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)