WĘGLOWODANY - CUKRY

Cukry -  materiał energetyczny i strukturalny.

1) proste – monosacharydy - glukoza fruktoza C6H12 O6                    

2) dwucukry - oligosacharydy  - laktoza sacharoza C12H22O11         

3) wielocukry – polisacharydy – skrobia(C6H10O5) n  n=300 do 400, celuloza (C6H10O5) n n=100 do 10 000

CUKRY PROSTE - nie hydrolizują na mniejsze cząsteczki składowe glukoza, ryboza

Pentozy : Ksyloza, arabinoza 

Heksozy : Glukoza - aldozy cukry zawierające grupę aldehydową (C1) Fruktoza (izomery)- ketozy cukry zawierające grupę ketonową (C2) rozróżnienie przez reakcję z wodą bromową
Występują w: owocach, miodzie
nie wymagają trawienia, szybko wchłaniane, poziom we krwi podnosi się szybko,

Deoksycukry - cząsteczka związku zawierająca mniej atomów tlenu niż wyjściowy cukier: oleandroza, ramnoza, digitoksoza, deoksyriboza

CUKRY ZŁOŻONE

Oligosacharydy - dwucukry - stosuje się w lekach, produktach spożywczych sacharoza (gluk. + frukt.) rozkładana w jelicie cienkim
-Laktoza (cukier mleczny)

-Maltoza (w piwie), rozkład słodu w chlebie

-Stachioza,

-Werbaskoza
 

Związki optycznie czynne - związek skręcający płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego.

Anomeryczne formy cukrów dwa izomery o budowie cyklicznej, różniące się położeniem grupy hydroksylowej przy węglu C1 (w aldozach) lub C2 (w ketozach) a-D(+)glukoza i b-D(+)glukoza; względem siebie są diastereoizomerami

Mutarotacja - zjawisko zmiany kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji roztworu formy anomerycznej (np. a-D(+)glukoza +112°; po pewnym czasie od momentu rozpuszczenia zmienia się na +52,7°, zaś b-D(+)glukoza +19° po pewnym czasie od momentu rozpuszczenia zmienia się na +52,7°) mutarotacja - zmienna skręcalność;

Wynik ustalenia się równowagi między formą a i b anomerów w roztworze, następuje poprzez formę łańcuchową 

Glukoza - jest związkiem szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie, powstaje w roślinach zielonych w procesie fotosyntezy:  6 CO2 + 6 H2O à C6H12O6 + 6 O2. Jest podstawowym źródłem energii w organizmach zwierzęcych. Jest rozprowadzana przez krew do komórek, gdzie ulega wieloetapowym przemianom. W końcowym etapie, wskutek doprowadzania dostatecznie dużej ilości tlenu, następuje jej całkowite utlenianie i wydzielanie bardzo dużej ilości energii. Dzięki tej energii komórki wykonują pracę i organizm prawidłowo funkcjonuje. Jeśli organizm jest niedotleniony, nie następuje utlenienie glukozy, nie wydziela się energia komórki i nie wykonuje pracy- organizm odczuwa zmęczenie.

Równanie reakcji biologicznego utleniania glukozy jest następujące:

C6H12O6 + 6 O2 à 6 CO2 + 6 H2O + energia

Węglowodany są historyczną nazwą grupy związków naturalnych, dających się opisać wzorem elementarnym CH2O, co sugerowało, że głównie zbudowane są z węgla i wody - stąd nazwa. Późniejsze badania wykazały, że wzór elementarny CH2O odpowiada wzorom cząsteczkowym (CH2O)n i jest najmniej ważną cechą wspólną związków tej grupy. Węglowodany stanowią jeden z ważniejszych elementów przyrody ożywionej.

- Powstają z wody i dwutlenku węgla w liściach zawierających katalizator tej reakcji (chlorofil) pod wpływem działania energii promieniowania elektromagnetycznego (światła) w procesie fotosyntezy.

- Najpopularniejsze węglowodany roślinne to skrobia i celuloza (polisacharydy) oraz cukry proste (glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza) i dwucukier - sacharoza (cukier spożywczy). Wraz z rośliną dostają się do organizmów zwierzęcych, gdzie są hydrolizowane do cukrów prostych i częściowo spalane do CO2 i H2O, wyzwalając przy tym energię, pobraną wcześniej w procesie fotosyntezy.

- Nadmiar cukrów prostych łączy się w wątrobie w zwierzęcy cukier zapasowy - glikogen, który stanowi zapasowe źródło energii dla organizmu.

- Ponadto w przemianach biochemicznych z glukozy wytwarzają się tłuszcze, a częściowo także białka, poprzez powstawanie aminokwasów w reakcjach ze związkami zawierającymi azot. Zatem węglowodany w różnych swoich postaciach stanowią zarówno materiał energetyczny ("paliwo" dla organizmu) jak i biorą udział w powstawaniu materiału budulcowego, jakim jest białko.

Podstawowe cząsteczki cukrów, tzw. cukry proste, monosacharydy - to wielohydroksyaldehydy lub wielohydroksyketony (C2). Obecność grupy aldehydowej powoduje, że są to związki łatwo się utleniające (silne reduktory), dające charakterystyczne reakcje z odczynnikami Tollensa i Fehlinga. Identycznie zachowują się cukry z grupą ketonową, bowiem reakcje utlenienia są charakterystyczne również dla a-hydroksyketonów.

 Grupy funkcyjne zawarte w cząsteczce monocukru powodują, że cząsteczka może reagować z drugą cząsteczką cukru - inną lub taką samą, tworząc oligosacharydy i polisacharydy.

Glukoza tworząc strukturę pierścieniową wewnętrznego hemiacetalu (reakcja grupy aldehydowej z grupą alkoholowa węgla C5) powoduje powstanie nowego centrum chiralności przy węglu C1, dając izomeryczne formy a i b (anomery).

Najbardziej znany cukier, czyli cukier spożywczy - sacharoza, zbudowany jest z cząsteczki glukozy i fruktozy, połączonych wiązaniem nie C1-O-C'4 a C1-O-C'2. W ten sposób zablokowane są obie grupy karbonylowe i sacharoza nie jest cukrem redukującym.

Drugi przykład: dwucukier maltoza zbudowany jest z dwu cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem C1-O-C'4.

Dwucukier celobioza zbudowany jest niemal identycznie, a różnica polega jedynie na tym,

że cząsteczka glukozy wchodząca w skład cząsteczki maltozy to anomer a (C1-),

natomiast glukoza w cząsteczce celobiozy to anomer b (C1-).

Konsekwencją tak niewielkiej różnicy w strukturze chemicznej jest fakt hydrolizowania maltozy przez enzym zwany maltazą, który nie powoduje hydrolizy celobiozy; natomiast celobioza ulega hydrolizie pod wpływem enzymu emulsyny (b-glukozydaza), nieaktywny w stosunku do maltozy.

Ponadto zarówno maltoza jak i celobioza, mając "wolny" karbonyl drugiej cząsteczki glukozy (C1-) mogą występować jako anomer a i b.

kwasy cukrowe kwasy dwukarboksylowe, powstałe przez utlenienie na obu   końcach cząsteczki cukru kwas glukarowy (utlenienie glukozy) HOOC-(CH-OH)4-COOH

kwasy uronowe aldehydokwasy, otrzymane przez utlenienie końcowego węgla cząsteczki cukru z pozostawieniem nienaruszonej grupy aldehydowej kwas glukuronowy (utlenienie glukozy na węglu C6).

kwasy aldonowe powstałe przez utlenienie  grupy aldehydowej kwas glukonowy

DWUCUKRY - są to cząsteczki powstałe przez połączenie glikozydowe jednej cząsteczki cukru z grupą alkoholową drugiej cząsteczki.

MALTOZA powstaje jako jeden z produktów hydrolizy policukru - skrobii. Hydroliza skrobii do maltozy jest katalizowana przez enzym diastazę, zawarty w słodzie (kiełkującym jęczmieniu). Z kolei hydrolizę maltozy do glukozy katalizuje enzym zwany maltazą, zawarty w drożdżach.

Ponieważ karbonyl podłączonej D-glukozy jest wolny, maltoza jest dwucukrem redukującym i ulega mutarotacji oraz tworzy osazon. 4-O-(a-D- glukopiranozylo) - D - glukopiranoza

CELOBIOZA

Celobioza jest produktem hydrolizy celulozy. Składa się z dwóch cząsteczek glukozy, podobnie jak maltoza, i podobnie jak maltoza jest cukrem redukującym. Różnica między celobioza a maltozą polega na sposobie połączenia dwóch cząsteczek glukozy. O ile maltoza jest glukozydem a - glukozy to celobioza jest pochodną jej anomeru b. Ta drobna róznica w budowie powoduje, że jest ona niewrażliwa na działanie maltazy, ulega natomiast hydrolizie do dwóch cząsteczek glukozy pod wpływem enzymu b- glukozydazy

4-O-(b-D- glukopiranozylo) - D - glukopiranoza

POLISACHARYDY

Zastosowanie w farmacji:

1.        Odżywcze, dietetyczne

2.        Źródła cukrów prostych

3.        Do produkcji tabletek

4.        Zasypki, pudry , maści

5.        Środki krwiozastępcze

6.        Związki przeciwzakrzepowe,

7.        Kolodium

8.        Stabilizatory emulsji

              WIELOCUKRY = POLISACHARYDY 

Polisacharydy: skrobia, celuloza, glikogen, śluzy,  

                              pektyny, mukopolisacharydy

- Cukry złożone, powstałe prze kondensację wielu cząsteczek cukrów prostych.

Cząsteczki tych polisacharydów zbudowane są z setek, a czasem nawet tysięcy jednostek glukozowych (D-(+)glukozy). Cząsteczki glukozy w wielocukrach są powiązane wiązaniami glikozydowymi, a sposób wiązania i odmiana anomeryczna warunkują właściwości poszczególnych policukrów. 

Celuloza – jest elementem strukturalnym ścian komórkowych,

otaczających komórkę roślinną zbudowana jest z cząsteczek glukozy, połączonych wiązaniem β-glikozydowym.

Nie rozpuszcza się w wodzie.

Ludzie nie posiadają enzymów umożliwiających trawienie celulozy, jest ona jednak niezbędnym elementem pożywienia, jako tzw. składnik włókna w diecie, ułatwiającego właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego

drażni jelita- zapobiega zaparciem, obniża poziom cholesterolu.

Celulozę stosuje się :w papiernictwie, w produkcji sztucznego jedwabiu, w lakierach.

W celulozie długie, nierozgałęzione łańcuchy, utworzone przez połączenie cząsteczek glukozy wiązaniem C1-O-C'4, tworzą spirale, które na kształt splecionych lin tworzą sztywne, wytrzymałe mechanicznie struktury. Wszystkie wiązania glikozydowe w celulozie są wiązaniami b-glikozydowymi.

W celulozie na każdą jednostkę glukozową przypadają trzy wolne grupy hydroksylowe. Dzięki temu można cząsteczkę celulozy modyfikować - np. estryfikować kwasem azotowym(V) (nitroceluloza, tzw. bawełna strzelnicza) lub kwasem octowym (octan celulozy), bądź w reakcji z dwusiarczkiem węgla CS2 przeprowadzić w ksantogenian (sztuczny jedwab, celofan).

Azotan celulozy – koloksylina - kolodium – Hemostin, Sanofil,

Płyn na odciski

Gossypium depuratum – bawełna, wata oczyszczona

Carbo medicinalis

SKROBIA – jest substancją zapasową roślin, zbudowana z jednostek α - glukozy. Skrobia magazynowana jest u roślin w postaci ziaren w organellach zwanych plastydami. Hydroliza skrobi i uwalnianie glukozy zaspokaja zapotrzebowanie komórki na energię niezbędną do aktywności metabolicznej.

...