Gałęzowska Agnieszka
Rybicka Emilia
Wieteska Anna
Wójcik Dominik
LABORATORIUM Z BIOCHEMII
TEMAT: Cukry
Wykonano: 18.10.2007r.
Oddano: 25.10.2007r.
I. WSTĘP TEORETYCZNY
Węglowodany - wielowodorotlenowe aldehydy i wielowodorotlenowe ketony oraz związki, z których takie aldehydy lub ketony można otrzymać w wyniku hydrolizy. Ogólną nazwą cukry albo sacharydy (od słowa saccharum - cukier), obejmuje się związki węgla, wodoru i tlenu, których skład chemiczny w większości przypadków można ująć ogólnym wzorem CnH2nOm. Wielkości m i n oznacza w tym przypadku liczby całkowite poczynając od 3, przy czym nm Na przykład wzór glukozy C6H12O6 można by zapisać w postaci C6(H2O)6, a wzór sacharozyC12H22O11 jako C12(H2O)11.
Węglowodany dzielimy na:
- monosacharydy
- oligosacharydy
- polisacharydy
Węglowodany spełniają w organizmach następujące funkcje:
· zapasowe – podczas wieloetapowego spalania 1 g glukozy w komórkach wyzwala się 17,2 kJ energii. U roślin magazynem energii jest głównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen
· transportowa – u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza
· budulcowa (celuloza, hemiceluloza)
· wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek.
· hamują krzepnięcie krwi - heparyna
· są materiałem energetycznym (fruktoza) i odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza)
1. Monosacharydy
Węglowodany, które nie ulegają hydrolizie do prostszych związków, nazywamy monosacharydami (cukrami prostymi). Cukry proste ( monosacharydy ) mogą mieć w cząsteczce różną liczbę atomów węgla, w związku z czym wyróżniamy triozy – 3C ( trzy atomy węgla ), tetrozy- 4C, pentozy - 5C, heksozy – 6C i heptozy – 7C.
Monosacharydy, obok licznych grup wodorotlenowych, posiadają grupę aldehydową -CHO albo ketonową =C=O.
Zgodnie z obecnością tych grup cukry proste dzielimy na:
· aldozy (posiadają grupę aldehydową)
· ketozy (posiadają grupę ketonową)
W monosacharydach istnieje możliwość stereoizomerii ( ten sam wzór strukturalny, ale różna konfiguracja przestrzenna ). Jest to związane z występowaniem węgli asymetrycznych, czyli mających cztery różne podstawniki. Ilość możliwych izomerów zależy od ilości węgli asymetrycznych ( n ) i wynosi 2n.
Izomerie najczęściej spotykane w cukrach to :
· Izomeria aldoza – ketoza
Podstawowym przykładem jest glukoza mająca grupę aldehydową i fruktoza z grupą ketonową.
· Stereoizomeria – izomeria D i L
Występowanie formy D lub L związane jest z położeniem grup H i OH przy ostatnim węglu asymetrycznym, to jest przylegającym bezpośrednio do ostatniego węgla. Ostatnim węglem asymetrycznym w glukozie jest węgiel piąty ( 5C ).
· Izomeria optyczna
Obecność asymetrycznych atomów węgla warunkuje skręcalność światła spolaryzowanego przechodzącego przez roztwór cukru, czyli aktywność optyczną. Skręcanie płaszczyzny światła spolaryzowanego w lewo oznacza się ( - ) natomiast w prawo ( + ).
· Anomery alfa i beta
W roztworze przy węglu 1 glukozy staje się asymetryczny przy cyklicznej strukturze, wzajemne położenie grup – H i – OH wyznacza, czy jest to glukoza alfa czy beta. Grupa – H nad płaszczyzną, - OH pod płaszczyzną wzoru – anomer alfa, odwrotnie anomer beta. Anomery przechodzą wzajemnie w siebie, a zjawisko to nazywamy mutarotacją.
· Epimeria
Epimerami nazywamy izomery powstałe w wyniku różnego położenia grup - H i – OH przy 2, 3 i 4 węglu glukozy. Do epimerów glukozy należy mannoza i galaktoza.
· Piranoza i furanoza
Aldozy i ketozy mogą tworzyć struktury pierścieniowe podobne do piranu i furanu, stąd ich nazwa ( glukopiranoza i glukofuranoza czy fruktopiranoza i fruktofuranoza ).
Glukoza i fruktoza są przedstawicielami cukrów prostych. Mają ten sam wzór sumaryczny - C6H12O6 - ale różny wzór strukturalny. Występują w przyrodzie w dwóch formach, tj. łańcuchowej i pierścieniowej. Forma łańcuchowa dominuje w środowisku silnie zasadowym i kwaśnym, natomiast w środowisku zbliżonym do obojętnego występują formy pierścieniowe.
2. Oligosacharydy
Oligosacharydy to sacharydy, których cząsteczki są zbudowane z 2-10 reszt monosacharydów lub ich pochodnych połączonych wiązaniem glikozydowym; zależnie od ilości reszt monosacharydów w cząsteczce oligosacharydy dzielą się na disacharydy (gencjobioza, laktoza, maltoza, sacharoza, trehaloza), trisacharydy (gencjanoza, rafinoza, melezytoza), tetrasacharydy itd. Wśród disacharydów spotykamy duże możliwości izomerii. Po pierwsze mogą kondensować z sobą dwie jednakowe (jak w przypadku tworzenia się cząsteczki maltozy), lub różne (jak w przypadku sacharozy) cząsteczki cukrów prostych.
Disacharydy powstają wtedy, gdy dwa monosacharydy połączą się wiązaniem glikozydowym. Zazwyczaj w wiązanie włączony jest anomeryczny atom węgla tylko jednego z dwóch monosacharydów, tak więc disacharyd ma jeszcze jedną wolną grupę aldehydową lub ketonową o właściwościach redukujących . Jednakże w sacharozie oba anomeryczne atomy węgla tworzą wspólne wiązanie, wskutek czego sacharoza jest disacharydem nieredukującym.
Z powyższego równania reakcji widać, że podczas tworzenia się cząsteczki sacharozy następuje wzajemne "zlikwidowanie" hydroksyli glikozydowych obu cząsteczek monoz (zablokowanie glikozydowych atomów węgla), co odbija się na właściwościach chemicznych cząsteczki. Przykładem tworzenia się dwucukrów typu drugiego (redukujących) jest łączenie się dwóch cząsteczek a-D-glukozy na cząsteczkę maltozy
maltoza
Związanie się dwóch reszt a-D-glukozy nastąpiło pomiędzy glikozydowym atomem węgla jednej cząsteczki a grupą hydroksylową czwartego atomu węgla drugiej cząsteczki. Cząsteczka maltozy ulega wszystkim reakcjom charakterystycznym dla glukozy, a przede wszystkim posiada właściwości redukujące (daje reakcję lustra srebrnego i odbarwia płyn Fehlinga).
3. Polisacharydy
Polisacharydy zwane także cukrami złożonymi lub wielocukrami są związkami szeroko rozpowszechnionymi w przyrodzie, zarówno w organizmach roślin jak i zwierząt. Cząsteczki polisacharydów zbudowane są z dużej liczby (od setek do kilku tysięcy) skandensowanych z sobą cząsteczek cukrów prostych.
Biorąc za podstawę podziału rolę jaką spełniają polisacharydy w przyrodzie można je podzielić na dwie grupy. - do grupy pierwszej należy zaliczyć polisacharydy budulcowe spełniające rolę podpory (szkieletu) w organizmach roślin i zwierząt. Do tego typu polisacharydów należą celuloza, substancje pektynowe roślin oraz chityna owadów i grzybów.- do grupy drugiej należą polisacharydy tworzące zapasowe źródła cukrów prostych uwalnianych w miarę potrzeby ża pomocą działania odpowiednich enzymów obecnych w danym organizmie. Cukry tego typu narywamy zapasowymi. Stanowią one rezerwowe źródła energii, a należą do nich skrobia, glikogen, inulina i niektóre inne.
II. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA
1. Działanie kwasów na sacharydy
1.1. Odczyn Molischa z α - naftolem
Wykonanie: Do 1 cm3 roztworu glukozy dodaliśmy 2 krople α – naftolu i wymieszaliśmy. Następnie po ściance probówki wlaliśmy 1 cm3 stężonego kwasu siarkowego.
Obserwacje: Pojawił się czerwono-fioletowy pierścień, co świadczy o obecności cukrów.
1.2. Próba z tymolem
Wykonanie: Do 1cm3 glukozy dodaliśmy 4 krople 3% roztworu tymolu i 2 cm3 stężonego HCl. Wstawiliśmy na 5 min do wrzącej łaźni.
Obserwacje: Pojawił się czerwono-buraczkowy kolor, co świadczy o wykryciu cukrów.
1.3. Wykrywanie ketoz. Próba Seliwanowa.
Wykonanie: Do 4 probówek wlaliśmy po 1cm3 roztworów: glukozy, fruktozy, maltozy, sacharozy. Następnie do każdej z probówek dodaliśmy po 2 cm3 roztworu HCl (rozc. 1:1) i kroplę 2% roztworu rezorcyny. Wstawiliśmy na kilka minut do wrzącej łaźni wodnej.
Obserwacje: W probówce z fruktozą i sacharozą pojawiło się czerwono-łososiowe zabarwienie, co świadczy o obecności ketoz. W probówce z maltozą i glukozą wynik był ujemny.
1.4. Wykrywanie pentoz. Reakcja Biala.
Wykonanie: Do 3 probówek wlaliśmy po 0,5 cm3 roztworów: arabinozy, glukozy, fruktozy. Następnie do każdej z probówek dodaliśmy po 2 cm3 0,2 % roztworu orcyny i kroplę 1% roztworu FeCl3. Wstawiliśmy na kilka minut do wrzącej łaźni wodnej.
Obserwacje: W probówce gdzie znajdowała się arabinoza pojawił się kolor morski, a roztwór był klarowny, co świadczy o obecności pentozy. Natomiast w probówkach z glukozą i fruktozą wystąpiły inne kolory świadczące o ujemnym wyniku próby.
2. Właściwości redukujące sacharydów.
2.1. Próba Fehlinga.
Wykonanie: Do 5 probówek wlaliśmy po 1 cm3 roztworów Fehlinga I i Fehlinga II. Następnie dodaliśmy po 1 cm3 roztworów: glukozy, fruktozy, maltozy, sacharozy i wody. Wstawiliśmy na kilka minut do wrzącej łaźni wodnej.
Obserwacje: W probówkach zawierających glukozę, fruktozę i maltozę wytrącił się czerwony osad, czego powodem była obecność cukrów redukujących. W probówkach zawierających sacharozę i wodę pojawił się klarowny roztwór koloru niebieskiego. Była to próba ujemna.
3. Wpływ zasad na sacharydy.
3.1. Próba Moore’a.
Wykonanie: Do 5 probówek wlaliśmy po 1 cm3 10% NaOH. Następnie dodaliśmy po 1 cm3 roztworów: glukozy, sacharozy, maltozy, skrobi i wody. Wstawiliśmy na kilka minut do wrzącej łaźni wodnej.
Obserwacje: W probówkach zawierających glukozę i fruktozę nastąpiło ściemnienie roztworów, co spowodowane było obecnością cukrów redukujących. W probówkach z sacharozą, skrobią i wodą wynik był ujemny.
4. Disacharydy. Rozróżnienie monosacharydów od disacharydów.
4.1. Próba Barfoeda.
Wykonanie: Do 2 probówek wlaliśmy po 5 cm3 odczynnika Barfoeda. Następnie dodaliśmy po 1 cm3 roztworów: glukozy i maltozy. Wstawiliśmy na 15 minut do wrzącej łaźni wodnej.
Obserwacje: W probówce z glukozą czerwony osad na dnie probówki zaczął wytrącać się o wiele szybciej niż w probówce zawierającej maltozę. W probówce z maltozą w tym samym czasie wytrąciła się mniejsza ilość osadu w porównaniu z glukozą.
5. Polisacharydy.
5.1. Reakcja skrobi z jodem.
a)
Wykonanie: Do 2 cm3 roztworu koloidalnego skrobi dodaliśmy kroplę J2 w KJ. Probówkę ogrzaliśmy a następnie oziębiliśmy.
Obserwacje: Na początku pojawia się niebieskie zabarwienie, które szybko zanika pod wpływem temperatury.
b)
Wykonanie: Do 2 cm3 roztworu koloidalnego skrobi dodaliśmy kilka kropli 1 M NaOH i kroplę J2 w KJ. Obserwowaliśmy barwę a następnie próbę zakwasiliśmy rozcieńczonym kwasem solnym.
Obserwacje: Powstaje granatowa obrączka, która po wymieszaniu probówki zanika. Dodanie kwasu powoduje pojawienie się granatowego koloru(wytrąca się jod).
5.2. Odróżnienie bibuły od papieru gazetowego.
Wykonanie: Kawałki bibuły i papieru gazetowego zwilżyliśmy kroplą 2% roztworu floroglucyny i kroplą stężonego HCl.
Obserwacje: Papier gazetowy zabarwił się intensywnie na kolor buraczkowy, czego dowodem była obecność pentoz. Z kolei bibuła była bezbarwna- brak obecności pentoz.
III. WNIOSKI
Metody ogólne pozwalające wykryć obecność cukrów w roztworze, to metody przy użyciu odczynnika Malischa z α-naftolem i próba z tymolem w obecności glukozy. Pojawienie się czerwono-fioletowego pierścienia w próbie Malischa, a czerwono-buraczkowego w próbie z tymolem potwierdziło obecność cukrów.
Próba Seliwanowa służy do detekcji ketoz, które są bardziej podatne na odwadnianie. Pochodne powstające łączą się z rezorcyną, dając czerwono-łososiowe zabarwienie. Wynik dodatni dała nam sacharoza i fruktoza -która jest ketozą, natomiast sacharoza pod wpływem HCl i ogrzewania rozpada się na glukozę (aldoza) i fruktozę (ketoza), która daje pozytywny wynik próby.
Próba Biala jest reakcją wykrywania pentoz. Pozytywny wynik daje arabinoza, gdyż jest pentozą, która w obecności jonów żelaza i orcyny daje charakterystyczne morskie zabarwienie. Mimo tego, iż pozostałe próby były barwne, wynik był ujemny, ponieważ o obecności pentoz świadczy tylko to charakterystyczne morskie zabarwienie.
Wpływ działania stężonych kwasów na sacharydy przedstawiają 4 przedstawione powyżej próby. Monosacharydy ogrzewane ze stężonymi kwasami ulegają odwodnieniu. Pentozy przekształcają się w furfural, heksozy w 5-hydroksymetylenofurfural. Związki te kondensują z różnymi fenolami, których użyliśmy do wykonania tych prób z : α-naftolem, tymolem, rezorcyną, orcyną - dając barwne połączenia. Obecny w produkcie układ chinoidowy lub ksantenowy stanowi grupę chromforową, która decyduje o barwie powstałego związku. Disacharydy reagują wolniej niż monosacharydy. Przebieg tej reakcji przedstawia schemat:
Właściwości r...
hanysia92