72120 – ביוכימיה של התא תרגיל מס' 5: סוכרים

1. 72120 – ביוכימיה של התאתרגיל מס' 5:סוכרים

2. Cabohydrate / Saccharide תפקידים מולקולה בעלת נוסחה אמפירית בצורה: Cm(H2O)n . אלדהידאו קטון עם קבוצות OH. • מאגרי אנרגיה בתא. (המוח צורך 120 גרם גלוקוז ביום, 25% מכלל הצריכה של הגוף) • אבני בניין של מאקרומולקולות (נוקלאוטידים). • מודיפיקציות על חלבונים (פרוטאוגליקנים וגליקופרוטאינים) ושומנים (גליקוליפידים). • אלמנטים מבניים בדופן חיידקים וצמחים. • סיכה (סחוס). • תקשורת וזיהוי בין תאים והסביבה. חלוקה לקבוצות • חד סוכרים = monosaccharide. • דו-סוכרים = disaccharides. • אוליגו-סוכרים = oligosaccharides. • רב סוכרים = polysaccharides.

3. חד סוכרים אלדוזות = חד סוכרים עם קבוצת אלדהיד. קטוזות = חד סוכרים עם קבוצת קטון. Aldose Ketose

4. משפחות של חד סוכרים חד סוכרים נחלקים למשפחות לפי מספר הפחמנים בשרשרת

5. א-סימטריה בחד סוכרים לכל החד סוכרים (למעט דיהידרוכסיאצטון) יש לפחות מרכז כיראלי אחד. למולקולה בעלת n מרכזים כיראלים יש 2n סטראואיזומרים. סטראואיזומרים = איזומרים הזהים בקישור ושונים בסידור המרחבי של האטומים. סטראואיזומרים נחלקים לשני סוגים: אננטיומרים - סטראואיזומרים שהם תמונת ראי אחד של השני. דיאסטריומרים – סטראואיזומירים שאינם תמונות ראי.

6. היטל פישר – Fischer projection מוסכמה לאופן הרישום של מרכזים כיראלים השמות D/L מתייחסים לפחמן הרחוק ביותר מהפחמן הקרבונילי, והם ניתנים ע"פ דמיון לגליצראלדהיל.

7. חד סוכרים נפוצים

8. 1 2 3 4 5 קביעת קונפיגורציה ומספור פחמנים הקונפיגורציה (D,L) נקבעת עפ"י הפחמן הא-סימטרי הרחוק ביותר מהפחמן הקרבונילי. הקונפיגורציה עפ"י נוסחת פישר: קונפיגורצית D – ההידרוכסיל נמצא בצד ימין. קונפיגורצית L – ההידרוכסיל נמצא בצד שמאל. בטבע רוב הסוכרים נמצאים בקונפיגורצית D. תזכורת: רוב חומצות האמינו בקונפיגורציית L. הפחמנים בחד סוכרים ממוספרים מהקצה הקרוב ביותר לקרבוניל.

9. אפימרים אפימרים – שני סוכרים הנבדלים בקונפיגורציה סביב פחמן אחד בלבד. אפימרים של גלוקוז

10. ציקליזציה של סוכרים חד סוכרים בעלי 5 פחמנים או יותר מצויים לרוב במבנה טבעתי (ציקלי), שבו קבוצת הקרבוניל יוצרת קשר עם חמצן מקבוצת הידרוכסיל שעל אחד הפחמנים בשרשרת. אלדוזות קטוזות

11. ציקליזציה של D-Glucose בעקבות הציקליזציה הפחמן הקרבונילי הפך לפחמן כיראלי ובכך נוצר מרכז כיראלי חדש במולקולה – C1. אנומרים = איזומרים השונים בקונפיגורציה של הפחמן הכיראלי החדש שנוצר (הפחמן האנומרי). הקונפיגורציה יכולה להיות a (ההידרוכסיל מתחת למישור הטבעת) או b (ההידרוכסיל מעל למישור הטבעת). בתמיסה קיים מעבר בין שני האנומרים בתהליך שנקרא mutarotation.

12. שמות של סוכרים ציקלים סוכר בעל טבעת משושה נקרא pyranose סוכר בעל טבעת מחומשת נקרא furanose נוסחאות Haworth של pyranose ו furanose

13. גיאומטריה של טבעות טבעות מחומשות טבעות משושות

14. מודיפיקציות על חד סוכרים גלוקוז אמינים זירחון (פוספורילציה) סוכרים חומציים (acidic sugars) Deoxy sugars

15. סוכרים כמחזרים סוכרים יכולים לעבור חמצון על הפחמן הקרבונילי (האנומרי). החמצון יתרחש רק במצב השרשרת הפתוחה של הסוכר ולא במצב הטבעתי. במידה והקצה המחזר אינו חופשי הסוכר לא יוכל לעבור חמצון. מבחן פהלינג (Fehling) – מבחן לקביעת רמת הגלוקוז בדם או בשתן ע"י מעקב אחרי המעבר: Cu2+ ל Cu+. יוני Cu+ יוצרים משקע אדום.

16. הקשר הגליקוזידי הקשר הגליקוזידי מחבר בין שני חד סוכרים ליצירת דו-סוכרים ורב סוכרים בראקצית דחיסה קצה מחזר

17. דו - סוכרים נומנקלטורה של הקשר הגליקוזידי: 1. שם הסוכר שהפחמן האנומרי שלו משתתף בקשר. 2. הקונפיגורציה של הפחמן האנומרי (a או b). 3. ציון הפחמנים המשתתפים בקשר. (החץ מורה על "כיוון הקשר") 4. שם הסוכר השני בקשר. * לסוכרים הנפוצים יש שמות מקוצרים

18. דו - סוכרים יש קצה מחזר יש קצה מחזר אין קצה מחזר אין קצה מחזר

19. רב – סוכרים (polysaccharides) נבדלים זה מזה : 1. יחידות החד-סוכרים 2. אורך השרשרת 3. סוג הקשר הגליקוזידי 4. מידת הסיעוף

20. רב – סוכרים (polysaccharides) חלוקה לקבוצות: שרשראות אחידות (Homopolysaccharides) – בנויות מחד סוכר מסוג אחד בלבד. שרשראות מעורבות (Heteropolysaccharides) – בנויות משילוב של שני חד סוכרים או יותר. בכל קבוצה השרשרת יכולה להיות מסועפת או לא מסועפת.

21. עמילן וגליקוגן (Homopolysaccharides) תפקיד – מאגרי אנרגיה של התא. עמילן בצמחים וגליקוגן בבע"ח. מדוע לא ניתן לשמור את הסוכר בצורת חד סוכר בתא? • לחץ אוסמוטי (0.01mM כגליקוגן לעומת 0.4M כגלוקוז). • מפל הריכוזים של גלוקוז בין תוך התא (0.4M) לזרם הדם (5mM) ידרוש כמות אנרגיה גדולה מאד כדי לאפשר העברה אקטיבית של גלוקוז לתאים. עמילן גליקוגן

22. עמילן (starch) וגליקוגן מבנה שניוני עמילן – מורכב משני סוגי פולימרים: עמילוז – שרשראות לא מסועפות של גלוקוז בקשר a(1->4). עמילופקטין - שרשראות של גלוקוז בקשר a(1->4) עם הסתעפויות בקשר a(1->6) אחת ל 24-30 יחידות. גליקוגן - שרשראות של גלוקוז בקשר a(1->4) עם הסתעפויות בקשר a(1->6) אחת ל 8-12 יחידות.

23. עמילן וגליקוגן – מבנה שלישוני מבנה הליקאלי - כל חד סוכר יוצר זווית של 600 עם החד סוכר הבא כך שכל סיבוב בנוי מ 6 חד סוכרים. המבנה מיוצב ע"י קשרי מימן בין השרשראות. מבנה קומפקטי זה יוצר את הגרנולות הדחוסות שראינו קודם.

24. תאית (cellulose) וכיטין (Chitin) (Homopolysaccharides) פולימרים אחידים, לא מסועפים של גלוקוז (תאית) או גלוקוז אמין (כיטין) בקשר b(1->4) (בניגוד לעמילוז שבו הקשר הוא a(1->4)). תפקיד ביולוגי: תאית - מרכיב את דופן התא בצמחים. הוא המרכיב העיקרי בעץ ובכותנה. כיטין – מרכיב את השלד החוץ תאי של חסרי חוליות רבים (פרוקי רגליים בעיקר) – חרקים, לובסטרים, עקרבים ועוד.

25. תאית וכיטין – מבנה שניוני כיטין (גלוקוז-אמין) תאית (גלוקוז)

26. תאית וכיטין – מבנה שלישוני משטחים לינארים שמיוצבים ע"י רשת של קשרי מימן ויוצרים סיבים ארוכים ועמידים.

27. תאית • בעלי חיים לא יכולים לפרק תאית. • בעלי חיים שניזונים מתאית מפרקים אותו בעזרת סימביונטים. • פטריות ויצורים אחרים מסוגלים לפרק תאית בעצמם.

28. דופן התא החיידקי מכיל מכיל פולימר של סוכרים שונים (heteropolysaccharides) • פולימר לינארי • השרשראות מחוברות זו לזו על ידי פפטידים • קצרים המאפשרים את ההיווצרות של דופן חזק וקשיח • אנטיביוטיקות כמו פניצילין מונעות את • ההיווצרות של הקשרים בין הסוכרים • לבין הפפטידים

29. גליקופרוטאינים • גליקופרוטאינים – חלבונים שעליהם מודיפיקציות סוכריות של אוליגוסוכרים. המודיפיקציות הסוכריות קטנות יותר מבפרוטאוגליקנים אך יותר מסועפות ומגוונות. • הסוכרים קשורים בקשר O-גליקוזידי לסרין או תראונין, או בקשר N-גליקוזידי לאספרגין. • תפקידי הגליקוזילציה על חלבונים: • קיפול החלבון. • יציבות החלבון. • מסיסות ופולריות של החלבון (הסוכרים מאד הידרופילים). • הכוונה של חלבון לאתר המטרה (בדר"כ חלבון חוץ תאי). • הגנה מפני פרוטאוליזה (ע"י אוליגוסכרידים טעונים שלילית שיוצרים דחייה מפרוטאזות). • ספציפיות באינטראקציות חלבון-חלבון.

30. דוגמא: סוג דם סוג הדם נקבע ע"פ האופי של השייר הסוכרי על האנטיגן שמציגים תאי הדם האדומים. שיירים שלא מזוהים ע"י הגוף (תרומת דם לא מתאים)תגרום לתגובה של המערכת החיסונים והרס תאי הדם הנתרמים.

31. פרוטאוגליקאן • Proteoglycan aggregate • קיימים במטריקס הבין תאי • שיירי הסוכר הרבים מסוגלים לספוג מולקולות מים ולהגדיל את נפח האגרגאט • מולקולת Aggrecan קיימת בסחוס ותפקידה לספוג מכות (shock absorber). • בהפעלת לחץ, מולקולות מים נדחסות החוצה, ונספגות בחזרה עם ירידת הלחץ.

32. גליקוליפידים גליקוליפידים – ליפידים המכילים מודיפיקציות סוכריות. מרכיבים חלק ממברנת הפלסמה הפונה לצד החוץ תאי.

33. שאלה 1 גבישים של חד סוכר מסוים מסובבים את מישור האור המקוטב (בניסוי) בזווית של 36 מעלות. כאשר ממיסים את הגבישים הללו במים, הזווית משתנה ל-22 מעלות. מה יכול להסביר את התופעה הזו? תשובה: חד סוכרים בתמיסה מימית יכולים לעבור מוטרוטציה ובתמיסה נוצרת תערובת של טבעות β ו α ולכל אחת זווית סיבוב אופיינית. היחס ביניהם יקבע את הזווית הנצפית. ניתן לחשוב על הסברים נוספים שפחות רלוונטיים לשיעור

34. שאלה 2 • איזה מהסוכרים הבאים הם סוכרים מחזרים? • סוכרוז (Fru(β2↔1α)Glc) • טרהלוז(Glc(α1↔1α)Glc) • מלטוז (Glc(α14)Glc) • לקטוז (Gal(β14)Glc) תשובה: 3 ו- 4

35. שאלה 3 • מדוע עמילן אינו מתאים לבניית הדופן הקשיח של צמחים אבל תאית כן? • לעמילן כמה קצוות לא מחזרים בעוד לכל סיב תאית רק קצה לא מחזר אחד. • בעמילן הקשר הגליקוזידי נבנה בזווית בעוד בתאית הקשר לינארי. • עמילן הוא פולימר של גלוקוז בעוד תאית הוא פולימור של סוכרוז. • עמילן מסיס יותר מתאית. תשובה: 2

36. שאלה 4 • מה סביר להניח יהיה מחזר יותר: (במשקל קבוע) עמילוז ועמילופקטין, או גליקוגן? במשקל קבוע, מולקולת גליקוגן מכילה קצה מחזר אחד. תערובת של עמילופקטין וסיבי עמילן שזורים בה מכילה קצה מחזר נוסף על כל סיב. תזכורת – הרב סוכרים הללו מורכבים מאותו חד סוכר.