Węglowodany, Szkoła Rolnictwo studia, Szkoła, Materiały studia, materialy - biotechnologia, Chemia ...
[ Pobierz całość w formacie 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 D D D D D D D D D D D D D D D 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 CH 2 OH C CH 2 OH O H dihydroksyaceton D-(-)-erytruloza H CH 2 OH C O C OH HO CH 2 OH C O C H H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH D-(+)-rybuloza D D-(+)-ksyluloza H CH 2 OH C O C OH C HO CH 2 OH C O C H C H CH 2 OH C O C OH C HO CH 2 OH C O C H C H OH H OH OH H HO H H C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH D-(+)-psykoza D D-(-)-fruktoza D-(+)-sorboza D-(-)-tagatoza Ryc. 2 . Rodzina D -ketoz. 133 D D D D D 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. H H C O C O H C OH HO C H CH 2 OH 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 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |