cukry.pdf

Ę wiczenie 3

ANALIZA JAKO ĺ CIOWA CUKRÓW

Cz ħĻę do Ļ wiadczalna obejmuje:

−

wykonanie wybranych reakcji identyfikuj Ģ cych cukry

−

analiz ħ jako Ļ ciow Ģ niektórych cukrów na podstawie sposobu krystalizacji ich osazonów

WPROWADZENIE

Cukrowce (cukry), nazywane te Ň w ħ glowodanami lub sacharydami, s Ģ , poza białkami,

kwasami nukleinowymi i lipidami, jedn Ģ z najwa Ň niejszych klas cz Ģ steczek biologicznych. W

przyrodzie wyst ħ puj Ģ bardzo obficie – ponad 50% w ħ gla organicznego na Ziemi jest prze-

chowywana w postaci skrobi i celulozy. S Ģ to polisacharydy ro Ļ linne zbudowane z glukozy

ró Ň ni Ģ ce si ħ jedynie sposobem jej poł Ģ czenia. Zawarto Ļę w ħ glowodanów w tkankach ro Ļ lin-

nych jest du Ň o wy Ň sza (80% suchej masy) ni Ň w tkankach zwierz ħ cych (poni Ň ej 2% suchej

masy), tak Ň e formy ich wyst ħ powania s Ģ bardziej ró Ň norodne u ro Ļ lin ni Ň u zwierz Ģ t.

W ħ glowodany pełni Ģ wielorakie funkcje w organizmach Ň ywych. Podstawowe znaczenie

biologiczne tych składników polega na ich wykorzystaniu jako głównego Ņ ródła energii

uwalnianej w procesach oksydacyjnych (glikoliza). Cukrowce mog Ģ by ę te Ň przetwarzane w

inne metabolity wykorzystywane w ró Ň nych szlakach przemian, stanowi Ģ materiał zapaso-

wy (skrobia u ro Ļ lin, glikogen u zwierz Ģ t), a tak Ň e słu ŇĢ jako materiał budulcowy pełni Ģ cy

funkcje strukturalne i nadaj Ģ cy komórkom, narz Ģ dom i całym organizmom odpowiedni Ģ sta-

bilno Ļę mechaniczn Ģ . Na przykład, celuloza stanowi około 40-50% masy Ļ cian komórkowych

ro Ļ lin, mureina wyst ħ puje w Ļ cianach komórkowych bakterii, a chityna wchodzi w skład Ļ cian

komórkowych grzybów oraz pancerzy owadów i skorupiaków. Ponadto, poł Ģ czenia w ħ glo-

wodanów z białkami i lipidami pełni Ģ kluczow Ģ rol ħ w procesach rozpoznania komórkowe-

go po Ļ rednicz Ģ c w oddziaływaniach mi ħ dzy komórkami oraz w interakcjach mi ħ dzy komór-

kami i składnikami Ļ rodowiska komórkowego.

Budowa i podział cukrowców

Cukry s Ģ grup Ģ zwi Ģ zków karbonylowych (aldehydów lub ketonów) zawieraj Ģ cych kilka

grup hydroksylowych. Dzielimy je na cukry proste (jednocukry), nazywane monosachary-

dami i cukry zło Ň one (wielocukry) nazywane polisacharydami . Monosacharydy s Ģ to zwi Ģ z-

ki drobnocz Ģ steczkowe, niedaj Ģ ce si ħ rozło Ň y ę na inne składniki cukrowe, natomiast polisa-

charydy s Ģ zwi Ģ zkami wielkocz Ģ steczkowymi, zbudowanymi z kilkuset do kilkudziesi ħ ciu

tysi ħ cy cz Ģ steczek cukrów prostych. W Ļ ród cukrów zło Ň onych wyró Ň nia si ħ oligosacharydy ,

które zbudowane s Ģ z kilku (2 – 6) cz Ģ steczek cukrów prostych.

Monosacharydy

Wi ħ kszo Ļ ci monosacharydów odpowiada wzór sumaryczny C n H 2n O n . W zale Ň no Ļ ci od

liczby atomów w ħ gla w cz Ģ steczce dzieli si ħ je na triozy, tetrozy, pentozy i heksozy. Monosa-

charydy zawieraj Ģ ce wi ħ cej ni Ň 6 atomów w ħ gla, np. heptozy czy oktozy, wyst ħ puj Ģ w przy-

rodzie bardzo rzadko. Ze wzgl ħ du na obecno Ļę grupy aldehydowej b Ģ d Ņ ketonowej, cukry

proste mog Ģ by ę aldozami lub ketozami. Ko ı cówka -oza jest charakterystyczna dla cukrów.

Najprostszymi monosacharydami s Ģ cukry zawieraj Ģ ce trzy atomy w ħ gla w cz Ģ steczce,

czyli triozy : aldehyd glicerynowy (aldoza) i dihydroksyaceton (ketoza). Aldozy zawieraj Ģ ce

co najmniej trzy atomy w ħ gla, a ketozy zbudowane co najmniej z czterech atomów w ħ gla,

posiadaj Ģ w swojej cz Ģ steczce centra chiralne wynikaj Ģ ce z obecno Ļ ci w ħ gla asymetrycz-

nego , tj. atomu w ħ gla, którego 4 warto Ļ ciowo Ļ ci s Ģ wysycone ró Ň nymi podstawnikami. Takie

zwi Ģ zki wykazuj Ģ czynno Ļę optyczn Ģ , tzn. zdolno Ļę do skr ħ cania płaszczyzny Ļ wiatła spola-

ryzowanego, któr Ģ mo Ň na mierzy ę w polarymetrze. Obecno Ļę w ħ gla asymetrycznego powo-

duje asymetri ħ danej cz Ģ steczki oraz istnienie dwóch wzorów przestrzennych tej cz Ģ steczki,

które s Ģ wzajemnymi odbiciami lustrzanymi. S Ģ one nazywane izomerami optycznymi lub

enancjomerami . Tak wi ħ c aldehyd D- i L-glicerynowy (Ryc. 1) to enancjomery lub para

enancjomerów.

Aldehyd Aldehyd Dihydroksyaceton

L-glicerynowy D-glicerynowy

Ryc. 1. Wzory rzutowe Fischera trioz

W przypadku monosacharydów zawieraj Ģ cych wi ħ cej ni Ň 1 asymetryczny atom w ħ gla, sym-

bole D i L odnosz Ģ si ħ do konfiguracji asymetrycznego atomu w ħ gla najbardziej oddalonego

od grupy aldehydowej lub ketonowej, jak pokazano to na przykładzie D- i L-fruktozy (Ryc.2).

Je Ļ li konfiguracja jest taka jak w aldehydzie D-glicerynowym, cukier nale Ň y do szeregu kon-

figuracyjnego D, je Ļ li natomiast jest taka jak w aldehydzie L-glicerynowym – do szeregu L.

D-fruktoza L-fruktoza

Ryc. 2. Wzory rzutowe Fischera enancjomerów (odbicia lustrzane) fruktozy

Ilo Ļę mo Ň liwych, dla okre Ļ lonego monosacharydu, enancjomerów zale Ň y od liczby atomów

w ħ gla asymetrycznego. Ogólnie, dla cz Ģ steczki zawieraj Ģ cej n w ħ gli asymetrycznych mo Ň na

utworzy ę 2 n izomerów optycznych, z których połow ħ b ħ d Ģ stanowi ę izomery D, a drug Ģ po-

łow ħ izomery L.

Ze wzgl ħ du na to, Ň e struktury stereochemiczne z tetraedrycznym centrum w ħ glowym s Ģ

kłopotliwe do rysowania, powszechnie przedstawia si ħ je stosuj Ģ c wzory rzutowe Fischera

( projekcja Fischera ), które daj Ģ jasny i prosty stereochemiczny obraz przestrzenny przy ka Ň -

dym centrum asymetrycznym. We wzorach Fischera wi Ģ zania ł Ģ cz Ģ ce atomy podstawników z

centralnym atomem w ħ gla s Ģ przedstawione jako linie poziome (umownie – skierowane na

zewn Ģ trz płaszczyzny kartki) i pionowe (umownie – skierowane w gł Ģ b kartki) (Ryc. 3 ) .

wzór rzutowy wzór

Fischera stereochemiczny Ryc. 3. Sposoby zapisu struktury z tetraedrycznym

centrum w ħ glowym

Zale Ň no Ļ ci stereochemiczne dla aldoz i ketoz zawieraj Ģ cych 3 – 6 atomów w ħ gla w cz Ģ stecz-

ce i nale ŇĢ cych do szeregu D przedstawione s Ģ odpowiednio, na Ryc. 4 i Ryc. 5.

Ryc. 4. Szereg konfiguracyjny D aldoz zawieraj Ģ cych 3 – 6 atomów w ħ gla (Berg i wsp. 2005)

Ryc. 5. Szereg konfiguracyjny D ketoz zawieraj Ģ cych 4 – 6 atomów w ħ gla (Berg i wsp. 2005)

W roztworach wodnych otwarte formy ła ı cuchowe cukrów ulegaj Ģ w stopniu niemal cał-

kowitym cyklizacji i przyjmuj Ģ struktur ħ pier Ļ cieniow Ģ , w której grupa karbonylowa jest za-

blokowana wskutek utworzenia wewn Ģ trzcz Ģ steczkowego wi Ģ zania hemiacetalowego ( póła-

cetalowego ) w aldozach lub hemiketalowego ( półketalowego ) w ketozach. W przypadku

aldoheksozy, np. glukozy, grupa hydroksylowa przy C-5 atakuje atom tlenu przy C-1 grupy

aldehydowej tworz Ģ c wewn Ģ trzcz Ģ steczkowy 6-członowy pier Ļ cie ı hemiacetalu . W rezulta-

cie mog Ģ powsta ę dwie formy anomeryczne , oznaczane jako a i b. Ze wzgl ħ du na podobie ı -

stwo pier Ļ cienia do piranu powstaj Ģ cy cukier nazywany jest piranoz Ģ (Ryc. 6). W przypadku

ketozy, np. fruktozy, w podobnej reakcji grupa hydroksylowa przy C-5 ł Ģ czy si ħ z grup Ģ ke-

tonow Ģ przy C-2 i powstaje wewn Ģ trzcz Ģ steczkowy 5-członowy pier Ļ cie ı hemiketalu po-

dobny do furanu. Taki cukier nazywany jest furanoz Ģ i podobnie jak przy powstawaniu he-

miacetalu mog Ģ powsta ę jego dwie formy anomeryczne – a i b (Ryc. 7).

Ryc. 6. Powstawanie piranozy (wg Garrett i Grischam 1999)

Do przedstawienia cukrów w formie pier Ļ cieniowej u Ň ywa si ħ najcz ħĻ ciej wzoru Ha-

wortha ( projekcja Hawortha ), w którym widok pier Ļ cienia z góry jest przedstawiany per-

spektywicznie i na ogół nie pokazuje atomów w ħ gla w pier Ļ cieniu. W zale Ň no Ļ ci od konfigu-

racji podstawniki przy asymetrycznych atomach w ħ gla znajduj Ģ si ħ pod lub nad płaszczyzn Ģ

pier Ļ cienia (Ryc. 6 i 7). Grupy OH, które w projekcji Fischera le ŇĢ po prawej stronie ła ı cu-

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: