Metabolisme hoofdstuk 11
Koolhydraten zijn de energiebron van cellen, zijn de coat van veel cellen, worden toegevoegd aan
veel eiwitten die gesecreteerd worden en daarnaast bestaat de extracellulaire matrix vaak uit
koolhydraten (dit is essentieel voor cel functie en cel-cel communicatie). Een belangrijke eigenschap
wat resulteert in de vele functies van deze molecuken is de tal loosheid van structurele verschillen.
Koolhydraten worden opgebouwd uit monosachardiden (bestaande uit 3-9 koolstof atomen
gebonden aan hydroxyl groepen).
Glycobiologie: de studie naar de synthese en structuur van koolhydraten, en hoe koolhydraten aan
andere moleculen worden gezet en herkend worden door andere moleculen.
Glycomics: de studie van het glycome, alle koolhydraten en alle koolhydraat-geassocieerde
moleculen die een cel produceert. Het glycome is dynamisch en afhankelijk van cellulaire en
omgevings condities.
Koolhydraten zijn koolstof gebaseerde moleculen die rijk zijn aan hydroxyl groepen (CH 2O)n. Simpele
koolhydraten worden monosachariden genoemd. Monosachariden zijn aldehydes of ketonen met
twee of meer hydroxyl groepen.
- Trioses: koolhydraten met drie koolstof atomen daarnaast zijn er tetroses (4 C), pentoses (5
C), hexoses (6 C) en heptoses (7 C).
- De koolhydraten waar we het meest bekend mee zijn, zijn de hexoses (zoals glucose en
fructose).
Koolhydraten kennen vele verschillende isomerische vormen.
Constitutionele isomeren hebben identieke molecuul formules maar verschillen in hoe de atomen
gerangschikt zijn.
Stereo isomeren verschillen in ruimtelijke organisatie. Als een koolhydraat een enkel asymmetrisch
koolstof atoom heeft bestaat deze in een D en in een L configuratie. Deze moleculen zijn
enantiomeren omdat ze elkaars spiegelbeeld zijn. De meeste koolhydraten in vertebraten hebben de
D conformatie. De D en de L isomeren worden bepaald door de configuratie van het asymmetrische
koolstof atoom het verste weg van de aldehyde (CO) of keto (COH) groep.
Epimeren zijn diastereoisomeren die verschillen bij één asymmetrisch centrum. Ketoses hebben één
asymmetrisch koolstof atoom minder dan aldoses als beide hetzelfde aantal koolstofatomen heeft.
Monosachariden met meer dan drie koolstof atomen hebben meerdere asymmetrische
koolstofatomen. Hiervan bestaan er ook diastereoisomeren; isomeren die geen spiegelbeeld van
elkaar zijn. Het aantal stereoisomeren is 2n (n = aantal asymmetrische koolstof atomen).
De meest voorkomende koolhydraten in de biochemie:
- D-Ribose is het koolhydraat bevattende onderdeel van RNA. Dit is een 5 koolstof atoom
bevallende aldose.
- Deoxyribose is een het monosachardie component vam deoxynucleotiden en bestaat ook uit
een 5 koolstof atoom bevattende aldose.
- D-Glucose, D-mannose en D-galactose zijn veel voorkomende zes-koolstof aldoses.
De voornaamste vorm van vele koolhydraten in oplossing is een ring structuur. De chemische basis
hiervoor is dat een aldehyde reageert met een alcohol en zo een hemiacetal vormt. Als een
aldohexose zowel de aldehyde als het alcohol levert is er sprake van een intramoleculaire
hemiacetal. Een keton kan ook reageren met een alcohol om zo een hemiketal te vormen. De keto
groep van een open keten ketohexose kan een intramoleculaire hemiketal vormen met de C-6
, hydroxyl groep of de C-5 hydroxyl groep. Een C-5 ring wordt een furanose genoemd. Een C-6 ring een
pyranose.
Hanworth projections: de koolstofatomen in de ring worden niet getekend.
Als een cyclische hemiacetal gevormd wordt ontstaan er diastereoisomeren, ook wel de anomeren.
Als er sprake is van een asymmetrisch centrum in de ring is er een alfa en een bèta conformatie.
Conformatie alfa betekent dat de hydroxylgroep van het ene koolstofatoom zich aan de andere kant
bebvindt dan de hydroxylgroep van het andere koolstofatoom. Bij de beta conformatie liggen de
twee hydroxyl groepen aan dezelfde kant.
In een pyranose is het C-1 atoom het anomerische koolstofatoom. In een furanose is het C-2 atoom
het anomerische koolstofatoom.
De 6-C pyranose ring is niet planair maar bestaat in een chair en een boat conformatie. De 6-C
furanose ringen kennen een chair conformatie en een envelop conformatie.
- In de chair confromatie bestaan de bindingen in de ring uit twee coformaties; axiaal (vlak op
het val) en equatorial (parallel op het vel). De axiale bindingen verstoren elkaar sterisch waar
de equatoriale bindingen minder druk zijn. Om deze reden bevinden de groffere groepen zich
in de equatoriale bindingen.
- In de envelop conformatie zijn vier atomen coplanair en is het vijfde atoom 0.5 A weg van dit
vlak. Als C-2 weg is van het vlak wordt deze conformatie C-2-endo genoemd.
De alfa en beta isomeren van glucose zijn in evenwicht, voor dit evenwicht moet de ring structuur
steeds door een open-keten vorm gaan. Hierdoor heeft glucose eigenschappen van vrije aldehyden
en kan het reageren met oxidanten zoals koper ionen (Cu 2+). Het verschil tussen niet-reducerende en
reducerende suikers kan gebruikt worden voor experimenten middels Nelson’s reagent. Dit mengsel
bestaat uit koper sulfaat in een alkaline oplossing, een reducerende suiker reduveert het koper
waardoor arsenomolydbate een blauw complex vormt.
Glucose kan bijvoorbeeld hemoglobine reduceren tot glycosylated hemoglobine. Het waarnemen in
verandering in glycosylated hemoglobine is hierom een manier om te kijken naar de effectiviteit van
een diabetes behandeling. Bij gezonde mensen is 6% van de hemoglobine glycosylated, bij patiënten
met diabetes is dit 10%. De glycosylering verandert het zuurstof bindende vermogen niet. Er is
bekend dat advanced glycation end products (AGE), gevormd door de reactie tussen een
reducerende suiker en een vrije amine, bij dragen aan onder andere veroudering en diabetes.
De biochemische eigenschappen van monosacchardiden kunnen gemodificeerd worden door te
reageren met andere moleculen, drie van deze moleculen zijn alcoholen, amines en fosfaten.
- O-glycosidische binding: binding tussen het anomerische koolstofatoom van een koolhydraat
en het zuurstof atoom van een alcohol. Deze bindingen komen vooral voor als koolhydraten
polymeren vormen of verbonden zijn aan eiwitten.
- N-glycosidische binding: de binding tussen het anomerische koolstofatoom en het stikstof
atoom van een amine. Deze binding komt voor als stikstof basen aan ribosen gezet worden.
Koolhydraten kunnen ook gemodificeerd worden door de toevoeging van functionele groepen aan
niet-anomerische koolhydraten.
De toevoeging van een fosforyl groep is een veel voorkomende modificatie van suikers. Door
fosforylatie worden suikers anionisch. Hierdoor kunnen de suikers de lipide bilaag niet zomaar
passeren en gaan ze geen interacties aan met de transporters van de niet-gemodificeerde suikers.
Daarnaast ontstaan er reactieve tussenproducten die sneller gebruikt worden in het metabolisme.
Koolhydraten zijn de energiebron van cellen, zijn de coat van veel cellen, worden toegevoegd aan
veel eiwitten die gesecreteerd worden en daarnaast bestaat de extracellulaire matrix vaak uit
koolhydraten (dit is essentieel voor cel functie en cel-cel communicatie). Een belangrijke eigenschap
wat resulteert in de vele functies van deze molecuken is de tal loosheid van structurele verschillen.
Koolhydraten worden opgebouwd uit monosachardiden (bestaande uit 3-9 koolstof atomen
gebonden aan hydroxyl groepen).
Glycobiologie: de studie naar de synthese en structuur van koolhydraten, en hoe koolhydraten aan
andere moleculen worden gezet en herkend worden door andere moleculen.
Glycomics: de studie van het glycome, alle koolhydraten en alle koolhydraat-geassocieerde
moleculen die een cel produceert. Het glycome is dynamisch en afhankelijk van cellulaire en
omgevings condities.
Koolhydraten zijn koolstof gebaseerde moleculen die rijk zijn aan hydroxyl groepen (CH 2O)n. Simpele
koolhydraten worden monosachariden genoemd. Monosachariden zijn aldehydes of ketonen met
twee of meer hydroxyl groepen.
- Trioses: koolhydraten met drie koolstof atomen daarnaast zijn er tetroses (4 C), pentoses (5
C), hexoses (6 C) en heptoses (7 C).
- De koolhydraten waar we het meest bekend mee zijn, zijn de hexoses (zoals glucose en
fructose).
Koolhydraten kennen vele verschillende isomerische vormen.
Constitutionele isomeren hebben identieke molecuul formules maar verschillen in hoe de atomen
gerangschikt zijn.
Stereo isomeren verschillen in ruimtelijke organisatie. Als een koolhydraat een enkel asymmetrisch
koolstof atoom heeft bestaat deze in een D en in een L configuratie. Deze moleculen zijn
enantiomeren omdat ze elkaars spiegelbeeld zijn. De meeste koolhydraten in vertebraten hebben de
D conformatie. De D en de L isomeren worden bepaald door de configuratie van het asymmetrische
koolstof atoom het verste weg van de aldehyde (CO) of keto (COH) groep.
Epimeren zijn diastereoisomeren die verschillen bij één asymmetrisch centrum. Ketoses hebben één
asymmetrisch koolstof atoom minder dan aldoses als beide hetzelfde aantal koolstofatomen heeft.
Monosachariden met meer dan drie koolstof atomen hebben meerdere asymmetrische
koolstofatomen. Hiervan bestaan er ook diastereoisomeren; isomeren die geen spiegelbeeld van
elkaar zijn. Het aantal stereoisomeren is 2n (n = aantal asymmetrische koolstof atomen).
De meest voorkomende koolhydraten in de biochemie:
- D-Ribose is het koolhydraat bevattende onderdeel van RNA. Dit is een 5 koolstof atoom
bevallende aldose.
- Deoxyribose is een het monosachardie component vam deoxynucleotiden en bestaat ook uit
een 5 koolstof atoom bevattende aldose.
- D-Glucose, D-mannose en D-galactose zijn veel voorkomende zes-koolstof aldoses.
De voornaamste vorm van vele koolhydraten in oplossing is een ring structuur. De chemische basis
hiervoor is dat een aldehyde reageert met een alcohol en zo een hemiacetal vormt. Als een
aldohexose zowel de aldehyde als het alcohol levert is er sprake van een intramoleculaire
hemiacetal. Een keton kan ook reageren met een alcohol om zo een hemiketal te vormen. De keto
groep van een open keten ketohexose kan een intramoleculaire hemiketal vormen met de C-6
, hydroxyl groep of de C-5 hydroxyl groep. Een C-5 ring wordt een furanose genoemd. Een C-6 ring een
pyranose.
Hanworth projections: de koolstofatomen in de ring worden niet getekend.
Als een cyclische hemiacetal gevormd wordt ontstaan er diastereoisomeren, ook wel de anomeren.
Als er sprake is van een asymmetrisch centrum in de ring is er een alfa en een bèta conformatie.
Conformatie alfa betekent dat de hydroxylgroep van het ene koolstofatoom zich aan de andere kant
bebvindt dan de hydroxylgroep van het andere koolstofatoom. Bij de beta conformatie liggen de
twee hydroxyl groepen aan dezelfde kant.
In een pyranose is het C-1 atoom het anomerische koolstofatoom. In een furanose is het C-2 atoom
het anomerische koolstofatoom.
De 6-C pyranose ring is niet planair maar bestaat in een chair en een boat conformatie. De 6-C
furanose ringen kennen een chair conformatie en een envelop conformatie.
- In de chair confromatie bestaan de bindingen in de ring uit twee coformaties; axiaal (vlak op
het val) en equatorial (parallel op het vel). De axiale bindingen verstoren elkaar sterisch waar
de equatoriale bindingen minder druk zijn. Om deze reden bevinden de groffere groepen zich
in de equatoriale bindingen.
- In de envelop conformatie zijn vier atomen coplanair en is het vijfde atoom 0.5 A weg van dit
vlak. Als C-2 weg is van het vlak wordt deze conformatie C-2-endo genoemd.
De alfa en beta isomeren van glucose zijn in evenwicht, voor dit evenwicht moet de ring structuur
steeds door een open-keten vorm gaan. Hierdoor heeft glucose eigenschappen van vrije aldehyden
en kan het reageren met oxidanten zoals koper ionen (Cu 2+). Het verschil tussen niet-reducerende en
reducerende suikers kan gebruikt worden voor experimenten middels Nelson’s reagent. Dit mengsel
bestaat uit koper sulfaat in een alkaline oplossing, een reducerende suiker reduveert het koper
waardoor arsenomolydbate een blauw complex vormt.
Glucose kan bijvoorbeeld hemoglobine reduceren tot glycosylated hemoglobine. Het waarnemen in
verandering in glycosylated hemoglobine is hierom een manier om te kijken naar de effectiviteit van
een diabetes behandeling. Bij gezonde mensen is 6% van de hemoglobine glycosylated, bij patiënten
met diabetes is dit 10%. De glycosylering verandert het zuurstof bindende vermogen niet. Er is
bekend dat advanced glycation end products (AGE), gevormd door de reactie tussen een
reducerende suiker en een vrije amine, bij dragen aan onder andere veroudering en diabetes.
De biochemische eigenschappen van monosacchardiden kunnen gemodificeerd worden door te
reageren met andere moleculen, drie van deze moleculen zijn alcoholen, amines en fosfaten.
- O-glycosidische binding: binding tussen het anomerische koolstofatoom van een koolhydraat
en het zuurstof atoom van een alcohol. Deze bindingen komen vooral voor als koolhydraten
polymeren vormen of verbonden zijn aan eiwitten.
- N-glycosidische binding: de binding tussen het anomerische koolstofatoom en het stikstof
atoom van een amine. Deze binding komt voor als stikstof basen aan ribosen gezet worden.
Koolhydraten kunnen ook gemodificeerd worden door de toevoeging van functionele groepen aan
niet-anomerische koolhydraten.
De toevoeging van een fosforyl groep is een veel voorkomende modificatie van suikers. Door
fosforylatie worden suikers anionisch. Hierdoor kunnen de suikers de lipide bilaag niet zomaar
passeren en gaan ze geen interacties aan met de transporters van de niet-gemodificeerde suikers.
Daarnaast ontstaan er reactieve tussenproducten die sneller gebruikt worden in het metabolisme.
