Carbohydrates 'ביוכימיה א תרגיל מספר :1 מהם התפקידים העיקריים של קרבוהידרטים בטבע? (1מאגרי אנרגיה ,דלקים וחומרי ביניים מטבוליים (2מרכיב בחומר הגנטי ) DNAו(RNA - (3אלמנטים מבניים בדופן התא של בקטריות וצמחים (4תקשורת בין תאית )על ידי קישור לחלבונים ולליפידים( Carbohydrates: Cell Communication תרגיל מספר :2 - CARBOHYDRATEהתייחסו למקור של השם )Carbon (C) + Hydrate (H2O הסוכרים הפשוטים )חד סוכרים( הינם אלדהידים או קטונים ,בעלי מספר קבוצות .OH )n , n≥3(C-H2O אלדוזותAldoses - קטוזותKetoses - כוללים קב' אלדהיד R=H כוללים קב' קטו R=CH2OH H CH2OH C=O C=O קבוצת אלדהיד )OH קבוצת קטו C CH2OH C CH2OH O = O = H n(H )OH C C R n(H ’R R הגדרות • איזומרים -מולקולות בעלות אותו הרכב של אטומים )כלומר זהות בנוסחה המולקולרית שלהן( אך סדר האטומים )איזומרים מבניים( או סידורם המרחבי )סטריאואיזומרים( שונה. דיאסטרואיזומרים -סטירואיזומרים שהם לא אננטיומרים )תמונת ראי האחד של השני(. בהם הקבוצות הקשורות לאטום הפחמן האסימטרי המרוחק ביותר מאטום הפחמן שאליו קשורה קבוצת הקרבוניל, הן באותו כיוון ,אך הקבוצות הקשורות לשאר אטומי הפחמן הן תמונת ראי זו של זו. • אפימרים -דיאסטרואיזומרים השונים רק בפחמן אחד. • אנומרים -אפימרים )ולכן גם מקרה פרטי של דיאסטרטואיזומרים( בפחמן ההמיקטאלי. סימול Dאו L • מתייחס לעמדת קבוצת ההידרוקסיל ) (OHשעל הפחמן האסימטרי • הרחוק ביותר מקבוצת הקרבוניל )(C=O • אם קבוצת ה OH -הקשורה לפחמן האסימטרי מצד ימין -זוהי תרכובת D • אם קבוצת ה OH-הקשורה לפחמן האסימטרי מצד שמאל -זוהי תרכובת L CHO H C CHO HO OH C CH2OH CH2OH L D H No of C: 4- tetrose 5-pentose 6-hexose 7-heptose Have multiple asymmetric C D and L designate absolute conformation of asymmetric carbon farthest from keto/aldehyde group. Diastereoisomers Not mirror images Epimers Epimers כיצד הופך מבנה השרשרת הפתוח של החד סוכר למבנה טבעתי? R R R’O ’R C H OH H המיאצטל R אלדהיד כוהל R R’O ’R C OH המיקטאל • • • • • C =O + OH C =O + OH ’’R ’’R כוהל קטון מאחר וחד סוכרים כוללים במבנה המולקולרי שלהם קבוצות קרבוניל וגם קבוצות הידרוקסיל, תגובה דומה יכולה להתרחש בתוך המולקולה עצמה! כלומר יווצר המיאצטל או המיקטאל תוך מולקולרי. מטעמי יציבות אנרגטית -יתרחש רק אם השרשרת הסוכרית מורכבת מ 5-או מ 6-אטומי .C המיאצטל והמיקטאל הן תרכובות מאוד לא יציבות. יצירת המבנה הטבעתי Anomers אנומרים -שני איזומרים הנבדלים בעמדת קבוצת ההידרוקסיל סביב הפחמן האנומרי -יכולים להיות αאו .β OHהקשור לפחמן שיוצר את ההמיאצטל /המיקטאל למעלה β OHהקשור לפחמן שיוצר את ההמיאצטל /המיקטאל למטה α קונפורמציית כיסא /סירה • חד-סוכרים שישה-פחמניים מסתדרים בקונפורמציית כיסא/סירה. • קונפורמציית כיסא של חד סוכר יציבה יותר מקונפורמציית סירה של אותו חד סוכר. מתוך הספר ביוכימיה -IIחטיבה -Iפחמימות -האוניברסיטה הפתוחה חומצות סוכר •חד סוכרים עוברים חמצון והופכים לחומצות סוכר •חומצות סוכר הן חד סוכרים שבמבנה שלהם יש לפחות קבוצת קרבוקסיל אחת )(COOH סוכרים מחזרים • לצורך אנליזה איכותית וקביעה כמותית של סוכרים נהוג למיין את הסוכרים לסוכרים מחזרים )(Reducing sugars ולסוכרים לא מחזרים ((Non-Reducing sugars •ההבחנה נעשית על ידי אינדיקטורים )בנדיקט ,פלינג טולנס( • האינדיקטורים מכילים יון מתכת ,אשר משנים את צבעם כאשר המתכת מתחזרת על ידי הסוכר המחזר. •סוכרים המגיבים עם האינדיקטורים -הם סוכרים מחזרים ,בעת חיזור יון המתכת ,מתחמצן הסוכר לחומצת סוכר. תרגיל מספר :3 גלוקוז מגיב לאט עם המוגלובין וחלבונים אחרים ליצירת תרכובת קוולנטית .מדוע גלוקוז פעיל? מדוע המוגלובין שעבר גליקוזילציה הינו מדד טוב לרמת הסוכר בדם? )גלוקוז הינו סוכר מחזר. גלוקוז פעיל בגלל הנוכחות של קבוצת אלדהיד בשרשרת הפתוחהבסוכר מחזר קבוצת האלדהיד/קטו חופשית(. גלוקוז חופשי בפלזמת הדם מגיב עם המוגלובין )על ידי קישור קוולנטי( ליצירה של glycolated. hemoglobin המוגלובין שעבר גליקוזילציה משמש מדד לרמות הסוכר בדם :לחולים בסכרת -רמות סוכר גבוהות-ולכןיותר המוגלובין שעובר גליקוזילציה. -רמות הסוכר בדם משתנות מהר יותר מאשר הרמות של ההמוגלובין שעבר גליקוזילציה. קבוצת אלדהיד H C=O )OH C CH2OH n(H תרגיל מספר :4 יחידה טריסכרידית של גליקופרוטאין המתבטא על פני ממברנת התא נחשבת כממלאת תפקיד חשוב בהדבקה של תאים אלו לאלו בריקמה .הציעו ניסוי פשוט לבחון היפותזה זו. ▪ע"י הכנסה של הטריסכריד )חופשי( עצמו ניתן ליצור עיכוב תחרותי לטריסכריד על ממברנת התא .אם ההיפותזה נכונה ,נקבל פחות תאים דבוקים יחד. ▪ אפשרות נוספת היא לבקע את הקשר בין הסוכר לחלבון ע"י אנזים ולבדוק את ההשפעה על מידת ההדבקות של התאים אלו לאלו. ▪אפשרות אחרת היא מוטציה באנזימים שמבצעים גליקוליזציות בתוך הER והגולג'י. תרגיל מספר :5 הציעו דוגמאות לסוכרים שעברו זרחון .הביאו דוגמה לחשיבות הזרחון. קינאז ADPפוספט-סוכר + ספציפי משתתף במסלולים מטבוליים Celvin Cycle משתתף במסלולים מטבוליים גליקוליזה Celvin Cycle ATPסוכר + חומר מוצא בשלב הראשון בגליקוליזה • אורידין דו-פוספט גלוקוז -UDPגלוקוז • מבין הנוק' הראשונים שהתגלה • מהווה ספק של שיירי גלוקוז במסלול הביוסינתזה של גליקוזידים ,אוליגוסוכרים ,רב- סוכרים ועוד לכל אוליגו סוכר יש שני קצוות- קצה אחד תמיד לא מחזר-מכיוון שקב' האלדהיד או הקטו שעל הפחמן האנומרי משתתפת בקשר גליקוזידי. וקצה מחזר -הקצה השני שבו הפחמן האנומרי חופשי. כאשר רמת הגלוקוז בדם נמוכה ,בעת צום למשל ,מופרשים הורמונים גלוקגון )בצום( ואפינפרין )בעת מאמץ שרירים( ,הנקשרים לרצפטורים בממברנות תאים ונותנים את האות לרצף ריאקציות שבסופן גליקוגן מתפרק ליחידות גלוקוז על ידי האנזימים גליקוגן פוספורילז והאנזים מפרק ההסתעפויות-. גליקוגנוליזה. לעומת זאת אחרי ארוחה ,כשרמות הגלוקוז בדם עולות ,מופרש ההורמון אינסולין ונקשר לרצפטורים על ממברנות תאים -משרה סדרת ריאקציות שבהן משתתפים גליקוגן סינתז והאנזים המסעף ובסופן נותר גליקוגן -גליקוגנזה. מאגרי הגליקוגן בכבד מנוצלים בעת צום ונבנים מחדש לאחר ארוחה ,ולעומת זאת בשריר מאגרי הגליקוגן מנוצלים בזמן פעילות גופנית ונבנים מחדש בזמן מנוחה )מאגר אנרגיה לכ 12-שעות( תרגיל מספר :6 א .השוו את מספר הקצוות המחזרים לעומת אלו שאינם מחזרים במולקולה של גליקוגן. ב .גליקוגן הינו מולקולת מאגר של אנרגיה .באיזה קצה -המחזר או זה שאינו מחזר היית מצפה שיתקיים רוב המטבוליזה? א .כל מולקולה של גליקוגן הינה בעלת קצה מחזר אחד. בתמיסה מתקיים שיווי משקל בין שרשרת פתוחה לסגורה. מספר הקצוות הלא מחזרים נקבע ע"י מספר ההסתעפויות. ב .מכיוון שמספר הקצוות הלא מחזרים גדול בהרבה ממספר הקצוות המחזרים במולקולה כל תהליכי הפירוק והסינתזה מתרחשים בקצוות הלא מחזרים. פירוק הגליקוגן נעשה מקצה ,4לכן ככל שהמולקולה יותר מסועפת ניתן במקביל לפרק הרבה קצוות ולקבל גלוקוז רב בזמן קצר. תרגיל מספר :7 סוכרוז ,התוצר העיקרי בפוטוסינתזה בעלים ירוקים מסונתז ע"י מערכת של אנזימים. הסובסטרטים של האנזים d-glucose and d-fructose :הינם תערובת של האנומרים בנוסף לתרכובות לא ציקליות בתמיסה .בכל זאת סוכרוז מורכב מ d-glucoseהמחובר ע"י C1 שלו ל C2של .d-fructoseאיך הספציפיות יכולה להיות מוסברת תוך התחשבות בסובסטרטים הפוטנציאליים? הספציפיות מוסברת הודות לספציפיות הסטיריאוכימית של האנזים המסוגלים להבדיל בין האנומרים השונים ולזרז רק את הריאקציה של צימוד d-glucose and d-fructoseלקבלת סוכרוז .רק הזוג המתאים של סובסטרטים יתחברו ליצירת סוכרוז. הקשר הגליקוזידי נוצר בין C-1של -Dגלוקוז בקונפיגורציה אלפא לבין C-2של -Dפרוקטוז בקונפיגורציה בטא. דו סוכר זה הינו מיוחד מכיוון שהקשר הכפול נוצר בין שתי קבוצות היושבות על הפחמן האנומרי. Common di/polisaccarids סוכרוז -סוכר הקנה )שולחן( -מצוי בכל הצמחים המייצרים .פחמימות בפוטוסינטזה -תוצרי הידרוליזה :גלוקוז ופרוקטוז לקטוז -סוכר החלב -דו-סוכר המיוצר על ידי בלוטות החלב ביונקים בתקופת ההנקה -כמות הלקטוז בחלב תלויה במין .היונק מלטוז -בד"כ הינו תוצר הידרוליזה של מולקולה גדולה יותר- .עמילן A) B) C) D) :8 תרגיל מספר הצביעו על כל התיאורים המתאימים,עבור הפוליסכרידים שבטור השמאלי מהטור הימני Amylose Cellulose Amylopectin Glycogen (1) Contains α-1,6 glucosidic bonds (2) Can be effectively digested by humans (3) Contains β-1,4 glucosidic bonds (4) Is a branched polysacharide (5) Is a storage polysachride in humans (6) Is a component of starch
