opracowane pytania.DOC

1. Czym zajmuje się biochemia?

Biochemia - nauka na pograniczu chemii organicznej i biologii zajmująca się substancjami organicznymi o dużym znaczeniu biologicznym, takimi jak białka, węglowodany, lipidy, kwasy nukleinowe i aminokwasy oraz przemianami chemicznymi zachodzącymi wewnątrz żywych komórek.

2. Jaką grupę związków nazywamy węglowodanami?

Węglowodany (zwane również cukrami) są to cząsteczki złożone z węgla, tlenu i wodoru. Są one przekształcane w glukozę będącą dla organizmu istotnym źródłem energii, którą można szybko uruchomić.

3. Jak dzielimy węglowodany?

Węglowodany jednocząsteczkowe (cukry proste):

— glukoza; można ją znaleźć w miodzie i owocach,

— fruktoza; znajduje się również w miodzie i owocach,

— galaktoza; znajduje się w mleku.

Węglowodany dwucząsteczkowe (dwucukry):

— sacharoza (cukier biały - ekstrakt z buraków cukrowych lub trzciny cukrowej), złożona z glukozy i fruktozy,

— laktoza (tworzą ją glukoza i galaktoza) jest węglowodanem znajdującym się w mleku ssaków,

— maltoza (tworzą ją dwie cząsteczki glukozy), jest podstawowym cukrem obecnym w piwie, zawarta jest również w kukurydzy.

Węglowodany wielocząsteczkowe (cukry złożone):

— skrobia; jedna cząsteczka skrobi zawiera setki cząsteczek glukozy. Możemy ją znaleźć w zbożach (pszenica, kukurydza, ryż), bulwach (ziemniaki), korzeniach (brukiew), ziarnach lub roślinach strączkowych (fasolka, soczewica, groszek, groch, bób, soja, komosa ryżowa).

4. Zasady nazewnictwa węglowodanów

Nazewnictwo momosacharydów. Wiąże się z występowaniem szeregów aldoz i ketoz. Aldozy to wielowodorotlenowe aldechydy, natomiast ketozy to wielowodorotlenowe ketony. I w zależności od liczby węgli w cząsteczce, możemy je zróżnicować na triozy, ketrozy, pentozy, heksozy a nawet na heptozy.

Jak się tworzy nazwę? - poprzez dodanie przedrostka aldo w wypadku aldoz, albo przedrostka keto w wypadku ketoz. I w ten sposób określamy przynależności do właściwego szeregu. Nazwy zwyczajowe nadal funkcjonują i tak np. glukoza to inaczej dekstroza, inaczej cukier gronowy albo na przykładzie fruktozy to inaczej nazwa zwyczajowa lewuloza, bądź cukier owocowy.

W nazewnictwie można na wyróżnić nić pewne grupy:

a-D-gluko-piran-oza

1 2 3 4 5

W nazewnictwie cukrów przyjęta jest zasada stosowania :

·         nazw zwyczajowych

·         nazw systematycznych

W nazwach systematycznych cukrów prostych przyjęto zasadę uwidaczniania ilości atomów węgla albo atomów tlenu w cząsteczce.
Zgodnie z tą zasadą aldozy będą nazywane;

·         najprostsza aldoza posiada dwa atomy węgla stąd nazwa aldodioza

·         aldotrioza (trzy atomy węgla w cząsteczce)

·         aldotetroza (cztery atomy węgla w cząsteczce)

·         aldopentoza (pięć atomów węgla w cząsteczce)

·         aldohektoza (sześć atomów węgla w cząsteczce)

Szereg ketoz, zaczyna się od cukrowca posiadającego trzy atomy węgla:

·         ketotrioza (trzy atomy węgla w cząsteczce)

·         ketotetroza (cztery atomy węgla w cząsteczce)

·         ketopentoza (pięć atomów węgla w cząsteczce)

·         ketoheksoza (sześć atomów węgla w cząsteczce)

5. Jaka jest różnica między wzorami chemicznymi; liniowymi Fishera, cyklicznym i wg Howortha.

według Fischera D(+)-glukoza

cykliczny D(+)-glukoza

według Hawortha D(+)-glukoza

6. Wymień podstawowe cukry proste, ich występowanie i charakterystyczne reakcje.

Cukry proste - Sacharydy, które nie ulegają hydrolizie do prostszych cząsteczek. Są też nazywane monosacharydami. W zależności od ilości atomów węgla można wśród nich wyróżnić np. triozy, pentozy i heksozy. W zależności od obecności grupy aldehydowej albo ketonowej cukry proste dzieli się na aldozy i ketozy. Do cukrów prostych należą m.in. glukoza, fruktoza, ryboza i deoksyryboza. Cukry proste są aktywne osmotycznie i często mają słodki smak. Glukoza powstaje w roślinach zielonych w reakcji fotosyntezy:

6 CO2 + 6 H2O      światło      C6H12O6 + 6 O2

                                                                                     glukoza

i fermentacji alkoholowej:

C6H12O6  woda  enzymy              2 C2H5OH + 2 CO2

Reakcje cukrów prostych

Cukry proste poddają się następującym reakcjom:

·         reakcji utleniania, gdzie czynnikiem utleniajacym może być odczynnik Fehlinga lub Tollensa, woda bromowa (utlenia aldozy a nie utlenia ketoz), kwas azotowy, kwas nadjodowy HIO4

·         tworzenia osazonów (reakcja z fenylohydrazyną i dotyczy tylko aldoz)

·         wydłużania i skracania łańcucha węglowego (dotyczy aldoz)

7. Opisz zasadę uporządkowania cukrów na szeregi D i L

Konfiguracja D- i L-  Często dla względnego charakteryzowania cząstek chiralnych

wprowadzono pojęcie konfiguracji D- i L-, co uwidocznione jest w nazwach związków. Na przykład - aldehyd D-glicerynowy, aldehyd L-glicerynowy

Punktem odniesienia dla konfiguracji D- i L- jest budowa cząsteczki aldehydu glicerynowego a konkretnie położenie podstawników H- oraz HO- przy środkowym węglu.

D-aldehyd glicerynowy

L-aldehyd glicerynowy

Najczęściej konfigurację D- i L- spotykamy w grupie cukrów. Jeżeli cząsteczki cukrów prostych swoją budową nawiązuje do D-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu D, natomiast te, których budowa nawiązuje do L-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu L.
Uporządkowanie na szeregi D i L następuje według konfiguracji podstawników, przy czym bierzemy pod uwagę to centrum chiralności, które jest najbardziej oddalone od grupy karbonylowej.

L-Glukoza                                           

D-glukoza

Przykłady konfiguracji D- i L-.

8. Z czego wynika izomeria optyczna cukrów prostych- podaj przykłady.

Heksozy C6H12O6. Najbardziej rozpowszechnioną z 16 aldoheksoz jest D(+)-glukoza (cukier gronowy), a z ketoheksoz D(-)-fruktoza.

D(+)-glukoza

D(-)-fruktoza

Aldoheksoza należy do grupy cukrów posiadających sześć atomów węgla w cząsteczce, o wzorze sumarycznym C6H12O6, różniących się jednak strukturalnie, tzn. rozmieszczeniem atomów. Zjawisko to nosi nazwę izomerii.
Wszystkie węgle w cząsteczce cukru, według Fischera, połączone są w łańcuch prosty. Pierwszy węgiel grupy aldehydocukrów, jakim jest aldoheksoza, tworzy grupę aldehydową -CHO, ostatni, tzn. szósty - grupę alkoholu I-szo rzędowego -CH2OH. Pozostałe węgle (2,3,4,5) tworzą grupy alkoholowe II-go rzędowe i są zarazem węglami asymetrycznymi.
Obecność w cząsteczce czterech asymetrycznych węgli daje nam zgodnie z regułą N=2n, 16 izomerów, gdzie n - liczba asymetrycznych węgli.
Z tych 16 izomerów aldoheksozy praktycznie znane są obecnie wszystkie. Otrzymano je albo na drodze syntezy laboratoryjnej, albo przez wydzielenie ze źródeł naturalnych. Stwierdzono, że tylko trzy z tych izomerów: (+)-glukoza, (+)-mannoza i (+)-galaktoza występują w znacznych ilościach.

Katoheksozy w odróżnieniu od aldoheksoz posiadają 3 asymetryczne atomy węgla. Stąd ilość izomerów w tej grupie cukrów prostych wynosi 8.
Z ketoheksoz najbardziej znanym izomerem jest D(-)-fruktoza, która podobnie jak glukoza powszechnie występuje w owocach a także - w połączeniu z glukozą - w dwucukrze, sacharozie.. Obydwa cukry tj. glukoza i fruktoza występują w świecie roślinnym obok siebie, przeważnie w słodkich owocach i w miodzie.
Glukoza jak i fruktoza posiadają strukturę liniowe i pierścieniowe. Sposób zamykania pierścienia dla glukozy pokazuje rysunek 13.1.

D(+)-glukoza

Rys.13.1 Przejście glukozy ze struktury liniowej w cykliczną

Model przestrzenny cyklicznej strukrury cząsteczki D-glukozy przedstawiony jest na rysunku 13.2

Rys.13.2 Model przestrzenny cząsteczki D-glukozy

D(+)-glukoza jest hemiaacetalem, którego struktura odpowiada strukturze reakcji zachodzącej między grupą aldehydową a grupą wodorotlenową przy atomie C-5 cząsteczki o otwartym łańcuchu. Ma ona cykliczną strukturę dlatego, że grupa aldehydowa i alkoholowa są częściami tej samej cząsteczki.
Taka cykliczna struktura ma o jedno centrum chralności więcej niż struktura liniowa, w związku z tym istnieją dwie izomeryczne odmiany D(+)-glukozy tj. (alfa)-D(+)-glukoza i (beta)-D(+)-glukoza, rózniącymi się konfiguracją wokół atomu węgla C-1. Takie dwa diastereoizomery nazywają się anomerami

(alfa)-D(+)-glukoza

(beta)-D(+)-glukoza

Odmiana alfa i beta łatwo ulegają hydrolizie pod wpływem wody. Każdy z anomerów w roztworze wodnym poprzez formę o otwartym łańcuchu ulega przekształceniu w mieszaninę pozostającą w stanie równowagi, zawierającą oba izomery o strukturze pierścieniowej.

9. Jak dzielimy cukry złożone, wymień ich przedstawicieli i napisz charakterystyczne reakcje chemiczne.

Cukry złożone

Jeżeli cząsteczki cukrów prostych łączą się ze sobą, tak że jedna cząsteczka cukru prostego łączy się z grupą alkoholową drugiej cząsteczki cukru, wówczas związki te nazywamy disacharydami (dwucukrami). Gdy więcej cząsteczek cukru łączy się ze sobą, powstają odpowiednio trójcukrowce, czterocukrowce itd.
Cukry zawierające do ośmiu prostych reszt cukrowych przyjęto nazywać olisacharydami, jeżeli łączy się więcej reszt wówczas nazywamy je polisacharydami.
Olisacharydy - małocząsteczkowe polisacharydy sa rozpuszczalne w wodzie i zdolne do krystalizacji. Olisacharydy z reguły mają smak słodki. Podczas hydrolizy rozpadaja się na cząsteczki cukrów prostych. Najważniejszymi olisacharydami są disacharydy (dwucukrowce), do których zaliczamy;

·         -maltozę

·         -celobiozę

·         -laktozę

·         -sacharozę

Polisacharydy - są to wielocukrowce, które nie mają smaku słodkiego, podczas hydrolizy rozpadaja się na kilka cząsteczek olisacharydów, a te z kolei rozpadają się na cząsteczki cukrów prostych. Do polisacharydów zaliczamy:

·         skrobię

·         gligogen

·         celulozę (błonnik)

Disacharydy:

-Maltoza

Maltozę mozna otrzymać jako jeden z produktów częściowej hydrolizy skrobi w wodnym roztworze kwasu. Hydroliza ta jest katalizowana przez diastazę, enzym znajdujący się w słodzie (kiełkujący jęczmień).
Maltoza ma wzór sumaryczny C12H22O12 i składa się z dwóch połączonych cząsteczek D-glukozy. Połączeniem dwóch cząsteczek glukozy jest wiązanie (alfa)-glukozytowe. Wzór strukturalny

Redukuje ona odczynniki Tollensa i Fehlina i w związku z tym zalicza się do cukrów redukujących.
-mMaltoza istnieje w dwóch odmianach alfa i beta, które w roztworze ulegają mutarotacji. Rozkłada się pod wpływem kwasów do D-glukozy, wg. reakcji

C12H22O12 + H2O --> 2C6H12O6

-Celobioza

Celuloza (włókno bawełniane) poddawana w ciągu kilku dni działaniu kwasu siarkowego i bezwodnika octowego ulega połączonym reakcjom acetylowania i hydrolizy. W końcowej części zastosowanie zasadowej hydrolizy, prowadzi do otrzymania -celobiozy
-Celobioza, podobnie jak -maltoza ma wzór sumaryczny C12H22O12, jest cukrem redukującym i wystepuje w formach alfa i beta.
Cząsteczka -celbiozy ulega hydrolizie do dwóch cząsteczek D-glukozy. Z tego możemy wnioskować, że budowa -celobiozy jest podobna do -maltozy. Faktycznie róznica występuje tylko na wiązaniu glukozydowym. -Maltoza ma wiązanie (alfa)-glukozytowe a -celobioza - (beta)-glukozytowe.

-Laktoza

-Laktoza stanowi około 5% mleka krowiego, a także mleka ludziego. Do celów handlowych otrzymuje się -laktozę jako produkt uboczny przy produkcji sera, gdyż jej obecność stwierdzono w serwatce - wodnym roztworze pozostałym po koagulacji białek zawartych w mleku.
Jest to biały krystaliczny proszek, mało słodki, dobrze rozpuszczalny w wodzie i nierozpuszczalny w etanolu.
-Laktoza ma wzór sumaryczny C12H22O12 a wzór strukturalny następujący

Jest ona cukrem redukującym i występuje w odmianach alfa i beta. W wyniku hydrolizy kwasowej i obecności emulsyny -laktoza przekształca się w równe ilości D--glukozy i D--galaktozy.

C12H22O12 + H2O --> C6H12O6 (D-glukoza) + C6H12O6 (D-galaktoza)

-Laktoza jest (beta)-glikozydem

-Sacharoza

Jest cukrem stołowym otrzymywanym z trzciny cukrowej lub buraków cukrowych. Bardzo słodka, dobrze rozpuszczalna w wodzie i słabo w etanolu.
Ma wzór sumaryczny C12H22O11 a strukturalny następujący

Nie redukuje ona odczynnika Tollensa ani Fehlinga, co wskazuje, że nie posiada własności redukujących (nie zawiera "wolnej" grupy aldehydowej ani ketonowej).
W wyniku hydrolizy -sacharozy pod wpływem rozcieńczonego, wodnego roztworu kwasu lub enzymu inwertazy powstają równe ilości D-glukozy i D-fruktozy.

C12H22O12 + H2O --> C6H12O6 (D-glukoza) + C6H12O6 (D-fruktoza)

Hydrolizie towarzyszy zmiana znaku skręcalności z dodatniego na ujemny i dlatego proces ten nazywa się często inwersją -sacharozy a otrzymana lewoskretna mieszanina cukrów nosi nazwę cukru inwertowanego. Z cukrem inwertowanym możemy spotkac się w miodzie, gdzie inwertazy dostarczają pszczoły.

Polisacharydy

Polisacharydy (wielocukry) są związkami, których każda cząsteczka jest zbudowana z wielu setek lub nawet tysięcy jednostek monosacharydowych. Jednostki te, podobnie jak w disacharydach, połączone są z sobą wiązaniami glikozydowymi, które mogą ulec rozerwaniu w wyniku hydrolizy.
Polisacharydy są występującymi w przyrodzie polimerami, które można uważać za związki pochodzące z aldoz lub ketoz w wyniku polimeryzacji kondensacyjnej. Polisacharyd wywodzący się np. z heksozy ma wzór ogólny (C...