Predstavljaju veliku grupu jedinjenja koja zajedno sa proteinima

• Predstavljaju veliku grupu jedinjenja koja zajedno sa proteinima i lipidima čine osnovne komponente bioloških sistema • Predstavljaju rezervne izvore energije u metaboličkim procesima; osnovne strukturne elemente • Ulaze u sastav niza biološki važnih jedinjenja • Ime su dobili na osnovu opšte formule Cn(H 2 O)n • Ugljeni hidrati su polihidroksilni aldehidi ili ketoni ili supstance koje hidrolizom daju takva jedinjenja

PODELA Monosaharidi Oligosaharidi (Prosti šećeri, niz 3 -7 C-atoma) (2 -10 molekula monosaharida) Polisaharidi (veći broj monosaharida) Monosaharidi Aldoze Trioze Ketoze Pentoze Tetroze Heptoze Heksoze

Oligosaharidi Disaharidi Trisaharidi Redukujući Tetrasaharidi Neredukujući Polisaharidi Poreklo Hem. sastav Struktura Funkcija - Zoopolisaharidi - Homopolisaharidi - Prosti - Strukturni - Fitopolisaharidi - Heteropolisaharidi - Složeni - Skladišni

• Primarni oksidacioni proizvodi polihidroksilnih alkohola, kod kojih se primarna hidroksilna grupa (-OH) dehidrira u karbonilnu aldo- (-HC=O) ili keto-grupu (>C=O). • Po hemijskom sastavu su bifunkcionalna jedinjenja: polihidroksi-aldehidi (aldoze ) i polihidroksi-ketoni (ketoze). • Svi monosaharidi su lako rastvorljivi u vodi, što je uslovljeno prisustnim -OH grupama i imaju sladak ukus. • U prirodi se ređe nalaze slobodni, a češće su sastojci oligo- i polisaharida. • Svi monosaharidi imaju nerazgranat ugljovodonikov lanac.

MONOSAHARIDI • Najprostiji monosaharidi imaju tri C-atoma D-gliceraldehid L-gliceraldehid dioksiaceton • Uvođenjem –CHOH grupe između aldehidne grupe gliceraldehida i susednog hiralnog centra izvode se dve serije enantiomernih šećera aldoza. • Uvođenjem –CHOH grupe između keto grupe dioksiacetona i susednog C-atoma izvode se dve serije enantiomernih šećera ketoza.

ALDOZE 5

D-eritruloza KETOZE D-ribuloza D-psikoza D-ksiluloza D-fruktoza D-sorboza D-tagatoza

MONOSAHARIDI • Svakom monosaharidu Dserije odgovara enantiomer iz Lserije. • Njihove strukture se odnose kao predmet i lik u ogledalu. D-gliceraldehid L-gliceraldehid

MONOSAHARIDI Broj opt. izomera = 2 n n-broj C* OH D-aloza HO L-aloza • Pripadnost D-seriji određuje poslednji hiralan C-atom tj. onaj koji je najbliži primarnoj OH-grupi D-(+)-glukoza L-(-)-glukoza

MONOSAHARIDI Monosaharidi Aldoze Ketoze Broj hiralnih C-atoma Aldoze Ketoze Trioze (X=3) Aldotrioze - 1 - Tetroze (X=4) Aldotetroze Tetruloze 2 1 Pentoze (X=5) Aldopentoze Pentuloze 3 2 Heksoze (X=6) Aldoheksoze Heksuloze 4 3

DIASTEREOIZOMERIJA • Svi stereoizomeri koji nisu enantiomeri • Poseban vid – epimerija. D-glukoza D-manoza C 2 -epimeri D-glukoza D-galaktoza C 4 -epimeri

PISANJE FORMULA • Fischer-ove projekcione formule – karbonilna grupa se nalazi na vrhu, hidroksimetil grupa na dnu, a –OH i –H su raspoređeni sa leve i desne strane. • Pentoze i heksoze se pretežno javljaju u cikličnom obliku. 1 1 4 4 furan D-riboza (Fischer-ova) D-ribofuranoza (Tollens-ova) – još jedan hiralan C-atom

PISANJE FORMULA • Heksoze – nastaje šestočlani prsten 1 1 5 D-glukoza 5 D-glukopiranoza piran

PISANJE FORMULA • Novoformirani hiralni C-atom prelazi iz trigonalnog u tetraedarski tj. ciklizacijom nastaju 2 diastereoizomera. • Ovi diastereoizomeri se nazivaju anomeri i razlikuju se po fizičkim osobinama. -D-glukopiranoza D-glukoza -D-glukopiranoza

PISANJE FORMULA • Kod ketoza, prsten se obrazuje reakcijom karbonilne grupe na drugom C-atomu i OH-grupe sa petog Catoma 2 2 5 5 -D-fruktofuranoza D-fruktoza -D-fruktofuranoza

HAWORTH-OVE PROJEKCIONE FORMULE 1 2 3 4 5 6 -D-glukopiranoza 6 5 * 4 * 1* * * 3 2

HAWORTH-OVE PROJEKCIONE FORMULE 6 5 Poluacetalna * grupa * 1 * 4 Poluacetalna grupa - a b * * 3 2 -D-glukopiranoza D-manopiranoza -D-glukopiranoza D-galaktopiranoza

PISANJE FORMULA 1 2 3 4 5 6 -D-fruktofuranoza 6 5 1 * 4 -D-fruktofuranoza * 2 * * 3

HAWORTH-OVE PROJEKCIONE FORMULE 6 5 4 grupa - b 1 * * 2 * Poluacetalna * 3 Poluacetalna grupa - a -D-fruktofuranoza -D-sorbofuranoza

M U T A -D-glukopiranoza (36%) R [ ] =+112, 2 O -D-glukopiranoza t. t. =146 C T A C I J -D-glukofuranoza A -D-glukopiranoza (63, 98%) [ ]D=+18, 70 0 D t. t. =148 -1550 C 0 0, 02% -D-glukofuranoza

FIZIČKE OSOBINE • Najčešće su bele, čvrste kristalne supstance. • Ponekad se javljaju kao guste sirupaste tečnosti • Zbog velikog broja OH-grupa grade veliki broj vodoničnih veza, pa imaju visoke t. t. • Lako se rastvaraju u H 2 O HEMIJSKE OSOBINE • Zavise od funkcionalnih grupa

OKSIDACIJA 1. Blagim oksidacionim sredstvima D-glukoza Na-glukonat Glukonska kiselina 1, 5 -glukonolakton

• Fehling C 6 H 12 O 6 + 2 Cu 2+ + 5 OH C 6 H 11 O 7 + Cu 2 O + 3 H 2 O • Tollens C 6 H 12 O 6 + 2[Ag(NH 3)2]+ + 3 OH C 6 H 11 O 7 + 2 Ag + 4 NH 3 + 2 H 2 O • Nylander 3 C 6 H 12 O 6 + 2 Bi(OH)2+ + 5 OH 3 C 6 H 11 O 7 + 2 Bi + 6 H 2 O • Benedict C 6 H 12 O 6 + 2 Cu 2+ + 5 OH C 6 H 11 O 7 + Cu 2 O + 3 H 2 O

OKSIDACIJA 2. Jakim oksidacionim sredstvima Uronske kiseline Onske kiseline Aldarne kiseline

OKSIDACIJA 3. Enzimska oksidacija D-glukopiranoza Glukuronska kiselina D-glukoza

REDUKCIJA • Polihidroksilni alkoholi D-glukopiranoza Linearni oblik D-sorbitol

REDUKCIJA D-manopiranoza Linearni oblik D-glukopiranoza -D-fruktofuranoza D-manitol D-sorbitol D-manitol

GRAĐENJE OZAZONA D-glukoza D-manoza Hidrazon Ozazon Ketofenil hidrazon D-fruktoza

SKRAĆENJE NIZA D-glukoza Oksim - HCN Polioksinitril D-arabinoza

P R O D U Ž E N J E N I Z A D-arabinoza D-glukocijanohidrin H 2/Pd D-glukoza D-manocijanohidrin H 2/Pd D-manoza

REAKCIJA SA KISELINAMA D-ksiloza D-glukoza 2, 5 -anhidro-D-ksiloze furfural 2, 5 -anhidro-D-glukoze 5 -hidroksimetil furfural

S R A E A B K A C Z I A J M A A D-glukoza n-diol D-manoza D-fruktoza

ESTERIFIKACIJA D-glukopiranoza Tetra-O-acetil D-glukopiranoza

ESTRI SA H 3 PO 4 D-gliceraldehid-3 -fosfat dihidroksiaceton-3 -fosfat Nuberg-ov estar Robinson-ov estar Harden-Yang-ov estar Cori-ev estar

KONDENZACIJA -D-glukofuranoza 1, 2, 5, 6 -O-izopropiliden -D-glukofuranoza

ALKILACIJA D-glukopiranoza 2, 3, 4, 6 -tetrametil. D-glukozid

GRAĐENJE GLIKOZIDA • Glikozidi su ciklični acetali nastali reakcijom između: CIKLIČNI OBLIK MONOSAHARIDA + ALKOHOL GLIKOZID (poluacetalna struktura) (acetalna struktura) D-glukopiranoza -D-metilglukozid (70%) (30%)

Z N A Č A J N I G L I K O Z I D I 1. ARBUTIN hidroliza Arbutin glukoza + hidrohinon • antiseptik 2. SALICIN hidroliza Salicin glukoza + salogenin • U kori vrbe

Z N A Č A J N I G L I K O Z I D I 3. VANILIJA hidroliza Vanilija glukoza + vanilin 4. AMIGDALIN hidroliza Amigdalin 2 C 6 H 12 O 6 + C 6 H 5 CHO + HCN • U gorkom bademu - otrovan

OLIGOSAHARIDI • Ugljeni hidrati koji hidrolizom daju 2– 10 monosaharidnih jedinica. Mogu biti disaharidi, trisaharidi, tetrasaharidi. . . • Maltozni tip veze (redukujući tip veze) - reaguje poluacetalna grupa jednog monosaharida sa hidroksilnom grupom drugog monosaharida (najčešće na C 1 i C 4, ređe na C 6). -D-glukoza glikozidna veza

• Trehalozni tip veze (neredukujući tip veze) - reaguje poluacetalna grupa jednog monosaharida sa poluacetalnom grupom drugog monosaharida. • obe poluacetalne grupe blokirane disaharid ne pokazuje osobine svojstvene poluacetalnoj grupi. -D-glukoza Trehalozna veza -D-glukoza Trehaloza

REDUKUJUĆI DISAHARIDI • MALTOZA - nastaje razlaganjem skroba; u prirodi zastupljenija maltoza • bela kristalna supstanca, rastvorljiva u vodi, manje slatka od saharoze • ne nalazi se slobodna, ali je ima dosta u proklijalom ječmu i sladu Slobodna poluacetalna grupa O- -D-glukopiranozil (1 4) ( )-D-glukopiranoza

REDUKUJUĆI DISAHARIDI • CELOBIOZA - prisustvo (1 4) glikozidne veze čini je nesvarljivom za više organizme • bela kristalna supstanca, rastvorna u vodi, nema sladak ukus • ne nalazi se slobodna, već nastaje razlaganjem celuloze Slobodna poluacetalna grupa O- -D-glukopiranozil (1 4) ( )-D-glukopiranoza

REDUKUJUĆI DISAHARIDI • LAKTOZA (Mlečni šećer) - nalazi se u mleku sisara (majčino mleko 6%; kravlje 4, 5%) Slobodna poluacetalna grupa O- -D-galaktopiranozil (1 4) ( )-D-glukopiranoza

N E R E D U K U J U Ć I D I S A H A R I D I • SAHAROZA (trščani šećer) - dobija se iz šećerne repe i šećerne trske • Kristalna supstanca, lako rastvorna u vodi, slatkog ukusa • upotrebljava se u domaćinstvu. O- -D-fruktofuranozil (2 1) ( )-D-glukopiranozid

INVERZIJA SAHAROZE Saharoza D-glukoza + D-fruktoza = + 66 o = + 52 o srednja vrednost = 92 o = 20 o • Inverzija saharoze je fizička pojava koja se ogleda u promeni veličine i smera ugla skretanja ravni polarizovane svetlosti. Rastvor saharoze skreće za + 66 o, a rastvor glukoze i fruktoze za 20 o. • Inverzijom nastaje invertni šećer koji ima redukcione osobine! • Prirodni invertni šećer je med.

POLISAHARIDI • Sastavljeni od više od 10 monosaharidnih jedinki • razlika u: - dužini i razgranatosti lanaca - vrsti monosaharidnih jedinki - tipu (načinu vezivanja) • porastom dužine lanca smanjuje se rastvorljivost i nestaje sladak ukus • hemijski neaktivni • materijal za izgradnju vezivnih tkiva • deponovanje rezervne hrane

Polisaharidi Poreklo Hem. sastav Struktura Funkcija - Zoopolisaharidi - Homopolisaharidi - Prosti - Strukturni - Fitopolisaharidi - Heteropolisaharidi - Složeni - Skladišni

SKROB • Polisaharid (homoglukan) sastavljen samo od -Dglukoznih jedinki • Biljke – u obliku granula karakterističnih za svaku biljnu vrstu • Krompir – elipsaste; kukuruz i pšenica – sferne; pirinač – heksaedar. U tim granulama je prisutan i protein ekstenzin, koji ima funkciju biološkog lepka, a tu su i enzimi za razlaganje skroba. • Depo rezervne hrane za biljke i izvor hrane za životinjski svet • Skrob = amiloza + amilopektin.

AMILOZA ( 20%) • -D-glukozne jedinice povezane (1 4) glikozidnom vezom • Linearna makromolekula (250 -300 glukoznih jedinki). • Ima redukujući kraj (slobodna poluacetalna grupa poslednjeg glukoznog ostatka), ali nije redukujući polisaharid jer je udeo ovih OH grupa u rastvoru amiloze veoma mali. hidroliza potpuna hidroliza Amiloza Maltoza D-glukoza Maltozna jedinica

AMILOPEKTIN ( 80%) • 1000 -5000 molekula glukoze; grananje posle svakih 2530 glukoznih jedinica hidroliza Skrob Dekstrani Maltoza D-glukoza

POLISAHARIDI • DEKSTRANI - Produkt su delimične hidrolize skroba, ali i nastaju delovanjem bakterija na saharozu, tako što hidrolizuju saharozu do glukoze i fruktoze. Fruktozu koriste za metaboličke potrebe, a glukozu polimerizuju u dekstrane. 1. 2. Bacillus mesenteroides – osnova za dobijanje molekulskih sita (prečišćavanje u biohemiji). Streptococcus mutans – normalno prisutan u flori usne duplje i uzročnik je pojave karijesa. Razlaže saharozu (unetu putem hrane), nastalu glukozu polimerizuje u dekstrane naslaga na zubima. Ispod tih naslaga, metaboliše se fruktoza do mlečne kiseline koja nagriza gleđ i otvara put za prodor bakterija koje dovode do karijesa.

POLISAHARIDI • GLIKOGEN: – Životinjski skladišni polisaharid (jetra, mišići). – Sastavljen od D-glukoze, kao i skrob, ali je veći (2500095000 jedinica). – Lanac je razgranat, više nego kod skroba (grananje na 12 -18 jedinica).

POLISAHARIDI • CELULOZA - Najrasprostranjeniji polisaharid u prirodi. • Prisustvo (1 4) glikozidne veze čini celulozu nesvarljivom za više organizme. • Preživari u predželucu imaju mikroorganizme koji razlažu celulozu. • Gradivna materija u biljkama strukturni polisaharid (velika čvrstoća i elastičnost).

POLISAHARIDI • HEMICELULOZA: – Biljni polisaharid. – Sem glukoze sadrži i galaktozu i heksauronske kiseline • AGAR-AGAR: – Polisaharid sastavljen od D- i L-galaktoze i veoma malog procenta ksiloze i arabinoze. – U mikrobiologiji za pravljenje podloga (sa vodom daje pihtijastu masu koja iznad 40 o. C postaje tečna i transparentna)

POLISAHARIDI • INULIN: – Biljni polisaharid – dalija, artičoka, meksička biljka topinambur. – Sastavljen od fruktoze ( (1 2) veza) i 2 -3% glukopiranoze koja se nalazi na krajevima niza. – Primena u mikrobiologiji. – Priprema hrane za dijabetičare • MANAN: – Polisaharid sastavljen od molekula manoze. – Gljivice, kvasci.

POLISAHARIDI • HETEROPOLISAHARIDI (HETEROGLIKANI): – Jedinjenja koja hidrolizom daju više vrsta monosaharida. – Iz ove grupe najvažniji su oni koji ulaze u sastav vezivnog tkiva, i oni su vezani za proteine izgrađujući tzv. glikoproteine. – Nazivaju se još i mukopoli-saharidi, – Linearne su strukture, najčešće su sastavljeni od uronskih kiselina i N-acetil-heksozamina. – Najtipičniji predstavnici su hondroitin-sulfat, hijaluronska kiselina i heparin.

HIJALURONSKA KISELINA • Ulazi u sastav složenih proteina, glikoproteina. • Izgradnja sluznice, vezivnog tkiva, kože i staklastog dela oka (1 3) (1 4)

HONDROITIN-SULFAT • Uronska kiselina + D-galaktozamin (pojedine OH grupe esterifikovane sa H 2 SO 4) • Koža, hrskavica, tetive, krvni sudovi, zglobne tečnosti. (1 3)

POLISAHARIDI • HEPARIN: - Glukuronska kiselina + glukozamin (na više mesta sulfonovani) - Zbog prisustva velikog broja ostatka sumporne kiseline izrazito kiseo karakter! - U medicini za sprečavanje koagulacije krvi (antikoagulans). - Sa proteinima gradi asocijate (proteoglikane) velikog negativnog naelektrisanja sprečavanje građenja tromba, odnosno pojave embolije i moždanog udara.

POLISAHARIDI • PEKTIN: – Jagodičasto i bobičasto voće. – Čak i vrlo razblaženi rastvori veoma viskozni. – Pri zagrevanju i kasnijem hlađenju dolazi do želiranja. – Priprema sokova i džemova • HITIN: – Životinjski strukturni polisaharid – Izgradnja zaštitnog oklopa kod ljuskara i insekata