10_Weglowodany.pdf

10.

W ę glowodany to zwi ą zki powszechne w przyrodzie, np. celuloza stanowi

prawie połow ę masy wszystkich zwi ą zków organicznych na naszym globie.

Zawarto ść w ę glowodanów w tkankach ro ś linnych si ę ga 80% suchej masy, a u

zwierz ą t nie przekracza 2% suchej masy ciała. U ro ś lin s ą głównym materiałem

zapasowym, natomiast zwierz ę ta magazynuj ą je w niewielkim stopniu.

W ę glowodany s ą podstawowym ź ródłem energii niezb ę dnej dla procesów

Ŝ yciowych w organizmach ro ś linnych oraz zwierz ę cych. W organizmie ludzkim

zapasy glikogenu nie pokrywaj ą dobowego zapotrzebowania na energi ę .

Polisacharydy pełni ą ponadto funkcje strukturalne, celuloza jest rusztowaniem

wszystkich ś cian komórkowych u ro ś lin, chityna tworzy szkielet zewn ę trzny

bezkr ę gowców oraz ś cian ę komórkow ą u grzybów. Funkcj ę strukturaln ą u

kr ę gowców pełni ą glikozoaminoglikany, b ę d ą ce składnikami istoty podstawowej

tkanki ł ą cznej, w tym chrz ą stki i ko ś ci. W ę glowodany s ą składnikiem glikoprotein,

najliczniejszych białek zło Ŝ onych obecnych w organizmach Ŝ ywych. Cukrowce w

poł ą czeniu z białkami lub lipidami tworz ą na powierzchni zewn ą trzkomórkowej

wszystkich komórek w ę glowodanowy płaszcz, zwany glikokaliksem. Cukrowce

glikokaliksu ochraniaj ą powierzchni ę komórki przed uszkodzeniem

mechanicznym i chemicznym, uczestnicz ą tak Ŝ e w zjawiskach rozpoznawania

biologicznego oraz adhezji komórek. Oligosacharydy glikoprotein

wewn ą trzkomórkowych pełni ą rol ę „drogowskazów”, kieruj ą cych nowo

syntetyzowane białka do wła ś ciwych im miejsc przeznaczenia, zarówno w

transporcie ś ródkomórkowym, jak i pozakomórkowym. Składnik cukrowy gli-

koprotein pozakomórkowych okre ś la czas półtrwania białka w kr ąŜ eniu. W ę glo-

wodany, cz ę sto w poł ą czeniu z białkami, decyduj ą o swoisto ś ci antygenowej ma-

krocz ą steczek, komórek i tkanek, czego najprostszym przykładem mog ą by ć de-

terminanty antygenowe grup krwi układu AB0. Zwi ą zki te s ą równie Ŝ wa Ŝ nymi

składnikami wielu wydzielin, mucyn, którym nadaj ą charakter ś luzowaty.

131

W Ę GLOWODANY

Iwona ś ak

Ryc. 1 . Rodzina D - aldoz

MONOSACHARYDY I POCHODNE

Klasyfikacja i nomenklatura

Monosacharydy s ą cukrami prostymi, których nie mo Ŝ na rozło Ŝ y ć na inne

składniki cukrowe, maj ą cymi mas ę cz ą steczkow ą nie przekraczaj ą c ą 200 daltonów.

Klasyfikuje si ę je w dwie rodziny: wielowodorotlenowe aldehydy, czyli aldozy

( ryc. 1 ) i wielowodorotlenowe ketony, czyli ketozy ( ryc. 2 ). Nazw aldoza i ketoza

u Ŝ ywa si ę w sensie ogólnym dla odró Ŝ nienia monosacharydów, w których grupa

karbonylowa jest ko ń cow ą (aldehydow ą ) i jej atom w ę gla jest atomem numer 1,

lub nie jest ko ń cow ą (ketonow ą ), a jej atom w ę gla jest atomem numer 2. Ko ń ców-

ka –oza oznacza, Ŝ e przy atomach w ę gla, poza w ę glem grupy aldehydowej lub ke-

tonowej, znajduj ą si ę grupy –OH, tzn. Ŝ e zwi ą zek nale Ŝ y do w ę glowodanów.

W ka Ŝ dej rodzinie dalsza klasyfikacja opiera si ę na liczbie atomów w ę gla w cz ą -

steczce. Dla aldoz maj ą cych 3, 4, 5, 6 atomów w ę gla w ła ń cuchu nazwami podsta-

wowymi s ą odpowiednio: trioza, tetroza, pentoza, heksoza. Dla ketoz maj ą cych 4,

5, 6, 7 atomów w ę gla w ła ń cuchu nazwami podstawowymi s ą odpowiednio tetru-

loza, pentuloza, heksuloza, heptuloza.

CH 2 OH

C O

C OH

CH 2 OH

dihydroksyaceton

D-(-)-erytruloza

CH 2 OH

C O

C OH

CH 2 OH

C O

C H

C OH

CH 2 OH

D-(+)-rybuloza

D-(+)-ksyluloza

CH 2 OH

C O

C OH

CH 2 OH

C O

C H

CH 2 OH

C O

C OH

CH 2 OH

C O

C H

C OH

CH 2 OH

D-(+)-psykoza

D-(-)-fruktoza

D-(+)-sorboza

D-(-)-tagatoza

Ryc. 2 . Rodzina D -ketoz.

133

Nadaj ą c nazw ę monosacharydom lub ich pochodnym, ła ń cuchowy cukier

macierzysty mo Ŝ na okre ś li ć nazw ą zwyczajow ą lub systematyczn ą . Nazwy zwy-

czajowe s ą dopuszczalne, u Ŝ ywa si ę ich cz ęś ciej ni Ŝ nazw systematycznych, rów-

nie Ŝ podczas tworzenia nazw pochodnych cukrowych. Monosacharydy i ich po-

chodne maj ą trójliterowe symbole mi ę dzynarodowe (niektóre zamieszczono na ry-

cinach 1 i 2). Symbole te wykorzystuje si ę do przedstawiania sekwencji oligosa-

charydowych.

Nazw ę systematyczn ą cukru prostego tworzy si ę za pomoc ą konfiguracyj-

nych symboli i przedrostków z odpowiedni ą nazw ą podstawow ą . W tabeli 1 poda-

no przykłady nazw systematycznych ła ń cuchowych aldoz i ketoz.

Tabela 1. Nazwy zwyczajowe i odpowiadaj ą ce im nazwy

systematyczne monosacharydów ła ń cuchowych

Aldozy ła ń cuchowe

Nazwa zwyczajowa

Nazwa systematyczna

D -erytroza

D - erytro -tetroza

D -treoza

D - treo -tetroza

D -arabinoza

D - arabino -pentoza

D -liksoza

D - likso -pentoza

D -ryboza

D - rybo -pentoza

D -ksyloza

D - ksylo -pentoza

D -alloza

D - allo -heksoza

D -altroza

D - altro -heksoza

D- galaktoza

D - galakto -heksoza

D -glukoza

D - gluko -heksoza

D -guloza

D - gulo -heksoza

D -idoza

D - ido -heksoza

D -mannoza

D - manno -heksoza

D -taloza

D - talo -heksoza

Ketozy ła ń cuchowe

D -erytruloza

D - glicero -2-tetruloza

D -rybuloza

D - erytro -2-pentuloza

D -ksyluloza

D - treo -2-pentuloza

D -fruktoza(lewuloza)

D - arabino -2-heksuloza

D -aluloza(psykoza)

D - rybo -2-heksuloza

D -sorboza

D - ksylo -2-heksuloza

D -tagatoza

D - likso -2-heksuloza

D -sedoheptuloza

D - altro -2-heptuloza

134

Konfiguracja monosacharydów

Monosacharydy, jako zwi ą zki optycznie czynne, wyst ę puj ą w dwóch szere-

gach konfiguracyjnych D i L , które mo Ŝ na wyprowadzi ć z odpowiednich enancjo-

merów aldehydu glicerynowego. Aldehyd glicerynowy posiada jeden w ę giel asy-

metryczny, dlatego jego dwa stereoizomery s ą enancjomerami, czyli antypodami

optycznymi. Enancjomery ró Ŝ ni ą si ę konfiguracj ą , tj. przestrzennym rozmiesz-

czeniem podstawników wokół asymetrycznego atomu w ę gla, w ten sposób, Ŝ e

jedna odmiana stanowi lustrzane odbicie drugiej i ich wzory strukturalne nie daj ą

si ę nasun ąć na siebie. Obie cz ą steczki aldehydu nie maj ą płaszczyzny symetrii, dla-

tego s ą cz ą steczkami chiralnymi. Konfiguracj ę monosacharydów ła ń cuchowych

mo Ŝ na przedstawi ć za pomoc ą wzorów rzutowych Fischera, tak jak je przedsta-

wiono poni Ŝ ej dla aldehydu glicerynowego.

C OH

C H

CH 2 OH

aldehyd D - (+)-glicerynowy aldehyd L -(-)-glicerynowy

Oba enancjomery aldehydu glicerynowego stały si ę wzorcami konfiguracji

nie tylko dla wszystkich monocukrów, ale tak Ŝ e i innych zwi ą zków optycznie

czynnych, np. aminokwasów. Przyjmuje si ę , Ŝ e je ś li na drodze reakcji chemicz-

nych da si ę przekształci ć dany stereoizomer aldehydu glicerynowego w inny zwi ą -

zek optycznie czynny (lub odwrotnie), to zwi ą zek ten nale Ŝ e ć b ę dzie do szeregu

konfiguracyjnego D lub L , zale Ŝ nie od formy aldehydu glicerynowego, z której

powstał (lub do której został przekształcony), bez wzgl ę du na to, czy skr ę ca on

płaszczyzn ę ś wiatła spolaryzowanego w prawo, czy w lewo.

W monosacharydach zawieraj ą cych wi ę cej ni Ŝ jeden w ę giel asymetryczny

poło Ŝ enie grupy –OH przy ostatnim asymetrycznym atomie w ę gla (o najwy Ŝ szej

numeracji, który jest odpowiednikiem asymetrycznego atomu w ę gla w aldehydzie

glicerynowym) z prawej strony ś wiadczy o przynale Ŝ no ś ci cukru do szeregu D ,

natomiast z lewej strony klasyfikuje monocukier do szeregu L .

Enancjomery maj ą jednakowe własno ś ci fizyczne i chemiczne, gdy s ą ba-

dane w achiralnym ś rodowisku. Ró Ŝ ni ą si ę natomiast własno ś ciami optycznymi

oraz swym zachowaniem biologicznym. Ró Ŝ nice we własno ś ciach optycznych obu

enancjomerów polegaj ą na skr ę caniu płaszczyzny ś wiatła spolaryzowanego w prze-

ciwnych kierunkach, lecz o k ą ty o tej samej warto ś ci. Enancjomer, który skr ę ca

ś wiatło zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara oznacza si ę ( + ), czyli jest prawo-

skr ę tny, a enancjomer skr ę caj ą cy ś wiatło w kierunku przeciwnym oznacza si ę zna-

kiem ( - ), czyli jest lewoskr ę tny.

Ró Ŝ nice w zachowaniu biologicznym enancjomerów wynikaj ą z faktu, Ŝ e

organizmy Ŝ ywe, jako układy chiralne, przyswajaj ą zwi ą zki optycznie czynne tylko

135

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: