klasifikace a struktura sacharidů
Sacharidy
Klasifikace sacharidů
Pod pojmem sacharidy je třeba si představit polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketony, které obsahují ve své molekule minimálně 3 atomy uhlíku vázané navzájem jednoduchou vazbou (alifatické). Dále sem patří i sloučeniny vzniklé vzájemnou kondenzací za vzniku acetalových vazeb, jinými slovy se jedná o sloučeniny, ze kterých vznikají sacharidy hydrolýzou. K sacharidům se řadí i sloučeniny vzniklé ze sacharidů oxidačními, redukčními, substitučními a dalšími reakcemi.
Sacharidy mají v buňkách rozličné funkce. Především jsou zdrojem energie (1 g sacharidů poskytuje 17,2 kJ energie, v případě alkoholových cukrů 10 kJ). Jsou stavebními jednotkami buněk a jsou součástí jejich obranných systémů. V neposlední řadě spoluvytváří mnoho sloučenin s vysokou biologickou aktivitou (glykoproteiny, koenzymy, hormony, vitamíny, antigeny apod.).
Sacharidy se dělí na 2 základní skupiny - na jednoduché a složené. Jednoduché sacharidy (monosacharidy) není možné štěpit na menší cukry, mezi nejrozšířenější patří glukóza a fruktóza. Složené sacharidy lze rozdělit na oligosacharidy a polysacharidy. V podstatě se jedná o polymery, z hlediska biologické účinnosti se ukázalo jako výhodné tyto polymery zařazovat do 2 podskupin. Oligosacharidy obsahují v řetězci 2 až 10 navzájem chemicky navázaných monosacharidů. Například sacharóza je disacharid především rostlinné říše a obsahuje navzájem spojené molekuly glukózy a fruktózy. V živočišné říši je zase nejrozšířenější disacharid laktóza, který obsahuje spojené molekuly glukózy a galaktózy. Polysacharidy jsou podobným způsobem chemicky navázané desítky až tisíce stejných (někdy rozdílných) monosacharidů. Absolutně nejpočetnější jsou polysacharidy odvozené od glukózy. Jejich variabilita je obrovská a je to dáno jednak počtem navázaných molekul glukózy v řetězci a také stupněn rozvětvení řetězce. Příkladem takových polysacharidů může být rostlinný škrob nebo celulóza, z živočišné říše glykogen. Kyselou hydrolýzou lze polysacharidy rozložit až na jednotlivé monosacharidy.
Z hlediska chemického chování lze monosacharidy rozdělit na aldózy (aldosa) a ketózy (ketosa). Koncovka -óza slouží v kombinaci s počtem atomů uhlíku v molekule k rozlišení jednotlivých monosacharidů (tetróza, pentóza, hexóza ..). Předpona keto- příp. aldo- označuje druh karbonylové skupiny (ketonová nebo aldehydová). D-glukóza je tedy aldohexóza, D-fruktóza je ketohexóza.
Většina sacharidů vyskytujících se v přírodě jsou buď aldopentózy nebo aldohexózy. Jak je z předchozích vzorců patrné, lze předpokládat, že fyzikální vlastnosti molekuly budou závislé na umístění hydroxylových skupin na tom kterém atomu uhlíku.
Jednoduché sacharidy vytváří cyklické struktury
Karbonylová skupina je vysoce reaktivní a silně interaguje zejména se skupinami, které obsahují volné elektronové páry. Touto vlastností se vyznačuje zejména hydroxylová skupina a jak je z předchozích vzorců patrné, molekuly monosacharidů jsou právě na hydroxyly velice bohaté. Pokud je uhlíkatý řetězec v molekule monosacharidu dostatečně dlouhý (5 a více atomů uhlíku), může se některý z koncových hydroxylů dostat pod vliv karbonylové skupiny. Výsledkem je vznik poloacetalové vazby a vytvoření cyklické struktury.
Molekuly monosacharidů se vyskytují převážně v cyklické formě. Acyklická forma se vyskytuje v malém množství. Například u D-glukózy je v roztoku acyklická forma zastoupena v množství jen asi 0,02 až 0,06 %. Cyklická forma představuje více jak 99%ní podíl. Díky mutarotaci se v roztoku ustavuje rovnováha mezi α-D-glukopyranózou (33%) a β-D-glukopyranózou (téměř 67%). Podobné obsahy acyklických forem lze najít i u dalších aldohexóz a ketohexóz. V případě pentóz je sice obsah acyklické formy vyšší, ale stále jen maximálně v jednotkách procent (např. u D-ribózy až 8,5%). V krystalickém stavu se monosacharidy vyskytují výhradně v cyklické struktuře.
Cyklická forma umožňuje polymeraci
Polymerace monosacharidů je umožněna díky substituentům (funkčním skupinám) obsahující hydroxylové skupiny. Je nutné zdůraznit, že chemické chování obou reagujících hydroxylů je mírně odlišné. Prvním typem je hydroxyl poloacetalové skupiny. Jedná se o hydroxyl navázaný na uhlík, na který je navázaný ještě další atom kyslíku. Druhým typem je hydroxyl navázaný na další libovolný atom uhlíku, který má na dalších vazbách navázaný jiný atom uhlíku nebo vodík. Řetězce polysacharidů vznikají kondenzační reakcí za vzniku acetalové (glykosidické) vazby. Základní řetězec nejpočetněji zastoupených polysacharidů vzniká nejčastěji spojováním molekul glukózy mezi uhlíkem 1 jedné molekuly glukózy a uhlíkem 4 druhé molekuly glukózy prostřednictvím glykosidické vazby. Rozvětvení řetězců umožňuje vytváření glykosidických vazeb pomocí dalších hydroxylů obsažených v molekule glukózy.
Související články
x
Odkazy
Při zpracovávání textů a grafické stránky článků byly využity podklady z odborné literatury a internetu. Převzaté obrázky byly graficky upraveny pro potřeby tohoto webu. Kreslené obrázky podléhají autorským právům. Seznam použité literatury naleznete zde.