Węglowodany (Cukry) Część 3 Związki wielofunkcyjne
Glikozydy Monosacharydy Ryboza, Deoksyryboza: - wzory - funkcje biologiczne, pochodne Disacharydy Sacharoza, Celobioza, Maltoza,Laktoza - wzór - właściwości fizyczne i chemiczne - funkcje biologiczne, zastosowanie Polisacharydy Skrobia, Celuloza - Wzory - Właściwości fizyczne i chemiczne - Funkcje biologiczne, zastosowanie Węglowodany część 3
Glikozydy W pod koniec części 2 pokazaliśmy, utworzenie pierścienia hemiacetalowego przez glukozę i fruktozę. Taka reakcja wewnątrz cząsteczkowa możliwa jest tylko wtedy gdy w cząsteczce mamy obecna grupę karbonylową i hydroksylową. piranoza Piran furanoza Furan Jak wrażliwe mamy kubki smakowe i jak ważna jest budowa związku, może pokazać α-mannoza, która ma słodki smak i β-mannoza o smaku gorzkim.
Glikozydy Zamknięcie pierścienia hemiacetalowego wprowadza również do cząsteczki monosacharydu jedną dodatkowa grupę hydroksylową, która ma inne właściwości chemiczne od pozostałych grup OH. ALDEHYD, KETON ALKOHOL, FENOL ACETAL Glikozydy są to acetale utworzone z monosacharydów. Ze względu na asymetryczność węgla pierścienia, tworzącego wiązanie glikozydowe (C-O-C), wiązanie łączące pierścień z grupą alkilową alkoholi, może być typu α- lub β-. I tak możemy mieć α-glikozydy i β-glikozydy. Właściwości chemiczne glikozydów: - w środowisku kwaśnym (H + ) następuje hydroliza do cukru i alkoholu - są natomiast niewrażliwe na działanie zasad (OH - ), nie redukują
Monosacharydy: ryboza i deoksyryboza W poprzedniej części poznaliśmy glukozę i fruktozę, ale dla funkcjonowania organizmów żywych ważne są również dwa inne monosacharydy: ryboza i deoksyryboza, oraz ich pochodne, nukleozydy i nukleotydy. β-rybofuranoza (β-ryboza) β-deoksyrybofuranoza (β-deoksyryboza)
Nukleozydy i nukleotydy Ryboza i deoksyryboza tworzą nukleozydy z zasadami purynowymi i pirymidynowymi. Nukleozydy są glikozydami (tzw. N-glikozydami) ponieważ zamiast wiązania C-O-C w ich cząsteczkach występuje wiązanie C-N-C β-rybofuranoza (β-ryboza) zasada azotowa adenina adenozyna
Nukleozydy i nukleotydy Ester fosforowy nuklozydów to nukleotyd. Najpopularniejszym nukleotydem jest ATP czyli adenozynotrójfosforan, nośnik energii, który uczestniczy we wszystkich procesach metabolicznych. ATP adenozynotrifosforan
Przy pomocy reszt fosforanowych nukleotydy łączą się w łańcuchy, tworząc takie związki jak RNA (kwas rybonukleinowy) i DNA (kwas deoksyrybonukleinowy). Różnice w ich budowie polegają na zamianie rybozy (RNA) na deoksyrybozę (DNA), oraz na zamianie zasady uracylowej (RNA) na tyminową (DNA). Nukleozydy i nukleotydy RNA służy organizmom do biosyntezy białek, w nim zakodowana jest informacja o sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.
Nukleozydy i nukleotydy DNA jest źródłem informacji genetycznej przekazywanej, z pokolenia na pokolenie, o budowie całego organizmu.
Disacharydy - sacharoza Wiązanie glikozydowe powstaje przy połączeniu cząsteczki cukru z alkoholem, ponieważ monosacharydy są częściowo cukrami możliwe jest połączenie dwóch cząsteczek węglowodanowych. Dwa monosacharydy połączone wiązaniem glikozydowym nazywamy disacharydem. Najczęściej spotykanym disacharydem w otoczeniu człowieka jest sacharoza zwana potocznie cukrem. Sacharoza zbudowana jest z jednej cząsteczki α-d-glukopiranozy i jednej cząsteczki β-d-fruktofuranozy. Wiązanie występuje pomiędzy atomami węgla C1 glukozy i C2 fruktozy. 2-O-(α-D-glukopiranozylo)-β-D-fruktofuranozyd Sacharoza, 1,2 -glikozyd
Disacharydy - sacharoza Właściwości sacharozy Fizyczne: -ciało krystaliczne -białe -smak słodki -bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie -słabo rozpuszczalna w alkoholu Chemiczne: - brak właściwości redukujących, (negatywna próba Trommera) - ulega hydrolizie w środowisku kwaśnym, na glukozę i fruktozę, (po podgrzaniu roztworu do wrzenia ponownie wykonana próba Trommera potwierdza obecność redukujących grup hemiacetalowych)
Disacharydy - sacharoza Hydroliza w środowisku kwaśnym do substancji prostszych α-d-glukozy i jednej cząsteczki β-d-fruktofuranozy sacharoza α-d-glukoza β-d-fruktoza
Disacharydy maltoza, celobioza, laktoza Inne przykłady disacharydów to maltoza, celobioza i laktoza. Wiązanie glikozydowe, które jest obecne w wymienionych związkach, łączy grupę hemiacetalową ze zwykłą grupą OH. Maltoza disacharyd, z wiązaniem glikozydowym α C1-C4, otrzymywany w wyniku enzymatycznej hydrolizy skrobi. Ma właściwości redukujące ponieważ jest obecna wolna grupa hemiacetalowa. Z łatwością jest trawiona przez ludzi i łatwo ulega fermentacji. Maltoza, 1,4 -α-glikozyd 4-O-(α-D-glukopiranozylo)-α-D-glukopiranoza
Disacharydy maltoza, celobioza, laktoza Celobioza disacharyd, z wiązaniem glikozydowym β C1-C4, otrzymywany w wyniku częściowej hydrolizy celulozy. Tak samo jak maltoza, ma właściwości redukujące (pozytywna próba Trommera). Nie jest trawiona przez organizmy ludzkie i nie może być fermentowana przez drożdże. Celobioza, 1,4 -β-glikozyd 4-O-(β-D-glukopiranozylo)-β-D-glukopiranoza
Disacharydy maltoza, celobioza, laktoza Laktoza disacharyd, zwany też cukrem mlekowym, ze względu na występowanie w mleku ludzkim i krowim. Stosowana we wszelkiego rodzaju sztucznych odżywkach dla niemowląt. Również ma właściwości redukujące i jest 1,4 -β-glikozydem. W przeciwieństwie do maltozy i celobiozy jej cząsteczki składają się z dwóch różnych monosacharydów: D-glukozy i D-galaktozy. Laktoza, 1,4 -β-glikozyd 4-O-(β-D-galaktopiranozylo)-β-D-glukopiranoza
Polisacharydy skrobia, celuloza Polisacharydy inaczej zwane są wielocukrami, są to tzw. związki wielkocząsteczkowe utworzone z kilkuset do kilku tysięcy połączonych ze sobą wiązaniami glikozydowymi pierścieni glukopiranozowych. Skrobia występuje głównie w nasionach i bulwach roślin, służy jako materiał zapasowy. Jest głównym składnikiem mąki czyli obecna jest w pieczywie, makaronach itd. Również w ziemniakach, ziarnach ryżu i kukurydzy. Spotykamy się z dwoma rodzajami skrobi: Amyloza 300 400 cząsteczek połączonych w długie nie rozgałęzione łańcuchy Wiązanie glikozydowe jest takie samo jak w cząsteczkach maltozy Amylopektyna od kilku to kilkudziesięciu tysięcy cząsteczek połączonych w długie rozgałęzione łańcuchy dzięki wiązaniom α C1-C2 i α C1-C6
Polisacharydy skrobia, celuloza amyloza amylopektyna wiązanie 1,4 -α-glikozydowe wiązanie 1,6 -α-glikozydowe
Polisacharydy skrobia, celuloza Właściwości skrobi Fizyczne: -bezpostaciowa substancja stała -biała -bez smaku, bez zapachu -nie rozpuszczalna w zimnej wodzie -w gorącej wodzie tworzy roztwór koloidalny (kleik skrobiowy), który zżelowuje się po schłodzeniu Dzięki tym właściwościom skrobię wykorzystuje się do produkcji kisieli i budyniów. amyloza amylopektyna
Polisacharydy skrobia, celuloza Właściwości skrobi Chemiczne: -brak właściwości redukujących (próba Trommera negatywna) -po ogrzaniu z mocnymi kwasem ulega hydrolizie do glukozy (Właściwość wykorzystywana do produkcji sztucznego miodu i syropów cukierniczych) -hydroliza zachodzi również pod wpływem enzymów np. ptialiny zawartej w ślinie (Stąd możliwe jest trawienie przez organizmy zwierzęce) -reakcja charakterystyczna, skrobia zabarwia się na ciemnogranatowo pod wpływem roztworu jodu. Reakcja hydrolizy w środowisku kwaśnym
Polisacharydy skrobia, celuloza Celuloza składa się z 1000 do 3000 reszt glukozowych połączonych wyłącznie w łańcuchy proste, takim samym wiązaniem jakie występuje w disacharydzie celobiozie: 1,4 -β-glikozydowym Właściwości celulozy Fizyczne: -substancja o budowie włóknistej -nierozpuszczalna w zimnej i gorącej wodzie -nierozpuszczalna w rozpuszczalnikach organicznych Chemiczne: -brak właściwości redukujących (próba Trommera negatywna) -po ogrzaniu z mocnymi kwasem ulega hydrolizie do glukozy, ale reakcja przebiega dużo trudniej w porównaniu z hydrolizą skrobi Ponieważ hydroliza przebiega w dużo trudniejszych warunkach, zwierzęta mięsożerne i człowiek nie są przystosowani do trawienia celulozy, brak im odpowiednich enzymów trawiennych. Zwierzęta roślinożerne mają w swoich układach pokarmowych bakterie i pierwotniaki, które hydrolizują celulozę do cukrów prostych, umożliwiając odżywianie.
Celulozę wykorzystuje się: Polisacharydy skrobia, celuloza - w przemyśle włókienniczym do produkcji materiałów z lnu i bawełny - w przemyśle papierniczym, produkcja papieru z drewna, odpadów bawełnianych, słomy - do produkcji sztucznego jedwabiu - do produkcji prochu bezdymnego - do produkcji lakierów i błon fotograficznych papier len błona fotograficzna