Sacharidy – maturitní otázka (3)

Otázka: Sacharidy

Předmět: Chemie

Přidal(a): Barbora61

Základní popis

významné přírodní látky přítomné ve všech rostlinných a živočišných buňkách
nejrozšířenější (pentózy, hexózy), součást NK, obsahují aldehydickou a keto skupinu
obsahují v molekulách N, C, O
zelené rostliny je produkují při fotosyntéze 12 H₂O + 6 CO₂ -> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
funkce:
- zásobní
- stavební
- zdroj energie
biologický význam: součást NK, glukolipidů, glukoproteinů, průmysl (výroba papíru, alkoholu, výbušnin, kyselin)

METABOLISMUS SACHARIDŮ

sacharidy se syntetizují v autotrofních organismech, kde jsou produktem fotosyntézy
zásadní úlohu hraje glukóza

Katabolismus sacharidů

polysacharidy a oligosacharidy v trávící soustavě rozloženy na monosacharidy
monosacharidy jsou střevní stěnou vstřebávány do krevního oběhu a transportovány do jater
z nadbytečné glukózy se v játrech tvoří glykogen

Glykolýza:

děj, při němž je glukóza Bohunice za anaerobních podmínek odbourávána na pyruvát za uvolnění energie v podobě ATP
probíhat v cytoplazmě, glukóza vstupující do glykolýzy musí být aktivována na glukózu-6-fosfát
konečný zisk energie z glykolýzy představují dvě molekuly ATP
hl. fáze glykolýzy:
- aktivace glukózy a její přeměna na triofosfáty
- dehydrogenace glyceraldehyd – 3 – fosfátu na 3-fosfátglycerát
- přeměna 3-fosfoglycerátu na pyruvát

pyruvát vstupuje do dalších reakcí:
- Anaerobní podmínky: – pyruvát se redukuje na laktát (kys. mléčná), který se tvoří ve svalech při intenzivní práci za nedostatku kyslíku (mléčné kvašení), některými organismy i na ethanol a CO2 (ethanolové kvašení)
- Aerobní podmínky: – pyruvát podléhá dekarboxylaci za vzniku acetylkoenzymu, který vstupuje Kresbova cyklu

Anabolismus sacharidů

autotrofní organismy (bakterie, sinice) mají schopnost syntetizovat sacharidy a anorganické látky v procesu zvaném fotosyntéza
heterotrofní organismy přijímají sacharidy v potravě, v přírodě tvoří glukózu z jednoduchých organických látek, vzniklých katabolitickými pochody v organismu GLUKONEOGENEZE (org, získávají glukózu po vyčerpání zásob glykogenu v těle, hladovění)
nadměrné množství sacharidů -> acetyl—CoA -> mastné kys. -> vznik tuků

Fotosyntéza:

Soubor chemických reakcí, při níž za účasti slunečního záření a přítomnosti chlorofylu dochází k přeměně anorganických látek na organické, probíhá v chloroplastech
Obecná rovnice fotosyntézy: 12 H₂O + 6 CO₂ -> C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O
Hlavní předpoklady fotosyntézy:
- 1. zdroj CO2 a H2O
- 2. zdroj slunečního záření
- 3. přítomnost chlorofylu
Světelná fáze:
- Pouze za přítomnosti světla, energie citového záření využita k tvorbě ATP.
- Probíhá ve 2 systémech:
FOTOSYSTÉM II.:
- Obsahuje formy chlorofylu absorbující sluneční záření po maximální vlnové délce 680 nm.
- příjme světelné záření, přejde do excitovaného stavu a uvolní elektrony -> fotosystém I nahradí z něho uvolněné elektrony a část jejich energie je využita k tvorbě ATP
- doplňuje se fotolýza vody, při které se voda rozkládá na kyslík vodík a elektrony
FOTOSYSTÉM I.:
- obsahuje formy chlorofylu absorbující sluneční záření o max. vlnové délce 700 nm
- přímé sjetá záření, přejde kdepak z citovaného stavu a uvolní elektrony, které mohou:
  - 1. redukovat NADP⁺ na NADH+H⁺
  - 2. vrátit zpět na P700, přičemž část energie je využita k tvorbě ATP

Temnostní fáze:
- Na světle nezávislá, pro většinu průběhu dochází k redukci CO₂ za vzniku sacharidů při využití ATP a NADPH+H⁺ ze světelné fáze
- CALVINŮV CYKLUS:
  - nejvýznamnější metabolická cesta syntézy sacharidů, kdy je CO₂ postupně začleňován do organické sloučeniny, konečným produktem je sacharid.
  - molekula CO2 nejdříve zareaguje s ribóza-1,5-bisfosfátem za vzniku nestabilního šestiuhlíkatého produktu, který se rozpadá na dvě molekuly 3-fosfoglycerátu
  - 3-fosfoglycerát je pomocí ATP fosfolyrován na 1,3-bisfosfoglyceral a ten redukován pomocí NADPH+H⁺ na glyceraldehyd-3-fosfát
  - část glyceraldehyd-3-fosfátu kondenzuje za vzniku fruktóza -1,6-bisfosfátu, který je defosforylován na fruktóza-6-fosfát a ten se mění na glukóza-6-fosfát
  - část glyceraldehydu-3-fosfátu slouží k obnově ribóza-1,5-bisfosfátu

DRUHY VZORCŮ

Fisherovy vzorce: znázorňují acyklickou zjednodušenou formu sacharidů, lineární
Tollensovy vzorce: přechod
Hawothovy vzorce: používají se pro znázornění cyklických řetězců forem sacharidů, podobnost s heterocykly

MONOSACHARIDY

nelze ji dražit rozložit nejjednodušší různý počet– OH
prvotně vznik fotosyntézou, druhotně vznik štěpením disacharidů

Struktura:

optická aktivita
optická izomerie – opticky aktivní látky, které jsou schopné stáčet rovinu polarizovaného světla doprava nebo doleva, n = 2^x, kde x je počet chirálních uhlíků
enantiomery – zrcadlové obrazy, D / L formy, osová souměrnost
racemická směs – navenek se jeví jako opticky neaktivní 1D: 1L
chirální uhlík – může přehodit D a L
epimery – 2 stereoizomery, které se liší v konfiguraci na 1 z chirálních uhlíků
anomery – liší se od sebe dvě struktury pouze orientací potenciálové hydroxylové skupiny
vytvoření pyranózy:
Fyzikální vlastnosti
- bezbarvé, krystalické látky sladké chuti
- polární sloučeniny, neelektrolyty
- jejich roztoky stáčí rovinu polarizovaného světla.
- nerozpouští se v nepolárních rozpouštědlech
- zahřívání tají, rozkládají se – karamelizují

Chemické vlastnosti
- nejatraktivnějším místem je aldehyd. a ketosk.
- redukce, tvorba glukosidů, N-glukosidů, oxidace, esterifikace, ethanolové kvašení

OXIDACE
- zvyšování oxid. čísla
- oxidací aldóz vznikají aldonové kyseliny

REDUKCE
- snižování oxid. čísla
- redukcí vznikají cukerné alkoholy alditoly
- nejznámější je D-glucitol (sorbitol, sladidlo pro diabetiky)

TVORBA GLUKOSIDŮ
- acetoly monosacharidů, nemají redukční vlastnosti
- glykosidická vazba C-O-C
- neobsahují poloacetálový hydroxyl
- nejdůležitější nukleosidy

TVORBA N-GLUKOSIDŮ
- glykosidická vazba C-N-C
- nukleosidy
- vznikají reakcí poloacetálového hydr. s -NH sk.

ESTERIFIKACE
- alkohol + kyselina -> ester kyselina + H₂O, nejznámější s H₃PO₄

ETHANOLOVÉ KVAŠENÍ C₆H₁₂O₆ -> 2 CO₂ + 2 C₂H₅OH
- kvasinky vznikají anaerobně (bez přístupu vzduchu)
- produktem je alkohol a CO₂ (nedýchatelný)
- hodně cukru = silný alkohol
- čistý alkohol destilací
- vedlejší produkty: aceton, kys. citronová
- mléčné kvašení: bakterie, alkohol + kys. mléčná (kefír, kysané zelí)

REAKCE S ALKOHOLY

Chemické reakce.
- monosacharidy se oxidují Fehlingovým nebo Tollensovým činidlem
- Fehlinogvo: obsahuje v komplexu s kyselinou vinnou mědnaté ionty, které se účinkem monosacharidů redukují červený oxid měďný
- Tollensovo: obsahuje dvoum komplexu slov a maniak a stříbrné ionty, které se účinkem monosacharidů redukují a stříbra, vznik stříbrného zrcátka, monosacharidy se proto zařadí mezi redukující cukry, důkaz
- Zástupci monosacharidů (nejjednodušší glyceraldehyd, dihydroxyaceton)
Aldózy (redukující):
- D-glukóza
  - aldohexóza, hroznový cukr
  - bílá, sladká látka, rozpustná ve vodě
  - lehce stravitelná, zdroj energie
  - získává se ze škrobu
  - příprava krystalizací z rostlinných šťáv
  - umělá výživa sladidlo, glukopur
  - volná: rostlinné šťávy, ovoce a mat
  - vázaná: součást oligo a polysacharidů
- D-galaktóza
  - součást krevních polysacharidů
  - obsaženo v agaru (řasy), složka laktózy
- D-ribóza
  - součást DNA, pentóza, hexonový cyklus
  - součást RNA a ATP
- 2-deoxy-D-ribóza
  - součást DNA
- Mannóza
  - skořápky ořechů, pomerančová kůra
- Glyceraldehyd
  - nejjednodušší, má 2 optické izomery
Ketózy:
- Dihydroxyaceton
  - glycerol, nejjednodušší
- D-fruktóza
  - ovocný cukr, včelí med, nejsladší
  - zdroje energie, hexóza, pentózový cyklus

OLIGOSACHARIDY

sacharidy složené ze dvou až 10 molekul monosacharidu vázaných glykosickou vazbou
nejznámější jsou disacharidy

Disacharidy

monosacharidové jednotky mohou být vázány dvojím způsobem:
- Poloacetonový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí s některým hydroxylem (jiným než poloacetálovým) jiné molekuly monosacharidů a vznikne redukující disacharid.
- Poloacetálový hydroxyl jedné molekuly monosacharidu se spojí poloacetálovým hydroxylem jiné molekuly monosacharidů a vzniká neredukující disacharid
vlastnosti: bezbarvé, krystalické látky, dobře rozpustné ve vodě na sladké roztoky, součástí potravin

Zástupci disacharidů (kromě sacharózy všechny redukující)

Sacharóza
- – spojením fruktózy a glukózy
- – řepný nebo třtinový cukr, rostliny, zdroje energie
- – neredukující, bezbarvá, krystalická látka
- – zdroj: cukrová třtina a řepa
- – sladidlo, v kyselém prostředí hydrolýzuje (štěpí se)
- – invertní cukr: včelaři
- – nestačí rovinou polarizovaného světla

Maltóza
- – spojením glukózy a glukózy
- – sladový cukr, výroba piva
- – redukující, zdroje energie
- – sladká: do cukrovinek
- – enzym maltáza
- – vznik hydrolýzou škrobu nebo glykogenu

Laktóza
- – spojením byla laktózy a glukózy
- – mléko savců, mléčný cukr, redukující
- – některé kvasinky zkvašují na ethanol a kys. mléčnou
- – uvolňuje CO2 a H2O – dráždivé látky – intolerance

POLYSACHARIDY

glykosidické spojení více než 10 monosacharidových jednotek, patří mezi biopolymery
jsou nejrozšířenější, stavební, zásobní látky, nemají sladkou chuť
dělení:
- Podle typů monos. jednotek
- Podle struktury
- Podle funkce
vlastnosti: některé rozpustné ve vodě, některé bobtnají, nemají redukční vlastnosti (protože vznikají glykosidické vazby mezi poloacetálovými hydroxyly)
Zástupci polysacharidů (neredukující)

1) Zásobní

nerozpustné ve vodě, málo reaktivní
vláknité molekuly, kombinace s bílkovinami
Chitin
- – exoskelet členovců a bezobratlých
- – buněčné stěny hub, řas a rostlin
- – podobný celulóze, místo hydroxylové skupiny má acetamidovou skupinu
Celulóza
- – vice jak 1000 stavebních jednotek glukopyranózy
- – lineární struktura – přírodní vlákna
- – nerozpustná ve vodě
- – čistá (bavlna), dřevo (lignin, buničina, surová, textilní a papírenský průmysl), pryskyřice (hemicelulóza)
- – přežvýkavci schopni trávit
- – neredukující, působením nitrační směsi – nitrocelulóza

Agar
- – z červených mořských řas
- – živné medium pro kultivaci mikroorganismů a rostlin
- – potravinářství (dochucování a zahušťování)

Pektiny
- – nejvíce jablka, angrešt, maliny, rybíz
- – s agarem výroba gelů, gelfix
- – odbourávání cholesterolu

2) Zásobní (rezervní)

zásobárna energie a látek
homosacharidy, škrob, glykogen
méně vodíkových můstků
méně odolné vůči vodě
Škrob
- V vodě tvoří koloidní roztoky
- stavební jednotka: alfa–D–glukopyranóza
- skládá se z:
  - amylózy (lineární, rozpustná v H2O)
  - amylopektinu (nerozpustná ve vodě, rozvětvená, škrobový maz, bobtná)
- důkaz škrobu jódem
- hlízy brambor, semena, rostliny, kořeny, listy obilná zrna
- vyskytuje se v podobě zrn, základní složka potravy
- nepotravinářské využití škrobu: obalování osiv, klíčení, lepidla, pudry, pasty, prací prostředky, keramika, vitamín C, antibiotika
- mazovatění škrobu: levotočivá šroubovice se rozbalí do dlouhých řetězců tím, že zvýší viskozitu roztoků
- hydrolýza probíhá účinkem amyláz: kratší oligosacharidy se štěpí od konce po maltózu

Glykogen
- – živočišný škrob
- – v buňkách (kosterní svalstvo, játra)
- – rozpustný ve vodě
- – připomíná amylopektin, více ale větvený

Inulin
- – zvýšený příjem upravuje hladinu cukru v krvi a snižuje vysoký tlak
- – cibuloviny, koření čekanky, artyčok
- – pro diabetiky
- – podpora růstu přátelských střevních bakterií– zlepšení činnosti střev, probiotika

3) Polysacharidy se specifickými funkcemi

glukoaminoglykany, mukopolysacharidy (heparin, proteinová kostra)
základní složky pojivové tkáně (chrupavky, šlachy, cévní stěny)
organismech tlumiče nárazu a mazadly
kyselina hyaluronová (kloubní mas a sklivec, kosmetika)
heparin (inhibuje srážlivost krve)

Další podobné materiály na webu: