Odcházíme budovat světlejší zítřky...! Jestli odmaturujeme...

21. SACHARIDY

Sacharidy jsou nejrozšířenější přírodní (organické) látky- mají největší podíl organické hmoty na Zemi. Obecný vzorec sacharidů: C_n(H₂O)_m . Vznikají ve fotoautotrofních organismech, jako jsou například zelené rostliny z CO₂ a H₂O za pomocí slunečního záření při tzv. fotosyntéze dle souhrnné rovnice:

6CO₂+12H₂O             C₆H₁₂O₆+6H₂O+6O_{2   (* glukosa- monosacharid)}

Pro heterotrofní organismy, jako jsou například živočichové, je nutný příjem sacharidů v potravě. Při nedostatku sacharidů si živočichové syntézují sacharidy z glycerolu, tedy z tuků, nebo aminokyselin, tedy z bílkovin. Biologický význam sacharidů je zdroj a zásobárna energie heterotrofních organismů, kteří si je nejsou sami schopni vyrobit, jako je například glukosa nebo fruktosa a přenos energie mezi orgány, například mezi játry a mozkem. Další funkce je zdroj uhlíku heterotrofních organismů za pomocí biosyntézy karboxylových kyselin, kdy se syntetizuje z aminokyselin lipidy či proteiny. Podpůrnou funkcí sacharidů je, že  jsou strukturní složkou buněk, tkání a pletiv. Například buněčných stěn bakterií a rostlinných buněk je celulosa nebo u hub to je chitin. Sacharidy jsou součástí biologicky aktivních látek- jako například glykoproteiny, glykolipidy z nukleových kyselin DNA či RNA, nukleotidy (jako například NAD⁺, NADP⁺) nebo některé vitamíny, jako kyselina-L-askorbová neboli vitamín C.

Sacharidy klasifikujeme buď podle typu oxoskupiny na: aldosy, neboli polyhydroxylaldehydy, které obsahují jednu aldehydovou a více hydroxylových skupin a ketosy, neboli polyhydroxylketony, které obsahují jednu ketonovou a více hydroxylových skupin. Podle počtu atomů uhlíku dělíme sacharidy na: triosy, obsahují tři atomy, tetrosy, obsahující čtyři atomy, pentosy, hexosy… Podle typu uzavřeného cyklu dělíme sacharidy na furanosy, kteří obsahují pětičetný cyklus tetrahydrofuranu:

a pyranosy obsahující šestičetný cyklus tetrahydropyranu:

Podle stáčení polarizačního světla dělíme u aldos (protože tvoří enantiomery) izomery na     D-řadu, vyskytující se v přírodě více (OH skupina napravo) a  L-řadu. 

Poslední dělení sacharidů je dle počtu sacharidových jednotek na jednoduché sacharidy a složité sacharidy. Do jednoduchých sacharidů patří skupina monosacharidy, která obsahuje pouze jednu sacharidovou jednotku a  sacharidy této skupiny jsou nejjednodušší a nelze je hydrolyticky štěpit. Další skupinou jsou složité sacharidy, kam patří oligosacharidy. obsahující dvě až deset jednotek a polysacharidy, které obsahují více než deset jednotek a lze je hydrolyticky štěpit na monosacharidy.

         Jednoduché sacharidy:

 Monosacharidy dělíme na aldosy, obsahující skupinu -CHO a ketosy, obsahující skupnu CO.  Mezi nejjednodušší monosacharidy patří aldóza 2,3 dihydroxypropanal, neboli glyceraldehyd a ketóza 1,3 dihydroxypropadnon, neboli dihydroxyaceton.                                      

Od glyceraldehydu odvozujeme ostatní aldosy a vznikají genetické řady. Obsahuje chirální uhlík a tudíž je opticky aktivní. Vznikají tedy dva optické izomery, neboli enantiomery, jinak řečeno antipody, tudíž zrcadlové obrazy. Je to vlastně dvojici L a D řady:

Oba mají stejné chemické vlastnosti, ale liší se vlastnostmi fyzikálními. Zde je nutné připomenout si pojem ekvimolární směs, neboli směs racemická, což znamená směs, kde poměr látkových množství obou antipodů je 1:1. Směs má tudíž stejný počet molů a ztrácí optickou souměrnost. Naproti tomu anomery jsou další optické izomery, které se liší pouze konfigurací hemiacetalové hydroxyskupiny. Nejsou to enantiomery, protože obě molekuly nejsou zrcadlovými obrazy. Anomery dělíme na  α-anomery, kde je hemiacetalová hydroxyskupina na stejné straně jako hydroxyskupina na chirálním uhlíku a  β- anomery, kdy je na opačné straně. 

Dihydroxyaceton, nejjednodušší ketóza, od níž se ostatní ketózy odvozují neobsahuje chirální uhlík.

Mezi základní vlastnosti monosacharidů patří  že jsou bílé, krystalické, rozpustné ve vodě, tvoří sladké roztoky a  jsou opticky aktivní (až na ketózu). Zahříváním monosacharidů se nazývá karamelizace. 

Reakce monosacharidů probíhají na karbonylové i hydroxylové skupině.

1. Redoxní reakce n karbonylové, resp. Hydroxylové skupině

1. oxidace, kde reagují pouze aldosy dle činidla za vzniku karboxylové kyseliny. –OH - -COOH
2. redukce, při které vznikají hydroxilové skupiny (OH)  a cukerné alkoholy.

2. Další reakce na hydroxylové skupině, kde je přednostně napadána poloacetalová i primární skupina.

Např. esterifikace, což je reakce alkoholu a kyseliny. Reagují zde organické (např. CH3COOH) i anorganické (H3PO4) kyseliny. Tato reakce je biologicky významnější- vznikají zde fosfáty= ester sacharidy+ H3PO4 nebo například sulfáty, což jsou ester sacharidy + H2SO4.

Vznik glykosidové vazby

Mezi další  zástupce monosacharidů patří glukosa, vyskytující se například v medu, hroznovém víně či krvi, fruktosa, což je nejsladší přírodní látka vyskytující se v rostlinných šťávách a medu, ribosa, která je součástí nuklidu a galaktosa, která je složkou nervové tkáně v mozku nebo zdroj energie.

Složité sacharidy vznikají spojením monosacharidových jednotek pomocí O-glykosidové vazby.

Sem patří skupina Oligosacharidy. Olygosacharidy a monosacharidy nazýváme společně jako cukry, což jsou sladké, bílé krystalické látky rozpustné ve vodě a je to základní stavení jednotka. Podskupinou oligosacharidů jsou disacharidy, kam patří sacharosa, což je řepný (třtinový) cukr, který je nejrozšířenější a je to podstatná složka výživy. Dalšími disacharidy jsou maltosa, neboli sladový cukr, laktosa, neboli mléčný cukr a celobiosa.

Oligosacharidy dělíme na redukující, které obsahují volnou poloacetolouvou hydroxylovou skupinu a redukují Fehlingovo a Tollensovo činidlo, což se projeví barevnou změnou. Sem patří všechny monosacharidy a z složitých sacharidů například maltosa. (hlava-pata)

      Neredukující sacharidy neobsahují volnou poloacetalouvou hydroxylovou skupinu a tudíž nedávají s Fehlingovým a Tollensovým činidlem pozitivní reakci. Mezi neredukující sacharidy patří například sacharosa či celá skupina polysacharidů. (hlava-hlava)

Další skupinou složitých sacharidů jsou Polysacharidy, což jsou vysokomolekulární biopolymery. Nejsou sladké ani rozpustné ve vodě. Je to nejrozšířenější skupina sacharidů. Patří sem celulosa, která je součástí vlákniny a využívá se na výrobu papíru a umělého hedvábí. Hydrolýzou v kyselém prostředí z ní vzniká glukosa. Podskupinou polysacharidů jsou zásobní polysacharidy, kam patří škrob, který má zásobní funkci u rostlin, hydrolýzou z něj vzniká maltoza a glukoza a vyskytuje se v mouce, bramborech, rýži nebo kukuřici. Škrob se využívá v potravinářství či farmacii. Škrob není zkvasitelný na alkohol a obsahuje dvě základní složky: amylázu a amylopektin. Důkaz škrobu: s roztokem jodu dává modro-fialové zabarvení. Molekuly jodu se dostávají dovnitř šroubovice, a tím se mění schopnost celého komplexu absorbovat světlo. Dále sem patří pektiny, chitin či heparin.

Metabolismus sacharidů=glykolýza

Při metabolismu sacharidů dochází ke spalování glukozy, při kterém vznikne kyselina pyrohroznová. Tento buněčný metabolismus se děje v cytoplazmě.

1. fosforylace (destabilizace glukosy), přidání ATP a vznik ADP
2. izomerace (stabilizace)
3. rozpad na 4x triosy
4. chemickými reakcemi (izomerace, dehydratace, fosforilace..)….
5. * Kyseliny pyrohroznové = pyruvát, tři možnosti:

1. alkoholové kvašení (jiné organismy než my)
2. mléčné kvašení (bez kyslíku) – sportovní výkon, stav nouze, odstáváme málo energie rychle, vzniká laktát
3. oxidační dekarboxylace (s kyslíkem)- dostaneme hodně energie pomalu.