Węglowodany

Monosacharydy

Izomery
Stereoizomery
Numeracja atomów węgla
Asymetryczne atomy węgla
Trioza i pentoza
Heksoza

Izomery

Monosacharydy można podzielić na grupy na podstawie liczby atomów węgla w cząsteczkach, zatem: triozy mają atomy 3-C, tetrozy mają atomy 4-C, pentozy mają atomy 5-C, a heksozy mają atomy 6-C. W każdej z tych grup znajdują się różne związki, z których każdy ma taki sam wzór cząsteczkowy. Na przykład zarówno glukoza jak i fruktoza są heksozami (C6H12O6), ale mają różne właściwości chemiczne i fizyczne. Tego typu związki nazywamy izomerami.

Back to top

Stereoizomery

Niektóre izomery różnią się jedynie sposobem ułożenia atomów w przestrzeni trójwymiarowej, to znaczy atomy są ze sobą związane w ten sam sposób, ale są inaczej ułożone w przestrzeni trójwymiarowej. Dlatego cukry mogą istnieć jako pary stereoizomerów lub enancjomerów, które są lustrzanymi odbiciami siebie nawzajem. Środkowy atom C w glicerozie jest nazywany asymetrycznym atomem C, ponieważ może być przemieszczany w przestrzeni, tworząc dwie różne struktury. Różnice te nie mają wpływu na właściwości fizyczne, ale mogą wpływać na właściwości biochemiczne ze względu na zmianę kształtu cząsteczki. Izomer L ma OH na lewo od węgla środkowego:

a izomer D ma OH na prawo od węgla środkowego.

Aby rozróżnić izomery, są one oznaczane jako izomery L i D. L pochodzi od łacińskiego słowa na lewo, Laever, a D pochodzi od łacińskiego słowa na prawo, Dexter.

Back to top

Numeracja atomów węgla

Numeracja Transcript:

Atomy węgla są numerowane począwszy od reaktywnego końca cząsteczki, CHO (aldehyd) lub „C” podwójnie związane „O” (karbonyl) koniec cząsteczki. Każdy atom węgla jest następnie numerowany w kolejności do końca łańcucha. Podczas numerowania stereoizomerów, które mają więcej niż trzy atomy węgla, patrzymy na położenie grupy OH na przedostatnim lub przedostatnim atomie węgla, ponieważ to decyduje o tym, czy jest to stereoizomer L czy D. W tym przykładzie przyjrzymy się numeracji D-glukozy. Najpierw musimy znaleźć reaktywny koniec cząsteczki i przypisać jego węglowi liczbę jeden. Następnie numerujemy pozostałe węgle w kolejności od końca łańcucha.

Powrót na górę

Asymetryczne atomy węgla

Teoretycznie w glukozie położenie grupy OH na każdym z asymetrycznych atomów węgla o numerach dwa, trzy, cztery i pięć można odwrócić, uzyskując za każdym razem inny stereoizomer, w sumie 16 lub 24 stereoizomery. Jednak nie wszystkie z nich występują w przyrodzie. Dla fruktozy, istnieją tylko trzy asymetryczne węgle, więc tylko 8 lub 23 stereoizomery mogą być produkowane.

Glukoza ma grupę aldehydową (-CHO) na atomie węgla numer jeden i dlatego jest nazywana „aldozą”, również ma sześć atomów węgla (heksoza), więc może być nazywana „aldoheksozą”. Grupa reaktywna na fruktozie, jednakże, jest grupą ketonową (-C=0) na węglu numer dwa. Dlatego nazywana jest „ketozą” lub „ketoheksozą.”

Tylko kilka z monosacharydów występuje w naturze w postaci wolnej. Większość z nich występuje zazwyczaj jako jednostki cukrowe w polisacharydach lub w bardziej złożonych cząsteczkach. Można je wtedy otrzymać w wyniku hydrolizy (rozpadu) złożonych CHO. Monosacharydy są często nazywane cukrami prostymi i są dzielone w zależności od liczby atomów C.

Back to top

Trioza i pentoza

1. Triozy: (C3H6O3)
Gliceroza- posiada dwa izomery, gliceraldehyd, który zawiera grupę aldehydową (-CHO) i dihydroksyaceton, który zawiera grupę ketonową (-C=0). Związki te są ważnymi intermediatami metabolicznymi w procesie utleniania glukozy w celu wytworzenia energii. Konfiguracja glicerozy jest wykorzystywana do ustalania form D & L innych cukrów.

2. pentozy (C5H10O5)
Trzy ważne pentozy to:

D-ryboza – składnik RNA, kwasu rybonukleinowego, witamin (ryboflawina) i koenzymów. Jest również istotna w związkach wysokoenergetycznych, ATP i ADP. W formie zredukowanej, deoksyrybozy, jest składnikiem DNA.

L-arabinoza – występuje w twardzieli drzew iglastych i jest składnikiem hemiceluloz, gdzie występuje z ksylozą. Jest również składnikiem pektyn i może być głównym składnikiem gum (guma arabska). W wyniku działania bakterii podczas sporządzania kiszonki może powstać wolna arabinoza. Arabany są polimerami arabinozy.

D-ksyloza – w owocach występują niewielkie ilości D-ksylozy wolnej, ale występuje ona głównie w hemicelulozie, jako ksylany i heteroksylozy. Hemiceluloza to polisacharyd złożony z ksylozy i arabinozy (heteroksylan). Stosunek ilościowy ksylozy do arabinozy wydaje się wpływać na strawność, ponieważ strawność zmniejsza się wraz ze wzrostem udziału ksylozy.

Hemicelulozy stanowią znaczną część ścian komórkowych roślin, więc zwierzęta roślinożerne zjadają ich duże ilości. Wszystkie te cukry to aldopentozy.

Back to top

Heksozy

3. heksozy (C6H12O6)

D-glukoza – aldoheksoza o różnych nazwach zwyczajowych, m.in. cukier gronowy, dekstroza, cukier kukurydziany (otrzymywany ze skrobi kukurydzianej). Występuje w stanie wolnym w roślinach, owocach, miodzie, płynach ustrojowych, w tym płynie mózgowo-rdzeniowym, krwi, limfie. Jest głównym produktem końcowym trawienia CHO przez nieprzeżuwacze i dlatego jest podstawową formą energii dla nieprzeżuwaczy. Jest głównym składnikiem wielu oligosacharydów (z galaktozą tworzy laktozę) i polisacharydów (takich jak skrobia i celuloza).

Transformacja pierścieniowa D-glukozy:

W roztworze D-glukoza istnieje jako równowagowa mieszanina formy prostego łańcucha z dwoma formami pierścienia piranozowego. W efekcie atom węgla numer jeden reaguje z atomem węgla numer pięć, tworząc pierścień. W rzeczywistości istnieją dwie formy tej struktury, zwane anomerami. Jeśli atom wodoru jest powyżej atomu węgla jeden to nazywa się anomer alfa, ale jeśli atom wodoru jest poniżej atomu węgla to nazywa się anomer beta.

Ta informacja strukturalna jest bardzo ważne, ponieważ reguluje, jak cząsteczki glukozy łączą się ze sobą, tworząc większe cząsteczki. Skrobia jest polimerem a-formy i jest rozpuszczalna w wodzie i strawna przez enzymy zwierzęce. Celuloza jest polimerem formy b, nie jest rozpuszczalna i nie jest trawiona przez enzymy zwierzęce.

Zmiana z a na b poprzez otwartą strukturę łańcuchową nazywana jest mutarotacją i wymaga, aby wiązanie O-C zostało przerwane, aby umożliwić C obrócenie H i OH do góry nogami. Następnie wiązanie jest ponownie tworzone. Inne monosacharydy również tworzą formy pierścieniowe.

Back to top

D-fruktoza – ketoheksoza, występująca w miodzie, zielonych liściach, nasionach i łodygach wielu roślin, jako główna jednostka we fruktanach, które są powszechne w młodych trawach, w korzeniach jako polisacharyd spichrzowy inulina oraz jako składnik dwucukru sacharozy (z glukozą).

Tworzy również pierścienie piranozowe, ale kiedy reaguje w celu wytworzenia oligo- lub polisacharydów, robi to jako struktura pierścienia FURANOZOWEGO (jak FURAN). W tym przypadku anomeryczny atom węgla to C-2, a CH2OH znajduje się albo powyżej anomerycznego węgla (anomer alfa), jak w sacharozie, albo poniżej, jak w FRUCTANS (anomer beta).

D-Galaktoza – aldoheksoza, nie występuje w stanie wolnym, najważniejsza jako składnik disacharydu laktozy, cukru mlecznego (z glukozą). Występuje również w innych złożonych CHO oraz złożonych lipidach w mózgu i tkance nerwowej (galaktoglicerydy i cerebrozydy).

D-Mannoza – Głównie jako mannany u drożdży, pleśni i bakterii.

Back to top

Reakcje heksozy

Związki heksozy mogą ulegać wielu reakcjom chemicznym.

1. Otlenianie do kwasów
   • np. glukoza, utlenianie CH2OH do COOH tworzy kwas glukuronowy, który jest ważnym składnikiem heteropolisacharydów, takich jak pektyny.
2. Połączenie z NH3 daje heksozaminy, np. glukozaminę – składnik chityny.
3. Tworzenie alkoholi, na przykład glukoza tworzy sorbitol.
4. Fosforylacja do fosforanów heksozy, na przykład glukozo-l-fosforan i glukozo-6-fosforan; które są ważnymi produktami pośrednimi w utlenianiu glukozy do CO2 + H2O w celu uzyskania energii.
5. Tworzenie glikozydów w celu wytworzenia di, tri, tetra, oligo i polisacharydów.

Tworzenie glikozydów

Połączenie H grupy hydroksylowej na cukrze z grupą alkoholową lub inną grupą hydroksylową powoduje reakcję estryfikacji lub kondensacji w celu uzyskania glikozydu. Zachodzi to przy atomie C jeden, anomerycznym atomie C.

Ponieważ cukry zawierają grupy alkoholowe i grupy hydroksylowe, mogą łączyć się z innymi cukrami tworząc disacharydy, tri, tetra, itd. i polisacharydy, wszystkie połączone wiązaniami glikozydowymi.

Przykłady:

• Gluc-Gluc, a-1-4 to Maltoza
• Może reagować w formie a lub b tworząc wiązania a lub b
• Może również reagować w pozycji 6 dając wiązania a-1, 6. Jest to punkt rozgałęzienia w polimerach.

Back to top

.