Sacharidy

Z WikiSkript

Sacharidy (tiež cukry, nesprávne označované aj ako uhľovodany a karbohydráty – nie sú technicky hydráty uhlíku) (latinsky saccharum, grécky sákcharon, cukor) sú základnou zložkou všetkých živých organizmov a súčasne najrozšírenejšou skupinou organických látok, pričom tvoria najväčší podiel organickej hmoty na Zemi. Živočíšne tkanivá a bunky ich obsahujú menej ako proteínov alebo lipidov (napr. telo človeka obsahuje asi 2 % sacharidov v sušine), zatiaľ čo rastliny ich obsahujú 85 až 90 % v sušine.

Poznanie štruktúry a vlastností fyziologicky významných sacharidov je nevyhnutné k porozumeniu ich úlohy v organizme človeka, kde sú cukry najvýznamnejším energetickým zdrojom buniek. Denný príjem sacharidov potravou je u ľudí 300–500 g, organizmus ich dostáva prevažne vo forme polysacharidov (~ 60 % škrob), disacharidov (~ 30 % sacharóza), zvyšok tvoria ostatné disacharidy a monosacharidy.

Biomedicínsky význam[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Sacharidy sú významným a najrýchlejšie utilizovateľným zdrojom energie.
  • Sú metabolické intermediáty pre syntetické pochody.
  • Sú súčasťou nukleotidov, RNA a DNA.
  • Tvoria štrukturálne elementy membrán nižších organizmov a vo forme komplexných liposacharidov a glykoproteínov či proteoglykánov sú súčasťou membrán a tkanív živočíchov a človeka.
  • Zohrávajú významnú úlohu vo vnútro- i medzibunkovej komunikácii a imunite.
  • Človek ich vie syntetizovať (s výnimkou vitaminu C) najmä z aminokyselín. Aj napriek tomu nízkosacharidová a vysoko proteinová či lipidová dieta vedie k strate dusíka, či metabolickej acidóze.

Zloženie a rozdelenie sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Po chemickej stránke sú sacharidy polyhydroxyaldehydy, polyhydroxyketóny a polyhydroxyalkoholy, ktoré rozdeľujeme na monosacharidy, oligosacharidy a polysacharidy.

  1. Monosacharidy – predstavujú najjednoduchšie cukry, ktoré sú aldehydovými alebo ketónovými derivátmi polyhydroxyalkoholov s nevetveným reťazcom. Obsahujú najmenej tri atómy uhlíka a maximálne deväť atómov uhlíka. Tieto látky nemôžu byť hydrolyzované na jednoduchšie sacharidy.
  2. Oligosacharidy obsahujú v molekule 2–10 monosacharidových jednotiek kovalentne viazaných O-glykozidovou väzbou. Sú dôležitou súčasťou zložitých lipidov a proteínov, kde ako glykolipidy, resp. glykoproteíny, plnia stavebnú, ale aj regulačnú funkciu.
  3. Polysacharidy (glykány), tvorené veľkým počtom kovalentne viazaných monosacharidových jednotiek, dosahujú molekulovú hmotnosť až niekoľko miliónov daltonov (Da). Sú aj základnou zložkou bunkových stien rastlín a baktérií (napr. celulóza, chytín), kde plnia podpornú funkciu. Škrob u rastlín a glykogén u živočíchov slúžia ako zásobné látky.

Štruktúra sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Otvorené Fischerove oxovzorce vystihujú typické reakcie karbonylovej skupiny monosacharidov, nemôžu však vysvetliť vznik tzv. hemiacetálov alebo hemiketálov a s tým spojený vznik glykozidovej väzby, ani jav nazývaný mutarotácia, ktorý je typický pre niektoré hexózy a pentózy.

Obr. 1 Vznik hemiacetálov a hemiketálov

Karbonylová skupina je veľmi reaktívna, a tak sa pri dostatočnej dĺžke uhlíkového reťazca (pentózy, hexózy) na ňu môže adovať hydroxylová skupina tej istej molekuly, t.j. intramolekulárne, a vytvorí cyklickú hemiacetálovú alebo hemiketálovú formu. Konfigurácia substituentov na každom uhlíku sacharidov v cyklickej forme sa výhodne zobrazuje Haworthovými konformačnými vzorcami.


Sacharidy so šesťčlenným kruhom, ktoré sú odvodené od pyránu, sa označujú ako pyranózy, (najjednoduchšej zlúčeniny obsahujúcej takýto kruh) pridaním prípony -óza. Podobne sacharidy s päťčlenným kruhom sú označovné ako furanózy podľa furánu. Cyklické formy glukózy a fruktózy sú teda glukopyranóza a fruktofuranóza. Z hľadiska valenčných uhlov sú furanózové kruhy menej stále ako pyranózové.

Pyranózy
Furanóza

Pyranózový kruh je šesťčlenný, a preto môže mať v priestore dve základné konformácie, stoličkovú a vaničkovú.

V prírode prevláda stoličková konformácia. Z konformačných štruktúr vyplýva, že β-izomér je stálejší, lebo má objemnejšiu –OH skupinu v ekvatoriálnej polohe. Preto v roztokoch obidva anoméry nie sú rovnako stále a α-anomér sa môže meniť na β-anomér. Cyklizáciou monosachridov sa vytvára nové centrum asymetrie na uhlíku C1. Výsledné dva diastereoizoméry sa označujú ako anoméry a hemiacetálový alebo hemiketálový uhlík ako anomérny.

Obr. 2 Konformácia pyranózového cyklu

V -anoméri je skupina –OH na anomérnom uhlíku v opačnej polohe (pod rovinou)vzhľadom k sacharidovému kruhu než skupina CH2OH chirálneho centra, určujúceho konfiguráciu Dalebo L- (u hexóz na C5). Druhý anomér je označovaný ako β-forma. Pre každú kruhovú formu existuje možnosť tvorby dvoch anomérov α- a β-, ktoré sú navzájom v rovnováhe. Každý z obidvoch anomérov D-glukózy, podobne ako u každej dvojice diastereoizomérov, má odlišné fyzikálne a chemické vlastnosti. Vzájomná premena tautomérnych foriem v roztoku do ustanovenia dynamickej rovnováhy medzi nimi sa označuje ako mutarotácia.

Mutarotacia.jpg


Reakcie sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Oxidácia sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Sacharidy, ktorých anomérny uhlíkový atóm nie je súčasťou glykozidovej väzby, sa nazývajú redukujúce sacharidy, pretože si zachovávajú schopnosť oxidovať sa na príslušnú kyselinu a redukovať mierne oxidačné činidlá. Najbežnejšou skúškou (dôkazom) na prítomnosť redukujúcich sacharidov je Fehlingova skúška (redukcia Cu2+ Fehlingovho roztoku). Prítomnosť aldehydovej skupiny u aldóz a primárnych hydroxylových skupín aldóz a ketóz umožňuje ich ďaľšiu oxidáciu. Chemickou alebo enzýmovou oxidáciou aldóz sa aldehydová skupina mení na karboxylovú a vznikajú tzv. aldónové kyseliny (napr. oxidáciou glukózy vzniká kyselina glukónová). Názov aldónových kyselín sacharidov je zložený zo slova kyselina a koncovky -ónová ku koreňu názvu príslušného sacharidu.

Uronove.jpg

Špecifickou oxidáciou primárnej (šiesty uhlík) alkoholovej skupiny aldóz vznikajú urónové kyseliny; názvy ktorých tvorí slovo kyselina a koncovka -urónová názvu príslušného sacharidu. Významnou zložkou polysacharidov sú kyseliny D-glukurónová, D-galakturónová a D-manurónová.

Kyselina glukurónová sa uplatňuje pri detoxikácii mnohých škodlivých látok v pečeni (viaže fenoly, alkoholy, kyselinu benzoovú a iné toxické látky, pričom vznikajú menej toxické glukuronidy) a ako zložka glykoproteínov (kyselina mukoitínsírová, kyselina chondroitínsírová). Kyselina galakturónová je zložka pektínu.

Tak aldónové, ako aj urónové kyseliny, majú silný sklon k intramolekulárnej esterifikácii, ktorá vedie k cyklizácii a vzniku príslušných laktónov. Kyselina askorbová (vitamin C)

Aldarove.jpg
je α-laktón, syntetizovaný rastlinami a

takmer všetkými živočíchmi (okrem primátov a morčaťa). Redukciou kyseliny glukurónovej vzniká kyselina gulónová, ktorá poskytuje gulónolaktón, medziprodukt pri biosyntéze kyseliny askorbovej. Súčasnou oxidáciou aldehydovej skupiny i primárnej alkoholovej skupiny vznikajú kyseliny aldárové (napr. kyselina glukárová).

Oxidačné reakcie glukózy

Oxidáciou aldehydovej skupiny na karboxylovú strácajú novovzniknuté zlúčeniny schopnosť tvorby cyklických (poloacetálových) foriem. Z uvedených oxidačných produktov monosacharidov preto zostáva zachovaná schopnosť tvorby poloacetálov iba u urónových kyselín.

Ketózy pôsobením silných oxidačných činidiel poskytujú hydroxydikarboxylové kyseliny s menším počtom uhlíkov, pretože sa pritom štiepi uhlíkový reťazec medzi prvým uhlíkom a uhlíkom ketoskupiny. Kyselina L-askorbová (dehydrolaktón ketokarboxylovej kyseliny L-gulónovej, vitamin C), sa môže oxidovať na biologicky inaktívnu kyselinu dehydroaskorbovú.


Redukcia sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Pôsobením miernych redukčných podmienok ale aj enzymaticky môžu byť aldózy i ketózy redukované na polyhydroxyalkoholy tzv. alkoholové cukry – alditoly. Ich názvy sa tvoria pridaním koncovky -tol ku koreňu názvu príslušnej aldózy. Pri oxidácii ketóz sa uhlík oxo-skupiny stáva asymetrickým, preto vzniká zmes dvoch alkoholových cukrov líšiacich sa polohou vodíka a –OH skupiny na tomto uhlíku (z D-fruktózy vzniká D-glucitol a D-manitol).


Deriváty sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Vznik glykozidov

Osobitnú skupinu éterov monosacharidov tvoria étery, ktoré vznikajú éterifikáciou na poloacetálovej hydroxylovej skupine (t.j. na C1 uhlíku aldóz a C2 uhlíku ketóz), za vzniku tzv.

glykozidov a ich väzba sa nazýva glykozidová väzba.
Glykozidy.jpg

Mnohé sacharidy sa v prírode nevyskytujú voľné, ale poloacetálová hydroxylová skupina môže byť nahradená organickou zložkou (napr. alkohol, fenol, steroly, terpenické alkoholy, hydroxyderiváty heterocyklov) a vznikajú heteroglykozidy. Ak poloacetálová hydroxylová skupina sacharidu kondenzuje s iným monosacharidom tvorí sa homoglykozid (glykán) typu α- a β-glykozidov.

Typ glykozidovej väzby je veľmi dôležitý, pretože enzýmy ju veľmi striktne rozlišujú. Glykozidy (glykys – grécky – sladký) nemajú voľný poloacetálový hydroxyl, a preto nemajú redukčné účinky. Podľa typu spojovacieho atómu ich rozdeľujeme na O-glykozidy, S-glykozidy (necukorný zvyšok je k molekule cukru viazaný cez atóm S) a N-glykozidy (patria sem nukleozidy – súčasť nukleových kyselín, ATP). Glykozidová väzba spájajúca monosacharidové jednotky polysacharidov je vlastne obdobou peptidovej väzby proteínov. Hydrolýza glykozidových väzieb je katalyzovaná enzýmami glykozidázami, resp. škrob a glykogén α-amylázou.


Vznik esterov

Hydroxylové skupiny v molekulách monosacharidov sa aj esterifikujú (napr. organickými

kyselinami, H3PO4, CH3COOH). Estery sacharidov s kyselinou sírovou sú súčasťou polysacharidov, najmä glykózaminoglykánov.
Estery.jpg

Biologicky najvýznamnejšie sú estery monosacharidov s kyselinou fosforečnou. Predstavujú aktivované formy sacharidov a sú dôležitými intermediátmi metabolických dráh, napr. glyceraldehyd-3-fosfát a dihydroxyacetónfosfát sa vyskytujú v metabolizme sacharidov v každej bunke. K ďalším významným esterom patrí napr. glukóza-1-fosfát (Glc-1-P) – Coriho ester, glukóza- 6-fosfát (Glc-6-P) – Robinsonov ester, fruktóza-6-fosfát (Fru-6-P) – Neubergov ester a v neposlednom rade i fruktóza-1,6-bisfosfát (Fru-1,6-PP) – Hardenov-Youngov ester.

Deoxysacharidy

Redukciou (deoxygenáciou) hydroxylovej skupiny monosacharidu vziká deoxysacharid. Biologicky najvýznamnejším predstaviteľom tejto

skupiny je D-2-deoxyribóza, cukorná zložka DNA.
Deoxysacharidy.jpg

V živej prírode sa ďalej vyskytujú 6-deoxysacharidy (nazývané aj metylpentózy), L-ramnóza (6-deoxy-Lmanóza) a L-fukóza (6-deoxy-L-galaktóza), ktoré sú dôležitými súčasťami bakteriálnych bunkových stien

a niektorých polysacharidov, predovšetkým proteoglykánov.
Deoxysacharidy2.jpg

Aminosacharidy

Nahradením jednej, alebo viacerých hydroxylových skupín aminoskupinou (–NH2), ktorá býva často acetylovaná vznikajú aminocukry resp. aminosacharidy. D-glukózamín (napr. v chitíne, niektorých antibiotikách) a D-galaktózamín (napr. v chondroitínsulfáte niektorých chrupaviek

a šliach) sú zložkami mnohých biologicky významných polysacharidov.
Aminosacharidy.jpg


Oligosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

V prírode sa okrem glukózy najčastejšie vyskytujú disacharidy a trisacharidy. Sú to bezfarebné, kryštalické a sladké látky, ktoré sú dobre rozpustné vo vode. Oligosacharidy sa v prírode vyskytujú predovšetkým ako zložky glykolipidov a glykoproteínov. Disacharidy, vznikajú z dvoch molekúl monosacharidov, spojených α- alebo β-glykozidovou väzbou. Kyslou hydrolýzou, či ezymaticky, sa štiepia za uvoľnenia príslušných monosacharidov. Neredukujúce sacharidy (sacharóza a trehalóza) vznikajú spojením monosacharidových jednotiek prostredníctvom polocetálových hydroxylov, a tým sa stráca možnosť oxidácie karbonylovej skupiny. Spojením poloacetálového hydroxylu jednej molekuly monosacharidu s niektorým alkoholovým hydroxylom druhého monosacharidu sa tvoria – tzv. redukujúce disacharidy (maltóza, celobióza, laktóza). Najznámejšie disacharidy sú uvedené nižšie.

Štruktúry dôležitých disacharidov

V prírode sa voľne vyskytujú len tri disacharidy: sacharóza, laktóza a trehalóza. Ostatné sa tvoria pri hydrolýze polysacharidov a heteroglykozidov.

Najrozšírenejším disacharidom je sacharóza – O-α-D-glukopyranozyl-(1→2)- β-Dfruktofuranozid (repný alebo trstinový cukor), zložená z α-D-glukopyranózy a β-D-fruktofuranózy, pričom O-glykozidová väzba (1→2) spája C1 na glukózovom zvyšku s C2 na fruktózovom zvyšku. Väzbou stráca redukčnú schopnosť, čo v jej systematickom názve označuje koncovka -id. Sacharóza sa nachádza vo všetkých rastlinných plodoch a rastlinných šťavách. Používa sa na sladenie potravín a nápojov a ako prísada do rôznych liekov. Hydrolýza (v kyslom prostredí) sacharózy na glukózu a fruktózu je sprevádzaná zmenou optickej otáčavosti z pravotočivej na ľavotočivú, ako dôsledok vplyvu silne ľavotočivej D-fruktózy. V dôsledku toho je niekedy hydrolyzát sacharózy označovaný ako invertný cukor. Hydrolýzu sacharózy možno uskutočniť nielen kyselinami, ale i enzymaticky (sacharázou).


Polysacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Polysacharidy, označované ako glykány sú zložené z monosacharidov (viac ako 10) viazaných glykozidovými väzbami. Podľa štruktúry ich rozdeľujeme na homopolysacharidy (napr. škrob, glykogén, celulóza, fruktán, inulín) a heteropolysacharidy (napr. hemicelulózy, živice, slizy) na základe toho, či sú zložené z jedného alebo viacerých typov monosacharidov. Hoci sekvencia monosacharidov v heteropolysacharidoch môže byť premenlivá, obvykle sú polysacharidy zložené iba z niekoľko málo typov monosacharidov, ktoré sú viazané v opakovanej sekvencii. Polysacharidy vytvárajú tak lineárne ako aj rozvetvené polyméry, pretože glykozidová väzba môže vychádzať z ktorejkoľvek hydroxylovej skupiny.

Podľa biologickej funkcie rozlišujeme stavebné (napr. celulóza, chitín) a zásobné polysacharidy (napr. glykogén, škrob, inulín).

Podľa výskytu môžeme rozdeliť polysacharidy na zoopolysacharidy (napr. glykogén, chitín), fytopolysacharidy (napr. celulóza, pektínové látky) a polysacharidy mikroorganizmov (dextrány).


Metabolizmus sacharidov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zjednodušený prehľad degradácie sacharidov

Sacharidy sa dostávajú do tela v potrave. Slúžia ako nutný zdroj energie, alebo sú tiež zdrojom na biosyntézu ďalších necukorných zlúčenín. Väčšina tkanív živého organizmu má aspoň minimálnu spotrebu glukózy. Nevyhnutná je potreba glukózy v mozgu a v erytrocytoch.

Glukóza[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroje glukózy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Glukóza je najdôležitejším monosacharidom, ktorý sa podieľa na metabolizme buniek. Využíva sa jednak ako zdroj energie, a tiež ako východisková látka pre syntézu glykogénu a iných metabolitov. Na nasledujúcom obrázku sú zdroje glukózy.

Obr. 6 Zdroje glukózy

Glukóza v krvi[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Výnimočnosť glukózy ako energetického substrátu spočíva v tom, že glukóza:

  1. je jedinou látkou, z ktorej je možné získať energiu aj pri nedostatku kyslíka (hypoxia) a bez

mitochondrií; práve z dôvodu absencie mitochondrií sú na glukóze závislé erytrocyty;

  1. je výlučným zdrojom acetylCoA, ako substrátu pre citrátový cyklus, pre niektoré tkanivá, napr.

CNS;

  1. nemôže byť syntetizovaná z mastných kyselín vzhľadom na nevratnosť pyruvátdehydrogenázovej

reakcie. Naopak, ak je glukózy nadbytok, môžu z nej byť syntetizované mastné kyseliny a následne aj triacylglyceroly (TAG).

Z vyššie uvedených dôvodov je nevyhnutné, aby bola v organizme udržiavaná stála koncentrácia glukózy v krvi – glykémia.

Stanovenie koncentrácie glukózy v krvi, tj. glykémie, patrí k najbežnejším vyšetreniam v klinicko-biochemickom laboratóriu. Priemerná koncentrácia glukózy v krvi zdravých ľudí nalačno je 3,6–6,1 mmol/l. Zvýšené hodnoty môžu upozorniť na možnosť diabetes mellitus, acidózy, infekcie, akútneho zápalu, otravu CO atď. Znížené hodnoty môžu byť prejavom hladovania, glykogenóz, otravy

arzénom, fosforom atď.
Hodnoty.jpg

Vybrané metódy vyšetrenia glukózového metabolizmu[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • Stanovenie glykémie
  • Stanovenie glykozúrie
  • Orálny glukózový tolerančný test
  • Stanovenie glykovaného hemoglobínu


Glykogén[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zjednodušená schéma metabolizmu glykogénu

Glykogén predstavuje zásobnú formu sacharidov pre živočíchy a človeka. Syntetizuje sa z glukózy, ktorá bola prijatá potravou v čase, keď táto nebola potrebná ako zdroj energie. Ak sa hladina krvnej glukózy zníži, z glykogénu sa uvoľní glukóza do krvi. Celý komplex reakcií syntézy glykogénu a rozkladu glykogénu je katalyzovaný a regulovaný enzýmami metabolizmu glukózy, syntézy glykogénu a rozkladu glykogénu. Aktivity týchto enzýmov sú zase riadené hormónmi – adrenalínom, glukagónom, inzulínom a alosterickými efektormi, ako sú ATP, AMP, Glc-6-P a glukóza. Porovnanie metabolizmu a funkcie glykogénu v pečeni a vo svale je na nasledujúcich obrázkoch.

Pecensval.jpg

Poruchy metabolizmu glykogénu sú spôsobené geneticky daným nedostatkom niektorých enzýmov, ktoré sa podieľajú na tomto metabolizme. Za patologických podmienok sa môže glykogén nadmerne ukladať v tkanivách (v pečeni, srdci a vo svaloch), čím sa narušuje ich funkcia. Takéto ochorenia sa nazývajú glykogenózy. Najzávažnejšie sú formy, pri ktorých je postihnutý srdcový sval.


Glykoproteíny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Rozdelenie glykoproteínov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Glykoproteíny Typ väzby Typ Proteínový obsah
N-glykozidy -Asn-GluNAc-Man-… krvnej plazmy 25–98%
O-glykozidy -Ser-Xyl-Gal-Gal-…uronáty (O-SO3) proteoglykánov ~ 11%
-Ser(Thr)-GalNAc-Gal-… mucínu, krvnej plazmy 25–40%
-Hyl-Gal-Glc-… kolagému 89–99%

Syntéza, transport a funkcie glykoproteínov[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Prvé štádium biosyntézy oligosacharidov sa uskutočňuje v cytosole a kompletizuje sa v lúmene endoplazmatického retikula po flipe dolichol-P s naviazaným oligosacharidom. Molekula dolicholu je lokalizovaná v membráne ER.

Obr. 8 Biosyntéza N-viazaných oligosacharidov na dolichol-fosfáte

Transport a funkcie glykoproteínov:

  1. lyzozómy (obr. 9) – hydrolázy
  2. cytoplazmatická membrána – receptory, antigénne determinanty, enzýmy, štruktúrna a ochranná funkcia
  3. extracelulárny priestor (exocytózou) – transportné glykoproteíny, enzýmy
Obr. 9 Transport N-viazaných glykoproteínov z ER cez GA do lyzozómov

Klinicky významné sacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Glukóza

Vyšetrenie hladiny glukózy v krvi patrí v medicínskej praxi nielen medzi najčastejšie vyšetrenia sacharidov, ale glukóza je aj jeden z najfrekventovanejšie vyšetrovaných analytov vôbec. Vypovedá o aktuálnom stave a správnej regulácii sacharidového metabolizmu.

Najčastejšou chorobou súvisiacou s porušením regulácie metabolizmu glukózy je diabetes mellitus. Príčinou porušeného metabolizmu glukózy je pri diabete nedostatočné množstvo inzulínu na presun glukózy z krvi do buniek (1. nízka alebo žiadna sekrécia inzulínu pankreasom, 2. dostatok inzulínu, ale porucha inzulínových receptorov). To má za následok:

  • dlhotrvajúce zvýšené hladiny glukózy v krvi a s tým spojenú:
    • nežiaducu glykozyláciu proteínov a hemoglobínu spojenú s poškodením orgánov (sietnica, obličky, nervy, cievy atď)
    • glykozúriu (pri prekročení koncentrácie glukózy v krvi nad 10 mmol/l spätná resorpcia

glukózy v proximálnom tubule nepostačuje). Keďže glukóza je osmoticky aktívna, jej prestup do moča spôsobuje nadmerné močenie a dehydratáciu.

  • nedostatočný prísun glukózy do buniek s následným náhradným využívaním tukov ako hlavného

zdroja energie. Zvýšená oxidácia mastných kyselín má za následok nadmernú tvorbu ketolátok (acetón, kyselina acetoctová, kyselina β-hydroxymaslová) spojenú s poklesom pH krvi – ketoacidózu.

Okrem diabetes mellitus sa vyšetrenie hladiny glukózy v krvi využíva aj pri diagnostike mnohých ďalších patologických stavov, ktoré sú spojené so zmenou sacharidového (energetického) metabolizmu (napr. ochorenia pečene, hormonálne poruchy, niektoré nádory, vrodené metabolické poruchy, otravy).

Ostatné monosacharidy

Defekty najrôznejších enzýmov sacharidového metabolizmu vedú k vrodeným ochoreniam. Sú autozomálne recesívne (t.j. stačí jedna funkčná alela pre zachovanie funkčnosti enzýmu) a nie sú časté. Patofyziológiu vzniku týchto ochorení je možné odvodiť zo znalostí biochémie.


Fruktóza Poruchy metabolizmu fruktózy môžu mať rôznu medicínsku závažnosť. Popísané sú nasledovné enzýmové defekty, ktoré sa dedia autozomálne recesívne:

  • chýbanie fruktokinázy – esenciálna fruktozúria, pri ktorej sa po požití fruktózy objaví jej zvýšené

vylučovanie močom. Nemá iné prejavy.

  • chýbanie fruktózo-1-fosfátaldolázy – vrodená intolerancia fruktózy, spojená s hromadením Fru-

1-P. Po podaní fruktózy (aj vo forme sacharózy) výrazne stúpa v krvi, dochádza k závažnej hypoglykémii (môžu ju sprevádzať aj kŕče a kóma). Neliečená má vážne dôsledky na centrálny nervový systém a môže končiť smrťou. Osoby s touto poruchou nesmú konzumovať nič s obsahom fruktózy (sacharóza, ovocie, med atď).

  • chýbanie fruktóza-1,6-bisfosfatázy – sa prejaví po podaní fruktózy hypoglykémiou a laktátovou

acidózou. Porušená je premena Fru-1,6-bisP na Fru-6-P, čím sa blokuje glukoneogenéza.


Galaktóza

Galaktóza je po resorpcii využívaná na syntézu rôznych látok (glykoproteíny, glykolipidy, proteoglykány, laktóza) alebo sa premieňa na glukózu. Patologické stavy, pri ktorých je táto premena narušená a galaktóza alebo niektorý z medziproduktov metabolizmu galaktózy sa hromadí v tele, narastá ich koncentrácia v krvi a prestupujú do moča, sa nazývajú galaktozémie. Galaktozémie sú enzýmové defekty s autozómovo recesívnou dedičnosťou. Porušená môže byť funkcia nasledovných enzýmov:

  • galaktokinázy – galaktóza nie je fosforylovaná na Gal-1-P a hromadí sa v krvi. Už za niekoľko

mesiacov po narodení spôsobuje vážne poškodenie zraku – kataraktu. Pri skorej diagnostike a vylúčení galaktózy (aj materského mlieka) z potravy sa poškodeniu dá predísť.

  • galaktóza-1-fosfát-uridyltransferázy – nedochádza k premene Gal-1-P + UDP-Glu na Glu-1-P +

UDP-Gal. Následkom je akumulácia Gal-1-P, galaktózy a galaktitolu v rôznych orgánoch (oko, pečeň, obličky, srdce, mozog, črevo) a v erytrocytoch, čo je spojené s ich poškodením. Ak sa mlieko nevylúči z potravy čo najskôr, prejaví sa porucha tohto enzýmu pri miernej forme hnačkou a žltačkou, pri ťažkých formách vážnou hypoglykémiou, hnačkami, mentálnou retardáciou, oslepnutím, metabolickým rozvratom, ťažkým poškodením pečene až smrťou.

  • 4-epimerázy – porucha tohto enzýmu má oproti predchádzajúcim poruchám klinický prejav

benígny. Spojená je s mierne zvýšenou hladinou galaktózy v krvi. Narušená je spätná premena UDP-Gal na UDP-Glu.


Disacharidy

Disacharidy z potravy sa za normálnych podmienok v čreve štiepia na vstrebateľné monosacharidy. Toto štiepenie majú za úlohu disacharidázy nachádzajúce sa v enterocytoch – laktáza, maltáza, izomaltáza, sacharáza. Zníženie ich aktivity sa dedí autozómovo recesívne a počet aj aktivita narušených enzýmov môže varírovať. Buď chýbajú všetky disacharidázy a je potrebné disacharidy úplne vylúčiť z potravy, alebo je defekt izolovaný a z potravy má byť vynechaný len niektorý disacharid. Klinickým prejavom chýbania disacharidáz bývajú osmotické hnačky, brušný dyskomfort (nadúvanie, bolesti) a u detí neprospievanie.


Glykogén

Glykogenózy – poruchy metabolizmu glykogénu sú opäť enzymatické poruchy, ktoré sa dedia autozómovo recesívne. Podľa toho, či je kvôli poruche syntézy alebo degradácie glykogénu výsledkom poškodenie len jedného orgánu alebo viacerých orgánov, sa delia na formy orgánové a generalizované. Postupným objavovaním sa počet glykogenóz zvyšuje. V tabuľke 3.2 je prehľad najznámejších typov glykogenóz a ich základná charakteristika.


Neenzymatická glykácia proteínov

Glukóza je schopná do určitej miery sa neenzymaticky viazať na voľné aminoskupiny lyzínu za vzniku Schiffovej bázy. Týmto spôsobom je napr. glykovaných < 6 % hemoglobímu. Tento proces je reverzibilný a % glykácie je priamo úmerné hladinám glykémie približne za posledný mesiac. Preto sa u diabetikov stanovuje % glykovaného hemoglobínu na posúdenie kvality ich dlhodobej kompenzácie.

Dôsledky neenzýmovej glykácie proteínov sú napr. inaktivácia enzýmov, inhibícia tvorby regulačných molekúl, zosieťovanie glykoproteínov, znížená citlivosť k proteolýze, abnormality vo funkcii.

Tabuľka 1 Poruchy metabolizmu glykogénu

Typ Chýbajúci enzým Lokalizácia defektu Klinika Liečba
0 aglykogenóza Glykogénsyntáza Pečeň Hypoglykémie, mentálna retardácia Proteínová diéta
I Von Gierke Glukózo-6-fosfatáza Pečeň, obličky, tenké črevo, leukocyty (Leu), trombocyty (Tr) Zväčšenie pečene a obličiek, hypoglykémie, metabolické rozvraty, neprospievanie, zmenená distribúcia tuku na bruchu a tvári („tvár bábiky“) Častý prívod sacharidov (okrem galaktózy a fruktózy), obmedziť prívod tukov, proteínová diéta
II Pompe Lyzozomálna α-1,4-glukozidáza, α-1,6-glukozidáza Všetky bunky Psychomotorická retardácia, ochabnutosť, zväčšenie srdca, skoré úmrtia Megadávky vitaminu A, suplementácia glukozidáz, transplantácia kostnej drene
III Forbes Amylo-1,6-glukozidáza Pečeň, svaly, srdce, erytrocyty (Ery), Leu Mierne zväčšenie pečene a srdca, postihnutie svalov. Časté kŕmenie, proteínová diéta
IV Andersen 1,4-α-glukán-6-α-glukozyltransferáza Pečeň, srdce, svaly, Leu Zväčšenie pečene a sleziny, ochabnutosť, smrť na zlyhanie pečene a srdca Transplantácia pečene
V McArdle Fosforyláza Svaly Slabosť, únava, zášklby, kŕče, rozpad svalov – rhabdomyolýza Konzumácia glukózy a fruktózy, obmedziť námahu
VI Hers Fosforyláza Pečeň Zväčšenie pečene Časté kŕmenie, proteínová diéta
VII Tarui Fosfoglukomutáza Svaly, niekedy pečeň Slabosť Podľa symptómov
VIII Fosfohexózoizomeráza Pečeň? Mozog? Zväčšenie pečene, poškodenie CNS, „príznak tancujúcich očí“ (nystagmus), tras, poruchy svalového napätia, smrť Zatiaľ ţiadna
IX Fosforylázokináza IXa – pečeň, IXc – pečeň, svaly, IXb pečeň – Xviaz. dedičnosť Zväčšenie pečene a sleziny, mierne postihnutie svalov, s vekom sa stav normalizuje Nepotrebná
X cAMP-dependentná kináza Pečeň, svaly Zväčšenie pečene, bolesti svalov, kŕče Neznáma
XI Fosfoglukomutáza Pečeň, obličky Zväčšenie pečene, porucha funkcie obličiek, porucha rastu Podávanie fosfátov

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Použitá literatura[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]