S ACHARIDY – STRUKTURA, ROZDĚLENÍ, VLASTNOSTI Mgr. Jaroslav Najbert

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.38 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Přírodní látky Zhotoveno Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní v předmětu biochemie, který integruje vzdělávací obory biologie a chemie. Je zaměřen na strukturu, vlastnosti a rozdělení sacharidů. Předpokládá zvládnutí učiva reakčních mechanismů vzdělávacího oboru chemie.

Sacharidy – obecná charakteristika Sacharidy – přírodní látky - polyhydroxy oxo deriváty. Obsahují více hydroxylových skupin a oxo skupinu v podobě aldehydu nebo ketonu. Rozšířené v rostlinné i živočišné říši. Mají zásobní, stavební a ochrannou funkci. Názvosloví– český ekvivalent glycidy, cukry. Názvy karbohydráty, uhlohydráty a uhlovodany nesprávné. Systematické názvosloví obtížné, používány triviální názvy. Rozpustné ve vodě, vzhledem k přítomnosti OH skupin chutnají sladce

Sacharidy - rozdělení Podle oxo skupiny aldosa ketosa

Sacharidy - rozdělení Podle počtu atomů uhlíku – triosy, tetrosy, pentosy, hexosy... pentosahexosa

Sacharidy - rozdělení Podle počtu atomů uhlíku v cyklu furanosapyranosa

Sacharidy - rozdělení Podle typu struktury – orientace OH skupiny na asymetrickém uhlíku D - glyceraldehydL - glyceraldehyd Většina monosacharidů patří mezi D - sacharidy ** * * * * D - glukosa

Sacharidy - rozdělení Podle redukčních vlastností – redukující a neredukující Podle chemického složení jednoduché složené monosacharidy oligosacharidy polysacharidy glykolipidy glykoproteiny aminopolysacharidy

Typy vzorců sacharidů FischerůvTollensůvHaworthův acyklický acyklický s naznačením cyklické struktury cyklický, vznik vnitřní poloacetalizací, v přírodě nejčastější

Fyzikální vlastnosti sacharidů stáčí rovinu polarizovaného světla – přítomnost asymetrického uhlíku – ve vzorci označován hvězdičkou – uhlík se čtyřmi různými substituenty * *

Optická izomerie (chiralita) Asymetrický uhlík podmiňuje vznik optické izomerie – dvě sloučeniny, které jsou svými zrcadlovými obrazy (optické antipody, enantiomery) Antipody stáčejí rovinu polarizovaného světla o stejný úhel, ale s opačným znaménkem – směs antipodů v poměru 1:1 (racemická směs) rovinu polarizovaného světla nestáčí.

Chemické vlastnosti – tvorba vnitřních poloacetalů D-glukosa

Chemické vlastnosti – tvorba vnitřních poloacetalů D-fruktosa

Chemické vlastnosti – redukující cukry V důsledku rozložení elektronové hustoty má OH skupina na prvním atomu C (poloacetalová) odlišné vlastnosti – je nositelem redukčních vlastností – umožňuje analytický důkaz cukrů

Chemické vlastnosti – analytické reakce cukrů Reakce s Fehlingovým činidlem Molischova reakce Seliwanova reakce Reakce s Tollensovým činidlem Thymolová reakce Nitrochromová reakce Důkaz jodem Anthronová reakce

Chemické vlastnosti – esterifikace Esterifikaci mohou poskytovat všechny hydroxyly, nejdůležitější je na uhlících 1, 6 – při glykolytickém odbourávání Fruktosa -1, 6-bis-fosfát

Chemické vlastnosti – esterifikace na uhlících 3, 5 – při tvorbě základní kostry nukleových kyselin Ribosa-3-fosfátRibosa-5-fosfát

Chemické vlastnosti – glykosidická vazba Náhradou vodíku nebo celé poloacetalové OH skupiny vznikají glykosidy. Orientace OH skupiny je obvykle β. O-glykosidy – vodík nahrazen alkoholem, fenolem, sterolem, terpenickým alkoholem N-glykosidy – vodík nahrazen heterocyklickou bází – vznikají nukleosidy nukleových kyselin

Chemické vlastnosti – vznik oligo a polysacharidů Vznikají spojením dvou, respektive více molekul monosacharidu za odštěpení jedné, respektive více molekul vody. Redukující oligo a polysacharid – alespoň jeden poloacetalový hydroxyl zachován (C 6 H 12 O 6 ) n (C 6 H 10 O 5 ) n +n-1 (H 2 O)

Chemické vlastnosti – vznik oligo a polysacharidů Neredukující oligo a polysacharid – oba dva poloacetalové hydroxyly reakcí zanikají

Chemické vlastnosti – cukerné alkoholy Redukcí oxoskupiny vznikají cukerné alkoholy – sladkost ovoce D-glucitol (sorbitol)

Chemické vlastnosti – alduronové kyseliny Oxidací primární hydroxy skupiny při zachování oxo skupiny vznikají alduronové kyseliny – stavební jednotky polysacharidů kyselina - D – glukuronová

Pentosy – D-ribosa Základní složka ribonukleových kyselin, derivát 2-deoxy-D-ribosa složka deoxyribonukleových kyselin. Stabilnější jako furanosa

Pentosy – D-ribulosa Ve formě difosforečného esteru je meziproduktem fotosyntézy

Pentosy – L-arabinosa ZSJ glykosidů, hemicelulos, bakteriálních polysacharidů a rostlinných klovatin

Pentosy – D-xylosa ZSJ polysacharidů, hemicelulos, rostlinných klovatin

Hexosy – D-glukosa Dextrosa, hroznový cukr – nejrozšířenější – zásobní cukr, ZSJ polysacharidů, oligosacharidů a glykosidů, surovina pro výrobu etanolu, glycerolu, butandiolu, kyseliny octové, citronové, mléčné Vzniká z ní glukosamin (chitin) a glucitol (sorbit – v plodech). Důležitá hladina krevní glukosy

Hexosy – D a L-galaktosa ZSJ glykosidů, gangliosidů, cerebrosidů, krevních polysacharidů, hemicelulos, oligosacharidů, chondrosaminů

Hexosy – D-fruktosa Ovocný cukr - ve formě furanosy. Nejsladší. Med, plody rostlin, oligo a polysacharidy

Hexosy – L-sorbosa V jeřabinách – meziprodukt při výrobě kyseliny askorbové – vitamín C

Heptosy – D-sedoheptulosa Meziprodukt fotosyntézy a vzájemné přeměny sacharidů v pentosovém cyklu

Oligosacharidy – maltosa 4-(α-D-glukopyranosyl)-D-glukopyranosa Cukr sladový – produkt enzymatického rozkladu škrobu, jeho hydrolýzou vzniká glukosa – kvasné procesy

Oligosacharidy – laktosa 4-(β-D-galaktopyranosyl)-D-glukopyranosa Cukr mléčný – mléko savců – až 6 %. Štěpena enzymem laktáza. Nejvyšší produkce v kojeneckém věku. Při poruše syntézy vzniká Nesnášenlivost mléčného cukru.

Oligosacharidy – sacharosa 1-(α-D-glukopyranosyl)-β-D-fruktofuranosid Cukr řepný, třtinový – nejrozšířenější. Hydrolýzou vznik invertního cukru – směs forem glukosy a fruktosy. Sirop, melasa.

Stavební polysacharidy – celulosa β – 1,4 – D – glukan (glukosa), řetězce obsahují 500 jednotek glukosy, 100 řetězců tvoří mikrovlákno. V přírodě nejhojnější, doprovázena hemicelulosami a ligninem – po jejich odstranění dostaneme buničinu nebo bavlnu = čistá celulosa Použití – dřevařský průmysl, papírenství, stavebnictví, topení, textilní průmysl Se sirouhlíkem vznik viskózového hedvábí a celofánu S kyselinou octovou acetátové hedvábí S kyselinou dusičnou nitrát celulosy – výbušniny, celuloid, nitrolaky Hemicelulosy – doprovázejí celulosu – rostliny, bakterie, ! Živočichové. 100 jednotek – xylosa, glukosa, manosy, galaktosa, arabinosa....

Stavební polysacharidy – chitin β – 1,4 – glukosamin Složka kutikuly hmyzu, krunýře korýšů, buněčné stěny hub

Stavební polysacharidy – pektiny a alginové kyseliny Výplň mezibuněčných prostor rostlin – nezralé plody – želatinační schopnosti, kyselá chuť. OH skupiny obvykle esterifikovány Alginové kyseliny – stabilizátory v potravinářství a kosmetice – E-400

Stavební polysacharidy – agar, karagen β – 1,4 a α – 1,3 galaktan, často esterifikace kyselinou sírovou Buněčné stěny řas – želatina – potravinářství (čokoláda…), kosmetika (pasty na zuby…),mikrobiologie.

Zásobní polysacharidy – glykogen Zásobní látka živočichů – 10 6 glukosových jednotek. Jodem se nebarví. Ve svalech a játrech α(1,4)–glykosidická vazba, po 8-12 jednotkách se však ještě nachází větvení pomocí vazby α(1,6)–glykosidické.

Zásobní polysacharidy – škrob Zásobní látka rostlin – nejvýznamnější. Tvořen amylopektinem a amylosou, vazba α – 1,4. Amylosa – glukozových jednotek, jodem barvena modře. Nevětvená molekula. Amylopektin glukozových jednotek, jodem barven červenohnědě až fialově. Větvená molekula

Zásobní polysacharidy – inulin α – 1,2 – D – fruktofuran Zásobní látka čeledi asterace Neštěpí se amylázou > živočišný organismus ho neumí využít, chová jako rozpustná vláknina. Bakteriální enzymy ho rozštěpit dokážou, je zdrojem energie pro symbiotické střevní bakterie, má prebiotický efekt.

Složené polysacharidy Aminopolysacharidy (mukopolysacharidy) – součást pojivových tkání a hlenovitého sekretu na povrchu sliznic. Kyselina hyaluronová Chondroitinsulfáty Keratansulfát Heparin Glykolipidy – účast na buněčném rozpoznávání, antigenní reakce Gangliosidy Cerebrosidy

Složené polysacharidy Glykoproteiny – účastní se na buněčném rozpoznávání jako specifické receptory. Nachází se na povrchu všech eukaryotických buněk, zodpovídají za antigenní odpovědi nebo srážlivost krve – aglutinogeny. Dále součástí mucinů a ve formě proteoglykanů složkou extracelulární hmoty. N-glykoproteiny O-glykoproteiny

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1. PACÁK, Josef. Stručné základy organické chemie. 1. vydání. Praha: SNTL-Nakladatelství technické literatury, Řada chem. literatury. 2. JAN MUSIL. Biochemie v obrazech a schématech. II., zcela přepracované vydání. Praha: Avicenum, Fotografie z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit 4. MURRAY, Robert K. Harperova biochemie. 23. vyd. Jinočany: H H, 2002, ix, [3], 872 s. ISBN Glykoproteiny. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, [cit ]. Dostupné z: