Chémia sacharidov - definícia, štruktúra; funkcia

sacharidov

Obrázok: „Isomerism-ball-V2.de.svg“ od Isomerism-ball.svg. Licencia: CC BY 3.0

Čo sú to sacharidy? Štruktúra a funkcia sacharidov

Sacharidy sú aldehydy alebo ketóny polyalkoholov (alkoholy s niekoľkými karboxylovými skupinami), ktoré obsahujú uhlík a vodu v pomere 1: 1. Chemický vzorec je Cn (H20) n. Pre hexózu so 6 atómami uhlíka by bol empirický vzorec C6 (H20) 6.

Počet sacharidov dôležitých vo Fyzikume je veľmi obmedzený a pomocou niekoľkých trikov sa ich môžete naučiť a pochopiť im veľmi rýchlo.

Monosacharidy (alebo jednoduché cukry) možno ďalej klasifikovať spočítaním ich atómov uhlíka.
Najdôležitejšie monosacharidy pre metabolizmus (a pre fyziku) sú Hexózy (6 atómov uhlíka) a Pentózy (5-atómy uhlíka). V menšej miere zohrávajú úlohu aj uhľohydráty s viac alebo menej atómami uhlíka, ako je glyceraldehyd (3 atómy uhlíka), erytróza (4 atómy uhlíka) alebo seduheptolóza (7 atómov uhlíka), z ktorých posledné dve v hexózovej monofosfátovej ceste glukózy (pozri nižšie) predstavujú medziprodukt. S výnimkou seduheptolózy však vo Fyzikume neboli žiadne otázky týkajúce sa tetróz, trióz alebo heptóz, a preto sa nimi ďalej nebudeme zaoberať.

Chiralita a izoméria monosacharidov

D-glukóza v Benovej Fischerovej projekcii; Yikrazuul (vlastná práca) [public domain], prostredníctvom Wikimedia Commons

Nomenklatúra D a L cukrov sa vždy vzťahuje na polohu skupiny OH na C5 atóme vo Fischerovej projekcii (tj. Druhý C atóm zdola). Ak je skupina OH vľavo, je to L-cukor, ak je to vpravo, je to D (latinsky dexter = vpravo) cukor. Všetky cukry, ktoré sa objavujú v ľudskom tele, sú D-cukry.

3 zo 4 najdôležitejších hexóz pre telo sú Izoméry a preto sú si navzájom veľmi podobné, čo na jednej strane uľahčuje učenie, ale na druhej strane je potrebná osobitná starostlivosť, aby sa zabránilo ich zámene.

Exkurz: stereochémia a izomérne vzťahy najdôležitejších sacharidov

Tento vývojový diagram je možné použiť na identifikáciu všetkých izomérov, nielen izomérov uhľohydrátov, ale všetkých izomérov v organickej chémii.

Obrázok: „Isomerism-ball-V2.de.svg“ od Isomerism-ball.svg. Licencia: CC BY 3.0

  • Konštitučné izoméry = štrukturálne izoméry (rovnaký empirický vzorec, rôzne vzory väzieb)
  • Stereoizoméria (rovnaký empirický vzorec, rovnaký vzor väzby, odlišné priestorové usporiadanie)
  • Viac vyhovujúce (môže byť prevedený do jedného druhého otočením substituentov na jednoduchej väzbe C-C (tvar vane/tvar stoličky)
  • Konfiguračné izoméry (Rovnaký vzor väzby, rôzne usporiadanie substituentov okolo stredu)
  • Cis/trans izoméry (Nemôžu sa na seba premeniť otočením substituentov, pod. Sú opačné (trans) alebo na tej istej strane (cis) (často s dvojitými väzbami)
  • Chiralita (Atóm C asymetricky substituovaný)
  • Enantioméry (molekuly zrkadlového obrazu)
  • Diastereoméry (nie (úplne) molekuly zrkadlového obrazu)

Pri zapamätaní štruktúrneho vzorca najdôležitejšej hexózy, glukóza, Z ktorého je možné syntetizovať všetky ostatné hexózy a prostredníctvom ktorých rozkladu (glykolýzy) je pokrytých 50% dennej potreby energie človeka, si vystačíme s hasičmi. „Ta Tü Ta Ta„Je kód pre molekuly glukózy uspokojujúce chute, ak si pamätáte, že počnúc 1. chirálnym atómom uhlíka znamená„ tü “skupinu OH vľavo a„ ta “skupinu OH vpravo.

„DL-galaktóza“ od spoločnosti NEUROtiker - vlastná tvorba. Licencované pod verejnou doménou cez Wikimedia Commons.

The Galaktóza je epimér glukózy a líši sa iba v 1 chirálnom centre (C4). Ak spojíte OH skupiny, získate „galaktického bojovníka“, akýsi vesmírny koráb.

The Manóza je tiež epimérom glukózy a líši sa iba na 2. atóme uhlíka. Môžete si tiež spomenúť “Druhým mužom je Epimer.“, Čo znamená, že 2. atóm uhlíka manózy je epimérom glukózy.

Posledný cukor v skupine 4 najdôležitejších cukrov pre telo a fyzické telo Fruktóza, sa najviac líši od glukózy, pretože má svoju karbonylovú skupinu na atóme C2, a teda jednu Ketóza je. Fruktóza vytvára furanózu ako kruh namiesto zvyšných 3 hexóz, z ktorých sa vyrába pyranóza.

Prstencový uzáver na jeden Pyranóza sa vyskytuje v aldózach reakciou medzi funkčnou aldehydovou skupinou na C1 a OH skupinou na C5. Výsledná molekula sa tiež nazýva Poloacetal. Novovytvorená karboxylová skupina v novom chirálnom centre je vysoko reaktívna, pretože dáva cukru svoje redukčné schopnosti, má dokonca svoje vlastné meno: glykozidová skupina OH.

A Napoly ketal (napr. fruktóza) sa vytvorí, keď keto skupina na C2 ketózy reaguje s hydroxylovou skupinou na C5, čo vedie k pyranóze namiesto Furanóza.

Pyranózy alebo furanózy sú zvyčajne napísané v Haworthov vzorec, pridáva sa teda ďalšie pravidlo nomenklatúry, ale je to rovnako jednoduché ako nomenklatúra D/L.

Ak je skupina OH na 1. atóme uhlíka nižšie, je to molekula α, ak je hore, je to β.

Pravidlo „FLOH“ je užitočné pri prevode cukru z Fischerovej projekcie na Haworthov vzorec a naopak, ktorý hovorí: “Čo na F.je jej latramenty sú, sú Oben o Hstrašne.„.

sú α- a β-glukózy Anoméry a môžu byť navzájom prevedené prostredníctvom formy s otvoreným reťazcom. Pretože však v α-glukóze sú OH skupiny na atóme C1 a C2 bližšie k sebe ako v β-glukóze a v prírode je zabezpečené, aby prevládali čo najnižšie možné energetické podmienky, rovnováha je na strane β-glukózy. odložené.

V Konformácia stoličky cis-trans izomerizmy a priestorová štruktúra molekúl sú najlepšie známe.

Otázkou často je, ktoré OH skupiny sú axiálne alebo rovníkové. Tu by boli hydroxylové skupiny zarovnané ekvatoriálne, osová poloha môže byť vždy rozpoznaná čiarou vertikálnej väzby (tu atómy vodíka).

Najdôležitejšou pentózou zo všetkých je D-ribóza, ktorej presnú tvorbu zaisťuje pentózo-fosfátová cesta. Pentózy sú základnými zložkami ribonukleových kyselín.

Formy viazania cukrov

Cukry môžu interagovať navzájom, ako aj s inými molekulami glykozidové väzby Rozlišuje sa medzi O-glykozidovou väzbou a N-glykozidovou väzbou.
A O-glykozidový Väzba nastáva, keď reagujú anomérne atómy uhlíka dvoch molekúl. Nomenklatúra týchto väzieb opäť pozostáva z konformácie α alebo β a z pomenovania čísel príslušných anomérnych centier.

Rovnako ako u monosacharidov, konformácia α-β súvisí s polohou „zhora“ (β) alebo „zdola“ (α).

The N-glykozidový Väzba popisuje väzbu cukru nie na inú skupinu OH, ale na skupinu NH inej molekuly. Najbežnejším výskytom tejto väzby je asparagín, ale väzba DNA ribózy na bázy, ako je adenín, by sa mala zaznamenať aj pod kľúčovým slovom „n-glykozidové väzby“.

Systematika sacharidov

I disacharidy

Aj keď existuje neuveriteľne veľké množstvo disacharidov, pre fyzikum sú nevyhnutné iba tri, vrátane ich štruktúrneho vzorca a všetkých zvláštností, ako je štiepenie a forma väzby.

  1. Sacharóza (fruktóza + glukóza)
  2. Laktóza (galaktóza + glukóza)
  3. Maltóza (glukóza + glukóza)

Sacharóza

Na sacharóze je dôležité to, že je neznižuje je to preto, lebo všetky anomérne karboxylové skupiny sú zapojené do väzby.

Laktóza, mliečny cukor

Štiepenie klinicky vysoko relevantnej laktózy je pre ľudské telo výnimkou. The β-glykozidová Laktózová väzba je jedinou β-glykozidovou väzbou, ktorú môže človek narušiť. S metabolickým nedostatkom Neznášanlivosť laktózy toto štiepenie β-glykozidovej väzby už nie je možné. Typické ťažkosti, ako sú hnačky a bolesti brucha, vznikajú preto, lebo laktóza zostáva v lúmene čreva v dôsledku neúspešného rozpadu a osmoticky odčerpáva vodu z okolia.

Maltóza, pivný cukor

Maltóza (a izomaltóza Glc a1è6 Glc) sa vyrába, okrem iného, ​​počas štiepenia škrobu α-amylázou. Maltóza je redukčný cukor.

Redukujúce a neredukujúce cukry sa dajú ľahko rozlíšiť tým, že majú v názve neredukujúce disacharidy 2 grécke písmená majú (sacharóza: α-D-glukóza (1,2) - β-fruktóza) a redukujú iba jednu (maltóza: α-glukóza (1,4) - glukóza)

II oligosacharidy

Oligosacharidy sú zlúčeniny, ktoré pozostávajú z 3 - 20 cukrov, hrajú úlohu v metabolizme, najmä ako glykoproteíny.

III polysacharidy

Polysacharidy sú sacharidy, ktoré vám pravdepodobne ako prvé prídu na myseľ vďaka diéte, kulturistike a alternatívnym životným štýlom, ktoré propagujú médiá. Sila, veľkým nepriateľom „diéty s nízkym obsahom sacharidov“ je napríklad polysacharid.
Pre všeobecnú štruktúru polysacharidov je potrebné vedieť, že existujú heteroglykány a homoglykány. Heteroglykány pozostávať z niekoľkých rôznych monosacharidov, zatiaľ čo Homoglykány sú radom niekoľkých identických monosacharidov.

Najdôležitejšie homoglykány sú celulóza, glykogén a škrob, všetky pozostávajú z niekoľkých molekúl glukózy.

Sila je zásoba uhľohydrátov rastlín, na rozdiel od Glykogén, ako zvieratá (vrátane ľudí) ukladajú sacharidy. Škrob pozostáva z amylózy (α- (1,4) Glc) a amylopektínu (α- (1,4) Glc a príležitostne tiež z α- (1,6) Glc), ktorý je rozvetvený svojimi α (1,6) väzbami. Glykogén tiež pozostáva z α- (1,4) Glc a α- (1,6) Glc (glykozidové väzby medzi molekulami glukózy), má však viac α- (1,6) väzieb, a preto je viac rozvetvený ako amylopektín.

Celulóza nehrá úlohu v ľudskom metabolizme, ale je dôležitá Vlákno a podporuje činnosť čreva.

IV heteroglykány. Komplexne zostavený, ľahko pochopiteľný

Heteroglykány sú polysacharidy vyrobené z najmenej dvoch rôznych monosacharidov.

Ďalej sa delia na:

  1. Mukopolysacharidy
  2. Proteoglykány
  3. Glykoproteíny

Mukopolysacharidy (glykozaminoglykány)

Tieto polysacharidy sa nachádzajú hlavne v extracelulárnej matrici a udržiavajú ju napnutú vďaka svojej vynikajúcej schopnosti viazať vodu. Ten, ktorý používa kozmetický priemysel Kyselina hyalurónová je mucpolysacharid a jeho vlastnosti viažuce vodu majú vyplňovať vrásky a napínať pokožku.

Proteoglykány

Proteoglykány sú v zásade glykozaminoglykány, ktoré sú kovalentne viazané na proteínový hlavný reťazec (Jadrový proteín) sú viazané tak, že sacharidové reťazce sú organizované a nedistribuujú sa difúzne a bez štruktúry v extracelulárnej matrici. Podiel sacharidov je relatívne vyšší ako v bielkovinách.

Glykoproteíny

Glykoproteíny sú sacharidy viazané na bielkoviny; ich podiel je relatívne nižší ako v bielkovinách. Pripojenie oligosacharidov k proteínu sa nazýva glykozylácia a je posttranslačnou modifikáciou, ktorá sa vyskytuje primárne v Golgiho aparáte. Takmer všetky bunky v krvi, okrem albumínu, sú glykozylované. Glykoproteíny majú teda rôzne úlohy, napríklad pri imunitnej obrane ako imunoglobulíny.

Jednoduchá diferenciácia na skúškach:

Proteoglykány: viac sacharidov ako bielkovín, nie rozvetvený reťazec.

Glykoproteíny: menej sacharidov ako bielkoviny, rozvetvený reťazec.

S týmito základnými informáciami sa vytvorí základ na zaznamenanie celého metabolizmu uhľohydrátov.

Populárne otázky na skúšky

1. V konformácii 4 C1 všetky substituenty β-D-glukopyranózy zaujímajú ekvatoriálne polohy.

  1. Správne
  2. Nesprávne

2. Galaktóza a glukóza sú epiméry C4.

  1. Správne
  2. Nesprávne

3. Sacharóza má voľnú hemiacetalovú OH skupinu.

  1. Správne
  2. Nesprávne

nafúknuť

Löffler/Petrides Biochemistry and Pathobiochemistry, 8. vydanie

Krátka učebnica biochémie, Königshoff/Brandenburger, Thieme Verlag, 1. vydanie

MediLearn, Biochemistry 3, H. Curth, Deutsche Ärzte Finanz, 7. vydanie