utlen.cukrów.pdf
(
224 KB
)
Pobierz
C U K R Y _sacharydy_
S A C H A R Y D Y (CUKRY)
Aleksander Kołodziejczyk styczeń 2007
Cukrami
(
sacharydami
) nazywane są
polihydroksyaldehydy
i
polihydroksyketony
oraz niektóre
ich pochodne. Związkami o najmniejszej masie cząsteczkowej, które spełniają tę definicję to
aldehyd glicerynowy
i
dihydroksyaceton
.
O
C
H
CH
2
OH
aldehyd
D
-glicerynowy
H
C
OH
C
O
dihydroksy-
aceton
CH
2
OH
CH
2
OH
W literaturze
cukry
znane są teŜ pod nazwą
w
ę
glowodanów
, jako Ŝe skład atomowy wielu z nich
odpowiada sumarycznemu wzorowi
[C(HOH)]
n
. Nie jest ona jednak zalecana, poniewaŜ wzór
sumarycznych nie wszystkich cukrów jest adekwatny do wielokrotności ugrupowania
C(HOH)
.
RozróŜniane są
dwie główne grupy cukrów
:
-
aldozy
– homologi
aldehydu glicerynowego
i
-
ketozy
– homologi
dihydroksyacetonu
.
W zaleŜności od liczby atomów węgla w cząsteczce
cukru
, dzielą się one na:
tri
ozy
,
tetr
ozy
,
pent
ozy
,
heks
ozy
i
heptozy
. Warto zwrócić uwagę na to, Ŝe nazwa składa się z liczebnika
podającego liczbę atomów węgla i charakterystycznej dla
cukrów
końcówki –
oza
.
Inny podział
cukrów
oparty jest na ich zdolności do
kondensacji
(polimeryzacji).
Sacharydami
prostymi
nazywane są
cukry
, które ulegają
hydrolizie
. Do cukrów prostych naleŜy
aldehyd
glicerynowy
(
gliceroza
),
ryboza
,
glukoza
,
fruktoza
i wiele innych. JeŜeli cząsteczka
cukru
składa
się z dwóch lub więcej reszt
cukrów prostych
to naleŜy on do
sacharydów zło
Ŝ
onych
. Jego
hydroliza prowadzi do
cukrów prostych
. Najbardziej znanymi
cukrami zło
Ŝ
onymi
są
celuloza
i
skrobia
.
Cukier
złoŜony z dwóch reszt
cukrów prostych
nazywany jest
dicukrem
(
disacharydem
).
Dicukrem
jest
laktoza
,
maltoza
,
cukroza
i wiele innych.
Cukry
mogą naleŜeć do szeregu
D
lub
L
. PrzynaleŜność do odpowiedniego szeregu determinuje
konfiguracja ostatniego chiralnego atomu węgla. Do szeregu
D
naleŜą te homologi aldehydu
D
-
glicerynowego
lub
dihydroksyacetonu
, które zawierają fragmenty
HO-C-H
pomiędzy grupą
karbonylową i kolejnym atomem węgla.
O
C
H
CH
2
OH
aldehyd
D
-glicerynowy
H
C
OH
C
O
dihydroksy-
aceton
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
H
O
C
C
O
(CHOH)
n
(CHOH)
n
D
-aldozy
H
C
OH
H
C
OH
D
-ketozy
CH
2
OH
CH
2
OH
1
Analogicznie wyglądają szeregi
L
-
aldoz
i
L
-
ketoz
.
Cukry
szeregu
D
są bardziej
rozpowszechnione w przyrodzie niŜ szeregu
L
.
Wyst
ę
powanie
Do popularnych cukrów zaliczają się
D
-ryboza
,
D
-galaktoza
,
D
-mannoza
i
D
-fruktoza
. Miód jest
mieszaną
D
-glukozy
i
D
-fruktozy
. Pośród nielicznych
naturalnych cukrów prostych szeregu
L
znajduje się
L
-arabinoza
i
L
-galaktoza
. Wolne
triozy
nie zostały wykryte w przyrodzie, występują
jednak w Ŝywych komórkach w postaci fosforanów. RównieŜ nie znaleziono wolnych
tetroz
.
Fosforylozowana
erytroza
bierze udział w procesach biochemicznych.
D
-Glukoza
i
D
-fruktoza
są produkowane przez rośliny zielone w procesie fotosyntezy z
CO
2
i
wody. Inne cukry powstają w wyniku transformacji głównie
D
-glukozy
.
D
-Glukoza
występuje w
wielu owocach, we krwi, stanowi teŜ wyłączne źródło energii dla mózgu.
Wolne cukry
spotyka się w owocach lub innych częściach roślin, np. w łodygach (trzcina
cukrowa), korzeniu (buraki) czy w kwiatach (nektar). W mleku znajduje się
laktoza
(
cukier
mleczny
), który jest dimerem
D
-glukozy
i
D
-galaktozy
. W słodzie (w kiełkujących zboŜach)
pojawia się inny dimer, złoŜony tylko
D
-glukozy
–
maltoza
(
cukier słodowy
). Powstaje on w
wyniku hydrolizy
skrobi
.
Skrobia
, podobnie jak i
celuloza
oraz
glikogen
są polimerami
D
-
glukozy
.
Celuloza
stanowi około 80% suchej masy roślin wyŜszych. Wiele innych produktów
roślinnych naleŜy do
cukrów zło
Ŝ
onych
, czyli
polimerów cukrów prostych
, w tym łupiny
orzechów, gumy roślinne, wyciągi typu agaru, dekstrany, pektyny i inne.
D
-Ryboza i
D
-dezoksyryboza
w postaci
nukleotydów
są składnikami
kwasów nukleinowych
:
RNA
i
DNA
. Znajdują się więc we wszystkich komórkach organizmów Ŝyjących i martwych.
Znane są takŜe naturalne
analogi cukrów
, np.
dezoksycukry
(
D
-dezoksyryboza
),
aminocukry
(
D
-
glukozoamina
czy
D
-galaktozoamina
). Pośród
pochodnych cukrów
do najpopularniejszych
naleŜą
glikozydy
(np.
amigdalina
czy
salicyna
),
alditole
(
D
-glucitol
, zwany teŜ
sorbitolem
,
D
-
mannitol
) oraz
kwasy
(
D
-glukonowy
,
D
-glukuronowy
,
D
-galakturonowy
).
Cukry
razem z innymi grupami związków tworzą substancje czynne, bardzo waŜne dla Ŝycia, np.
glikoproteiny
i
glikolipidy
. Na powierzchniach komórek, w tym erytrocytów, występują
oligocukry
, pełniące rolę
determinantów antygenowych
. Skład tych
oligocukrów
decyduje o
grupach krwi.
Funkcja jaką pełnią
cukry
w procesach biochemicznych polega na tym, Ŝe stanowią one materiał
budulcowy, substancje zapasowe, przenośniki informacji, substancje znakujące (determinanty,
kwas sjalowy
), a takŜe podstawowy, obok
białek
i
tłuszczów
składnik poŜywienia.
Nomenklatura
Cukry
są znane pod nazwami zwyczajowymi, poniewaŜ ich nazwy systematyczne są zbyt
skomplikowane. Często do nazwy
cukru
dodaje się końcówkę
-furanoza
lub
-piranoza
, które
informują o wielkości pierścienia hemiacetalowego cząsteczki
cukru
, np.
D-
glukopiranoza
.
2
Przykłady cukrów prostych
szereg
D
-aldoz
aldehyd
D
-glicerynowy
CHO
OH
CH
2
OH
jedna
D
-aldotrioza
CHO
CHO
OH
OH
CH
2
OH
H
O
dwie
D
-aldotetrozy
(+)-erytroza (-)-treoza
OH
CH
2
OH
CHO
CHO
CHO
CHO
H
O
OH
H
O
cztery
D
-al-
dopentozy
OH
OH
OH
CH
2
OH
OH
OH
CH
2
OH
H
O
H
O
OH
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
(-)-ryboza (-)-arabinoza (+)-ksyloza (-)-liksoza
CHO
CHO
CHO
CHO
CHO
OH
CHO
CHO
CHO
OH
OH
OH
OH
CH
2
OH
H
O
OH
H
O
H
O
OH
H
O
OH
OH
OH
CH
2
OH
osiem
D
-aldoheksoz
H
O
H
O
OH
OH
H
O
H
O
OH
OH
CH
2
OH
OH
OH
CH
2
OH
H
O
H
O
H
O
H
O
OH
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
OH
CH
2
OH
(+)-alloza (+)-altroza (+)-glukoza (+)-mannoza (+)-guloza (+)-idoza
(+)-galaktoza (+)-taloza
3
Szereg
D
-ketoz
CH
2
OH
CH
2
OH
O
OH
CH
2
OH
1 ketotrioza
O
jedna
D
-ketotetroza
CH
2
OH
dihydroksyaceton
D
-erytruloza (tetruloza)
CH
2
OH
O
OH
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
O
H
O
dwie
D
-ketopentozy
OH
CH
2
OH
D
-rybuloza
D
-ksyluloza
CH
2
OH
O
OH
OH
CH
2
OH
O
CH
2
OH
O
OH
CH
2
OH
O
H
O
H
O
O
cztery
D
-keto-
heksozy
H
O
OH
H
OH
OH
OH
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
D
-piskoza
D
-fruktoza
D
-sorboza
D
-tagatoza
Podobne szeregi moŜna utworzyć dla
L
-
aldoz
i
L
-
ketoz
. Najpopularniejszym
cukrem prostym
jest
D
-glukoza
.
Wła
ś
ciwo
ś
ci fizyczne i fizjologiczne
Triozy
są syropami, ale tworzą krystaliczne dimery.
Dimer
aldehydu glicerynowego
jest trudno
rozpuszczalny w wodzie.
Erytroza
jest takŜe syropem dobrze rozpuszczalnym w wodzie i w
etanolu.
Wy
Ŝ
sze
c
ukry proste
są substancjami krystalicznymi, chociaŜ krystalizacja niektórych z
nich moŜe nastręczać trudności z uwagi na tendencję
cukrów
do tworzenia syropów. W
roztworze łatwo
izomeryzuj
ą
(tworzą anomery i epimery), co utrudnia ich krystalizację.
Wy
Ŝ
sze
c
ukry proste
dobrze rozpuszczają się w wodzie, trudno w rozpuszczalnikach organicznych, w
tym w etanolu. Wiele
cukrów
ma właściwości hygroskopijne, tzn. chłoną wilgoć z powietrza, w
skutek czego zlepiają się, zbrylają, a nawet rozpływają się w postaci syropu.
Większość
cukrów prostych
ma słodki smak. Najbardziej słodka jest
D-fruktoza
, potem
D-
glukoza
, a następnie
cukroza
(
sacharoza
) –
dicukier
otrzymywany z trzciny cukrowej lub
buraków cukrowych, stosowany w codziennym uŜytku do słodzenia potraw.
D-Fruktoza
jest
ponad 5 razy słodsza od
cukrozy
. Stosując ją do słodzenia potraw moŜna znacznie obniŜyć ich
kaloryczność. Jeszcze większa redukcja kaloryczności, głównie napojów, jest moŜliwe poprzez
uŜycia do słodzenia tzw.
słodzików
. Najpopularniejszymi
słodzikami
są
sacharoza
(
zwi
ą
zek
aromatyczny
) i
aspartam
(
dipeptyd
).
Aspartam
jest 200 razy słodszy od
cukrozy
. Znane są
białka
tysiące razy słodsze niŜ
cukroza
, jednak słodki smak tej ostatniej jest dla większości ludzi
4
najprzyjemniejszy. Słodziki nie mogą zastąpić
cukrów
w wypiekach, poniewaŜ podczas
pieczenia dochodzi do reakcji
cukrów
z
aminokwasami
i powstają cenne związki aromatyczne i
smakowe, co jest niemoŜliwe przy udziale słodzików.
Pytanie
: dlaczego miód jest znacznie słodszy od cukrozy?
Chiralno
ść
Dihydroksyaceton
jest związkiem achiralnym.
Aldehyd glicerynowy
i
ketotetroza
zawierają po
jednym centrum chiralnym,
wy
Ŝ
sze cukry
mają ich odpowiednio więcej.
aldehyd D-glicerynowy
(
gliceroza
)
CHO
CHO
CHO
CHO
H
C
OH
H
C
H
HOH
2
C
C
OH
H
C
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
w
projekcji Fischera
w
projekcji Newmana
OH
H
O
H
H
H
H
OH
+
H
H
OH
+
H
H
OH
H
H
O
H
H
H
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
H
H OH
H
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
hemiacetal
hemiacetal
D
-glukoza
forma otwartoła
ń
cuchowa
OH
OH
anomer
a
H
O
anomer
b
H
O
H
OH
H
H
H
H
H
OH
Wy
Ŝ
sze cukry
mają tendencje do tworzenia cyklicznych układów
hemiacetalowych
, w wyniku
czego powstają nowe centrum chiralne. W trakcie zamykania pierścienia hemiacetalowego
pojawiają dwa nowe
stereoizomery
nazywane
anomerami
.
Anomery
są trwałe w stanie
krystalicznym, w roztworze zaś dochodzi do przemiany jednego w drugi i wytwarza się stan
równowagi. Przejście jednego
anomeru
w drugi, zwane
mutarotacj
ą
jest katalizowane zarówno
kwasami, jak i zasadami i biegnie poprzez
form
ę
otwart
ą (karbonylową). W obojętnym wodnym
roztworze
glukozy
stęŜenie formy aldehydowej jest tak małe (
0,02%
), Ŝe pasmo adsorpcji grupy
aldehydowej w widmie
UV
jest niewidoczne. Po zakwaszeniu pojawia się pasmo adsorpcji w
zakresie
184 nm
, typowe dla niesprzęŜonego karbonylu. Tak więc katalityczne działanie kwasów
w procesie anomeryzacji polega na ułatwieniu otwierania się pierścienia hemiacetalowego.
Reakcja tworzenia się
hemiacetali
jest katalizowane wyłącznie przez kwasy.
Przekształcanie wzorów otwartej formy cukrów w hemiacetalowe pier
ś
cienie
Na rysunku pokazane jest procedura przekształcania wzoru
cukru
z formy łańcuchowej w
pierścień hemiacetalowy. Postępujemy wg następującej kolejności. Zaczynamy od zagięcia końca
5
Plik z chomika:
Rainhardt
Inne pliki z tego folderu:
!!!czynniki denaturacji.pdf
(91 KB)
1.JPG
(939 KB)
10.JPG
(1278 KB)
11.JPG
(1204 KB)
12.JPG
(1082 KB)
Inne foldery tego chomika:
BIOCHEMIA
PREZENTACJE
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin