Serwisy internetowe Uniwersytetu Warszawskiego Nie jesteś zalogowany | zaloguj się


Biochemia D/Wykład 6

Witamy na wiki Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego

< Biochemia D(Przekierowano z Biochemia/Wykład 6)

Procesy anaboliczne i kataboliczne.

Spis treści

Proces kataboliczny

  • degradacja złożonych, polimerycznych substancji organicznych do prostych cząsteczek, nawet do CO2, H2O, NH3
  • procesy kataboliczne jako całość są termodynamicznie korzystne - entropia rośnie, więc procesy mogą zachodzić spontanicznie
  • sumaryczna zmiana energii swobodnej jest wartością ujemną - wydzielana jest energia
  • degradacji towarzyszy stopniowe utlenianie rozkładanych substancji z udziałem FAD i NAD + jako utleniacza - prowadzi to do powstania zredukowanych form tych di nukleotydów, FADH2 i NADH
  • degradacji towarzyszy synteza ATP - wiąże się to z fosforyzacjami substratowymi, które zachodzą w pewnych procesach metabolicznych, np. w glikolizie, cyklu Krebsa, a u tlenowców głównym źródłem ATP jest fosforylacja oksydacyjna związana z reutlenianiem powstających FADH2 i NADH poprzez łańcuch oddechowy

Procesy anaboliczne

  • synteza złożonych cząsteczek, często takich polimerycznych jak białka, polisacharydy, kwasy nukleinowe, z cząsteczek prostych prekursorów
  • u autotrofów to może być synteza nawet z prostych, nieorganicznych substancji jak CO2, H2O, NH3
  • procesy anaboliczne sumarycznie są niekorzystne energetycznie - entropia maleje, procesy nie mogą zachodzić spontanicznie, porządkowanie materii oznacza spadek entropii
  • synteza musi być sprzężona z procesem termodynamicznie korzystnym - najczęściej rozpad wysokoenergetycznych wiązań ATP
  • towarzyszą mu procesy redukcji, w większości przypadków reduktorem jest NADPH - analog NADH, tylko zawierający dodatkową resztę kwasu ortofosforowego w tej połówce, którą jest nukleotyd adeninowy - u zwierząt ważnym procesem dostarczającym NADPH jest szlak pentozo fosforanowy - alternatywna do glikolizy droga degradacji cukrów - może też powstawać w innych procesach, u fotoautotrofów ATP i NADPH powstają w fazie jasnej fotosyntezy, na koszt światła

  • substancja przekształca się przez pośrednie metabolity w inną substancję - katabolizm
  • zwykle na takim szlaku katabolicznym jest część reakcji odwracalnych, może być ich różna ilość
  • reakcje odwracalne: ?G0' jest lekko dodatnia lub lekko ujemna, ewentualnie zerowa - nawet niewielkie zmiany stężeń reagujących substancji mogą albo kierować reakcję w prawo, albo w lewo, takie reakcję mogą być wykorzystane zarówno do degradacji substancji, jak i do syntezy
  • zwykle na szlaku katabolicznym jest co najmniej jedna reakcja, która jest nieodwracalna, gdzie ?G0' jest silnie ujemna - jest mała szansa, aby można było odwrócić bieg reakcji, manipulując stężeniami reagujących substancji
  • nieodwracalna reakcja spełnia bardzo ważną funkcję - rozpędza cały proces kataboliczny w kierunku degradacji
  • reakcje odwracalne, przynajmniej teoretycznie, mogą być wykorzystywane w procesach anabolicznych
  • w anabolizmie komórki muszą sobie jakoś radzić z obchodzeniem nieodwracalnych reakcji, np. metabolit D jest przekształcany w reakcji odwracalnej w metabolit D1 a ten związek, w reakcji sprzężonej z hydrolizą ATP, może się przekształcać w związek C - obejście jest możliwe na koszt ATP
  • to, że szlaki kataboliczne i anabolicznie nie pokrywają się z sobą zupełnie, ma bardzo istotne znaczenie z punktu widzenia regulacyjnego C komórka musi reagować na pewne sytuacje biologiczne i albo uruchamiać procesy kataboliczne, np. gdy brakuje energii, albo prowadzić syntezy ważnych substancji; szczególnie podatne na regulację są procesy, które różnią szlak anaboliczny od katabolicznego
  • generalnie anabolizm możemy traktować jako swego rodzaju odwrócenie katabolizmu

Glukoneogeneza

Synteza cukrów de novo, z prostych metabolitów niecukrowych

glukoza <-> pirogronian

jest w pewnym sensie odwróceniem glikolizy. Glukoneogeneza ma trochę szersze znaczenie, bo dotyczy syntezy glukozy nie tylko z pirogronianu, ale z różnych innych związków niecukrowych. Glukoneogeneza jest niby odwróceniem glikolizy, ale jak rozpatrzymy po kolei glikolizę, to widzimy, że wszystkie reakcje poza trzema są odwracalne

Nieodwracalne reakcje glikolizy:

glukoza + ATP->(heksokinaza) glukozo-6-fosforan + ADP

aktywacja cząsteczki heksozy przy udziale heksokinazy

fruktozo-6-fosforan + ATP ->(fosfofruktokinaza) fruktozo-1,6-bifosforan + ADP

dodatkowe ufosforylowanie

fosfoenolopirogronian + ADP ->(kinaza pirogronianowa) pirogronian + ATP

przekazanie reszty fosforanowej (ostatnia reakcja glikolizy)

Aby było możliwe zajście glukoneogenezy - przekształcenie pirogronianu w glukozę - musi zajść obejście tych reakcji

Obejście w glukoneogenezie:

  • pirogronian przy udziale enzymu, karboksylazy pirogronianowej, i cząsteczki CO2 ulega karboksylacji, powstaje czterowęglowy, dikarboksylowy ?-ketokwas - szczawiooctan, ta reakcja jest energetycznie kosztowna i musi być sprzężona z hydrolizą ATP do ADP i Pi
  • szczawiooctan przy udziale enzymu, karboksykinazy fosfoenolopirogronianowej, i GTP jako źródła energii - reszta fosforanowa z rozpadającego się GTP jest przekazywana na powstający fosfoenolopirogronian - powstaje cząsteczka fosfoenolopirogronianu Reakcja jest w sumie bardzo kosztowna - 2 mole ATP na 1 mol pirogronianu, zachodzi dwuetapowo
  • z pirogronianu powstaje szczawiooctan w matrix mitochondrialnej, ta reakcja, jak i synteza karbamoilofosforanu, wymaga CO2 i ATP - oba te związki są łatwo dostępne w matrix mitochondrialnej - CO2 powstaje np. w cyklu Krebsa, a ATP w fosforylacji oksydacyjnej
  • wszystkie dalsze reakcje glukoneogenezy toczą się już na terenie cytoplazmy, glukoneogeneza jest przykładem procesu metabolicznego, który częściowo zachodzi w jednym przedziale, częściowo w innym, jak cykl mocznikowy
  • szczawiooctan nie może swobodnie przenikać przez wewnętrzną błonę mitochondrialną, więc jest na terenie matrix redukowany do jabłczanu przez dehydrogenazę jabłczanową - enzym działa odwracalnie, również w cyklu Krebsa - jabłczan ma specjalny nośnik, nośnik kwasów dikarboksylowych, i na terenie cytoplazmy działa inna formy dehydrogenazy jabłczanowej, która utlenia jabłczan do szczawiooctanu - reakcja odwracalna
  • na terenie cytoplazmy szczawiooctan podlega drugiej reakcji katalitycznej przez karboksykinazy fosfoenolopirogronianową, powstaje fosfoenolopirogronian

  • obejście pozostałych dwóch reakcji - 2. i 1. - jest bardzo proste, są one zastąpione innymi reakcjami
fruktozo-1,6-bifosforan + H2O ->fosfataza) Pi + fruktozo-6-fosforan
  • fruktozo-1,6-bifosforan ulega hydrolizie przy udziale enzymu z grupy fosfataz - fosfataza 1,6-bisfosforanowa - w wyniku czego hydrolitycznie odszczepiana jest reszta fosforanowa z pozycji 1.
  • reakcja jest termodynamicznie wysoce korzystna i praktycznie nieodwracalna - substratem jest H2O, której w komórce jest bardzo dużo - żeby reakcja zaszła w drugą stronę należałoby komórkę pozbawić wody
glukozo-6-fosforan + H2O ->(fosfataza) Pi + glukoza
  • odwrócenie reakcji aktywacji cukru
  • fosfataza odszczepia resztę fosforanową z pozycji 6. cząsteczki glukozy

Szlak glukoneogenezy

  • zwykło się rozpatrywać glukoneogenezę jako przekształcenie pirogronianu w glukozę, jednakże powinno się ją traktować nieco szerzej - chodzi nie tylko o syntezę glukozy z pirogronianu ale również z wielu innych, drobnocząsteczkowych związków, np. mleczan; niektóre aminokwasy - ich szkielety węglowe dają pirogronian np. alanina; inne aminokwasy, np. asparaginian, w wyniku transaminacji mogą się przekształcać w szczawiooctan; powstający w wyniku lipolizy tłuszczów glicerol może się włączyć bardzo łatwo w szlak glukoneogenezy, przekształcając się w fosfodihydroksyaceton
  • glukoneogeneza pozwala niezależnie od tego, jaką stosujemy dietę, na syntezę glukozy na odpowiednio wysokim poziomie, żeby zapewnić odpowiedni poziom glukozy we krwi; Eskimosi żywią się praktycznie wyłącznie pokarmem zwierzęcym, bogatym w tłuszcze i białka, ale bardzo ubogim w węglowodany - glukoneogeneza pozwala na przekształcenie pewnych związków niecukrowych, np. szkielety węglowe aminokwasów, glicerol, do syntezy glukozy; u Eskimosów poziom glukozy we krwi jest przeciętnie taki sam, jak u wegetarian - dużo węglowodanów, np. skrobi, łatwo możne powstawać glukoza, mało białek i lipidów
  • pirogronian przy udziale karboksylazy pirogronianowej i cząsteczki ATP przekształca się w szczawiooctan, w matrix
  • na terenie cytoplazmy działa karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa, wykorzystująca GTP jako źródło energii, w wyniku czego ze szczawiooctanu powstaje fosfoenolopirogronian
  • reakcje odwracalne: fosfoenolopirogronian może przekształcić się w 2-fosfoglicerynian w wyniku przyłączenia cząsteczki wody, ten może izomeryzować do 3-fosfoglicerynianu, a on przy udziale ATP może się przekształcać się w 1,3-bisfosfoglicerynian, a on przy udziale cząsteczki NADH może się przekształcać w aldehyd 3-fosfoglicerynowy, a ten z kolei przy udziale izomerazy triozofosforanowej może przekształcać się w drugą fosfotriozę, jaką jest fosfodihydroksyaceton, i w wyniku działania aldolazy - działa również odwracalnie - powstawać może fruktozo-1,6-bisfosforan, który ulega hydrolitycznemu odszczepieniu grupy fosforanowej z pozycji 1. - powstaje fruktozo-6-fosforan - drugie obejście reakcji glikolizy, kolejna reakcja jest odwracalna - przekształcenie na zasadzie izomeryzacji w glukozo-6-fosforan, teraz następuje hydrolityczne odszczepienie reszty fosforanowej z pozycji 6. przy udziale glukozo-6-fosfatazy, ostatecznie powstaje glukoza
glicerol ->(ATP -> ADP)(lipoliza) glicerolo-3-fosforan ->(NAD+ → NADH + H+)(utlenianie) fosfodihydroksyaceton
  • glicerol powstający w wyniku lipolizy tłuszczów musi być ufosforylowany, zaktywowany - powstaje glicerolo-3-fosforan a następnie ulega utlenieniu, w wyniku czego powstaje cząsteczka fosfodihydroksyacetonu - bardzo łatwo tą metodą glicerol może wejść w szlak glukoneogenezy
  • te związki, które się przekształcają w acetylo-CoA np. kwasy tłuszczowe, przynajmniej u zwierząt nie mogą służyć jako prekursorzy do resyntezy glukozy, kwasy tłuszczowe nie są substratami glukogennymi
  • u roślin jest specjalny proces metaboliczny zwany cyklem glioksalowym, który pozwala na wykorzystanie acetylo-CoA w syntezie glukozy - jest to bardzo istotne w czasie kiełkowania nasion niektórych roślin, które magazynują głównie tłuszcze - nasiona oleiste - i w czasie kiełkowania, gdy jeszcze fotosynteza nie funkcjonuje, a jest duże zapotrzebowanie na cukry, chociażby w związku z budową ścian komórkowych nowo powstających komórek, to jest istotne dla roślin, że potrafią przekształcić kwasy tłuszczowe - w wyniku hydrolizy zapasowych tłuszczów - w glukozę
  • u zwierząt powstający acetylo-CoA, jeśli wejdzie w cykl Krebsa, to ulega spaleniu do 2 x CO2 i nie ma żadnej możliwości, by mógł się on przekształcić w glukozę

Mleczan

W procesie glikolizy, która zachodzi w mięśniach, np. u ssaków, zapotrzebowanie na energię jest tak gwałtowne w mięśniu pracującym, że zwykle nie wystarcza tlenu po to, aby całkowicie spalić wykorzystywaną jako paliwo glukozę, w związku z tym powstający w glikolizie pirogronian jest przekształcany w mleczan, a mleczan jest z komórek mięśniowych usuwany do krwi, wychwytywany przez wątrobę i w wątrobie może być wykorzystywany, ponieważ szkoda tego związku, gdyż jest w nim jeszcze dużo energii, może być stosowany jako substrat do syntezy glukozy w procesie glukoneogenezy - głównym organem, gdzie zachodzi glukoneogeneza jest wątroba - 90\nerkach; w warunkach głodowych, kiedy głównie różne związki organiczne są wykorzystywane do glukoneogenezy, powstające w wyniku katabolizmu różnych substancji, aminokwasów, to nerki wychwytują z pierwotnego moczu te związki i wtedy udział ten w glukoneogenezie może dochodzić nawet do 50\

Cykl Corich

W mięśniu w wyniku glikolizy z glukozy powstaje pirogronian, który jest redukowany do mleczanu - bardzo ważna reakcja, ponieważ w jej wyniku regenerowany jest NAD + , który jest potrzebny do jednego z etapów glikolizy - ta reakcja musi zajść, aby glikoliza mogła zachodzić nieustannie.

Mleczan poprzez krew dostaje się do wątroby, gdzie może posłużyć jako substrat glukoneogenny, w wyniku działania dehydrogenazy mleczanowej, która katalizuje odwracalną reakcję, mleczan może być powrotnie przekształcony w pirogronian, a pirogronian już łatwo przekształca się w glukozę na klasycznym etapie szlaku glukoneogenezy.

Szkielety węglowe wielu aminokwasów mogą włączać się w szlak glukoneogenezy i mogą powstawać z tych szkieletów cukry - dotyczy to aminokwasów, które przekształcają się w pirogronian i tych aminokwasów, których szkielety węglowe wchodzą do cyklu Krebsa, w wyniku czego możliwe jest pozyskanie dodatkowych cząsteczek szczawiooctanu - aminokwasy, które w wyniku deaminacji przekształcają się, np. ?-ketoglutaran, bursztynylo-CoA, fumaran, bezpośrednio w szczawiooctan - aminokwasy glukogenne, czyli mogą posłużyć jako substraty do glukoneogenezy.

Koszt energetyczny

Do syntezy 1 mola glukozy potrzebne są 2 mole pirogronianu. 2 mole pirogronianu muszą być przekształcone w 2 mole szczawiooctanu - pierwsza reakcja katalizowana przez enzym zlokalizowany w matrix mitochondrialnej - na każdy mol pirogronianu potrzebny jest mol ATP

Kolejną reakcją, gdzie musi być dostarczana z zewnątrz energia, jest przekształcenie szczawiooctanu w fosfoenolopirogronian, zachodzi to na terenie cytoplazmy - druga część pierwszego obejścia glikolizy; na 2 mole szczawiooctanu, czy powstającego fosfoenolopirogronianu, są zużywane 2 mole GTP, równoważne 2 molom ATP

Przekształcenie 3-fosfoglicerynianu w 1,3-bisfosfoglicerynian - reakcja odwracalna - w zależności od stężenia może zachodzić w glikolizie lub glukoneogenezie; na 2 mole 3-fosfoglicerynianu - 2 ATP

Synteza 1 mola glukozy z pirogronianu kosztuje aż 6 moli ATP; w glikolizie powstają tylko 2 mole ATP

Procesy anaboliczne są z reguły znacznie bardziej kosztowne niż zysk energetyczny odpowiadający temu procesowi anabolicznemu w procesie katabolicznym - część energii ulega rozproszeniu, tylko część może być zagospodarowana

Resynteza glukozy kosztuje, ale to się może opłacić - dzięki temu u kręgowców jest możliwe utrzymanie bardzo ważnego parametru - stężenia glukozy we krwi; większość komórek jest zaopatrywana przez glukozę krążącą we krwi

Część glukozy, która powstaje w wątrobie człowieka jest magazynowana w formie glikogenu, w mięśniach też, u roślin - skrobia

Nukleozudocukry, nukleotydocukry

Budowa

  • zasada azotowa - taka, jaka występuje w kwasach nukleinowych np. adenina, guanina, cytozyna, tymina, uracyl
  • ryboza, rzadko deoksyryboza, dwie reszty kwasu ortofosforowego i jakiś cukier np. glukoza
  • między resztą fosforanową przy węglu pierwszym cukru a resztą fosforanową nukleotydu wytworzone jest wiązanie wysokoenergetyczne - pirofosforanowe
  • związków takich znamy przynajmniej kilkadziesiąt, różnią się one zasadą azotową, resztą cukrową
  • wiązanie między resztą kwasu ortofosforowego a hemiacetalową grupą -OH cząsteczki cukru jest też wysokoenergetyczne, jego wzorcowa energia swobodna hydrolizy to ok. -30kJ/mol - związki tego typu mogą służyć jako bardzo dogodne donory reszt cukrowych do syntezy złożonych cukrowcowych substancji, np. do biosyntezy glikogenu, ponieważ ze względu na wysoką energetyczność tego wiązania, charakteryzują się one wysoką zdolnością transferu reszt cukrowych - reakcje zachodzą z wydzielaniem energii - są termodynamicznie wysoce korzystne

Powstawanie

cukier-1-P-P-ryboza-zasada <->(pirofosforylaza) cukier-1-P-P-ryboza-zasada + PPi

np. glukozo-1-P + UTP <-> UDP-glukoza + P Pi

  • w reakcji katalizowanej przez enzymy zwyczajowo nazywane pirofosforylazami zachodzi reakcja polegająca na tym, że reaguje 1-fosforan odpowiedniego cukru, np. glukozo-1-fosforan z jakimś nukleozydotrifosforanem, np. urydynotrifosforanem
  • następuje rozszczepienie wiązania pirofosforanowego, wskazanego strzałką, i przeniesienie reszty nukleotydowej na resztę fosforanową w 1-fosforanie cukru, w wyniku czego powstaje nukleotydocukier, drugim produktem jest odszczepiona reszta pirofosforanowe
  • ta reakcja jest łatwo odwracalna, bo kosztem rozszczepienia wiązania pirofosforanowego w nukleozydotrifosforanie, następuje synteza nowego wiązania pirofosforanowego - również powstaje bezwodnikowe wiązanie pirofosforanowe
  • ponieważ wartość energetyczna obu wiązań jest zbliżona - reakcja jest łatwo odwracalna
  • wzorcowa zmiana energii swobodnej niewiele różni się od siebie - reakcja może przebiegać w obu kierunkach w zależności od tego, jakie konkretnie są stężenia reagujących substratów i produktów
  • wykorzystywany jest tutaj proces dość często występujący w procesach związanych z syntezą różnych substancji - powstający pirofosforan jest natychmiast hydrolizowany przy udziale enzymu zwanego pirofosfatazą do dwóch reszt kwasu ortofosforowego - ta reakcja, jak wiele reakcji hydrolizy, w warunkach komórkowych jest nieodwracalna; dodatkowo ta reakcja napędza syntezę nukleotydocukrów mimo odwracalności głównej reakcji - wystarczą niewielkie stężenia fosforanów cukrowych i nukleozydotrifosforanów, aby efektywnie powstawały nukleotydocukry
  • w efekcie mamy do czynienia z hydrolizą dodatkowego wiązania pirofosforanowego - zwiększony koszt - reakcja polega na rozszczepieniu wysokoenergetycznego wiązania bezwodnikowego w reszcie pirofosforanu

Funkcje

Biosynteza oligo i polisacharydów:

UDP-galaktoza + glukoza ->(syntaza laktozowa) laktoza + UDP

UDP-glukoza + glikogen (n reszt) ->(syntaza glikogenowa) glikogen (n+1 reszt) + UDP

- mogą być wykorzystywane jako bardzo efektywne donory reszt monosacharydowych do biosyntezy różnych polimerycznych związków cukrowych, np.:

  • w wyniku przeniesienia reszty galaktozy z UDP-galaktozy na glukozę powstaje disacharyd laktoza, galaktoza jest dołączona do glukozy wiązaniem 1- > 4

syntaza laktozowa - enzym, który występuje w gruczole mlecznym, w okresie laktacji katalizuje syntezę laktozy z cukru zawartego w mleku ssaków; składa się z 2 podjednostek: podjednostka katalityczna, która, jeżeli oddzielić ją od tej drugiej podjednostki, katalizuje reakcję podobną, ale nie identyczną - UDP-galaktoza jest przenoszona na N-acetyloglukozoaminę, w wyniku czego powstaje analog laktozy zawierający zamiast glukozy N-acetyloglukozoaminę; druga podjednostka nie ma w sobie żadnych właściwości katalitycznych, zmienia specyficzność enzymu

uważa się, że syntaza laktozowa powstała w wyniku modyfikacji białka, które pierwotnie służyło do katalizowania innej reakcji, związanej z syntezą glikoprotein

  • UDP-glukoza może być wykorzystywana jako donor reszt glukozowych do syntezy glikogenu, do tego żeby komórki wątroby czy mięśni mogły pewien nadmiar glukozy magazynować w postaci ziaren glikogenowych

UDP-glukoza dostarcza reszt glukozy na już istniejące łańcuchy ? 1- > 4 glukanowe, dołączając do końca nieredukującego kolejną resztę glukozy - wydłużanie łańcucha; glikogen ma rozgałęzione łańcuchy, gdzie glukoza jest połączona wiązaniami ? 1- > 6, ale w tworzeniu tych rozgałęzień uczestniczy zupełnie inny enzym, enzym Q;

PRZEKSZTAŁCANIE RESZT MONOSACHARYDOWYCH

- bardzo wiele przekształceń reszt monosacharydowych odbywa się na poziomie powiązań reszty monosacharydowej z jakimś nukleozydodifosforanem, np. UDP-glukoza może w wyniku utlenienia na C6 przekształcać się w UDP-glukuronian - potrzebny jest utleniacz, bo następuje przekształcanie I0 grupy alkoholowej w grupę karboksylową, potrzebna jest również cząsteczka wody; UDP-glukuronian może w wyniku dekarboksylacji grupy karboksylowej przekształcać się w pentozę - UDP-D-ksylozę, pochodną ksylozy z UDP

- kwasy uronowe to pochodne cukrowe, które na 4. atomie węgla zamiast grupy pierwszorzędowej alkoholowej zawierają grupę karboksylową

- w wyniku dekarboksylacji powstaje pentoza, tu reszta ksylozy

- jest możliwy inny typ reakcji - epimeryzacja, czyli odwrócenie konfiguracji na jednym z atomów węgla

- UDP-glukoza w wyniku odwrócenia konfiguracji na 4. atomie węgla może się przekształcić w UDP-galaktozę - różnią się od siebie tylko konfiguracją grupy -OH na 4. atomie węgla

- działa 4-epimeraza, w wyniku czego powstaje UDP-galaktoza, pochodna galaktozy

- epimerazy zawierają silnie zawiązany NAD + , który katalizuje reakcję, w wyniku której następuje odwodorowanie cząsteczki w pozycji 4 - przejściowo powstaje związek ketonowy

- NAD + , odbierając atomy wodoru, przekształca się w NADH i do środowiska oddawany jest proton

- zachodzi odwrotna reakcja - NADH i proton pochodzący ze środowiska służą do redukcji grupy ketonowej z odwrotną stereochemią - następuje odwrócenie konfiguracji i grupa -OH zmienia konfigurację na odwrotną

- istnieją epimerazy, które są w stanie działać na poziomie UDP-glukuronianu - powstaje UDP-galakturonian; albo na poziomie pentozy - UDP-D-ksylozy, w wyniku odpowiedniej przemiany powstaje UDP-2-arabinoza

- UDP-galaktoza, UDP-galakturonian, UDP-2-arabinoza są szczególnie ważne u roślin, ponieważ wiele polisacharydów strukturalnych ściany komórkowej z grupy hemiceluloz jest zbudowanych z tych właśnie pentoz

- nukleotydocukry są związkami ważnymi, bo są to bardzo efektywne donory reszt monosacharydowych do biosyntezy oligo- i polisacharydów, i są ważne, ponieważ na poziomie połączenia z resztą nukleozydodifosforanową mogą zachodzić różne przekształcenia reszt monosacharydowych, w wyniku czego z glukozy może powstawać wiele różnych reszt monosacharydowych związanych z nukleozydodifosforanem

Lipidy

- triacyloglicerole - połączenia glicerolu z 3 resztami kwasu tłuszczowego - stanowią w większości organizmów zapasowe źródło lipidów, gromadzone w komórkach w postaci kropelek lipidowych, otoczonych pojedynczą błonką fosfolipidową - ważne z punktu widzenia katabolitycznego

- ważne jest powstawanie innych lipidów ważnych strukturalnie np. fosfolipidów, sfingolipidów, które uczestniczą w budowie błon komórkowych

- pojęcie lipidu jest trudne do jednoznacznego zdefiniowania, obejmuje wielką różnorodność struktur chemicznych, więc stosuje się definicję operacyjną - nie mówimy, z czego związki są zbudowane, tylko mówimy o pewnych ich właściwościach ważnych np. z punktu widzenia ich otrzymywania, izolowania z komórki

- > związki, które charakteryzują się słabą rozpuszczalnością w wodzie, natomiast dobrą rozpuszczalnością w rozpuszczalnikach organicznych np. alkohol metylowy, eter dietylowy, chloroform, węglowodory np. heksan

- klasyczną metodą izolowania lipidów z komórek jest traktowanie komórek mieszaniną chloroform-metanol 2:1, to, co się ekstrahuje z komórek taką mieszaniną, uznawane jest za frakcję lipidową

- wszystkie cząsteczki lipidowe muszą charakteryzować się znaczącym stopniem hydrofobowości - w różnych kategoriach, klasach lipidów można wyodrębnić 2 sytuacje, gdzie za hydrofobowość odpowiadają albo powtarzające się układy grup -CH2- czyli najczęściej kwasy tłuszczowe, które składają się z długich łańcuchów, albo pięciowęglowy układ.

Struktura lipidów

  • lipidy acylowe - acylolipidy -(CH2)n-

- hydrofobowość jest warunkowana obecnością łańcuchów -CH2-

- acyloglicerole

- woski - pochodne kwasów tłuszczowych i długołańcuchowych alkoholi alifatycznych, które też mają -CH2-, alkohole te powstają w wyniku przekształceń kwasów tłuszczowych

- acylolipidy złożone - fosfo-, sfingolipidy - też budują błony biologiczne

- długołańcuchowe kwasy tłuszczowe - reszta acylowa to reszta kwasu

- acylolipidy złożone obok kwasów tłuszczowych, często glicerolu, zawierają jeszcze dodatkowe reszty, np. cukrowe, kwasu ortofosforowego - fosfolipidy, zamiast glicerolu może występować amino alkohol - sfingozyna - > sfingolipidy

  • lipidy prenylowe - terpeny, izoprenoidy

- hemiterpeny, proste, C5, n=1 - izopren

- monoterpeny, C10, n=2

- seskwiterpeny, C15, n=3

- diterpeny, C20, n=4

- sestraterpeny, C25, n=5

- triterpeny, C30, n=6 - cholesterol

- tetraterpeny, C40, n=8 - karetonoidy

- politerpeny, C5n - mogą być nawet setki podjednostek

- pięciowęglowy układ może powtarzać się wiele razy, często występują w nim wiązania podwójne

- klasyfikacja terpenów polega na tym, że klasyfikuje się je w oparciu o liczbę jednostek izoprenoidowych, wchodzących w skład konkretnego związku

- np. kauczuk - polimeryczny charakter, zbudowany z wielu reszt izoprenoidowych

- bardzo często powstające pierwotnie struktury łańcuchowe mogą następnie ulegać różnego rodzaju transformacjom, w acylolipidach też, polegającym np. na różnych cyklizacjach

  • cholesterol
Cholesterol
Cholesterol

- bardzo ważny lipid błonowy, występujący w tkankach zwierzęcych

- ma szczególną strukturę pierścieniową

- jest to związek, który należy do tri terpenów, mimo, że jest związkiem C27

- powstaje z prekursora C30, który zawiera dodatkowe grupy metylowe w trzech miejscach, są one potem usuwane i ze związku C30 powstaje związek C27

- często lipidy prenylowe są modyfikowane w wyniku najróżniejszych reakcji, cyklizacji, są to struktury bardzo podatne na tego typu procesy

osobiste