Biochimie - Curs 3- 2019

Monozaharidele

Carbohidraţii sunt:

surse de energie sau intermediari metabolici;

componenţi ai acizilor nucleici (ADN-ului sau ARN-ului) sau a substanţelor

care permit diferenţierea între grupele de sânge;

compuşi care rezultă în procesul de fotosinteză (sub forma de celuloză);

elemente structurale ale peretelui celular al plantelor sau componente ale pielii,

ţesutului conjunctiv, tendoanelor, cartilajelor sau oaselor;

participă la recunoaşterea şi adeziunea/interacţiunea dintre celule;

unii derivaţi ai carbohidraţilor pot fi folosiţi drept antibiotice (streptomicina,

eritromicina, carbomicina);

pot fi legaţi de unele proteine şi lipide - au rolul de semnal, fapt care determină

localizarea intracelulară sau traseul metabolic al acestor molecule;

unele glicoproteine au rol de protecţie a organismului la temperaturi joase.

Monozaharidele sunt aldehide sau cetone care au în componenţă grupări

hidroxilice și carbonilice. Formula lor generală este (CH2O)n (aldohexoza D-glucoza are

formula generală (CH2O)6). Carbohidraţii au în componenţă molecule (monozaharide)

care conţin între 3 şi 9 atomi de carbon. Cele mai frecvente hexoze sunt glucoza şi

fructoza. Majoritatea carbohidraţilor din alimente sunt convertiţi în glucoză în cursul

digestiei. Glucoza este utilizată de organism pentru biosinteza altor monozaharide sau

polizaharide (glicogenul – polizaharid de rezervă care este stocat în ficat sau muşchi – are

în componenţă unităţi de glucoză). Glucoza poate fi un precursor al biosintezei

aminoacizilor sau a altor componente necesare organismului. Fructoza este întâlnită în

componenţa fructelor sau mierii şi poate fi folosită drept conservant.

Clasificare În funcţie de numărul atomilor de carbon monozaharidele pot fi

clasificate astfel: trioze, tetroze, hexoze etc. În funcţie de natura grupei carbonil care

apare în structura carbohidraţilor aceştia pot fi clasificaţi în aldehide şi cetone.

Aldozele şi cetozele

Triozele sunt monozaharidele cele mai simple. Există 2 trioze: glicerinaldehida

este primul membru din clasa aldozelor şi dihidroxi-acetona, cel mai simplu membru din

clasa cetozelor. De remarcat faptul că gliceraldehida şi dihidroxicetona au aceeaşi

compoziţie atomică. Cei doi compuşi sunt tautomeri ce pot fi convertiţi unul în celălalt

prin intermediul unui endiol (Figura 1). Acelaşi tip de tautomerie poate avea loc şi la

monozaharidele care posedă un lanţ hidrocarbonat mai lung.

Figura 1. Interconversia aldozelor în cetoze via un intermediar instabil

Biochimie - Curs 3- 2019

Figura 2. Stereoizomeri ai aldehidei glicerice

Enantiomeria monozaharidelor

Una din caracteristicile principale ale structurii monozaharidelor poate fi

observată la examinarea structurii gliceraldehidei. Cel de-al doilea atom de carbon are

grefaţi patru substituienti diferiţi, deci este un atom de carbon chiral, asemeni atomilor

de carbon din pozitia a majorităţii aminoacizilor. Din acest motiv, gliceraldehida are

doi stereoizomeri, numiţi şi enantiomeri, ale căror structuri nu se suprapun şi nu

constituie imaginea celeilalte în oglindă.

Una dintre cele mai utilizate forme de

reprezentare ale enantiomerilor este aceea în care se

folosesc formulele de reprezentare Fischer.

Structurile de proiecţie Fischer ale gliceraldehidei

sunt reprezentate în acelaşi plan. Rosanoff, în 1906,

a propus cele două tipuri de enantiomeri ai

gliceraldehidei drept referinţă. Ceilalţi enantiomeri

ai monozaharidelor superioare au fost denumiţi

prin analogie cu gliceraldehida (Figura 2)

ultimul atom de carbon asimetric dictează tipul de stereoizomer – D dacă gruparea –OH

este în partea dreaptă a atomului de C asimetric sau L dacă gruparea –OH este în partea

stângă a atomului de C asimetric).

La reprezentarea structurilor de proiecţie Fischer se folosesc următoarele reguli:

- lanţul de atomi de carbon este poziţionat vertical, cu gruparea carbonil în partea de

sus, iar ultimul atom de carbon din lanţ, situat la distanţa cea mai mare de grupa

carbonil, la partea inferioară;

- toate liniile verticale reprezintă legături C-C din lanţul hidrocarbonat sunt situate sub

un plan imaginar în timp ce liniile orizontale reprezintă legăturile situate deasupra

planului imaginar;

- numerotarea atomilor de carbon din monozaharide porneşte de la grupa carbonilică

(în aldoze) sau de la atomul de carbon din vecinatatea grupei carbonilice (în cetoze).

Ca şi în cazul aminoacizilor, una din formele enantiomere ale monozaharidelor

predomină în organismele vii. Dacă în proteine forma enantiomeră cel mai des intâlnită

este aceea a L-aminoacizilor, în carbohidraţi subunităţile sunt preponderent sub formă de

D-mono-zaharide. Există însă şi situaţii în care L-monozaharidele apar în diverse

macromolecule (L-arabinoza intră în componenţa peretelui plantelor, L-galactoza în

componenţa agarului).

Diastereoizomeri ai monozaharidelor

Monozaharidele care au în componenţă mai mult de 3 atomi de carbon pot avea

mai mult de un atom de carbon asimetric, fapt care conduce la apariţia a două tipuri de

stereoizomeri. Tetrozele sunt monozaharide cu formula (CH2O)4. Aldotetroza are 4

stereoizomeri datorită existenţei celor 2 atomi de carbon asimetrici (Figura 3).

Biochimie - Curs 3- 2019

Figura 3. Stereoizomeri ai aldotetrozei

Treoza şi eritroza sunt două aldotetroze la care gruparea hidroxil de la atomul de

carbon 2 are orientare diferită. Acest timp de stereoizomeri nu sunt unul faţă de celalalt

imaginea în oglindă şi de aceea poartă numele de diastereizomeri. Fiecare din aceste

monozaharide are un enantiomer (D sau L – în funcţie de poziţia grupării hidroxilice de

la ultimul atom de carbon asimetric), molecule care la rândul lor sunt şi diastereoizomeri.

D-eritroza se găsește în sânge și țesuturile cartilaginoase. În celulă este localizată

la nivelul citoplasmei. D-4-eritroz-fosfatul este un derivat fosforilat al D-triozei și

constituie un intermediar important în calea metabolică a pentozelor. De asemenea, poate

fi utilizat la biosinteza aminoacizilor aromatici sau a serinei și joacă un rol important în

metabolismul vitaminei B6.

Cetoza cu 4 atomi de carbon, eritruloza, are numai o singură pereche de

enantiomeri, deoarece această monozaharidă posedă numai un atom de carbon asimetric.

În cele mai multe cazuri, denumirea cetozei se face plecând de la numele aldozei care are

acelaşi număr de atomi de carbon, la care se adaugă sufixul ul înaintea sufixului oza.

Aceste monozaharide (de exemplu: eritroza şi eritruloza) sunt forme tautomere.

Conversia aldozelor în cetoze este o modalitate de transformare a unui diastereoizomer în

altul prin intermediul cetozelor.

Diastereoizomerii pentozelor

Prin adăugarea unui nou atom de carbon la structura tetrozelor se obţin pentozele.

Aceste monozaharide (aldopentozele) au 3 atomi de carbon asimetrici, şi din acest motiv

această subclasă are 8 stereoizomeri (4 perechi de enantiomeri). D-aldopentozele au

conformaţia D la atomul de carbon din poziţia 4, respectiv conformaţiile D sau L la

atomii de carbon 2 şi 3.

Xiloza este o aldopentoză care se găsește în embrionii plantelor și în polizaharidul

xilan (asociat de obicei cu celuloza). Se consideră faptul că xiloza este unul dintre cele

opt zaharuri esențiale pentru nutriția umană.

Riboza este o aldopentoză care poate fi sintetizată la nivelul țesuturilor din alte

monozaharide (glucoza). Este un compus esențial care se regăsește în structura ARN-

ului, ATP-ului (sursă primară de energie la nivelul mușchilor), ADP-ului sau AMP-ului.

Drojdia de bere care are o concentrație mare de ARN este o sursă bogată în riboză. S-a

demonstrat faptul că prin suplimentarea cu riboză, după un exercițiu intens, se poate mări

rata resintezei ATP-ului. Utilizarea ribozei la persoanele cu boală coronariană severă a

determinat o toleranță mai mare a acestor pacienți la efort fizic.

Cetopentozele au numai doi atomi de carbon asimetrici şi drept urmare posedă 4

stereoizomeri. Diastereoizomerii D sunt D-ribuloza şi D-xiluloza. În mamifere D-xiluloza

este convertită îm xilitol (eritrocitele umane) sau constituie un precursor pentru un pentiol

Biochimie - Curs 3- 2019

Figura 4. Structura unor aldohexoze

(D-arabitol). D-Ribuloza este un intermediar esențial al D-arabitolului în fungi. În formă

bifosforilată (1,5) poate prelua CO2 în cadrul fotosintezei.

Diastereoizomerii

hexozelor

Monozaharidele care conţin

6 atomi de carbon se numesc

hexoze. D-glucoza, D-manoza, D-

galactoza şi D-xiloza (constituent

al polizaharurilor din lemn) sunt

cele frecvent mai întâlnite

monozaharide din cele 16

aldohexoze (Figura 4).

Unele proteine intracelulare

(lectinele, chaperonii etc) recunosc

unele oligozaharuri pe bază de manoză. L-Fucoza este un zahar care poate fi obținut din

D-manoză în celulele procariote sau eucariote.

D-galactoza este o aldohexoză care apare în mod natural în forma D în lactoză,

cerebrozide, gangliozide și mucoproteine. D-galactoza este un metabolit care furnizează

energie și, de asemenea, un substrat de bază necesar pentru biosinteza unor

macromolecule din organism.

Riboza, fructoza şi glucoza (pentozele şi hexozele) formează semiacetali ciclici

care posedă şase (piranoze) sau cinci (furanoze) atomi într-un heterociclu (ciclu de atomi

care conţine pe lângă atomi de carbon şi alţi atomi – N, O, S). Un centru suplimentar

asimetric este creat după ciclizare. Pentru conversia unei structuri de proiecţie Fisher într-

una ciclică se aplică următoarele criterii:

- toate grupările –OH din dreapta catenei de atomi de carbon sunt plasate sub planul

ciclului din reprezentarea Haworth iar cele aflate în stânga vor fi poziţionate deasupra

planului;

Figura 5. Modalitate de conversia a unei structuri de proiecţie Fisher într-una ciclică

- în D-aldoze, gruparea –CH2OH se poziţionează deasupra planului ciclului din

formula Haworth; în L-aldoze, această grupare se plasează în partea de jos a planului;

Biochimie - Curs 3- 2019

(ARN) (ADN)

- În cazul anomerului al D-glucozei gruparea –OH este situată în partea de jos a

ciclului piranozic (la atomul de carbon 1, Figura 5, dreapta). În cazul anomerului

gruparea –OH este situată deasupra planului. În cazul -L-monozaharidelor gruparea

–OH este situată deasupra planului.

- În cazul cetozelor atomul de carbon anomeric este cel de-al doilea din reprezentarea

Fischer.

Figura 6. Formele anomere ale D-glucopiranozei

În cazul glucozei sunt predominante două structuri ciclice (anomeri, Figura 6): -

D-glucopiranoza (o treime), -D-glucopiranoza (două treimi). Aceste structuri ciclice

sunt predominante comparativ cu forma aciclică (<1% din totalul glucozei)

Anomerul al D-glucozei roteşte mai mult (+112,2 grade) spre dreapta planul

luminii polarizate comparativ cu anomerul (+18,7 grade). În soluţie apoasă are loc

conversia unui anomer în celălalt până când se atinge o valoare a unghiului de rotaţie de

+ 52,5 grade (conţinând 62% anomer şi 38% anomer ). Acest fenomen poartă numele

de mutarotaţie.

Fructoza formează atât cicluri piranozice cât şi furanozice (îndeosebi în soluţie,

Figura 7).

Figura 7. Formele liniară și ciclică (furanozică) a fructozei

Pentozele (D-riboza şi 2-deoxi-D-

riboza, Figura 8) din componenţa aci-

zilor nucleici (ARN-ului sau ADN-

ului) sunt sub formă furanozică.

Figura 8. Zaharuri care intră în componenţa acizilor nucleici

Biochimie - Curs 3- 2019

Glucoza este un substrat universal energetic. Prin oxidarea unui gram de glucoză

se eliberează o cantitate de energie de 17 KJ (aproximativ 4 Kcal). Celulele eucariote

sunt capabile să producă/preia energie din glucoză chiar și în condiții anaerobe. Există

populații de celule dependente de glucoză: eritrocitele, celule ale sistemului nervos

central etc. Reacția complexului piruvat dehidrogenazei este ireversibilă (nu este posibilă

sintetiza glucozei din acizi grași). Din contră, celula este capabilă să convertească excesul

de glucoză la acizi grași și mai apoi la triacil-gliceroli.

În alimente glucoza este sub diferite forme: a) liberă; b) parte a oligozaharidelor

(în special a dizaharidelor); c) componentă a polizaharidelor.

Glucogeneza se bazează pe biomolecule cu 3 sau 4 atomi (lactat, glicerină,

majoritarea aminoacizilor). Aceste molecule sunt convertite în glucoză în cazul

perioadelor prelungite de post sau în anumite condiții patologice. În condiții de

înfometare îndelungată glucoza oferă doar 20% din energia utilizată de organismul

nostru, restul fiind oferit prin intermediul proceselor de oxidare a lipidelor.

Glucidele serice

Nivelul sanguin de glucoză din sânge este dictat de aportul exogen (200-300 g/zi),

hidroliza enzimatică a glicogenului hepatic (proces cunoscut sub numele de

glicogenoliză) sau de cantitatea de glucoză biosintetizată (glucogeneză) din alte

monozaharuri, aminoacizi, glicerină (rezultată din metabolismul lipidic). Glicemia,

concentraţia glucozei din sânge, este influențată de numeroşi factori, precum stilul de

viaţă sedentar, obezitatea, mediul stresant de lucru, alimentaţia nesănătoasă sau

medicamentația neadecvată.

Nivelul normal al glicemiei se situează între 60 şi 100 mg/dL (3,3-5,6 mmol/L),

limitele putând fi puţin diferite în funcţie de metoda utilizată în laborator. Acestea

exprimă glicemia măsurată după cel puţin opt ore de post. De asemenea, valoarea

glicemiei recoltată la 1-2 ore după masă nu trebuie să depășească 160 mg/dL (7 mmol/L).

Atunci când există o deviere de la valorile normale ale glicemiei, se disting două situaţii

distincte:

a. Hipoglicemia (diminuarea glicemiei – scăderea nivelului glucozei sub concen-

trația de 60 mg/dL) poate fi indusă de administrarea de insulină sau medicamente

(tolbumină – medicament folosit în tratarea diabetului de tip II), poate sugera

existența unor tumori ale celulelor pancreatice (insulinom) sau pusă pe seama

unor defecte metabolice ale metabolismului glicogenului. Simptomele hipo-

glicemiei sunt: paloare, modificări ale dispoziției, transpirație abundentă, stare de

slăbiciune, dureri de cap, vedere încețoșată, tremor, senzație de foame și uneori de

poate ajunge până la pierderea cunoștintei dacă scăderea este semnificativă.

Starea hipoglicemică se instalează rapid (în 30-60 minute) și din aceste motiv

pacientului i se administrază oral glucoză sau băuturi/alimente bogate în glucoză.

În situația în care bolnavul devine inconștient acestuia i se injectează glucagon (o

peptidă cu rol de hormon care conține o secvență de 29 de aminoacizi).

b. Hiperglicemia (creșterea glicemiei – creșterea nivelului glucozei peste concen-

trația de 120 mg/dL) poate fi pusă pe seama unui deficit de insulină, indusă de

unele stări emoționale, situații de stres, medicamentației (catecolamine sau

Biochimie - Curs 3- 2019

corticoizi) sau datorată diabetului zaharat. Simptomele hiperglicemiei sunt:

senzație de sete, urinare frecventă, dureri de cap, vedere încețosată.

În organism reglarea glicemiei se poate realiza printr-un control hormonal. Dacă

insulina este un hormon cu efect hipoglicemiant există și o serie de hormonii

hiperglicemianţi (glucagonul, corticotropina, adrenalina, catecolaminele, hormonii

tiroidieni şi somatotrop STH). Insulina este un hormon hipoglicemiant eliberat de celulele

β-pancreatice ca răspuns la o creștere a concentrației glucozei, aminoacizilor şi a lipidelor

din plasmă. Insulina este un hormon anabolic care favorizează sinteza şi depozitarea

glicogenului, a proteinelor și trigliceridelor. Efectele sale se manifestă la nivel hepatic,

muscular şi a ţesutului adipos.

Deficiențele insulinei pot avea consecințe funcționale grave:

- hiperglicemia induce o creștere a concentrației sorbitolului (în lentilele oculare se

instalează cataracta, neuropatia) sau glucozei din urină;

- distrugerea lipidelor – rezultă acizi grași care acidifiază organismul, situație în

care se poate instala coma.

Diabetul zaharat (DZ) este o afecţiune caracterizată prin alterarea metabolismelor

glucidic, proteic şi lipidic datorită deficitului absolut sau relativ de insulină sau excesului

hormonilor hiperglicemianţi având drept efect hiperglicemia respectiv complicaţiile acute

şi cornice ale acesteia. Factorii de mediu, obezitatea, sedentarismul, “moștenirea”

genetică, infecțiile virale (oreionul, rubeola, cauzate de citomegaloviruși), bolile

pancreasului pot determina apariția acestei boli.

În cazul diabetului nivelul glucozei din sânge devine atât de mare încât acest

carbohidrat se revarsă în urină, oferind posibilitatea diagnosticării bolii. În ciuda

concentrației ridicate de glucoză din sânge celulele sunt “înfometate” deoarece accesul

acesteia este restricționat (fiind nestimulat de insulină). Din acest motiv sunt favorizate

hidroliza esterilor acizilor grași, glicogenoliza și formarea corpilor cetonici. Dat fiind

faptul că corpii cetonici sunt acizi, o concentrație mai mare influențează capacitatea de

tamponare a sângelui sau rinichilor, care controlează pH-ul sângelui prin excreția

excesului de H+ în urină. Această excreție este acompaniată de eliminarea NH4+, Na+, K+,

ionilor fosfat și a apei, cauzând deshidratarea severă (setea excesivă constituie un

simptom clasic al diabetului).

Clasificare clinică

- DZ tip 1 insulinodependent (mediat imunologic) - se manifestă prin debut rapid,

incidență la copii/tineri și poate induce complicații renale;

- DZ tip 2 noninsulinodependent (insulinorezistenţă) - se manifestă prin debut

progresiv, care se instalează de obicei după vârsta de 40 ani și poate induce

complicații cardiovasculare;

- DZ secundar, indus specific de leziuni pancreatice, infecţii, medicamente antidia-

betice, afecţiuni genetice, exces de hormoni hiperglicemianţi sau defecte ale

receptorilor insulinici/postreceptor;

- DZ gestaţional prin insulinorezistenţă sub acţiunea hormonilor de sarcină, la

femei obeze cu antecedente familiale de DZ.

DZ tip 1 insulinodependent este cauzat de deficiențe ale celulelor pancreatice

În diabetul de DZ tip 1 (insulinodependent), nivelele scăzute de insulină sunt puse

pe seama lipsei sau deficienței celulelor . Acestă condiție rezultă în cele mai multe

situații datorită unui răspuns autoimun în urma căruia sunt distruse celulele pancreatice.

Biochimie - Curs 3- 2019

Indivizii cu diabet insulinodependent necesită injecții zilnice cu insulină și trebuie să

urmeze o dietă echilibrată și să efectueze exerciții fizice. Durata de viață a acestor

pacienți este redusă cu o treime ca rezultat al unor complicații degenerative ca

disfuncționalități ale rinichilor, terminațiilor nervoase, instalarea bolilor cardiovasculare

care apar datorită unui control metabolic neadecvat indus periodic de injecții cu insulină.

Hiperglicemia sau diabetul zaharat pot conduce la orbire prin degenerarea retinei și

glicozilarea proteinelor din lentile, care cauzează cataractă.

DZ de tip 2 noninsulinodependent (insulinorezistent) poate fi cauzat de o

deficiență a receptorilor insulinici sau în transmiterea semnalului metabolic generat de

acest compus. DZ de tip 2, include aproape 90% din cazurile de diabet dignosticate și

afectează peste 18% din populația care depășește vârsta de 65 de ani, apare în mod

frecvent la persoanele obeze care au o predispoziție genetică pentru aceasta. Acești

indivizi au un nivel normal sau crescut de insulină, dar celulele acestora nu răspund la

insulină și de aceea spunem ca sunt rezistenți la insulină. În consecință, concentrațiile

glucozei din sânge sunt mult mai mari față de cele normale, în particular după o masă.

Hiperglicemia care acompaniază rezistența la insulină induce o creștere a

concentrației acestui hormon în celulele pancreatice. Aceste nivele ridicate de insulină

diminuează capacitatea celulelor de a răspunde la creșterile următoare de glucoză din

sânge. În consecință, hiperglicemia și complicațiile sale inerente tind să se agraveze în

timp.

Un procent mic de cazuri de diabet zaharat de tip II rezidă din mutații ale

receptorilor insulinici care diminuează abilitatea acestora de a lega insulina sau

activitatea tirozin kinazei.

Medicamente folosite în tratamentul diabetului non-insulino-dependent sunt

metformina și tiazolidindionele (TZD), compuși care scad rezistența la insulină prin

suprimarea glucozei eliberate de ficat (metformina) sau eliminare glucozei la nivelul

mușchilor (TZD), crescând raportul AMP:ATP respectiv fosforilarea de către enzima

AMPK (o kinaza dependentă de AMP). Cele două medicamente acționează prin creșterea

activității AMPK.

Glucidele din urină

În urină apar cantități mici de zaharuri: glucoză (maxim 200 mg/24 ore), fructoză,

manoză (5-20 mg/24 ore), arabinoză, xiloză (5-20 mg/24 ore) și urme de ramnoză,

galactoză sau riboză.

Atunci când nivelul glucozei sanguine crește peste 170-180 mg/dL (10 mmol/L)

filtratul glomerular conține mai multă glucoză decât poate fi absorbită, iar excesul se

elimină prin urină. Condiția este cunoscută sub numele de glicozurie. Glicozuria ridicată

este corelată de obicei cu hiperglicemie, ca în cazul diabetului zaharat (pancreatic).

Glicozuria poate fi permanentă sau tranzitorie (de origine alimentară, care apare în

timpul sarcinii, în hipertiroidism sau unele intoxicații)

Pentozele care apar în urină accidental, sporadic, au o origine exclusiv alimentară,

dar dacă apare o cronicizare a prezenței lor în urină, aceasta se poate datora unei anomalii

metabolice ereditare inofensive, cu eliminare de arabinoză racemică. Apariția pentozei în

urină poate fi cauzată și de administrarea de medicamente.

Fructozuria Fructoza se găsește în urină de obicei alături de glucoză, în cazurile

de diabet sau în urina unor pacienți cu anomalii ale metabolismului glucidic. În cazul

Biochimie - Curs 3- 2019

Figura 11. Conformațiile de tip plic ale

-D-ribozei

unor leziuni ale parenchimului hepatic sau în unele forme de icter s-a constatat o toleranță

redusă la fructoză.

Lactozuria (vezi lactoza-dizaharide) și galactozuria apar în special la sfârșitul

perioadei de sarcină și în perioada lactației.

Acidul glucuronic (vezi subcapitolul derivaţii naturali ai monozaharidelor) apare

în urină în special în cazul proceselor de detoxifiere.

Conformaţia ciclurilor piranozice şi furanozice

Ciclurile piranozice adoptă două tipuri de conformaţii: scaun şi baie (Figura 9).

Substituienţii atomilor de carbon care formează conformaţia ciclică de tip scaun au două

tipuri de orientări (axială şi

ecuatorială). Legăturile axiale sunt

aproape perpendiculare pe planul

ciclului, iar cele ecuatoriale sunt

aproximativ paralele cu acelaşi plan.

În forma scaun între substituienţii

axiali (la atomii de carbon din poziţiile

1 şi 3) pot avea loc interacţii

(împiedicări) sterice, iar în forma baie

aceste interacţii sunt considerabil diminuate.

Forma scaun a -D-glucopiranozei este predominantă deoarece poziţiile axiale sunt

ocupate de atomi de hidrogen iar cele ecuatoriale de grupări mai voluminoase (-OH sau –

CH2OH, Figura 10). Forma barcă (sau baie) a glucozei este mai puţin favorizată datorită

interacţiilor sterice. Forma barcă poate avea 6 conformaţii diferite.

Figura 10. Conformații scaun ale anomerului β-D-glucopiranoza

Formele “semiscaun” (12 variante) şi “distorsionată” (6 variante) sunt mai puţin

folosite în cazul hexopiranozelor.

Ciclurile furanozice formează

conformaţii de tip plic în care patru atomi

sunt aproximativ în acelaşi plan, iar cel de-al

cincilea atom în afara acestuia. În cazul

biomoleculelor sunt întâlnite două tipuri de

conformaţii de tip plic (conformaţii endo) în

care unul dintre atomii de carbon din

poziţiile 2 sau 3 este situat în afara planului

format de ceilalţi atomi (Figura 11) ai

ciclului furanozic. În conformaţia “răsucită” a furanozelor 2 atomi se află înafara planului

format de atomii rămaşi (de exemplu C1, O, C4).

Figura 9. Conformații ale ciclurilor de 6 atomi

Biochimie - Curs 3- 2019

Figura 12. Formula de proiecție

Mills a hexozaharurilor

Formulele de proiecţie Haworth prezintă un ciclu planar (piranozic sau furanozic) cu

substituienţii de o parte şi de alta a acestui ciclu, în timp ce

formulele conformaţionale Haworth prezintă conformaţia

probabilă a moleculei în care atomii de carbon au conformaţie

tetraedrică. În formulele Mills (Figura 12) nucleul piranozic se

află într-un plan iar substituienţii deasupra (legăturile mai

pronunţate) sau dedesubtul planului (legături punctate).

Derivaţii naturali ai monozaharidelor

Zaharurile sunt metabolizate sub forma esterilor fosforici.

6-Fosfatul glucozei (Glc-6-P) este un intermediar cheie în metabolismul

zaharurilor. Glc-6-P conectează o serie de căi metabolice ca glicoliza, glucogeneza, calea

pentozelor, sinteza glicogenului, glicogenoliza. Deoarece Glc-6-P nu este capabil să

traverseze membrana citoplasmatică sub această formă glucoza este menținută în celulă.

Fosforilarea glucozei menține un gradient de concentrație între spațiul intra- și

extracelular. Acest gradient ușurează penetrarea glucozei în celulă.

Polialcoolii rezultaţi ca urmare a reducerii grupării carbonil din zaharuri sunt frecvent

întâlniţi în natură. De exemplu, D-glucitolul (D-sorbitolul, Figura 13), un alcool obţinut

prin reducerea fie a D-glucozei sau L-sorbozei, este un produs majoritar rezultat în

procesul de fotosinteză sau în calitate de intermediar în fungi. Acest hexol este adesea

întâlnit în bacterii şi mai puţin la celulele eucariote. Este prezent în cantităţi mari în

fructele unui arbore din familia Rosaceae sau în alte fructe. Deasemenea se acumulează

în cantităţi mici în lentilele diabeticilor.

Figura 13. Formulele structurale ale unor polioli

Manitolul, un alt produs de fotosinteză, este present în multe organisme. Alt

poliol care se găseşte în concentraţii semnificative (0,06-0,25 mM) în sangele uman este

1,5-anhidro-D-glucitolul (1,5-AG). Concentraţia acestui compus este un indicator pentru

identificarea persoanelor cu diabet. Astfel, concentrația plasmatică a acestui compus

scade la pacienții diabetici (2-4 g/mL) comparativ cu indivizii sănătoși (13-28 g/mL).

Nivelurile inferioare de 1,5-AG la pacienții diabetici sunt considerate a fi datorate

inhibării competitive a reabsorbției compusului (prin intermediul unei proteine transpor-

toare) în tubii renali proximali.

Două 6-deoxi zaharuri de la care lipseşte gruparea hidroxilică de la atomul de

carbon din poziţia 6, ramnoza şi fucoza (derivaţi metilaţi), sunt derivaţi metabolici ai D-

Biochimie - Curs 3- 2019

glucozei şi D-manozei. L-Ramnoza este un deoxizahar întâlnit în glicozidele din plante

sau în componența lipidelor localizate în membranele externe bacteriene (Figura 14).

L-Fucoza este o componentă a glicoproteinelor (din lapte), substanţelor din grupele

sangvine, precum şi a antigenilor localizaţi la suprafaţa peretelui celular bacterian.

Figura 14. Formulele structurale a două deoxi L-zaharuri