VL Kurs 7: Kohlenhydrate. Angelika Stöcklinger

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1 VL Kurs 7: Kohlenhydrate Angelika Stöcklinger

2 Kohlenhydrate Produkte der Photosynthese Mono- Di-und Polysaccharide stellen zusammen mit Lipiden und Proteinen den größten Teil der Nahrung dar Monosaccharide (Glucose, Fructose) Disaccharide (Lactose, Maltose) und Oligosaccharide (Raffinose) sind wasserlöslich und süß = Zucker Polysaccharide (Stärke, Zellulose, Chitin) schlecht oder gar nicht wasserlöslich und geschmacksneutral

3 Monosaccharide Monosaccharide sind die einfachsten Kohlenhydrate. Sie besitzen mindestens 3 C-Atome Viele Monosaccharide haben die Summenformel (CH 2 O) n. Es handelt sich um Aldehyde oder Ketone, die zwei oder mehr Hydroxylgruppen tragen. Monosaccharide besitzen entweder eine Aldehyd-Gruppe (Aldosen) oder eine Keto-Gruppe (Ketosen). Glycerinaldehyd und Dihydroxyaceton sind Triosen. Stryer: Biochemistry

4 Aldosen und Ketosen D-Aldosen both figures Stryer: Biochemistry D-Ketosen

5 D- und L-Zucker Die D- und L-Reihen der Zucker sind wie bei den Aminosäuren definiert nach ihrer Strukturhomologie zu D- und L-Glycerinaldehyd (Emil Fischer, 1891). Bei grösseren Zuckern richtet sich die Einteilung nach D oder L nach demjenigen Asymmetriezentrum, das am weitesten von der Aldehyd- oder Ketogruppe entfernt ist. all figures Stryer: Biochemistry

6 Offenkettige Form, Ringform (Halbacetal, Halbketal) In wässriger Lösung liegen Zucker weit überwiegend als Ringe vor, sie können aber auch offenkettige Strukturen annehmen. In diesem Zustand haben sie freie Aldehyd- oder Keto-Gruppen. all figures Stryer: Biochemistry

7 Anomere Durch die Ringschliessung entsteht ein weiteres Asymmetriezentrum. Entsprechend gibt es zwei Varianten der Ringform, a und ß. a bedeuted OH-Gruppe am C1- Kohlenstoffatom unterhalb Ringebene ß bedeuted OH-Gruppe am C1- Kohlenstoffatom oberhalb Ringebene Zucker die sich nur in diesem ringschliessenden C-Atom unterscheiden nennt man Anomere. Glucose enthält in Lösung ca. 2/3 ß Anomer, ca. 1/3 α Anomer und <1% von der offenkettigen Form. Der Purpald-Versuch zeigt daß die offenkettige Form tatsächlich auftaucht, und die a und b Formen nicht etwa durch Rotation der OH-Gruppe am Ring entstehen. Stryer: Biochemistry

8 Praktikumsbeispiel 1 Nachweis das Glucose eine Aldehydgruppe trägt = Aldose Sie weisen im Versuch mit einem Aldehyd-spezifischen Agens (Purpald) nach, daß Glucose eine Aldose ist. Dazu wird eine Glucoselösung erhitzt, weil dabei verstärkt Ringöffnung eintritt. Bei Reaktion mit einem Aldehyd bildet das Purpald-Reagenz farbige Produkte. Als Positivkontrolle verwenden Sie eine verdünnte Formaldehydlösung

9 Glycolyse Sie messen im Versuch das Gleichgewicht einer Reaktion aus der Glycolyse, nämlich der Umwandlung von Glucose-6-Phosphat in Fructose-6- Phosphat. Die Reaktion wird durch das Enzym Phosphoglucoseisomerase katalysiert. In vivo liegt hier natürlich ein typisches Fließgleichgewicht vor. Fructose-6-Phosphat reagiert in der Zelle sofort weiter zu Fructose-1,6- bisphosphat. Sie sollen die Frage beantworten, wieweit diese Reaktion freiwillig auch dann ablaufen würde, wenn nicht die Produkte sofort in der Glycolyse weiter reagieren würden. Wie wichtig ist hier das Fließgleichgewicht für die Einstellung der Reaktionsrichtung? Nelson/Cox: Lehninger Principles of Biochemistry

10 Praktikumsbeispiel 2 Bestimmung des Gleichgewichtes der Phosphoglucoseisomerase Reaktion

11 Bestimmung des Gleichgewichtes der Phosphoglucoseisomerase Reaktion

12 NADP + /NADPH + H + Wir verwenden diesmal wieder einen gekoppelten Test, bei dem durch Reduktion NADPH entsteht, das sich gut nachweisen lässt. NADH und NADPH absorbieren UV-Licht um 340 nm, NAD + und NADP + dagegen nicht. Unser Ansatz: Glucose-6-P + NADP + 6-Phosphogluconolacton + NADPH + H + Diese Reaktion wird von Glucose-6-Phosphat- Dehydrogenase katalysiert. Löffler/Petrides: Biochemie und Pathobiochemie Da für jedes vorhandene Glucose-6-P Molekül ein Molekül NADP + reduziert wird, kann man die NADPH-Konzentration nach Lambert-Beer bestimmen und die Glucose-6-P Konzentration ist dann identisch.

13 Freie Enthalpie 2 [B] ΔG = ΔG ' + RT ln [A] bedeutet, man kann ausrechnen, ob eine Reaktion freiwillig abläuft. Bei negativem ΔG (ΔG < 0) erniedrigt sich die Energie des Systems und die Reaktion erfolgt freiwillig. Im Gleichgewicht ist die treibende Kraft ΔG = 0, das heisst [B] [B] ΔG = 0 = ΔG ' + RT ln oder - ΔG ' = RT ln [A] [A] Sie können ΔG ' der Reaktion also aus den Konzentrationen von Substrat und Produkt berechnen. Im Versuch bestimmen Sie ΔG für die Reaktion Glucose-6-Phosphat Fructose-6-Phosphat.

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15 Praktikumsbeispiel 3 Blutzucker Bestimmung mittels Glucoseoxidase Der Glucosegehalt einer Serumprobe wird mit der Glucoseoxidase (GOD) Methode bestimmt. Das macht man mit dieser Methode auch in der klinischen Diagnostik, z.b. für Diabetes. Glucoseoxidase setzt spezifisch ß-D-Glucose um, so daß keine "false positives" durch andere Zucker verursacht wird. Wir verwenden eine Glucoseoxidase aus einem Schimmelpilz. Die Konzentrationsbestimmung erfolgt wieder über eine Farbänderung. ß-D-Glucose + FAD-Enzym Gluconolacton + FADH 2 -Enzym FADH 2 -Enzym + O 2 FAD-Enzym + H 2 O 2 H 2 O 2 + farbloses Chromogen 2 H 2 O + Farbstoff

16 Glucose-Bestimmung cont.

17 Glucose-Bestimmung cont. wikipedia

18 Glykierte Hämoglobine zur retrospektiven Abschätzung der Dauer und der Höhe einer Hyperglykämie 1 wikipedia

19 Glykierte Hämoglobine zur retrospektiven Abschätzung der Dauer und der Höhe einer Hyperglykämie 2 Kurz gefasst: HbaA1c Bestimmung im Blut: zur Beobachtung des Diabetes ja, zur Diagnose (derzeit) nein. Wer sich über Blutzucker informiert, hat sicher schon vom HbA1c gehört. Das ist Hämoglobin (roter Blutfarbstoff), an den sich Blutzucker gebunden hat. Normalerweise findet man im Blut nicht viel HbA1c. Bei Personen mit häufig hohem Blutzucker findet man mehr. Und da Hämoglobin monatelang im Blut bleibt, kann die Bestimmung des HbA1c zeigen, ob der Blutzuckerspiegel in den letzten Wochen in Ordnung war. Der Nüchtern-Blutzuckerspiegel ist eine Momentaufnahme, das HbA1c sagt gewissermaßen etwas über den durchschnittlichen Blutzuckerspiegel der letzten Zeit aus. Daher ist das HbA1c ein wertvoller Laborwert zur Kontrolle der Einstellung eines Diabetes. Zur Diagnose des Diabetes wird HbA1c aber (noch) nicht empfohlen. Gründe: Es gibt verschiedene Messmethoden für HbA1c, die noch schlecht standardisiert sind. Die HbA1c-Werte schwanken daher von Labor zu Labor. Die HbA1c-Messung ist teuer und nicht überall möglich. Und sie erfasst beginnende Störungen des Blutzuckers nicht, sie ist also weniger empfindlich. (American Diabetes Association, Diabetes Care, 2003; Empfehlungen der Deutschen Diabetes Gesellschaft, 2001)