Sacharidy

1. Sacharidy

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

3. 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)

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

5. Monosacharidy

6. 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…

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

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

10. 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

11. Ketosy • Ketohexosy • D-fruktosa

12. Cyklická forma monosacharidů aldehyd alkohol poloacetal pyran furan furanosa pyranosa

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

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

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

16. α-D-fruktofuranosa D-fruktosa Přepis ketohexos

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

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

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

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

21. 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

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

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

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

25. Vazba α(14) Vazba β(14)

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

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

28. 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

29. 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.

30. Oligosacharidy

31. 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

32. 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.

33. 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

34. Polysacharidy

35. 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.

36. 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.

37. 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.

38. 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.

39. 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.