1.1Calsificare, descriere si rol biochimic

Consideratii generale

Glucidele (hidrocarbonatele, zaharurile) sunt substante nutritive in compozitia carora intra C,H, O2. Dupa complexitatea moleculei lor, se impart in urmatoarele categorii (ConsiliulEuropean de Alimentatie, 2008): -monozaharide: glucoza, fructoza (levuloza),galactoza; -dizaharide: zaharoza (zaharul), maltoza, lactoza; -polioli: isomalt, sorbitol, maltitol; sunt asa numitii alcooli zaharati. Desi exista si in natura cel mai frecvent se obtin industrial prin transformarea glucidelor. -oligozaharide: maltodextrine, fructo oligo zaharide; sunt formate din 3, 9 unitati glucidice. Maltodextrinele se obtin pe cale industriala prin hidroliza partiala a amidonului si au o putere de indulcire inferioara mono si dizaharidelor. -polizaharide: amidonul (amiloza, amilopectina), glicogenul (denumit si amidon animal), celuloza, pectine, hidrocoloizi; au peste 10 unitati glucidice, ajungand pana la mii de unitati.

Monoglucidele(monozaharidele) sunt substante cu functiune mixta care au in molecula p grupare carbonica (aldehida sau cetona) plus mai multe grupari hidroxilice.Poliglucidele sunt substante macromoleculare formate dintr-un numar mare de resturi monoglucidice cu legaturi glicozidice, ele sunt substante de rezerva (amidonul) sau de sustinere (celuloza, hemiceluloza), care au eliberare prelungita.Glucidele totale (carbohidrati) sunt formate din glucide simple (zaharuri) , fibre si poliglucide.Zaharurile sunt glucide simple, rapide, cu eliberare rapida in organism astefl incat se instaleaza si glicemia.Poliglucidele sunt glucide lente care se absorb in timp deci au o eliberare intarziata, de aceea sunt indicate produsele bogate in poliglucidele diabeticilor. Glucidele alcatuiesc majoritatea masei organice de pe planeta datorita rolurilor lor multiple pe care le au in celulele vii. Unele dintre cele mai importante sunt cele de furnizori de energie si de intermediari metabolici in procesele catabolice. Amidonul din plante si glicogenul din celulele animanle sunt polimeri ce constituie substante de rezerva care pot fi rapid mobilizate spre a furniza glucoza,combustibilul cel mai solicitat de celula pentru a sinteza de ATP.Moneda universala in traficul energetic celular, ATP, la fel ca si coenzyme importante ( NAD, FAD, coenzima A) contin cu toate molecule de glucide in structura lor.Alte substante de importanta majora care includ in structura glucide sunt acizii nucleici.Poliglucidele constituie de asemenea elementele structurale ale peretilor celulei bacteriene si vegetale ca si al exoscheletului artropodelor.Celuloza, constituentul principal al peretelui celulei vegetale este unul din cele mai raspandite substante organice din biosfera.

Glucidele constituie partea prostetica a numeroase protein si partea conjugate a numeroase glicolipide. Studii recente au demonstrat faptul ca moleculele glucidice de pe suprafata celulelor joaca roluri cheie in procesele de recunoastere celulara. Spre exemplu, procesul de fecundare debuteaza prin legarea spermatozoidului de un oligoglucid specific de ce suprafata ovulului.Un alt exemplu il constituie procesul de cicatrizare a vaselor sanguine. In acest process mecanismele moleculare ale adeziunii limfocitelor la zona de ruptura a vasului, precum si intoarcerea acestor cellule in ganglionii limfatici ilustreaza de asemenea marea importanta a moleculelor glucidice ca molecule informationale.

Ce rol au glucidele in organism? 1. Glucidele au in principal un rol energetic. Fiecare gram elibereaza prin ardere 4.1 calorii mari. O parte din aceasta energie se transforma usor in miscare, prin intermediul ATP ului, care este suportul contractiei musculare. Am vazut mai inainte ca si protidele si lipidele au rol in activitatea musculara, dar numai in masura in care ele sunt transformate in glucide. Din glucide se formeaza rezerva de energie a organismului, sub forma glicogenului .2. Daca muschiul in timpul contractiei poate folosi si energia provenita din protide si glucide, sistemul nervos central si miocardul sunt sensibile la lipsa de glucide. Glucoza sanguina este permanent mentinuta in limite cvasiconstante, cu un grad foarte mic de variabilitate, deoarece ea reprezinta sursa energetica primara pentru SNC. De aceea, terapia cu serglucozat si tiamina (vitamina B1) este folosita pentru tonificarea muschiului cardiac. 3. Functia antitoxica a ficatului este legata de rezervele de glicogen. Astfel se poate spune ca glucidele au un rol important si in detoxificare a organismului dupa efort. 4. Glucidele au de asemenea si un rol plastic, deoarece din ele se pot forma unii aminoacizi care intra in constitutia proteinelor celulare, ajutand astfel la cresterea si refacerea tesuturilor. 5. Mai important este inca rolul lor catalitic, care se manifesta in cadrul metabolismului lipidelor. Acestea nu pot fi arse in organism pana la faza finala de CO2 si apa, decat in prezenta unei cantitati suficiente de glucide. Alfel in organism se produce acidoza, datorita faptului ca lipidele sunt arse pana la faza intermediara de acizi grasi, care se acumuleaza. 6. Glucidele iau parte si la termoreglarea organismului.Exista glucide cu valori speciale? In ultimii ani in alcatuirea dietei sportive a intrat si un alt grup de polizaharide, si anume cele prezente in fibre. Acestea sunt CHO complecsi ce nu pot fi bine digerati in intestinul subtire uman si nu contribuie mult in producerea de energie, indeplinind in schimb alte roluri importante: determina satietate si astfel reduc tendinta de supraalimentare; cresc retentia de H2O in fecale, reducand pericolul constipatiei si leziunilor mecanice intestinale; imbunatatesc eliminarea unor substante toxice din intestinul gros. - furnizeaza elemente nutritive pentru celulele ce captusesc intestinul gros si le imbunatatesc functia. Aceasta posibilitate se realizeaza datorita bacteriilor prezente la nivelul regiunii care digera partial fibrele cu utilizarea produsilor de digestie de catre celulele intestinale. Plantele si produsele lor sunt bogate in fibre daca nu au fost prelucrate (exemplu faina alba).

Unele fibre de tipul celulozei aduc beneficii moderate pe cand altele ca pectinele prezente in majoritatea fructelor au o eficacitate mare. Necesarul zilnic de fibre este de 40 50 g. 10 g de fibre alimentare sunt continute in urmatoarele cantitati de alimente : 3 felii paine integrala, 4 masuri de fulgi de porumb, 3 banane, 6 portocale, 5mere, 200 g arahide sau soia, 4 morcovi, 4 portii de salata, 20 prune sau caise uscate. Reversul unei alimentatii bogate in fibre consta in faptul ca poate reduce absorbtia unor compusi importanti, in special minerale. De asemenifibrele vor reduce procentul de CHO digerabili in dieta ceea ce va restrictiona refacerea rezervelor de glicogen. De aceea aportul de fibre trebuie mentinut la limita inferioara in timpul perioadelor de pregatire intensa si precompetitional.

Monoglucidele

Cele mai simple molecule ale acestei grupe de compusi sunt monoglucidele. Ele sunt aldehide sau cetone cu doua sau mai multe grupari hidroxil si a caror formula empirica este (CH2O) n. Din aceasta ultima cauza ele au fost numite in trecut hidratide carbon- combinatii ale carbonului cu apa- denumire iesita astazi din uz. Cele mai mici molecule de acest fel contin trei atomi de carbon ( gliceraldehida si dihidroxiacetona).

In functie de numarul atomilor de carbon, monoglucidele se impart in: -trioze ( trei atomi de carbon), -tetroze ( patru atomi de carbon), -pentoze ( cinci atomi de carbon), -hexoze ( sase atomi de carbon), -heptoze (sapte atomi de carbon).In functie de tipul gruparii carbonil monoglucidele sunt:- Aldoze ( cu grupare aldehidica)- Cetoze ( cu grupate cetonica ).

Monoglucidele contin atomi de carbon asimetrici, fapt care determina activitatea optica a acestor compusi. Pentru monoglucidele cu mai mult de un atom de carbon asimetric, simbolurile D si L utilizate in denumirile acestor compusi se refera la configurarea atomului de carbon asimetric aflat la cea mai mare distant de gruparea aldehidica sau cetonica.

Spre deosebire de enantiomeri, diastereoizomerii sunt izomeri optici, dar nu constituie imagini in oglinda unul pe celalalt.

Exemplu de diastereoizomerie il constituie D eritroza si D treoza.

Epimerii sunt izomeri optici care difera prin configuratia unui singur centru de asimetrie.Un exemplu de astfel de relatie este cel dintre structurile D glucozei si D maltozei.

D maltoza:

Pentozele cum sunt D riboza si 2 deoxi D riboza formeaza cicluri furanoizice care intra in structurile acizilor nucleici si a numeroase coenzime.

Reactia de ciclizare a glucozei induce aparitia unui nou centru de asimetrie. Se formeaza astefl doi anomeri α si β, care trec usor unul in celalalt prin intermediul formei aciclice.

Ciclurile furanozice prezinta doi izomeri conformationali, fiind de asemenea torsionate in spatiu. Riboza din structura ARN se gaseste in conformatia C3’- endo, iar deoxiriboza din structura dublu helix a AND-ului se afla in conformatie C2’- endo.Ciclurile furanozice pot fi interconvertite rapid unul in celalalt, fiind mult mai flexibile decat cele piranozice, aceasta putand constitui un motiv pentru care au fost selectate sa alcatuiasca scheletul fosfoglucidic

al catenelor de AND si ARN.Monoglucidele se pot lega intre ele prin legaturi O- glicozidice formate intre gruparea –OH a atomului de carbon anomeric al unei molecule si o grupare – OH din alta molecula.

Glucidele fosforilate

Acestea constituie un grup de derivati monoglucidici cu mare importanta biologica. Valorile pK ale monoglucidelor fosforilate se situeaza in intervalul 2,1 -6,8.

La pH-ul intracelular normal ( 7,4 ) sarcina neta a unui monoglucid fosforilat este de 1,8. Gruparea fosfat de pe molecula poate realize interactiuni electrostatic cu situsul active al enzimelor. De asemena, sarcina neta negative a unei astfel de molecule previne iesirea ei prin membrane lipidica hidrofoba a celulei. Fosforilarea previne iesirea moleculelor din celule. O alta functie a fosforilarii consta in crearea de intermediary reactivi pentru sinteza de legaturi O- si N- glicozidice.

Diglucidele

Aceste substante sunt formate din doua molecule de monoglucide unite printr-o legatura O- glicozidica. Cele mai cunoscute sunt : maltoza, lactoza, zaharoza, si celuloza.

Maltoza este o diglucida alcatuita prin legarea 1-4 O- glicozidica a doua molecule de α D glucopiranoza. Se obtine in urma hidrolizei amidonului de catre α amilaza si maltaza.

Gruparea OH a carbonului anomeric manifesta proprietati reducatoare. In molecula maltozei, ca si in cea a lactozei, una din aceste grupari este libera si imprima moleculelor caracter reducator.

Lactoza este un diglucid din lapte. In structura sa intra o molecula de galactoza si una de glucoza unitr printr-o legatura β 1-4 glicozidica.

Hidroliza lactozei in procesul digestiei este realizata de lactaza, o enzima localizata in exteriorul celuleor epiteliale intestinale. Exista o deficienta in metabolizarea acestui diglucid intalnita mai ales la adulti, fapt ce provoaca tulburari digestive. Cauza este secretia din ce in ce mai scazuta de lactaza pe masura cresterii si maturizarii organismului. La adulti cu deficit de lactaza, lactoza se acumuleaza in lumenul intestinului subtire dupa ingestia laptelui datorita lipsei mecanismului de asimilare al diglucidului.

Lactoza neabsorbita creeaza o presiune osmotic mare, scotand apa din celule in lumenul intestinal. Simptomele intolerantei la lactoza sunt : distenie abdominal, crampe, diaree apoasa. Pentru persoanele cu deficit de lactaza se foloseste lapte tratat cu lactaza. Capacitatea omului de a digera lactoza la maturitate pare sa se fi dezvoltat acum zeci de mii de ani, o data cu domesticirea vacii.

Zaharoza este o diglucida nereducatoare alcatuita prin legarea α 1-2 glicozidica a unei molecule de α D glucopiranoza cu una de β D fructopiranoza.

Zaharoza se obtine in scop commercial din trestie de zahar sau din sfecla de zahar. Prin hidroliza acestei molecule realizata de zaharaza, numita si invertaza, se modifica activitatea optica a solutiei din dextro la levogira ( invertirea zaharului ) .

Poliglucidele

Glicogenul, amidonul si dextranul constituie pentru organism surse de glucoza mobilizabila.

Glicogenul este un polimer foarte mare, cu structura ramificata, alcatuit din molecule de glucoza unite prin legaturi glicozidice α 1-4 in zonele liniare si α 1-6 in zonele ramificate. El constituie poliglucidul de rezerva pentru celula animala. Ramificatiile moleculei au rolul de a creste solubilitatea glicogenului si de a face mai accesibile hidrolizei moleculele de glucoza. Ele pot fi eliberate astefel de la mai multe capete nereducatoare concomitent.

Amidonul constituie poliglucidul de rezerva al celulei vegetale. Este alcatuit din doua tipuri de polimeri:

-amiloza, cu molecula neramificata, alcatuita din unitati de glucoza unite prin legaturi α 1-4 glicozidice;

-amilopectina, cu molecula ramificata, alcatuita din unitati de glucoza unite α 1-4 si α 1-6 ramificatii, avand o molecula mai putin ramificata decat a glicogenului.

Amidonul constituie mai mult de jumatate din glucidele ratiei alimentare a omului.

In urma proceselor digestiei, amiloza si amilopectina sunt rapid hidrolizate de α amilaza secretata de glandele salivare si de pancreas.

α Amilaza, o endoglucozidaza, hidrolizeaza legaturile interne α 1-4 generand maltoza, maltotrioza si α dextrina. In urma actiunii sale rezulta oligoglucide cu unitatile de glucoza unite α 1-6 si α 1-4. Acestea sunt mai departe hidrolizate in cursul digestiei de enzime specifice.

In malt exista o enzima numita β amilaza care hidrolizeaza amidonul desprinzand unitati dizaharidice de maltoza, incepand dinspre capatul nereducator.

Dextranul este poliglucidul de rezerva al celulelor bacteriene si al levurilor. Este constituit din molecule de glucoza unite α 1-6, cu rare legaturi α 1-2, α 1-3 sau α 1-4, in functie de specie.

Celuloza este un poliglucid major al celulei vegetalecu rol structural. Este un polimer neramificat al glucozei in care aceasta este unita prin legaturi β 1-4. Este cel mai abundant compus organic al biosferei. Configuratia β permite celulozei sa formeze lanturi liniare foarte lungi. Oxigenul din ciclul piranozic formeaza legaturi de hydrogen cu gruparea OH de la atomul 3 de carbon. Lanturile polimerice sunt dispuse paralel, formand fibrele.

Spre deosebirile de legaturile α 1-4 din glicogen si amidon, care determina o structura elicoidala a moleculei polimerului, molecula celulozei este liniara.

Aceste diferente structural au o mare importanta biologica. Lanturile liniare ale celulozei sunt optime pentru constructia unor fibre cu rezistenta mare la rupere. In contrast cu acestea, helixul structurilor legate α 1-4 glicozidic sunt usor atacabile constituind o sursa accesibila de glucoza.

Celuloza lipseste la mamifere si de aceea, ele nu o pot digera. Unele rumegatoare au in flora stomacala bacteria producatoare de celulaze, care pot hidroliza acest compus.

Chitina este un poliglucid alcatuit din unitati N- acetilglucozamina unite β 1-4. Ea are o macromolecula liniara formand structura de rezistenta a exoscheletului insectelor si crustaceelor.

Glicozaminoglicanii

Pe suprafata celulelor animale si in matrixul extracellular exista poliglucide cu structure special. Multe dintre acestea sunt formate din unitati diglucidice repetitive continand un derivate al unui glucid aminat ( glucozamina). Cel putin una din cele doua molecule ale unitatii polimerice are o sarcina negativa datorita unei grupari carboxilat (- COO) sau sulfat.

Principalii glicozaminoglicani sunt: condroitin sulfat, keratin sulfat, heparina, heparin sulfat, hialuronat.

Heparina e sintetizata sub forma unui preteoglican nesulfatat care este ulterior deacilat si sulfatat. Modificarile incomplete conduc la un amestec de compusi cu secvente sulfatate cu structuri diverse. Unii dintre acestia au actiune anticoagulanta prin legarea specific ape antitrombina. Prin incarcarea negativa a molecule sale, heparina se fixeaza pe antitrombina si creste viteza formarii unui complex stabil intre antitrombina III si proteazele care actioneaza ca factori de coagulare , inactivandu –le. Ea este secretata de mastocite in apropierea peretilor vaselor sangvine si se gaseste pe suprafata celulelor endoteliale.

Proteoglicanii sunt molecule proteice care contin una sau mai multe lanturi glicozaminoaglicani legate covalent. Cea mai cunoscuta substanta a acestei clase este proteoglicanul din matrixul extracellular al cartilagiului. In aceasta structura lanturile keratin sulfatului si condroitin sulfatului sunt fixate covalent pe un lant polipeptidic ( miezul proteic al moleculei). Astfel de molecule sunt asociate necovalent in filamente lungi de hialuronat. Cartilagiile sunt extreme de flexibile si de elastic datorita gradului mare de hidratare a polianionilor reprezentati de partea glicozaminica a complexului molecular.

Un alt rol indeplinit de astfel de molecule ( sindecanul ) este cel de legare a colagenului pentru medierea adeziunii tesutului conjuctiv la matrixul extracelular.

Lecitine

In plante dar si la unele animale, exista multe protein cu capacitatea de legare specifica glucidelor numite lecitine. Exemple de lecitine sunt concavalina A, aglutinina din germenii de grau, lecitina din arahide, acestea recunosc unitati diglucidice sau oligoglucidice specifice.

Toate lecitinele cunoscute contin doua sau mai multe situsuri de legare a glucidelor specific, ceea ce explica si capacitatea lor de a aglutina prin legare in retea celulele. Aceste proteine recunosc specific structure oligoglucidice ale unor receptori membranari. Ele au rol biologic de a realiza fixarea unor celule bacteriene fixatoare de azot pe suprafata radacinilor unor plante din familia Fabaceaea. Exista si lecitine bacteriene, spre exemplu Escherichia coli se fixeaza pe celulele epiteliale ale tractului gastrointestinal prin intermediul lecitinelor sale care recunosc structuri oligoglucidice de pe suprafata celulelor tinta. Aceste lecitine sunt localizate pe structuri membranare filiforme numite pili sau fimbrii.

Neisseria gonorrheae infecteaza tractul genital si bucal uman dar nu si alte tesuturi umane sau ale altor specii deoarece de pe acestea din urma lipsesc glucidele recunoscute de lecitinele bacteriei. Virusul gripal contine o proteina numita hemaglutinina care recunoaste resturile de acid sialic de pe suprafata tractului respirator.

-