Glucidele

Definitie: compusi polihidrohicarbonilici si derivati, denumiti impropriu si

hidrati de carbon, deoarece o parte sunt derivati de tipul (CH2O) n.

Clasificare :

dupa comportare la hidroliza :

a) nehidrolizabile  (monozaharide) = OZE

dupa componenta carbonilica - cetoze

- aldoze

dupa numarul atomilor de carbon : trioze, tetroze, hexoze,

etc.

b) hidrolizabile= OZIDE

dupa produsii de hidroliza –holozide

-heterozide

(componenta glucidica+ componenta nonglucidica)

dupa numarul de monozaharide - oligozaharide (2-10)

- polizaharide

MONOZAHARIDELE

Exemple :

Aldoze

Cetoze

Stereoizomeria monozaharidelor

Compuşii care au aceeaşi formula structurală dar diferă prin configuraţia spaţială sunt stereoizomeri. Stereoizomerii apăruţi ca urmare a prezenţei in moleculă a unui atom de carbon asimetric (C* — carbon ale cărei covalenţe sunt satisfăcute cu patru substituenţi diferiţi) sunt stereoizomeri optic activi. Numărul de stereoizomeri posibili ai unui compus conţinând n carboni asimetrici este egal cu 2n. Toate monozaharidele (cu excepţia cetotriozei, respectiv dihidroxiacetona) conţin in moleculă atomi de carbon asimetrici, fiind optic active. Prezenţa unui C* într-o moleculă face ca aceasta să poată exista in două configuraţii diferite, nesuperpozabile, comportându-se una faţă de alta ca obiectul şi imaginea sa in oglindă, ca măna dreaptă fată de cea stângă. Moleculele ozelor sunt deci molecule chirale (chiros = mână) având ca centru chiralic, de asimetrie, unul sau mai mulţi atomi de carbon asimetrici.

Cea mai simplă aldoză, aldotrioza (gliceraldehida), având un singur carbon asimetric, se prezintă sub forma a doi stereoizomeri optic activi care se deosebesc intre ei exclusiv prin sensul in care rotesc planul luminii polarizate (au aceleaşi proprietăţi fizice şi chimice). Aceşti doi stereoizomeri optic activi poartă numele de enantiomeri şi se găsesc unul faţă de celălalt ca obiectul faţă de imaginea sa in oglindă. Prin convenţie, cei doi stereoizomeri ai gliceraldehidei au fost desemnaţi D şi L. Configuraţia absolută a celor patru substituenţi ai carbonului asimetric, stabilită prun studii de difracţie a razelor X. este redată prin formulele de perspectiva şi plane:

Aldotetrozele, conţinând două centre de chiralitate (doi atomi de carbon asimetrici), se prezintă sub forma a 22 (patru) stereoizomeri optic activi care formează două perechi de enantiomeri (I şi II):

Aldopentozele conţin trei atomi de carbon asimetrici şi deci se prezintă sub forma a 23 (opt) stereoizomeri optic activi grupaţi in patru perechi de enantiomeri. Similar, există 16 aldohexoze stereoizomere grupate in opt perechi de enantiomeri.

Aşa cum s-a mai arătat, stereoizomerii care diferă intre ei prin configuraţia tuturor atomilor de carbon asimetrici sunt enantiomeri, in timp ce aceia care diferă prin configuraţia a unu, maximum n - 1 carboni asimetrici din totalul de n C sunt diastereoizomeri. Diastereoizomerii care diferă prin configuraţia unui singur atom de carbon asimetric se numesc epimeri. Schimbarea configuraţiei unui C se numeşte epimerizare. Enantiomerii se deosebesc intre ei exclusiv prin sensul de rotaţie a planului luminii polarizate, unghiul de rotaţie fiind acelaşi. Amestecul echimolecular al celor doi enantiomeri, dextrogir şi levogir, constituie un racemic. Sinteza organică dă naştere Ia racemici optic inactivi, in timp ce natura sintetizează numai unul sau altul dintre enantiomeri, graţie stereospecificităţii enzimelor implicate in sinteză. Diastereoizomerii se deosebesc intre ei prin proprietăţile chimice şi fizice. precum şi prin valoarea unghiului sau sensul de rotaţie a planului luminii polarizate.

Din motive de sistematizare, compuşii optic activi s-au împărţit in două serii sterice, D şi L, după înrudirea configuraţională cu un compus de referinţă care este gliceraldehida. Se consideră că monozaharidele având configuraţia atomului de carbon asimetric cel mai depărtat de gruparea carbonil identică cu cea a carbonului asimetric din D-gliceraldehidă aparţin seriei sterice D, iar cele având configuraţia aceluiaşi atom de carbon identică cu cea a carbonului din L-gliceraldehidă aparţin seriei sterice L.

Nu toţi stereoizomerii posibili se găsesc în natură. Cele mai răspândite şi

importante din punct de vedere biologic sunt aldozele D-riboză, D-glucoză, D-galactoză şi D -manoză şi cetozele D-ribuloză şi D-fructoză (numele cetozelor se formează in general inserând sufixul ,,ul" in numele aldozei corespunzătoare). În natură se găsesc şi zaharuri aparţinând seriei L, cele mai importante şi răspândite fiind L-fucoza şi L-sorboza. De subliniat că apartenenţa la seria D sau L nu exprimă sensul de rotaţie a planului luminii polarizate de către zahărul respectiv, ci se referă la configuraţia absolută a atomului de C cel mai depărtat de gruparea carbonil. Din acest motiv este necesar ca, pe lângă convenţia de simbolizare D sau L, să se noteze şi sensul de rotaţie prin + sau -. Un compus aparţinând seriei D poate fi levogir D (-) sau dextrogir D (+). Evident, fiecare oză aparţinând seriei D îşi află enantiomerul in seria L. Ozele conţinând acelaşi număr de atomi de carbon şi aparţinând aceleiaşi serii sterice (D sau L) se găsesc între ele in relaţie de diastereoizomerie.

Monozaharidele naturale aparţin in general seriei D. Glucoza naturală este D (+) glucoza şi are un unghi de rotaţie de + 52,70. in timp ce fructoza naturală este D (-) fructoza având un unghi de rotaţie de - 92,40.

Structurile ciclice ale monozaharidelor

In moleculele monozaharidelor există grupări funcţionale care, in poziţii

sterice convenabile pot să interacţioneze. Astfel, gruparea carbonil poate fi

atacată nucleofil de către grupările -OH (prin electronii neparticipanţi ai

oxigenului) din poziţiile 4, 5 sau 6 cu formarea unui compus de adiţie

intramoleculară denumit semiacetal sau semicetal intern; reamintim că

produsul de adiţie a unui alcool la un compus canbonilic se numeşte semiacetal

in cazul aldehidelor şi semicetal in cazul cetonelor:

Gruparea hidroxil, apărută la fostul carbon carbonilic poartă numele de hidroxil semiacetalic sau glicozidic şi se deosebeşte ca reactivitate de celelalte. Reacţiile de formare a semiacetalilor pentru aldoze şi cetoze pot fi schematizate:

Semiacetalii interni se formează cu participarea unei grupări -OH situate intr-o poziţie relativă faţă de carbonil care să permită formarea unul ciclu de cinci sau şase atomi (şi nu mai mic sau mai mare), întrucât acestea sunt favorizate din punct de vedere energetic prin lipsa de tensiune.

In cazul ciclurilor de cinci atomi unghiurile pentagonului sunt foarte apropiate de cele pe care le fac carbonul şi oxigenul hibridizaţi sp3 (1080 faţă de 109028’). In cazul ciclurilor de şase, atomii nu sunt coplanari, generând conformeri, baie sau scaun, in care unghiurile sunt de 1090.

Structurile ciclice se formează in cazul aldohexozelor prin participarea carbonilor 1 şi 4 sau 1 şi 5, iar în cazul cetohexozelor cu participarea carbonilor 2 şi 5 sau 2 şi 6. Structurile monozaharidelor conţinând cicluri de cinci atomi se numesc furanozice (prin analogie cu heterociclul furan) in timp ce acelea conţinând cicluri de şase atomi se numesc piranozice (prin analogic cu heterociclul piran).

Structurile piranozice sunt mai stabile în soluţie decât cele furanozice, care se întâlnesc mai ales, în combinaţii ale ozelor.

Ca urmare a reacţiei de ciclizare prin semiacetalizare, fostul carbon carbonilic devine carbon asimetric putând să adopte două configuraţii sterice diferite. Apar doi stereoizomeri supranumerari numiţi anomeri, în care atomul de carbon care leagă gruparea -OH semiacetalică poate avea două configuraţii diferite (anomer α şi β). Anomeri α se figurează în formulele ciclice de proiecţie cu gruparea -OH semiacetalică de aceiaşi parte a catenei de carbon ca şi oxigenul din ciclu spre deosebire de anomerii β.

Cele două forme anomere pot trece una în cealaltă prin intermediul formei aciclice care, în soluţie apoasă, este prezentă în cantităţi minime. Formele piranozice şi furanozice (α şi β) ale glucozei (α) şi fructozei (β) sunt reprezentate în Fig. VII 3.

De menţionat că cei doi anomeri diferă între ei prin proprietăţile chimice şi fizice ca şi prin valoarea unghiului de rotaţie.

Toate consideraţiile de mai sus cu privire la structura ozelor îndreptăţesc definirea lor mai degrabă ca polihidroxisemiacetali, respectiv polihidroxisemicetali, şi nu ca polihidroxialdehide sau polihidroxicetone.

Formulele ciclice de proiecţie utilizate, cu tot avantajul clarităţii şi simplităţii, nu ţin seama de relaţiile sterice dintre atomii sau grupele de atomi din moleculă.

Haworth utilizează structuri ciclice care ţin seama de distanţele interatomice

obţinute pe diagramele de difracţie a razelor X. În reprezentarea Haworth, ciclurile furanozice şi piranozice sunt imaginate ca poligoane regulate perpendiculare pe planul hârtiei. Laturile poligonului apropiate de privitor se reprezintă adesea prin linii îngroşate. În general. formulele Haworth se scriu astfel încât oxigenul să fie situat în spatele planului hârtiei. Substituenţii care se găsesc în formulele de proiecţie în dreapta se figurează în formulele Haworth sub planul ciclului, iar cele din stânga deasupra planului. Pentru a deduce formula Haworth a unei oze - de exemplu a D-glucozei din formula sa de proiecţie se operează trei modificări ale locurilor pe care le deţin în moleculă cei trei substituenţi de la carbonul 5. Se închide ciclul semiacetalic între gruparea OH de Ia C5 şi gruparea aldehidică de la C1 obţinându-se formula III care se scrie apoi conform convenţiei Haworth:

Formulele Haworth au avantajul, faţă de cele de proiecţie de a-şi păstra individualitatea când sunt rotite în spaţiu sub orice unghi. Aceste formule prezintă ciclurile cafiind plane. Aceasta este corect pentru ciclul furanozic, deşi studiile cu raze X efectuate pe fructofuranoză au demonstrat că patru din cei cinci atomi ai ciclului sunt în acelaşi plan, în timp ce al cincilea iese din plan cu 0,05 nm. Ciclurile piranozice pot adopta ca şi ciclohexanul, conformaţii fără tensiune, de tip baie sau scaun. Ciclurile cu şase atomi au exclusiv conformaţie scaun.

AminozaharuriÎnlocuirea în molecula unei oze a unei grupări hidroxil cu o grupare amino duce la formarea unui aminozahar. Cele mai importante aminozaharuri sunt: glucozamina, galactozamina, manozamina, compuşi care se găsesc în structura

glicoproteinelor, proteoglicanilor şi glicolipidelor. În proteoglicani se găsesc sub formă N-acetilată şi N-sulfatată.

Glicoproteinele conţin acizi sialici, care sunt N-acilderivaţi ai produsului de condensare dintre manozamină şi acid piruvic.

DezoxizaharuriÎnlocuirea unei grupări hidroxil din molecula unei oze cu un atom de hidrogen dă naştere la dezoxizaharuri. Cel mai important reprezentant ester 2-dezoxiriboza, componenta glucidică principală din structura ADN. Un alt dezoxizahar important, provenind de la galactoză este 6-dezoxi b-L-galactoza, care este component al glicoproteinelor.

Proprietăţile fizice ale monozaharidelor

Monozaharidele sunt substanţe neutre, solide, cristalizate, solubile în solvenţi polari, datorită multiplelor grupări –OH, insolubile în eteri, cloroform. Majoritatea sunt dulci, dar exista şi monozaharide insipide sau gust amărui. Prin încălzire monozaharidele se caramelizează apoi se carbonizează.

Proprietăţile chimice

În soluţie, diversele forme ciclice coexistă cu formele aciclice, chiar dacă cele din urmă se găsesc într+un procent infim. În prezenţa unui reactant specific grupării carbonil echilibrul se deplasează spre forma aciclică, iar în prezenţa unor reactanţi specifici grupării hidroxil, oza va reacţiona sub forma ciclică.1) Reacţii de reducere: se formează polialcooli. De exemplu din hexoze se formează hexitoli, din pentoze pentitoli. Prin reducerea D-glucozei se formează D-sorbitol, iar din reducerea fructozei doi dasteroizomeri, D-sorbitol şi D-manitol.

În organism reacţia este catalizată de enzime NADH sau NADPH dependente. In vitro reducerea se poate face cu amalgam de Na în mediu acid sau hidrogen, în prezenţa de catalizatori2) Reacţii de oxidare: oxidarea se poate face fie blând la gruparea carbonil obţinându-se acizi aldonici, fie energic la gruparea alcool primar, când se obţin acizi uronici.

În organism esterul glucozo-6-fosforic este oxidat la acid 6-fosfogluconic, reacţie catalizată enzimatic, iar ca acceptor de H* funcţionează NADPH .

În laborator oxidarea blândă se face prin tratare cu apă de clor sau apă de brom. Cetozele nu reacţionează cu apa de brom. Oxidarea energică a grupării alcool primar a glucozei conduce la obţinerea acidului glucuronic, reacţie importantă utilizată în procesele de detoxifiere sau în sinteza unor proteoglicani. Oxidarea energică experimentală se face în prezenţa acidului azotic concentrat, oxidându-se atât gruparea alcool primar cât şi gruparea carbonil, cu formare de acizi dicarboxilici.

3) Reacţia de condensare: compuşii care conţin grupări amino dau reacţie de condensare cu gruparea carbonil a monozaharidelor, dând naştere la compuşi de tip bază Schiff. Pe baza acestei reacţii se obţin în organism proteinele glicozilate. Se consideră că gradul de glicozilare a unor proteine din sânge este direct proporţional cu cantitatea de glucoză din sânge. De exemplu, grupările amino ale valinei terminale din lanţul β hemoglobinic reacţionează cu glucoza conform reacţiei:

O aplicaţie a cestei reacţii este reacţia cu fenilhidrazina în mediul slab acid care conduce la formarea oszonelor, substanţe cristaline, galbene, greu solubile în apă. Reacţia este folosită ca reacţie de identificare a glucidelor.

4) Reacţia de esterificare: grupările alcool pot reacţiona cu acizi minerali sau organici formând esteri. O reacţie importantă în organism este formarea de esteri fosfori ai monozaharidelor, deoarece, numai sub această formă pot fi menţinute ozele în celulă.

5)Reacţia de eterificare: grupările alcool semiacetalice pot forma eteri cu alţi compuşi care conţin grupări alcool, rezultând glicozide (galactozid- de la galactoză, glucozid de la glucoză, etc.).

Dacă eterificarea se face cu gruparea –OH a altei oze se obţin oligo sau polizaharide. Legarea unei componente neglucidice denumită generic aglicon, duce la formarea de sulf-, azot-, oxigen-, glicozide. De exemplu, nucleozidele sunt N-glicozide. Monozaharide mai importanteD-Xiloza: este o aldopentoză, răspândită în natură sub formă de polizaharide (xilanul) care se găseşte în lemn, cocenii de porumb, paie, tărâţe, coji de floarea soarelui. Este o substanţă cristalină, dulce, care se topeşte la 1450 , iar în soluţie prezintă fenomenul de mutarotaţie; în forma sa ciclică este o piranoză.D-Riboza: este o aldopentoză, care intră în alcătuirea acizilor ribonucleici. În acizii nucleici se află sub formă furanozică. Este o substanţă solidă cu punct de topire la 950.D-Glucoza: este cel mai răspândit monozaharid, găsindu-se în sucul fructelor dulci şi al florilor, fie sub formă de dizaharide, fie sub formă de polizaharide. În cantităţi mici se găseşte în sânge, limfă, urină. În formă stabilă glucoza are structură piranozică (α-piranoză). În stare anhidră se topeşte la 1460.D-Fructoza: este cea mai importantă cetohexoză. Ea se gaseşte în fructele dulci şi în miere. În dizaharide se găseşte în forma furanozică, dar în stare liberă se află sub formă de piran. Fructoza se topeşte la 1030 şi este solubilă în apă. Deşi aparţine seriei D, este puternic levogiră.D-Manoza: se găseşte în natură foarte rar în stare liberă, în cojile de portocale; combinată se găseşte sub formă de polizaharide, manani, în fructe şi plante. Este o substanţă cristalină, dulce, se topeşte la 1320 şi este solubilă în apă. În forma sa obişnuită are o structură piranozică.D-galactoza: se găseste numai sub formă de dizaharide, polizaharide. Ea intră în constituţia lactozei alături de glucoză. Se topeşte la 1640 C. În forma sa obişnuită are o structură piranozică.

OLIGOZAHARIDELE

Oligozaharidele sunt compuşi glucidici rezultaţi prin condensarea a două până la 10 monozaharide. Cele mai frecvente sunt dizaharidele. Acestea pot rezulta în

două moduri: prin condensarea la ambii hidroxili semiacetalici, rezultând dizaharide dicarbonilice, sau cu participarea hidroxilului semiacetalic al unei oze şi un hidroxil alcoolic al celeilalte, rezultând dizaharide monocarbonilice.

Zaharoza (sucroza): este un dizaharid dicarbonilic, alcătuit dintr-o moleculă de α glucopiranoză şi una de legate 1-2 (α glucopiranozido-β-fructofuranozid). Este cel mai răspândit dizaharid, mai ales în sucul florilor, trestia de zahăr, sfecla de zahăr. Din punct de vedere fizic este o substanţă cristalizată, solubilă în apă şi alcool, prin încălzire se topeşte (t0 1850 C), după care se caramelizează. Prin încălzire mai puternică se carbonizează.

Prin hidroliză enzimatică, sub acţiunea zaharazei (numită şi invertază), zaharoza ( slab dextrogiră) formeaza un amestec echimolecular de glucoză slab dextrogiră şi fructoză puternic levogiră, această soluţie rotind planul luminii polarizate la stanga. Acewst proces de hidroliză poartă denumirea de invertire a zqahărului. Zaharoza nu prezintă proprietăţile ozelor conferite de gruparea carbonil (reducere, formare de osazone, anomerie).Maltoza: este un dizaharid monocarbonilic, format prin condensarea unei molecule de α-D-glucopiranoză cu hidroxilul din poziţia 4 al altei molecule de α D-glucopiranoză (α-glucopiranozid-4-glucopiranoză):

Maltoza ia naştere prin hidroliza enzimatică (maltaza) a amidonului şi glicogenului. Maltoza este o substanţă cristalină cu punct de topire 1030C, solubilă în apă. Soluţiile de maltoză sunt dextrogire şi prezintă fenomenul de mutarotaţie. Datorită radicalului carbonil prezintă reacţiile specifice ale acestora.Celobioza: este un dizaharid monocarbonilic, format prin condensarea adouă molecule de β-glucopiranoză (β-glucopiranozid-4-glucopiranoză):

Celobioza este un produs intermediar la hidroliza enzimatică a celulozei. În organism nu există enzime care să o poată scinda. Este o substanţă cristalină cu punct de topire 2250C, solubilă în apă. Soluţiile de celobioză sunt slab dextrogire şi prezintă fenomenul de mutarotaţie.Lactoza: : este un dizaharid monocarbonilic, format prin condensarea β-D-galactopiranozei cu β-glucopiranoză (β-galactopiranozid-4-glucopiranoză):

Lactoza este un dizaharid care se găseşte în laptele mamiferelor fiind sintetizat din glucoză. Sub acţiunea β-galactozidazei (lactaza) sau în prezenţa acizişor diluaţi este hidrolizată în componente. Este o substanţă cristalină greu solubilă în apă. Soluţiile apoase de lactoză conţin un amestec echimolecular între cele două forme anomere α şi β, ambele levogire.

POLIZAHARIDELE

Polizaharidele sau glicanii sunt compuşi glucidici care prin hidroliză enzimatică formează monozaharide sau derivaţi ai acestora. Polizaharidele sunt combinaţii macromoleculare aparent amorfe, care au o structură microcristalină, greu solubile în apă, formând uneori soluţii coloidale. Nu au gust dulce. Prin încălzire nu se topesc, se descompun. Fiind structuri macromoleculare, gradul lor de condensare nu pateu fi exprimat în cifre exacte. Pentru apreciere se determină masa moleculară a substanţei. Structura unei macromolecule poate fi liniară sau ramificată. Pot fi produşi de policondensare ai unui singur tip de unitate funcţională şi se numesc homoglicani sau produşi de condensare a mai multor tipuri de unităţi structurale, numiţi heteroglicani. Dintre homoglicani polimerii de glucoză sunt cei mai răspândiţi : celuloza, hemiceluloza, glicogenul şi amidonul, dextrine. Se cunosc şi polimeri ai manozei (manani), ai arabinozei (arabinani), galactozei (galactozani). Dintre heteroglicani, mucopolizaharidele şi poliozidele din peretele bacterian sunt cele mai răspândite. Glicanii îndeplinesc fie rol de depozite energetice (amidonul pentru plante, glicogen pentru animale, om), fie roluri structurale (celuloza, mucopolizaharidele). Celuloza: este polizaharidul care formează pereţii celulelor vegetale. Celuloza pură este o substanţă albă, fără gust şi miros, cu mare rezistenţă mecanică. Este insolubilă în apă şi acizi minerali diluaţi, solubolă în acizi conce3ntraţi, când se obţin hidroceluloze. Dizolvantul caracteristic este cuproxam, adică hidroxid tetraaminocupric (reactivul Schweizer).

Din punct de vedere structural este alcătuită din resturi β-glicozil unite în poziţie 1-4 şi rotate unul faţă de celălalt cu 1800:

Macromoleculele celulozei sunt filiforme; în unele regiuni sunt orientate paralel (regiuni de cristalite), iar în altele sunt împletite, cu goluri între ele (regiuni amorfe). Amidonul: este un polizaharid sintetizat în plante. Majoritatea glucidelor ce ajung în organism sunt sub formă de amidon. Este o pulbere albă, insolubilă în apă rece, iar în apă caldă (900) formează o soluţie vâscoasă, lipicioasă care la răcire devine gel translucid numită cocă. Amidonul se găseşte sub formă de granule de3 diferite mărimi (20-100μ). Acesta este alcătuit din două componente : amiloza (2-10%) , care se găseşte în interiorul granulei şi amilopectina (80-90%), care este învelişul extern al granulei. Amiloza este formată din resturi α-glicozil legate 1-4 :

Masa moleculară a amilozei variază de la câteva mii la jumătate de milion. Nu este solubilă în apă, formând micelii hidratate cu care iodul dă o coloraţie albastră. Datorită atracţiei electrostatice între atomul de hidrogen pozitiv de la radicalul –OH şi electronul negativ de la oxigenul altui radical, se formează legături de hidrogen între aceste grupări. Aceste legături fac ca amiloza să adopte o structură helicoidală cu un pas al helixului de 4-5 resturi glicozil:

Amilopectina este formată din resturi glicozil legate atât 1-4 cât şi 1-6, acestea conferind moleculei o structură ramificată:

Masa moleculară a amilopectinei este de ordinul zecilor sau sutelor de milioane. Nu este solubilă în apă, formând soluţii coloidale sau micelare care dau cu iodul coloraţie roşie. Prezenţa ramificaţiilor duce la o moleculă de tip globular, foarte condensată:

Glicogenul: este echivalentul animal al amidonului vegetal, reprezentând forma de depozitare a excesului de glucide. Glicogenul este depozitat în granule în celula hepatică (100-150g) şi în celula musculară (400-450g). Cantităţi mici de glicogen se găsesc în toate celulele. Structural glicogenul se aseamănă amilopectinei dar are un număr mult mai mare de legături 1-6 glucozidice (la 8-10 legături 1-4 există o legătură 1-6), deci, este mult mai ramificat, adoptând o structură arborescentă:

Glicogenul este o pulbere albă amorfă, solubilă în apă. Soluţiile de glicogen sunt puternic dextrogire. Are o masă moleculară de ordinul milioanelor. În apă formează soluţii coloidale care cu iodul dau o coloraţie brun-roşcată ce nu dispare la cald.

Proteoglicanii: Proteoglicanii (PG) sunt biomolecule conţinând fragmente heteropolizaharidice neramificate, legate covalent Ia partea proteică a moleculei. Conţinutul glucidic al proteoglicanilor variază între 85-90% din masa moleculară.Proteoglicanii se găsesc în substanţa fundamentală care umple spaţiul dintre

celule, în cartilagii, tendoane, piele, lichid sinovial. Interacţiunile între

proteoglicani şi moleculele de colagen, elastină, fibronectină sunt decisive în

organizarea matricei extracelulare.

In proteogticani polizaharidele sunt constituite din unităţi dizaharidice

repetabile care conţin invariabil o ozamină (glucozamina sau galactozamina);

din acest motiv fragmentele glucidice ale proteoglicanilor sunt denumite şi

glicozaminoglicani (GAG). Cealaltă componentă a unităţii dizaharidice este

reprezentată (cu o excepţie) de acidul glucuronic sau epimerul său Ia C5 -

acidul iduronic. Toate unităţile dizaharidice (cu o excepţie) conţin grupări

sulfat legate covalent la oxigen sau azot.

Diferenţele structurale între glicozaminoglicani sunt determinate de:

— natura monozaharidelor ce constituie unitatea dizaharidică;

— configuraţia anomerică şi poziţia legăturii glicozidice ce se stabileşte în şi

între unităţile dizaharidice;

— numărul şi localizarea grupărilor sulfat.

Se cunosc şapte tipuri de glicozaminoglicani. a căror structură este

reprezentată în tabel. De remarcat că glicozaminoglicanii sunt polianioni,

rezultat al numărului mare de anioni carboxilat şi sulfat prezenţi în molecule,

caracteristică structurală esenţială care le determină implicarea funcţională.

Cu excepţia acidului hialuronic, care formează lanţuri heteropolizaharidice

solitare, ceilalţi glicozaminoglicani se asociază covalent cu proteine, formând

proteoglicani. În majoritatea cazurilor legătura între glicozaminoglicani şi

proteine este o legătură oxigen-glicozidică stabilită între serină şi xiloza

aparţinând unei unităţi dizaharidice de legătură (serină-xiloză-galactoză-

galactoză- (Monozaharid I - Monozaharid II)n . Uneori legătura cu proteina se

stabileşte între N-acetil-galactozamina şi serină, treonină sau asparagină.

Caracterul hidrofil puternic şi densitatea mare de sarcină negativă, care le

permite să lege cationi osmotic activi, fac ca proteoglicanii să lege mari cantităţi

de apă. Acest fapt, ca şi rigiditatea lanţurilor polizaharidice, exclude

posibilitatea formării unor structuri globulare compacte. Proteoglicanii ocupă ca

atare volume disproporţionat de mari fată de procentul de greutate pe care-l

reprezintă din masa proteinelor mediului extracelular. Organizarea aceasta

difuză şi hidratarea avansată a moleculelor, care formează geluri chiar la

concentraţii mici, uşurează migrarea moleculelor acuasolubile, în mediul

extracelular. Creşterea concentraţiei de acid hialuronic în timpul morfogenezei

şi reparării tisulare subliniază importanţa acestor atribute.

Acidul hialuronic, singurul GAG nesulfatat, este un polimer liniar cu masă

moleculară foarte mare (de ordinul milioanelor) constituit din acid glucuronic şi

N-acetil-glucozamină legate alternativ prin legături β-( 1.3)-glucuronidice şi β-

( l.4)-glucozaminice:

Se pare că. spre deosebire de ceilalţi glicozaminoglicani, acidul hialuronic nu

este legat covalent de o moleculă proteică. El poate forma însă arhitecturi

moleculare ,,gigant” prin asamblare cu proteoglicani conţinând cu precădere

condroitin sulfaţi. Calităţile structurale descrise, comportarea vâsco-elastică a

soluţiilor sale, î1 fac un bun lubrifiant şi absorbant al şocurilor, iar prezenţa sa în

cartilagii, umoarea vitroasă, lichidul sinovial. cordonul ombilical este justificată.

Legăturile glicozidice ale acidului hialuronic pot fi hidrolizate de către

hialuronidaza bacteriană, ceea ce duce la alterarea capacităţii de filtru selectiv a

substanţei fundamentale şi la expunerea ţesuturilor la invazia bacteriană.

Hialuronidaza este prezentă şi în ţesuturile animale ca şi în toxinele unor şerpi

şi insecte.

Condroitin sulfaţii sunt glicozaminoglicanii majori din proteoglicanii

cartilagiilor arterelor, corneei, constituiţi din unităţi de acid glucuronic şi N-

acetil-galactozamină legate β-(1,3)-glucuronidic şi β-(1,4)-ga1actozaminidic:

Reziduurile de N-acetil galactozamină sunt sulfatate în poziţiile 4 sau 6

(condroitin –4, respectiv 6-sulfaţi). Ca donor de grupări sulfat active

funcţionează 3-fosfo-adenozil-5-fosfosulfatul:

Numărul mare de sarcini negative din molecula condroitin sulfaţilor îi

consacră ca răşini schimbătoare de cationi, cu rol important în reglarea

homeostaziei matricei cartilajului şi în realizarea matricei osoase.

Proteoglicanii conţinând condroitin sulfaţi se asociază, prin intermediul unor

proteine de legare, cu acidul hialuronic, formând agregate supramoleculare de

dimensiuni foarte mari (circa 100 de molecule de proteoglicani/moleculă de acid

hialuronic), cu masă moleculară de ordinul sutelor de milioane:

Dermatan sulfatul este un constituent principal al ţesutului conjunctiv

dermic; mai este prezent în tendoane, valvele cardiace, peretele vascular.

Din punct de vedere structural, diferă de condroitin sulfaţi prin acidul uronic,

care în acest caz este reprezentat de acidul iduronic, epimerul Ia C5 al acidului

glucuronic:

Heparina este un glicozaminoglican având o serie de particularităţi

structurale din care decurg şi unele particularităţi funcţionale. Unităţile

dizaharidice manifestă o mare eterogenitate în privinţa componenţei acid

uronic, care poate fi acid glucuronic sau acid iduronic sulfatat, cât şi a

glicozaminei care poate fi N-sulfatată sau N-acetilată. Principala particularitate

structurală a heparinei o constituie cantitatea importantă de grupări sulfat legate

la azotul aminic (grupări N-sulfat). Sulfatarea glucozaminei este numai parţială,

50% din resturile de glucozamină fiind, totuşi, acetilate. Grupările O-sulfat sunt

localizate în general la C6 al glucozaminei şi C2 al acidului iduronic. O structură

posibilă a heparinei, cu o distribuţie arbitrar aleasă a resturilor sulfat şi a tipului

de acid uronic:

Spre deosebire de ceilalţi GAG, heparina nu este un component intracelular,

ea este sintetizată în mastocitele care bordează peretele arterial în ficat, piele şi

plămân.

Acţiunea anticoagulantă a heparinei s-ar explica prin abilitatea acesteia de a

accentua acţiunea de inhibare a trombinei, manifestată de antitrombina III.

Legarea heparinei la antitrombina III induce în molecula acesteia o tranziţie

alostenică ce favorizează legarea sa Ia trombină.

Heparina joacă un rol important şi în procesul de clarifiere a plasmei prin

acţiunea de eliberare în circulaţie a lipoproteinlipazei din pereţii capilarelor

(enzima are drept substrat chilomicronii şi lipoproteinele de densitate bane

joasă)).

Degradarea proteoglicanilor, ca şi cea a glicoproteinelor, constă în acţiunea

secvenţială a unor enzime hidrolitice: glucozidaze, proteaze, sulfataze,

deacetilaze.

Acumularea în ţesuturi şi excreţia în urină a unor produşi de degradare

incompletă a proteoglicanilor caracterizează un grup de maladii genetice, reunite

sub numele de mucopolizaharidoze, datorate unor deficite ale enzimelor

hidrolitice (lizozomale).