SACHARIDY nejrozenj organick ltky na Zemi lohy sacharid

SACHARIDY • nejrozšířenější organické látky na Zemi • úlohy sacharidů a) b) stavební zdroj energie

Chemické složení sacharidů a) polyhydroxyaldehydy – obsahují ve svých molekulách několik hydroxylových skupin a aldehydickou skupinu b) polyhydroxyketony – obsahují ve svých molekulách několik hydroxylových skupin a ketoskupinu • názvy sacharidů jsou triviální, koncovka - óza

Rozdělení sacharidů • monosacharidy – dělení podle počtu uhlíků v molekule a podle přítomnosti aldehydické a keto skupiny a) aldózy – aldotriózy, aldotetrózy, aldopentózy, aldohexózy b) ketózy – ketotriózy, ketotetrózy, ketopentózy, ketohexózy

• oligosacharidy – vzniknou spojením 2 – 10 molekul monosacharidů • např. : disacharidy, trisacharidy, tetrasacharidy

• polysacharidy – makromolekulární organické látky složené z mnoha molekul monosacharidů

Zástupci monosacharidů • D – ribóza (aldopentóza) • L – arabinóza (aldopentóza) • D – glukóza (aldohexóza) • D – fruktóza (ketohexóza)

Zástupci disacharidů • sacharóza • maltóza • laktóza

Zástupci polysacharidů • škrob • glykogen • celulóza

D - ribóza • bílá, krystalická látka, rozpustná ve vodě • aldopentóza • výskyt: ribóza a deoxyribóza jsou obsaženy v makromolekulách NK (RNA a DNA), v molekule ATP

D – glukóza (hroznový cukr, krevní cukr) • bílá, krystalická látka, sladké chuti, rozpustná ve vodě • výskyt: produkt fotosyntézy rostlin, hromadí se v plodech, dále je stavební jednotkou oligosacharidů sacharosy, maltosy, galaktosy a polysacharidů glykogenu, škrobu, celulosy, nachází se v krvi živočichů (glykémie, hypoglykémie, hyperglykémie), v medu • výroba – enzymatickou nebo kyselou hydrolýzou bramborového škrobu, rostliny ji vyrábí z vody a z oxidu uhličitého za účasti slunečního záření a chlorofylu v listech

• význam – zdroj energie pro neurony a červené krvinky, látka pro výrobu piva a vína pomocí alkoholového kvašení za účasti kvasinek (Saccharomyces) bez přítomnosti kyslíku

D – fruktosa (ovocný cukr) • bílá, krystalická látka, sladší než glukosa, rozpustná ve vodě • ketohexosa • výskyt – ovoce, med (38%)

sacharosa (řepný cukr, třtinový cukr) • bílá, krystalická látka, rozpustná ve vodě, sladké chuti • výskyt – v listech, stoncích, plodech rostlin (cukrová řepa, cukrová třtina, datlovník), v tělech živočichů nevzniká • význam – sladidlo, v těle živočichů se enzymaticky štěpí na glukosu a fruktosu (zvyšuje hladinu glukosy v krvi), dále slouží jako zdroj energie, podporuje vznik zubního kazu (slouží jako zdroj živin pro bakterie v dutině ústní)

maltosa (sladový cukr) • výskyt – v obilkách ječmene, vzniká zde rozkladem ze škrobu

laktosa (mléčný cukr) • výskyt – v mléce savců, mláďata savců vytváří v buňkách tenkého střeva enzym laktázu, která štěpí molekulu laktosy na molekulu glukosy a galaktosy

celulosa • bílá látka, nerozpustná ve vodě • výskyt – stavební látka buněčných stěn rostlin (bavlník, len, konopí) • význam – živočichové nemají enzymy, pomocí kterých by se rozštěpily makromolekuly celulosy, v trávicím soustavě přežvýkavců a termitů žijí symbiotické bakterie, které jsou schopny produkovat enzymy rozkládající celulosu až na glukosu • výroba – izoluje se ze dřeva po odstranění ligninu, celulosa pak používá pro výrobu papíru, z celulosy lze vyrobit viskózu, ze které se vyrábí umělé hedvábí a celofán

škrob • bílá, látka částečně nerozpustná ve vodě, není sladký • výskyt – produkt fotosyntézy rostlin, ukládá se v zásobních orgánech rostlin (lilek brambor, obilniny, banány) • využití – výroba lepidel, potravinářský průmysl

glykogen • bílá látka, nemá sladkou chuť • výskyt – v buňkách jater a svalů živočichů, člověk má v těle asi 250 až 400 g glykogenu • využití – jaterní glykogen udržuje hladinu glukosy v krvi při hladovění, svalový glykogen slouží jako zdroj energie, rychlost syntézy a odbourávání glykogenu jsou řízeny inzulinem a glukagonem

MONOSACHARIDY • nejjednodušším monosacharidem je glyceraldehyd (2, 3 – dihydroxypropanal, aldotrióza) • a) b) má 2 optické antipody (izomery) D – glyceraldehyd L – glyceraldehyd • tyto 2 monosacharidy mají např. stejnou teplotu tání, hustotu apod. , ale liší se schopností stáčet rovinu polarizovaného světla

• pro znázornění molekul D a L - glyceraldehydu lze použít Fischerovy vzorce – viz tabule • D – glyceraldehyd a L – glyceraldehyd mají v molekule asymetrický uhlík – uhlík, který nese 4 různé substituenty • oba optické antipody se liší umístěním hydroxylové skupiny na asymetrickém uhlíku • D – (z lat. dexter = pravý) • L – (z lat. leavus = levý)

• podle počtu asymetrických uhlíků lze odvodit počet opt. antipodů ( D a L) u každého monosacharidu

• řada D - aldóz – vycházíme z D – glyceraldehydu – viz studijní materiál • řada D - ketóz – odvozujeme od dihydroxyacetonu – viz studijní materiál • uhlíky aldóz číslujeme od uhlíku nesoucího karbonylovou skupinu • uhlíky ketóz číslujeme od uhlíku s hydroxylovou skupinou, který je blíž karbonylové skupině

• vazby jdoucí svisle směřují za nákresnu, vazby směřující vodorovně směřují před nákresnu, asymetrické uhlíky jsou v průsečíku dvou vazeb, vodíky neznázorňujeme

• pro znázornění molekul monosacharidů lze také použít Tollensovy vzorce • odvození Tollensova vzorce z Fischerova vzorce – viz tabule • Tollensovy a Fischerovy vzorce monosacharidů nevystihují skutečnou strukturu molekuly, proto používáme vzorce Haworthyho

• převod Fischerova vzorce na Haworthyho vzorec • a) b) c) postup: zakreslíme Fischerův vzorec provedeme dvojí výměnu substituentů zakreslíme Tollensův vzorec – vznikají tak 2 optické antipody – α a β D - glukopyranóza

• tyto opt. antipody se liší umístěním hydroxylové skupiny (poloacetalový hydroxyl) na C 1 d) vytvoříme Haworthyho vzorce, substituenty vázané nalevo píšeme nad rovinu cyklu, substituenty vázané napravo píšeme pod rovinu cyklu

Reakce monosacharidů • redukce – D – glukózu lze redukovat vodíkem za přítomnosti katalyzátorů na D – glucitol (D – sorbit), sladidlo pro diabetiky, sladidlo v potravinách (žvýkačky, cukrovinky, pečivo, přírodní D – glucitol je obsažen v ovoci – třešně, hrušky) • aldózy i ketózy redukují Fehlingovo činidlo, z F. činidla vzniká červená sraženina oxidu měďného • Fehling I – roztok skalice modré, Fehling II – roztok vinanu sodno - draselného a hydroxidu sodného

Disacharidy • vznikají spojením 2 molekul monosacharidů za odštěpení molekuly vody • sacharóza – vzniká reakcí alfa D – glukopyranózy a beta D – glukofuranózy, vazba se uskutečňuje reakcí 2 poloacetalových hydroxylů obou monosacharidů (glykosidická vazba) • sacharóza je neredukující monosacharid – nemá volný poloacetalový hydroxyl, který by měl úlohu redukčního činidla

• maltóza – vzniká reakcí 2 molekul alfa D- glukopyranóz, vazba se uskutečňuje pomocí poloacetalového a alkoholického hydroxylu (glykosidická vazba) • redukující monosacharid – má volný poloacetalový hydroxyl

Polysacharidy • makromolekulární látky • glykosidické vazby se účastní poloacetalový a alkoholický hydroxyl molekul monosacharidů • glykosidická vazba se může štěpit v kyselém prostředí nebo účinkem enzymů (z makromolekul polysacharidů mohou vznikat molekuly disacharidů až monosacharidů)

• homolysacharidy • heteropolysacharidy • celulóza – vzniká z molekul beta D – glukopyranóz, odolná vůči hydroxidům, makromolekuly celulózy se štěpí účinkem kyselin a účinkem enzymu cellulázy na cellobiózu (disacharid)

• škrob – makromolekuly amylózy tvoří nevětvené řetězce, skládají se z alfa D – glukopyranóz, zaujímají v prostoru šroubovici, jodem se barví modře, rozpustný ve vodě • amylopektin – makromolekuly amylopektinu tvoří větvené řetězce, skládají se z alfa D – glukopyranóz, jodem se barví červenohnědě • glykogen – podobá se amylopektinu, skládá se z alfa D – glukóz, jodem se nebarví, rozpustný ve vodě

Optická aktivita D a L - monosacharidů • molekuly těchto monosacharidů jsou asymetrické díky tomu, že mají asymetrické uhlíky ve svých molekulách • pokud vodným roztokem D nebo L monosacharidu prochází lineárně polarizované světlo, dochází ke stočení roviny lineárně polarizovaného světla o úhel alfa • pozn. světlo je elektromagnetické vlnění, pokud je nepolarizované, tak směry vektorů E a B světelné vlny (paprsku) se v prostoru chaoticky mění, pokud je polarizované tak směry vektorů světelné vlny (paprsku) mají v prostoru určený směr

• D a L monosacharidy dělíme podle směru stočení roviny polarizovaného světla o úhel alfa na pravotočivé (+) a levotočivé (-) • úhel stočení roviny polarizovaného světla se měří polarimetrem • D a L monosacharidy jsou látky opticky aktivní, pravotočivost a levotočivost nelze určit podle toho zda je monosacharid D nebo L izomer