10. fejezet - Szénhidrátok

Tartalom

10.1. Monoszacharidok
10.2. Diszacharidok
10.3. Poliszacharidok
10.3.1. Glikózaminokligánok
10.4. Glikokonjugátumok
10.4.1. Peptidoglikánok
10.4.2. Proteoglikánok
10.4.3. Glikoproteinek
10.5. A „cukorkód” és jelentősége
10.5.1. Specifikus szénhidrátkötő fehérjék: lektinek

(szerző: Nyitray László)

Ebben a fejezetben az élő rendszerekben előforduló fontosabb egyszerű szénhidrátokat és összetett szénhidrátokat, glikokonjugátumokat tárgyaljuk. Feltételezzük, hogy az olvasó foglalkozott már szerves kémiával, ezért a cukrok általános tulajdonságait csak ott említjük, ahol ez a megértéshez szükséges. A cukrok sztereokémiájának jelentőségéről röviden szó esett a kémiai bevezetőben (lásd 2.2.2. fejezet).

A szénhidrátoknak többrétű szerepe van az élőlényekben. Egyrészt a zsírokkal és a fehérjékkel együtt tápanyagok, azaz energiaforrásként szolgálnak. A metabolizmus központi anyagcsere útvonalain cukormolekulák átalakulásai történnek (például glikolízis, a glükóz direkt oxidációja, glükoneogenezis, glikogén anyagcsere).

Lehet csak szerkezeti szerepük is (lásd például a növényi sejtfalalkotó cellulóz), de ennél fontosabb, hogy biológiai információt is hordozhatnak. Ez utóbbi szerepük elsősorban a glikoproteinek (és részben glikolipidek) „cukormintázatában” jelenik meg, melynek nagy jelentősége van többek között a sejt-sejt kommunikációban. A cukrok információhordozó tulajdonságukat nagyfokú diverzitásuknak köszönhetik. A „cukorkódban” rejlő információtartalom feltárása a ma biokémiájának egy izgalmas ága. Egy élőlény teljes szénhidrát készletének feltárásával foglalkozik a rendszerbiológia részét képező glikomika (a szénhidrátok biológiai szerepével pedig a glikobiológia).

A szénhidrátok közé az egyszerű (3-9 szénatomszámú) cukrok, a monoszacharidok, valamint a belőlük felépülő poliszacharidok (glikánok) tartoznak. Külön csoportot alkotnak az összetett szénhidrátok (glikokonjugátumok), melyekben cukrokon kívül más komponens is található. Többek között ide tartoznak a glikolipidek és a glikoproteinek. (A biokémiában az összetett szénhidrátokban található cukorrészeket, a poliszacharidok általános nevével egyezően szintén glikánnak nevezik.)

10.1. Monoszacharidok

Az egyszerű cukrok legalább három hidroxilcsoportot tartalmazó aldehidek és ketonok, melyek sejtes körülmények között elsősorban gyűrűs piranóz vagy furanóz formában (intramolekuláris hemiacetál és hemiketál) vannak jelen. Ebben az e-könyvben a nyílt láncú formával  nem foglalkozunk. Nem térünk ki külön a gyűrűs formák konformációs állapotaira sem. Ábrázolásmódjuknál a Haworth-projekciót követjük, ami egy egyszerű háromdimenziós perspektivikus szerkezeti képletet jelent (lásd 10.1. ábra).

A poliszacharidokban és az összetett szénhidrátokban a monoszacharidok hidroxil- és aminocsoportokon keresztül, kondenzációs reakcióban kialakuló glikozidos-kötéssel kapcsolódhatnak egymáshoz illetve az összetett szénhidrátokban a fehérjékhez, lipidekhez. A hidroxilcsoporton keresztül létrejött kötések neve O-glikozidos, az aminocsoporton keresztüli pedig N-glikozidos.

A biológiailag fontos monoszacharidok közül a 10.1. táblázat sorol fel néhányat, a rövidítésükkel és a biokémiában használt szimbólumukkal együtt. A 10.1. ábra néhány hexóz cukorszármazék képletét mutatja.

A 10.1. táblázatban felsorolt monoszacharidok közül valószínűleg nem szükséges különösebben bemutatnunk  a glükózt (aldo-hexapiranóz; szőlőcukor; rövidítése: Glc és nem Glu, hogy ne keverjük össze a glutaminsav rövidítésével), a fruktózt (keto-pentafuranóz; gyümölcscukor; Fru), a galaktózt (a Glc C-4 epimerje, a tejcukor egyik komponense; Gal), a ribózt (aldopentóz; Rib) és dezoxi-párját, a dezoxiribózt. Közülük a legédesebb a fruktóz, majd csökkenő sorrendben a szacharóz, glükóz és a galaktóz. (Ezt a tulajdonságot „kóstoló személyek” érzékelése alapján, relatív skálán állapítják meg, melyben az egység édessége a diszacharid szacharóznak van.) Érdekességként megjegyezzük, hogy vannak édes fehérjék is, például egy afrikai gyümölcsből izolált fehérje, a taumatin 2000-szer édesebb a nádcukornál (szacharóz).

10.1. táblázat: Néhány biológiailag fontos monoszacharid

10.1. táblázat: Néhány biológiailag fontos monoszacharid

A mannóz (aldohexóz, a Glc C-2 epimerje; Man) elsősorban glikoproteinek cukorkomponenseként ismert. A beépülését katalizáló enzim mutációja genetikai betegséget okoz (kongenitális glikozilációs rendellenesség). Az arabinóz, ellentétben a természetben preferált D-cukrokkal (lásd 2.2.2. fejezet) a természetben a polimerjeiben (hemicellulóz és pektin) is az L-izomer formában van jelen. A xilóz egy aldopentóz, a szemicellulóz előanyaga, ezáltal a biomasszában a legnagyobb mennyiségben előforduló monoszacharid. A ramnóz és a fukóz dezoxicukrok. Az előbbi növényi poliszacharidokban és a tuberkulózist okozó baktérium külső sejtfalában, az utóbbi sejtfelszíni glikoproteinekben fordul elő.

10.1. ábra: Hexóz származékok szerkezeti képlete (Haworth ábrázolással)

10.1. ábra: Hexóz származékok szerkezeti képlete (Haworth ábrázolással)