2 Budowa i funkcje sacharydów

2.2. Budowa i funkcje sacharydów

Sacharydy (Cukry, Węglowodany)

• Powstają głównie w procesie fotosyntezy.
• Zbudowane z węgla $C$, wodoru $H$ i tlenu $O$; niektóre zawierają azot $N$.
• Dzielimy je na:
  • Monosacharydy (cukry proste, jednocukry).
  • Oligosacharydy.
  • Polisacharydy.

Monosacharydy

• Słodki smak, dobrze rozpuszczalne w wodzie.
• Zawierają od 3 do 8 atomów węgla: triozy $C<em>3$, tetrozy $C</em>4$, pentozy $C<em>5$, heksozy $C</em>6$ itd.
• Posiadają grupy hydroksylowe $-OH$ i grupę karbonylową:
  • Aldehydową $-CHO$ (aldozy).
  • Ketonową $-CO-$ (ketozy).
• W roztworach występują w formie łańcuchowej i pierścieniowej.

Formy pierścieniowe

• Anomer α: podstawnik $-OH$ skierowany do dołu.
• Anomer β: podstawnik $-OH$ skierowany do góry.
• Zamknięcie łańcucha glukozy (aldozy): mostek tlenowy między atomami $C<em>1$ i $C</em>5$.
• Zamknięcie łańcucha fruktozy (ketozy): mostek tlenowy między atomami $C<em>2$ i $C</em>5$.

Funkcje biologiczne wybranych monosacharydów

Przemiany glukozy

• Glukoza jest podstawowym źródłem energii.
• Inne monosacharydy są przekształcane w glukozę lub jej pochodne.
• Glukoza może być wykorzystywana do syntezy innych sacharydów.
• Glukoza w organizmach:
  • Produkt przemian innych monosacharydów, np. galaktozy.
  • Substrat do syntezy innych monosacharydów, np. rybozy (substrat do syntezy deoksyrybozy).
  • Substrat do syntezy disacharydów, np. maltozy.
  • Substrat do syntezy polisacharydów, np. skrobi.

Oligosacharydy

• Powstają przez połączenie od 2 do 10 cząsteczek cukrów prostych wiązaniem O-glikozydowym.
  • Występuje najczęściej wiązanie 1,4-glikozydowe (między atomem $C<em>1$ jednej cząsteczki a atomem $C</em>4$ następnej cząsteczki).
    • Wiązania α (alfa): łatwo rozkładane.
    • Wiązania β (beta): rozkładane tylko przez nieliczne organizmy.

Disacharydy (Dwucukry)

• Produkty kondensacji dwóch cząsteczek cukrów prostych.
• Właściwości fizykochemiczne podobne do monosacharydów. Najważniejsze:
  • Sacharoza (cukier buraczany, cukier trzcinowy).
    • Zbudowana z glukozy i fruktozy połączonych wiązaniem 1,2-α-glikozydowym.
    • Funkcja: transportowa cukrów u roślin, występuje w korzeniu buraka cukrowego i łodydze trzciny cukrowej (substancja zapasowa).
  • Laktoza (cukier mlekowy).
    • Zbudowana z glukozy i galaktozy połączonych wiązaniem 1,4-α-glikozydowym.
    • Funkcja: składnik mleka ssaków (odżywcza).
  • Maltoza (cukier słodowy).
    • Zbudowana z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem 1,4-α-glikozydowym.
    • Funkcja: powstaje w wyniku trawienia skrobi i glikogenu, występuje w nektarze i pyłku niektórych roślin (wabi zwierzęta zapylające).
• Oligosacharydy o dłuższych łańcuchach łączą się z białkami lub lipidami, tworząc związki wchodzące w skład błon komórkowych.
  • Determinują grupy krwi.
  • Odtwarzają rolę w rozpoznawaniu się komórek.

Cukry redukujące

• Zawierają wolną grupę aldehydową.
• Można je odróżnić za pomocą próby Fehlinga (utlenianie aldoz za pomocą $Cu(OH)<em>2$ do kwasów organicznych, redukcja $Cu(OH)</em>2$ o barwie niebieskiej do $Cu_2O$ o barwie ceglastoczerwonej).
• Cukry niezawierające wolnej grupy aldehydowej nie dają pozytywnego wyniku próby Fehlinga.
• Aldozy nazywamy cukrami redukującymi, ponieważ mają zdolność redukowania związków miedzi:
  $aldoza + Cu(OH)<em>2 \rightarrow kwas \ organiczny + Cu</em>2O + H_2O$
• Do cukrów redukujących zaliczamy wszystkie monosacharydy (włącznie z fruktozą), maltozę i laktozę.
• Sacharoza nie ma właściwości redukujących (pierścienie się nie otwierają; anomeryczne atomy węgla $C<em>1$ i $C</em>2$ są zablokowane przez wiązanie 1,2-α-glikozydowe).

Polisacharydy

• Powstają na skutek łączenia się wielu cząsteczek cukrów prostych w jedną długą cząsteczkę.
• Nierozpuszczalne w wodzie, mogą być rozkładane za pomocą enzymów.
• Nie wykazują właściwości redukujących.
• Wykrywanie skrobi: jodyna (alkoholowy roztwór jodu) lub płyn Lugola (roztwór jodu w jodku potasu) barwi skrobię na granatowo.

Funkcja i podział polisacharydów

Do polisacharydów najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie należą:

• Glikogen.
• Skrobia.
• Celuloza.
• Chityna.

Są one nierozpuszczalne w wodzie, dlatego pełnią w organizmach funkcję zapasową oraz budulcową.

Polisacharydy o funkcji zapasowej

• Glikogen i skrobia.
• Składają się z cząsteczek glukozy połączonych głównie wiązaniami 1,4-α-glikozydowymi.
• Wiązania te są łatwo rozkładane przez enzym amylazę.
• Glikogen
  • Materiał zapasowy zwierząt i grzybów.
  • U człowieka gromadzi się głównie w wątrobie i mięśniach.
  • Zbudowany z około 100 tys. Reszt glukozy.
  • Reszty glukozy w łańcuchu głównym są połączone wiązaniami 1,4-α-glikozydowymi.
  • Co ok. 8-12 reszt glukozowych łańcuch się rozgałęzia dzięki powstawaniu wiązań 1,6-α-glikozydowych.
• Skrobia
  • Materiał zapasowy roślin i niektórych protistów.
  • Składa się z dwóch frakcji: amylozy i amylopektyny.
    • Amyloza
      • Stanowi ok. 20% masy skrobi.
      • Jest prostym łańcuchem zbudowanym z kilkuset reszt glukozy połączonych wiązaniami 1,4-α-glikozydowymi.
      • Tworzy spiralne skręty.
    • Amylopektyna
      • Stanowi ok. 80% masy skrobi.
      • Zbudowana jest z kilku tysięcy reszt glukozy.
      • Budowa jest bardzo podobna do budowy glikogenu, ale rozgałęzienia łańcucha głównego tworzą się co ok. 25 reszt glukozowych.

Polisacharydy o funkcji budulcowej

• Celuloza i chityna.
• Składają się one z cząsteczek cukrów prostych połączonych wiązaniami 1,4-β-glikozydowymi.
• Wiązania te są rozkładane przez nieliczne organizmy.
• Celuloza
  • Główny składnik ścian komórkowych w komórkach roślin i niektórych protistów.
  • Składa się z kilku tysięcy reszt glukozy połączonych wiązaniami 1,4-β-glikozydowymi.
  • Pomiędzy łańcuchami celulozy tworzą się liczne wiązania wodorowe, dzięki czemu powstają grubsze włókna - mikrofibryle.
  • Celulozę rozkładają jedynie niektóre mikroorganizmy.
• Chityna
  • Główny składnik szkieletów zewnętrznych stawonogów oraz ściany komórkowej w komórkach grzybów.
  • Składa się z kilku tysięcy reszt N-acetyloglukozaminy (aminowej pochodnej glukozy) połączonych wiązaniami 1,4-β-glikozydowymi.
  • Chityna jest rozkładana jedynie przez niektóre mikroorganizmy.