Sacharidy

Vznik sacharidů v přírodě - fotosyntéza 6 CO2 + 12 H2O  C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O

Význam sacharidů rostliny - stavební fce (celulosa), zásobní látky (škrob) živočichové – hlavní zdroj energie (štěpení na CO2 a H2O), zásobní látky (glykogen), stavební funkce (glykoproteiny, glykolipidy), součást nukleových kyselin (D-riboza)

Rozdělení sacharidů jednoduché – monosacharidy složité – 2 a více molekul monosacharidů (stejné nebo různé) oligosacharidy – 2 – 10 jednotek (disacharidy, trisacharidy..) polysacharidy – více než 10 jednotek

Monosacharidy

Monosacharidy hydroxyaldehydy nebo hydroxyketony – podle char. skupin je rozdělujeme na Aldosy Ketosy podle počtu uhlíků v řetězci rozlišujeme triosy, tetrosy .. heptosy – jednotlivé mají triviální názvy výsledný název je spojením obou předchozích – např. aldopentosa, ketohexosa…

Struktura monosacharidů Triosy – glyceraldehyd, dihydroxyaceton Chirální centrum – chirální (asymetrický) uhlík  optická izomerie, optická aktivita 2 izomerní formy - optické antipody (enantiomery), jejich směs - racemát glyceraldehyd dihydroxyaceton

Genetické řady monosacharidů L-glyceraldehyd D-glyceraldehyd Fischerovy vzorce – nevyznačují se atomy uhlíku

Významné monosacharidy – Fischerovy vzorce Aldosy Aldopentosy D-ribosa 2-deoxy-D-ribosa Aldohexosy D-glukosa D-mannosa D-galaktosa ribosa 2-deoxy-ribosa glukosa mannosa galaktosa

Ketosy Ketohexosy D-fruktosa

Cyklická forma monosacharidů aldehyd alkohol poloacetal furan pyran furanosa pyranosa

Tollensovy vzorce OH α-D-glukopyranosa β-D-glukopyranosa Původní karbonylový uhlík se stává chirálním. Jeho chiralitu vyjadřuje poloha poloacetalové hydroxylové skupiny – poloha α nebo β

Haworthovy vzorce D-glukosa α-D-glukopyranosa α-D-glukopyranosa Převodem monosacharidu na cyklickou formu vznikají dva izomery - anomery

Přepis Fisherových vzorců do Haworthových Pod rovinu přepisujeme ty skupiny, které byly vpravo, a nad rovinu ty, co byly vlevo

Přepis ketohexos D-fruktosa α-D-fruktofuranosa

Procvičení α-D-glukosa  α-D-glukopyranosa β-D-altrosa  β-D-altropyranosa α-D-allosa  α-D-allopyranosa

Procvičení α-D-allosa  α-D-allofuranosa α-D-glukosa  α-D-glukofuranosa β-D-altrosa  β-D-altrofuranosa

Procvičení α-D-fruktosa  α-D-fruktofuranosa α-D-gulosa  α-D-gulofuranosa β-D-sorbosa  β-D-sorbofuranosa

Zjednodušené Haworthovy vzorce Vodíkové atomy se nepíší, hydroxylové skupiny se znázorňují čárkou α-D-glukopyranosa α-D-fruktofuranosa Židličková konformace

Chemické vlastnosti monosacharidů krystalické látky dobře rozp. ve vodě, zahříváním tají, sladká chuť cyklické formy – důkaz reakcí s Schiffovým činidlem (důkaz aldehydické skupiny – červenofialové zbarvení) reakce s Fehlingovým činidlem

Chemické vlastnosti monosacharidů oxidačně-redukční reakce (aldosy) - produktem oxidace je karboxylová kyselina, produktem redukce je cukerný alkohol.

Chemické vlastnosti monosacharidů Esterifikace - hydroxylové skupiny reagují s kyselinami za vzniku esterů. Přednostně se esterifikuje poloacetalová a primární –OH skupina

Chemické vlastnosti monosacharidů glykosidy - cyklické formy monosacharidů reagují poloacetalovou skupinou s alkoholy. Při reakci se uvolňuje voda a vzniká glykosidická vazba

Vazba α(14) Vazba β(14)

Chemické vlastnosti monosacharidů kvašení – působením mikroorganismů (kvasinky aj.) ethanolové kvašení C6H12O6  2 CH3CH2OH + 2 CO2 mléčné kvašení – produktem je kyselina mléčná

Významné monosacharidy Glyceraldehyd, dihydroxyaceton Intermediáty metabolických reakcí, vůči sobě jsou strukturními izomery Ribosa Součást RNA Deoxyribosa (2-deoxy-D-ribosa) Součást DNA

Významné monosacharidy Fruktosa (ovocný cukr) Nejsladší, v medu a ovoci, součást sacharosy, významný intermediát metabolických cyklů (její aktivovaná forma), velmi rychle stravitelná Levotočivá – syn. Levulosa Galaktosa Součást laktosy a krevních cukrů, často v glykoproteinech L-galaktosa v agaru

Významné monosacharidy Glukosa (hroznový cukr) V rostlinných šťávách, medu, krvi živočichů, součást polysacharidů (celulosa, škrob…) Lehce stravitelná – snadno přechází do krve (umělá výživa v medicíně) – zdroje energie V krvi má stálou hladinu, kterou zvyšuje přísun potravy (glykemický index potravin) V metabolismu se „spaluje“ nebo ukládá jako glykogen a tuk.

Oligosacharidy

Disacharidy Neredukující sacharidy glykosidická vazba mezi atomem C1 jedné molekuly monosacharidu a C1 druhé aldosy nebo C2 ketosy. Neposkytují reakci s Fehlingovým činidlem (neredukují ho). Redukující sacharidy glykosidická vazba mezi poloacetalovým a alkoholovým hydroxylem. Disacharid redukuje Fehlingovo činidlo. sacharosa maltosa

Významné disacharidy Sacharosa (řepný, třtinový cukr) neredukující disacharid, vazba , (12), pravotočivá nejčastější sladidlo, výroba z cukrové řepy, třtiny roztok melasa – krmivo, sladidlo invertní cukr – hydrolyzát, levotočivý, hůř karamelizuje – sladidlo do sirupů enzymatický hydrolyzát – med (v žaludku včel) Je důležitým metabolickým produktem všech zelených rostlin, kde slouží jako transportní rozpustný sacharid; živočichové ji nesyntetizují. Ve vyšší koncentraci inhibuje růst mikroorganismů – konzervace marmelád apod.

Významné disacharidy Maltosa (sladový cukr) redukující disacharid, 2 jednotky glukosy základní stavební jednota škrobu a glykogenu. Vyrábí se enzymovou hydrolysou škrobu; při výrobě piva tvoří podstatnou složku mladiny. Výživný přídavek v potravinářském a farmaceutickém průmyslu (je mnohem méně sladká než glukosa při stejné výživové hodnotě). Častá složka mikrobiologických živných medií. Laktosa (mléčný cukr) redukující disacharid, galaktosa a glukosa laktosová intolerance – nefunkční enzym hydrolasa  břišní křeče a průjmy, laktosa musí být z potravy vyloučena. Je zpracovávána pouze některými mikroorganismy: bakterie mléčného kvašení (podstata kysání mléka), působením některých kvasinek vzniká kefír. Součást některých živných médií pro mikroorganismy

Polysacharidy

Vlastnosti polysacharidů V molekule více než 10 jednotek monosacharidů spojené glykosidickou vazbou Stavba Homopolysacharidy – jednotky stejného typu, např. glukany Heteropolysacharidy – jednotky různých typů Nemají redukční účinky – glykosidové vazby mezi poloacetalovými hydroxyly Struktura Lineární – jednotky vázány 14, např. celulosa Větvené – hlavní řetězec s vazbami 14, na něj jsou vazbami 16 vázány vedlejší řetězce.

Stavební polysacharidy Celulosa hlavní stavební látka rostlinných 1° buněčných stěn, spolu s ligninem se podílí na stavbě 2° buněčných stěn; celulosa je nejrozšířenějším biopolymerem na zemském povrchu, ročně jí vzniká až 1011 tun. Živočichové nemají enzymy, které by dokázaly rozštěpit β(14) vazby mezi jednotlivými glukosovými jednotkami. Proto je pro většinu živočichů celulosa nestravitelná a v potravě tvoří tzv. vlákninu (celulosa, pektiny aj.) Hlavní složka papíru a bavlny; jejím derivátem jsou umělá vlákna, jako je acetát celulózy nebo viskóza Surovina k výrobě umělého hedvábí nebo celofánu. Nitrací celulózy vzniká nitrocelulóza, známá také jako střelná bavlna.

Stavební polysacharidy Hemicelulosy menší relativní hmotnost než celulosa Polysacharidy různého složení, převážně s rozvětvenou strukturou, nerozpustné ve vodě. Hemicelulózy jsou součástí buněčných stěn rostlin (tvoří 20 - 30 % hmoty dřevin) spolu s celulózou. Hemicelulózy jsou významnou součástí fytomasy. Chitin Stavební polysacharid bezobratlých živočichů (např. krunýř korýšů, krovky hmyzu), součást buněčných stěn některých mikroorganismů a hub. Jeho monomerní jednotkou je N-acetylglukosamin propojený β(1 → 4) glykosidovými vazbami.

Zásobní polysacharidy Škrob bílý prášek bez chutě a vůně, nerozpustný ve studené vodě, konečný produkt fotosyntézy rostlin složení -- amylosa – Glc vázaná α(14), šroubovicové molekuly, nerozpustná ve studené vodě -- amylopektin – Glc vázaná α(14), vždy po 24 – 30 jednotkách rozvětvení vazbou α(16) kromě glukosy obsahuje v malém množství lipidy, proteiny a zhruba 10 až 20 % vody. není alkoholicky zkvasitelný, enzymaticky (v trávicí soustavě živočichů a člověka) se odbourává na zkvasitelné sacharidy. Zahříváním se tvoří škrobový maz, jeho hydrolýzou vzniká škrobový sirup, škrobový cukr a glukóza. Pražením škrobu se tvoří dextrin. Důkaz škrobu v neznámé látce se provádí roztokem jódu, jehož přítomnost prozrazuje modrofialové nebo hnědé zbarvení.

Zásobné polysacharidy Glykogen zásobní polysacharid živočichů přítomný ve všech buňkách, nejvíce v buňkách kosterního svalstva a jater struktura připomíná amylopektin, je více větvený (na každé 8 – 12 jednotce) Při poklesu koncentrace glukózy v krvi se jaterní glykogen štěpí na glukózu, ta je pak uvolňována do krve. Svalový glykogen se štěpí jen pro potřeby daného svalu. Vzniklá glukosa se do krve nedostává, ale je metabolizována jako zdroj energie pro svalovou práci. Rychlosti syntézy glykogenu a jeho odbourávání jsou řízeny hormony inzulínem, adrenalinem a glukagonem. Jaterní glykogen udržuje stabilní hladinu krevního cukru zvláště při hladovění, svalový glykogen je bezprostředním zdrojem energie při svalové práci. Jestliže jsou zásoby glykogenu nízké nebo zcela vyčerpané, jsou jako nový zdroj energie použity proteiny a lipidy.