środa, 13 lipca 2011

CUKRY

Cukrowce zwane też węglowodanami lub sacharydami to aldehydy lub ketony wielowodorotlenowe. Jest to bardzo zróżnicowana grupa związków, które mogą być zarówno źródłem energii, jak i materiałem budulcowym czy zapasowym komórki. Dzieli się je na trzy klasy: (i) monosacharydy - cukry proste, (ii) oligosacharydy oraz (iii) polisacharydy - wielocukry. Oligosacharydy i polisacharydy powstają w wyniku połączenia cząsteczek cukrów prostych wiązaniami glikozydowymi.
Cukry proste o ogólnym wzorze (CH2O)n, gdzie n ≥ 3, w zależności od tego, czy posiadają grupę ketonową czy aldehydową, dzieli się, odpowiednio, na ketozy i aldozy. Pod względem długości łańcucha węglowego monosacharydy można dalej podzielić na triozy, tetrozy, pentozy, heksozy itd. W przypadku cukrów prostych jeden lub więcej atomów węgla to tzw. węgle asymetryczne – takie, których wszystkie cztery podstawniki są inne. Nadają one cukrom aktywność optyczną i pozwalają na tworzenie wielu stereoizomerów (form danego cukru różniących się przestrzennym układem podstawników przy węglu asymetrycznym np. izomery optyczne szeregu D i L, stanowiące swoje lustrzane odbicia). Cukry, które różnią się konfiguracją podstawników wokół jednego atomu węgla to tzw. epimery (np. D-glukoza i D-galaktoza, rys. 1).
                                       Rys. 1. D-glukoza i D-galaktoza są epimerami względem atomu węgla 4 (C-4).
W roztworze wodnym cukry mogą istnieć w formie łańcuchowej lub pierścieniowej (furanozy lub piranozy, rys. 2).

                                 Rys. 2. Formy pierścieniowe glukozy (α -D-glukopiranoza) i fruktozy (α -D-fruktofuranoza).
Przejście w formę pierścieniową wiąże się z utworzeniem wewnętrznego hemiacetalu i powstaniem dodatkowego węgla asymetrycznego, zwanego anomerycznym. Formy pierścieniowe cukrów występują wobec tego w postaci izomerów zwanych anomerami (forma α i β), mogącymi swobodnie przekształcać się z jednej formy w drugą. Ustalanie się stanu równowagi między obiema formami cukru powoduje zmianę skręcalności optycznej roztworu (czynność optyczna roztworu cukru polega na zdolności do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego) – jest to zjawisko mutarotacji. Wolna grupa ketonowa lub aldehydowa cukrów występujących w formie łańcuchowej sprawia, że mają one właściwości redukujące, stanowiące podstawę różnego rodzaju reakcji testowych.
Istotne biologicznie cukry proste to m.in. aldehyd glicerynowy (jeden z pośredników glikolizy i glukoneogenezy), ryboza i deoksyryboza (składniki kwasów nukleinowych), rybuloza (akceptor CO2 w cyklu Calvina) i glukoza (główny substrat energetyczny komórki). Cukry proste charakteryzują się dobrą rozpuszczalnością w wodzie, wpływają wobec tego w istotny sposób na ciśnienie osmotyczne roztworu i dlatego nie mogą być przechowywane jako materiał zapasowy.
Oligosacharydy zawierają od dwu do kilku reszt cukrowych, połączonych wiązaniami O-glikozydowymi. Typowymi oligosacharydami są np. dwucukry takie jak: sacharoza (glukoza + fruktoza połączone anomerycznymi atomami węgla wiązaniem α-1,2-glikozydowym, rys. 3) – będąca popularnym cukrem spożywczym uzyskiwanym z buraków i trzciny cukrowej, laktoza (galaktoza + glukoza połączone wiązaniem β-1,4-glikozydowym) – dwucukier występujący w mleku i maltoza (dwie reszty glukozy połączone wiązaniem α-1,4-glikozydowym) – powstająca podczas hydrolizy skrobi. Oligosacharydy z wolną grupą hydroksylową przy węglu anomerycznym wykazują właściwości redukujące (laktoza, maltoza), w przeciwieństwie do sacharozy, która nie posiadając wolnej grupy –OH przy węglu anomerycznym nie jest cukrem redukującym, tzn. żaden z pierścieni nie może ulec otwarciu z odsłonięciem grupy aldehydowej lub ketonowe.

                             Rys. 3. Budowa cząsteczki sacharozy (α-D-glukopiranozylo-(1→2)-β-D-fruktofuranozydu). Reszty glukozy
                                         i fruktozy połączone są wiązaniem O-glikozydowym.
Polisacharydy (wielocukry) zbudowane są z wielu reszt monosacharydowych tworzących długie łańcuchy, które czasem mogą być rozgałęzione. Są one zwykle nierozpuszczalne w wodzie, więc nie wpływają na ciśnienie osmotyczne roztworu. Szczególne znaczenie mają: skrobia - materiał zapasowy roślin, glikogen – materiał zapasowy zwierząt, niektórych bakterii i grzybów, celuloza - podstawowy składnik ściany komórkowej roślin zielonych, chityna – składnik ścian komórkowych grzybów i szkieletu zewnętrznego stawonogów. Niezwykle istotne są różnego rodzaju pochodne cukrów, w których zmodyfikowane zostały grupy hydroksylowe. I tak ufosforylowane cukry (glukozo-6-fosforan, aldehyd-3-fosfoglicerynowy) są ważnymi metabolitami komórkowymi, a aminocukry (N-acetyloglukozamina) to składniki ścian komórek bakteryjnych. Cukry wchodzą też w skład m.in. białek powierzchniowych komórek (glikoproteiny), czy też w skład lipidów (glikolipidy). Cukry oznaczać można na kilka sposobów. (1) Metoda biologiczna - polega ona na fermentacji, w której glukoza i fruktoza są ostatecznie przekształcane w alkohol etylowy i dwutlenek węgla. (2) Metody fizyczne - polegają na oznaczaniu ciężaru właściwego roztworu cukru, czy też jego skręcalności właściwej (skręcanie płaszczyzny światła spolaryzowanego), są to metody szybkie, niemniej wymagają dużej ilości materiału. (3) Metody chemiczne – jest to liczna grupa metod oparta na właściwościach redukujących cukrów (w przypadku oligo- i polisacharydów nie posiadających właściwości redukujących konieczna jest ich wcześniejsza hydroliza). (4) Metody enzymatyczne – są to bardzo dokładne metody polegające na wykorzystaniu enzymów specyficznie przekształcających badaną cząsteczkę cukru. Często gdy jedna reakcja nie prowadzi do powstania barwnego produktu lub absorbującego w UV stosuje się dodatkowy enzym, bądź enzymy przekształcające produkt pierwszej reakcji.
Spektrofotometria to dział analizy chemicznej, gdzie podstawą ilościowego i jakościowego oznaczania substancji w roztworze jest zdolność do pochłaniania światła o określonej długości fali. Wrażenie barwy związków chemicznych jest efektem pochłaniania przez nie pewnych zakresów światła widzialnego. Spektrofotometrycznie można oznaczać tak barwne, jak i bezbarwne substancje. Te ostatnie jeśli wykazują zdolność do absorpcji w nadfiolecie lub przekształcając je w barwne pochodne. Wielkość absorpcji (absorbancja) jest miarą ilości substancji. Zgodnie z prawem Lamberta-Beera absorbancja (A) światła monochromatycznego jest wprost proporcjonalna do stężenia roztworu (c) i grubości warstwy (l) – zwykle chodzi tu o grubość kuwety spektrofotometrycznej:
A = εcl
gdzie ε to molowy współczynnik absorbancji charakterystyczny dla danego związku. W analizie ilościowej stosuje się zwykle serie roztworów związku chemicznego o znanym stężeniu (roztwory wzorcowe) w celu sporządzenia tzw. krzywej wzorcowej, która pozwala na porównywanie absorbancji substancji badanej o nieznanym stężeniu z wartościami absorbancji roztworów wzorcowych.


Jeśli ten artykuł Cię zainteresował lub w jakikolwiek sposób pomógł w zrozumieniu biochemii spróbuj teraz pomóc mi. Kliknij w jakąkolwiek reklamę na moim blogu. Dziękuję bardzo!!

Możesz odwiedzić również inny mój blog: Amazing World (amazinworld-szpak.blogspot.com)
Pozdrawiam,
SzPak.

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz