκόζης και της φρουκτόζης και άλλων σακχάρων σε ένα διάλυμα, όπως μέσα στο κύτταρο, δεν είναι ανοιχτές αλυσίδες αλλά κυκλοποιούνται σε δακτυλίους. Για το σχηματισμό δακτυλίου μια αλδεΰδη ή μια κετόνη αντιδρά με μια αλκοόλη για το σχηματισμό μιας ημιακετάλης ή ημικετάλης, αντίστοιχα.

Πυρανόζες - Φουρανόζες Πυράνιο Ο εξαμελής δακτύλιος σακχάρου ονομάζεται πυρανόζη, λόγω ομοιότητας με το πυράνιο Φουράνιο Ο πενταμελής δακτύλιος σακχάρου ονομάζεται φουρανόζη, λόγω ομοιότητας με το φουράνιο

Παράγωγα μονοσακχαριτών Αντιδράσεις αντικατάστασης: Αμινοσάκχαρα: Αντικατάσταση ενός -ΟΗ στη θέση 2 από μια -ΝΗ2 Γλυκόζη 10→ Γλυκοζαμίνη Δεοξυσάκχαρα: Αντικατάσταση ενός -ΟΗ από -Η. Ριβόζη → Δεοξυριβόζη

Παράγωγα μονοσακχαριτών Αντιδράσεις οξείδωσης: Αλδονικά ή Ονικά οξέα: Οξείδωση –CHO σε –COOH Γλυκόζη → Γλυκονικό οξύ Ουρονικά οξέα: Οξείδωση της –CH2OH Γλυκόζη → Γλυκουρονικό οξύ Παράγωγα δικαρβονικών οξέων: Οξείδωση της –CHO και της –CH2OH ταυτόχρονα.

Παράγωγα μονοσακχαριτών Αντιδράσεις συμπύκνωσης: Νευραμινικά ή Σιαλικά οξέα: Αποτελούν συστατικά των γλυκοπρωτεινών και των γλυκολιπιδίων. Μουραμιδικό οξύ: Είναι βασικό συστατικό των πολυσακχαριτικών αλυσίδων βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων Αντιδράσεις αναγωγής: Πολυασθενείς αλκοόλες: γλυκερόλη: βασικό συστατικό λιπιδίων σορβιτόλη: σύνθεση βιταμίνης C

Φωσφορυλίωση-Αποφωσφορυλίωση γλυκόζης κινάση φωσφατάση

Ολιγοσακχαρίτες Σχηματίζονται με τη σύνδεση δύο ή περισσότερων μονοσακχαριτών με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Από την ένωση δύο απλών σακχάρων προκύπτει ένας δισακχαρίτης. Δισακχαρίτες και βιολογική σημασία τους Δισακχαρίτης Προέλευση Σύσταση Ένζυμα διάσπασης Μαλτόζη Ενδιάμεσο προϊόν διάσπασης αμύλου Γλυκόζη + Γλυκόζη Μαλτάση Λακτόζη Γάλα Γλυκόζη + Γαλακτόζη Λακτάση Σουκρόζη ή σακχαρόζη Σακχαροκάλαμο, τεύτλα, μέλι Γλυκόζη + φρουκτόζη Σουκράση ή σακχαράση Εντοπίζονται στα επιθηλιακά κύτταρα του λεπτού εντέρου

Διαταραχές που συνδέονται με σάκχαρα - Δυσανεξία στη λακτόζη Τι είναι; Είναι η αδυναμία του οργανισμού να μεταβολίσει την λακτόζη, το βασικό σάκχαρο του γάλατος. Αυτή η αδυναμία οφείλεται στην έλλειψη του ενζύμου λακτάση, που κανονικά παράγεται από κύτταρα του λεπτού εντέρου. Συμπτώματα Στο λεπτό έντερο η λακτάση αποικοδομεί τη λακτόζη στους μονοσακχαρίτες γαλακτόζη και γλυκόζη, οι οποίοι μπορούν στη συνέχεια να περάσουν στην κυκλοφορία του αίματος και να αξιοποιηθούν από τον οργανισμό σαν πηγή ενέργειας. Αν δεν υπάρχει αρκετή λακτάση, τότε η λακτόζη συνεχίζει αναλλοίωτη την πορεία της στο παχύ έντερο. Εκεί τα εντερικά βακτηρίδια την μετατρέπουν σε λιπαρά οξέα μικρής αλυσίδας, με ταυτόχρονη παραγωγή αερίων (διοξειδίου του άνθρακα, υδρογόνου και μεθανίου). Αυτή η δημιουργία αερίων από τα βακτηρίδια του παχέως εντέρου προκαλεί μια σειρά δυσάρεστων συμπτωμάτων, όπως ναυτία, δυσπεψία, φούσκωμα του στομαχιού, κοιλιακό πόνο ή κολικούς, γουργούρισμα των εντέρων και έκλυση αερίων, ακόμη και διάρροια.

Πολυσακχαρίτες Αποτελούνται από 10 και περισσότερες μονάδες μονοσακχαριτών ενωμένες με γλυκοζιτικούς δεσμούς. Ομοπολυσακχαρίτες: αποτελούνται από ένα είδος μονοσακχαριτικής μονάδας Ετεροπολυσακχαρίτες: αποτελούνται από την ένωση τουλάχιστον δύο ειδών μονοσακχαριτών Ρόλος: Αποθήκευση ενέργειας: γλυκογόνο, άμυλο Δομικό συστατικό κυτταρικού τοιχώματος φυτικών κυττάρων: κυτταρίνη

Ομοπολυσακχαρίτες Πολυσακχαρίτες Σύσταση Ένζυμα διάσπασης Γλυκογόνο Μονάδες Γλυκόζης αμυλάση Άμυλο: αμυλόζη αμυλοπηκτίνη Κυτταρίνη Αλυσίδες γλυκόζης Κυτταρινάση Το ένζυμο αμυλάση εκκρίνεται από τους σιελογόνους αδένες και το πάγκρεας. Η κυτταρινάση δεν υπάρχει στον άνθρωπο

Πρωτεΐνες συνδεδεμένες με υδατάνθρακες Γλυκοπρωτεΐνες Τρεις κατηγορίες: Απλές γλυκοπρωτεΐνες: συστατικά κυτταρικών μεμβρανών, συμμετοχή στη κυτταρική προσκόλληση Πρωτεογλυκάνες: πρωτεΐνες που είναι συνδεδεμένες με έναν πολυσακχαρίτη που ονομάζεται γλυκοζαμινογλυκάνη. Δομικά συστατικά και λιπαντικά. Βλεννοπρωτεΐνες: Συστατικά της βλέννας και λιπαντικά.

Η γλυκοπρωτεΐνη ερυθροποιητίνη Η ερυθροποιητίνη (ΕΡΟ) είναι μια ορμόνη που εκκρίνεται από τους νεφρούς και διεγείρει την παραγωγή ερυθρών αιμοσφαιρίων. Το 40% του βάρους της ΕΡΟ αποτελείται από υδατάνθρακες που της προσδίδουν σταθερότητα στο αίμα.

Πρωτεογλυκάνες Πρωτεΐνες που είναι συνδεδεμένες με έναν πολυσακχαρίτη που ονομάζεται γλυκοζαμινογλυκάνη Αποτελούν βασικά συστατικά του χόνδρου Προστατεύουν από τη συμπίεση που ασκείται όταν το πόδι χτυπά το έδαφος καθώς περπατάμε, προστατεύοντας τα οστά από τη σύγκρουση.

Βλεννοπρωτεΐνες Συντίθενται από εξειδικευμένα κύτταρα στον τραχειοβρογχικό, γαστρεντερικό και ουρογεννητικό σωλήνα. Δράση: Λιπαντικά Προστατευτικός φραγμός Παίζουν ρόλο στη γονιμοποίηση Ανοσοαπόκριση Παθολογικές καταστάσεις: Υπερεκφράζονται στη βρογχίτιδα, την κυστική ίνωση, και στα αδενοκαρκινώματα

Ομάδες αίματος Κάθε ομάδα αίματος χαρακτηρίζεται από την παρουσία ενός από τους τρεις υδατάνθρακες Α, Β και Ο, οι οποίοι είναι προσκολλημένοι στις γλυκοπρωτεΐνες και στα γλυκολιπίδια στην επιφάνεια των ερυθρών αιμοσφαιρίων.

Μέθοδοι ανίχνευσης υδατανθράκων Μέθοδος Molish: ανίχνευση γενικά υδατανθράκων σε ένα διάλυμα Με τη χρήση χρωστικών Μέθοδος Fehling Μέθοδος Benedict Μέθοδος Barfoed Μέθοδοι αφυδάτωσης Μέθοδος Bial: διάκριση μεταξύ πεντοζών και εξοζών- ανίχνευση πεντοζών Μέθοδος Seliwanoff: ανίχνευση κετοεξοζών Ανίχνευση αναγωγικών σακχάρων Ανίχνευση πολυσακχαριτών Τέστ ιωδίου Ανίχνευση σακχάρων με ενζυμική αντίδραση Ανίχνευση γλυκόζης

Μέθοδος Molish Γενική τεχνική ανίχνευσης υδατανθράκων. Με το αντιδραστήριο Molish θετική αντίδραση έχουμε παρουσία μονοσακχαριτών, ολιγοσακχαριτών, πολυσακχαριτών και νουκλεικών οξέων λόγω της περιεκτικότητάς τους σε σάκχαρα (ριβόζη για το RNA και δεοξυριβόζη για το DNA) Το διάλυμα Molisch είναι ναφθόλη διαλυμένη σε αιθανόλη και αφού προστεθεί στοδιάλυμα σακχάρου προστίθεται πυκνό H2SO4 αργά σε κεκλιμένο σωλήνα. Η αντίδραση είναι θετική όταν στην μεσόφαση μεταξύ οξέος και σακχαρικού διαλύματος σχηματίζεται μια μώβ στοιβάδα. Θετική αντίδραση

Μέθοδος Molish Πειραματική διαδικασία

Ανίχνευση αναγωγικών σακχάρων Αναγωγικά είναι τα σάκχαρα που περιέχουν μια ελεύθερη αλδευδική ομάδα (πχ.γλυκόζη) ή κετονική ομάδα (πχ. φρουκτόζη) και ανάγουν δείκτες. Ο αναγωγικός παράγοντας σε αυτές τις αντιδράσεις είναι μορφή ανοικτής αλυσίδας της αλδόζης ή της κετόζης.

Μέθοδος Benedict

Μέθοδος Benedict Πειραματική διαδικασία Ποια θα δώσουν θετική αντίδραση; Θετική αντίδραση

Από τα σάκχαρα γλυκόζη, φρουκτόζη, σακχαρόζη, άμυλο και κυτταρίνη ποια μπορούν να δώσουν θετική αντίδραση Benedict;

Μέθοδος Barfoed Η αντίδραση είναι θετική για αναγωγικούς μονοσακχαρίτες και αρνητική για δισακχαρίτες Θετική αντίδραση παράγει καστανέρυθρο ίζημα υποξειδίου του χαλκού.

Μέθοδος Barfoed Πειραματική διαδικασία 1 2 3 4 5

Μέθοδος Bial Θετική αντίδραση για πεντόζη

Μέθοδος Seliwanoff Θετική αντίδραση

Μέθοδος Seliwanoff

Μέθοδος Seliwanoff Αποτελέσματα Φρουκτόζη: κετόζη Μαλτόζη σακχαρόζη Νερό Φρουκτόζη: κετόζη Μαλτόζη: Δισακχαρίτης Γλυκόζη+Γλυκόζη Σακχαρόζη: δίνει θετική αντίδραση λόγω μερικής υδρόλυσής της σε γλυκόζη και φρουκτόζη

Ανίχνευση πολυσακχαριτών Τέστ ιωδίου Θετική αντίδραση