CZĘŚĆ I.

WYBRANE ZAGADNIENIA BIOCHEMII

Biochemia jest nauką zajmującą się poznaniem budowy chemicznej składników organizmów

żywych oraz przemian, jakie w nich zachodzą. Tradycyjnie biochemię dzieli się na dwa działy, a
mianowicie:

1) biochemię statyczną
2) biochemię dynamiczną.
Pierwszy z tych działów skupia uwagę na strukturze i właściwościach związków chemicznych

znajdowanych w przyrodzie ożywionej i stąd coraz częściej nazywany bywa chemią bioorganiczną.

Z kolei biochemia dynamiczna za pomocą metod chemicznych wyjaśnia istotę procesów

przemiany materii i stąd identyfikuje się ją z metabolizmem komórkowym.

Ponieważ każdy organizm ma pewne odrębne właściwości, biochemię w zależności od badanego

obiektu dzieli się na:

1) biochemię drobnoustrojów,
2) biochemię roślin
3) biochemię zwierząt.
Z tych trzech podstawowych działów wyodrębnia się dalsze bardziej wąskie specjalistyczne

kierunki (np. biochemia człowieka, biochemia bakterii itd.).

W rozdziale tym, w formie zwięzłego kompendium, omówiono jedynie wybrane zagadnienia

biochemii związane bezpośrednio z problematyką poruszaną w kolejnych rozdziałach tej książki. Tak,
więc, przede wszystkim, ma on ułatwić ich studiowanie, a nie zastąpić podręczników niezbędnych do
dokładnego i systematycznego przyswajania wiedzy biochemicznej.

ROZDZIAŁ 1.

CHEMIA BIOORGANICZNA

Jak już wspomniano, biochemia zajmuje się m.in. ustaleniem budowy chemicznej składników

żywych organizmów. Ustalono, że do najbardziej rozpowszechnionych w organizmach żywych
związków należą: sacharydy, białka (w tym enzymy) i tłuszczowce. Wśród innych na uwagę
zasługują: kwasy nukleinowe, witaminy, hormony, barwniki (m.in. pirolowe i karotenoidy),
glikozydy, alkaloidy i kwasy organiczne. Ich budowa zostanie omówiona w kolejnych rozdziałach.
Przy jej rozpatrywaniu, w większości przypadków, konieczne jest uwzględnienie zjawiska izomerii.
Dlatego też pierwszy rozdział poświęcony zostanie omówieniu tego niezwykle ważnego zagadnienia.

1. Izomeria

Izomeria polega na występowaniu związków o identycznym składzie atomowym, a różniących się

jedynie sposobem, kolejnością lub miejscem powiązania atomów albo ich rozmieszczeniem (lub ich
grup) w przestrzeni. Cząsteczki takich związków nazywane są i zo me r a mi . Znanych jest kilka
różnych odmian izomerii. Tu zostaną omówione jedynie te odmiany, które mają znaczenie z
biochemicznego punktu widzenia, a przede wszystkim będą przydatne przy studiowaniu dalszych
rozdziałów podręcznika (m.in. przy nazewnictwie enzymów).

Regioizomery (izomery pozycyjne) to izomery różniące się jedynie rozmieszczeniem tych samych

grup atomów (np. grup funkcyjnych, podstawników) w
podstawowym szkielecie cząsteczki. Mogą one różnić się
właściwościami fizyko-chemicznymi, ale przede wszystkim
najczęściej wykazują diametralnie różne właściwości
biologiczne.

Przykładem

regioizomerów

może

być

mieszanina dwu diestrów etylowych glicerolu.

C H

2

- CO OC

2

H

5

C H

2

- CO OC

2

H

5

C H- CO OH

C H

2

- CO OC

2

H

5

C H

2

- CO OH

C H- CO OC

2

H

5

I

II

regioizomery

Tautomery (izomery funkcyjne - różnią się obecnością w cząsteczce odmiennych grup

funkcyjnych) to dwa izomery, które przechodzą nawzajem w siebie w wyniku przesunięcia atomu
wodoru z jednoczesnym przemieszczeniem układu wiązań w cząsteczce. Zjawisko występowania
obok siebie takich izomerów nazywamy t a u t o me r i ą. Stan równowagi pomiędzy tautomerami kwasu
pirogronowego można zapisać następująco:

Odmiana ketonowa większości tautomerów jest znacznie trwalsza i stąd stan równowagi reakcji

przesunięty jest na jej korzyść.

-izomery to dwa izomery różniące się położeniem

podwójnego wiązania (lub kilku takich wiązań) w
cząsteczce, np.:

Stereoizomeria

Stereoizomeria, czyli izomeria przestrzenna jest związana z różnym przestrzennym

rozmieszczeniem atomów (lub grup atomów) i układem wiązań w cząsteczce. Według klasycznego
podziału obejmuje ona izomerię geometryczną i izomery optyczne.

Izomery cis-trans -izo me r y ge o me t r yc zn e , zaliczane do stereoizomerów - różnią się

konfiguracją, czyli przestrzennym położeniem wyróżnionych atomów względem wybranej
płaszczyzny, przy czym przyjmuje się, że atomy te nie mają możliwości swobodnego obrotu wokół
podwójnego wiązania (np. w alkenach) lub – w związkach cyklicznych – wokół wiązania C-C.
Izomery, w których takie same lub wyróżnione atomy (albo grupy atomów) znajdują się po tej samej
stronie są nazywane odmianami cis, po przeciwnych stronach – odmianami trans. Izomery cis-trans
mogą różnić się nieco właściwościami fizyko-chemicznymi, natomiast ich właściwości biologiczne są
z reguły całkowicie różne.

Izomery optyczne lub ogólnie związki optycznie czynne, tj. skręcające w różny sposób

płaszczyznę światła spolaryzowanego Ta właściwość jest konsekwencją obecności w ich cząsteczkach
centrum chiralnego. Chiralność, to właściwość obiektu polegająca na tym, iż nie pokrywa się on ze
swoim odbiciem w zwierciadle płaskim. Z reguły centrum chiralne izomerów optycznych stanowi
asymetryczny (chiralny) atom lub atomy węgla (oznaczone na rysunkach gwiazdką), wokół których
może występować różna konfiguracja, czyli przestrzenne rozmieszczenie innych atomów lub grup
atomów.

CH

2

=C-COOH

OH

CH

3

-C-COOH

O

odm iana ketonowa

odm iana enolowa

tautomery

CH

3

C

C

CH

3

H

H

H

C

C

CH

3

H

3

C

H

cis

-buten-2

trans

-buten-2

OH

OH

cis

-cyklopentano-

-1,2-diol

trans

-cyklopentano-

-1,2-diol

OH

OH

cis-trans

izomery

CHO

C*

H

CH

2

OH

CHO

C*

CH

2

OH

H

OH

OH

aldehyd L(-)-glicerynowy

aldehyd D(+)-glicerynowy

CHO

C*

CH

2

OH

HO

H

płaszczyzna

zwierciadła

CHO

C*

HO

H

CH

2

OH

-izomery

 - buten

1

CH

2

=CH-CH

2

-CH

3

 - buten

2

CH

3

-CH=CH-CH

3

Izomery optyczne dzieli się na prawoskrętne (+) lub lewoskrętne (-), w zależności od kierunku, w

którym skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego. W celu ujednolicenia przedstawiania ich
konfiguracji za wzorce przyjęto prawo- i lewoskrętne aldehydy glicerynowe. Grupa aldehydowa jest
lokowana na „górze” wzoru, natomiast grupę hydroksylową umieszcza się po lewej stronie (z punktu
widzenia patrzącego), otrzymując w ten sposób wzór aldehydu

L(-)-glicerynowego, lub po prawej,

otrzymując wzór aldehydu D-(+)-glicerynowego.

Enancjomery, to pary prawo- i lewoskrętnych izomerów optycznych, stanowiących wzajemne

odbicie w lustrze. Ich właściwości fizyko-chemiczne są identyczne, z wyjątkiem zdolności do
kierunku skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Natomiast różnią się właściwościami
biologicznymi. Np. pleśnie Penicillium glaucum z roztworu racemicznego winianu amonowego
zużywają wyłącznie odmianę prawoskrętną.

Racemat (postać racemiczna) to mieszanina równych ilości cząsteczek enancjomerów, nie

wykazująca aktywności optycznej (z uwagi na kompensację) oznaczana znakiem (±) lub literami

D

,

L

-

umieszczanymi przed nazwą lub wzorem związku chemicznego.

Racemizacja, to zjawisko polegające na wzajemnym przekształcaniu się jednego enancjomeru w

drugi, aż do ustalenia się równowagi ilościowej pomiędzy obu odmianami.

Diastereoizomery to izomery optyczne nie będące wzajemnymi odbiciami w lustrze. Różnią się

właściwościami fizyko-chemicznymi i biologicznymi. Poniżej przedstawione są konfiguracje czterech
stereoizomerów kwasu 2,3-dihydroksymasłowego. Wzory (I) i (II) oraz (III) i (IV) przedstawiają pary
enancjomerów, które w stosunku do siebie nawzajem są d i a s t e r e oi zo me r a mi .

Mezo-izomery. Niektóre związki, pomimo obecności asymetrycznych atomów węgla, są

nieczynne optycznie na skutek wewnętrznej kompensacji; nazywamy je związkami mezo. Przykładem
takiego związku jest kwas mezowinowy, który jest diastereoizomerem w stosunku do swoich odmian
prawo- i lewoskrętnej.

* * *

Niektóre inne aspekty stereoizomerii poruszone zostaną w następnym rozdziale, przy omawianiu

sacharydów.

C

C

COOH

CH

3

H

*

*

H

OH

OH

C

C

COOH

CH

3

*

*

HO

HO

H

H

OH

C

C

COOH

CH

3

*

*

HO

H

OH

HO

H

C

C

COOH

CH

3

*

*

(I)

(II)

(III)

(IV)

enancjomery

enancjomery

diastereoizomery

diastereoizomery

enancjomery

OH

HO

H

*

*

C

C

COOH

COOH

OH

HO

H

*

*

C

C

COOH

COOH

kwas

L(+)-winowy

kwas

D(-)-winowy

C

C

COOH

H

*

*

H

OH

OH

COOH

zwierciadlo

180o

kwas mezowinowy

2. Węglowodany (sacharydy)

Duża grupa związków zaliczanych do węglowodanów, zwana jest również sacharydami lub

cukrami. Termin „węglowodany” obejmuje monosacharydy (cukry proste), oligosacharydy,
polisacharydy oraz związki pokrewne (aminocukry, kwasy uronowe, itp.). Natomiast do innych klas
związków chemicznych zalicza się glikozydy aglikonowe (sacharyd połączony wiązaniem
glikozydowym z aglikonem – związkiem niecukrowym), np. nukleozydy, glikozydy roślinne, itp. W
tabeli wymieniono sacharydy najczęściej spotykane w przyrodzie.

Tabela 1.1. Klasyfikacja sacharydów najczęściej spotykanych w przyrodzie.

Monosacharydy

Pentozy

Heksozy

Oligosacharyd

y

Polisacharydy

Pochodne

polisacharydó

w

aldo
Arabinoza
Ksyloza
Ryboza

keto
Rybuloza
Ksyluloza

aldo
Glukoza
Mannoza
Galaktoza

keto
Fruktoza
Sorboza

disacharydy
Sacharoza
Laktoza
Maltoza
Celobioza

trisacharydy
Rafinoza

pentozany
Araban
Ksylan

heksozany
Skrobia
Glikogen
Celuloza

Hemicelulozy
Pektyny
Aminocukry

W skład węglowodanów wchodzą: węgiel, wodór i tlen. Z chemicznego punktu widzenia są to

alkohole wielowodorotlenowe, zawierające w cząsteczce grupę aldehydową (aldozy) lub grupę
ketonową (ketozy).

Związki zbudowane z jednej cząsteczki aldozy lub ketozy nazywa się monosacharydami. Ich

charakterystyczną cechą jest obecność w cząsteczkach asymetrycznych atomów węgla (oznaczonych
na rysunku gwiazdką), co warunkuje istnienie izomerów przestrzennych, czynnych optycznie tzn.
skręcających płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo (-) lub prawo (+). Ich konfigurację
przestrzenną (wywodzącą się od aldehydu glicerynowego) rozróżnienia się na podstawie układu na
przedostatnim węglu, dodając przed nazwą monosacharydu literę

D

lub

L

. Izomery

D

i

L

różnią się

między sobą właściwościami chemicznymi i fizycznymi.

W środowisku alkalicznym monosacharydy występują w formie łańcuchowej, natomiast w

kwaśnym lub obojętnym w formie pierścieniowej (półacetalowej): piranozowej (sześcioczłonowy
pierścień) lub furanozowej (pięcioczłonowy pierścień).

C*

C

O

1

C

*

2

C

CH

2

-OH

H

H

H

OH

OH

HO

3

4

5

6

*

D(-)-fruktoza

ketoheksoza

CH

2

-OH

C*

C

O

1

C

*

2

C

CH

2

-OH

H

H

H

OH

OH

HO

3

4

5

6

*

H

C

OH

H

D(+)-glukoza

aldoheksoza

*

szereg

D

C*

CH

2

OH

H

OH

C*

CH

2

OH

HO

H

szereg

L

-

D

-fruktofuranoza

6

5

4

3

HO

OH

H

H

H

CH

2

-OH

C

O

2

C

1

C

C

HO

CH

2

-OH

wzór pionowy

C

O

C

C

C

HOH

2

C

H

H

H

OH

OH

OH

1

2

3

4

5

6

CH

2

OH

wzór Hawortha

-

D

-glukopiranoza

H

OH

C

HO

OH

H

H

H

CH

2

-OH

C

O

C

C

1

2

3

4

5

6

H

C

OH

wzór pionowy

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

OH

wzór Hawortha

Pierścień furanozowy jest w zasadzie płaski,

natomiast pierścień piranozowy nie leży na płaszczyźnie,
lecz na powierzchni pofałdowanej, przypominającej
formę krzesełkową cykloheksanu.

Monosacharydy

w

postaci

cyklicznej

mają

dodatkowo jeden asymetryczny atom węgla więcej, co
powoduje powstanie nowych izomerów (tzw. anomerów

- i -). Jeśli grupa hydroksylowa przy pierwszym
atomie węgla cyklicznej postaci cukru, czyli grypa
półacetalowa –OH, jest skierowana przestrzennie tak
samo jak grupa wodorotlenowa przy atomie drugim, to izomer (anomer) ten oznaczamy

, jeśli jest

skierowana przeciwnie, izomer nosi nazwę

.

Glukoza wykazuje zjawisko mutarotacji: w odpowiednich warunkach izomery

- i - mogą

przechodzić jeden w drugi. Związki, w skład których wchodzą izomery

- lub - różnią się znacznie

między sobą wieloma właściwościami (np. amyloza zbudowana jest z

-glukozy, a celuloza w sposób

analogiczny z

-glukozy).

Grupa hydroksylowa półacetalowa, czyli leżąca przy pierwszym atomie węgla piranozowej postaci

cukru lub przy drugim furanozowej postaci, ze względu na swoją reaktywność chemiczną, jest
odpowiedzialna za tworzenie wiązań O-glikozydowych, N-glikozydowych i S-glikozydowych.

Dwie aldozy (np.

D

-glukoza i

D

-mannoza) różniące się jedynie konformacyjnym położeniem

grupy –OH przy drugim atomie węgla (sąsiadującym z grupą aldehydową) nazywa się epimerami.
Epimeryzacja to przekształcanie jednej takiej aldozy w drugą.

Uwaga. Przy nazewnictwie enzymów, dla wygody, pojęcie epimeryzacji rozszerzono i dwie aldozy różniące

się jedynie przestrzennym położeniem jednej grupy –OH przy którymś z asymetrycznych atomów węgla traktuje
się jako epimery. Np. nazwa „4-epimeraza UDP-glukozowa” wskazuje, że enzym może przy czwartym atomie
węgla dokonać epimeryzacji (w tym konkretnym przypadku przekształca UDP-1-glukozę w UDP-1-galaktozę).

2.1. Monosacharydy

Związki zbudowane z jednej cząsteczki aldozy lub ketozy nazywa się ogólnie monosacharydami

(monozami) lub cukrami prostymi. W zależności od ilości atomów węgla w cząsteczce dzieli się je na
triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, itd.

Triozy.

Spośród trioz w przyrodzie występuje dihydroksyaceton i oba izomery

D

- i

L

- aldehydu

glicerynowego.

C

C

O

C

C

C

H

H

HO

H

OH

H

H

CH

2

OH

HO

OH

wzor konformacyjny Reeves`a

/

-

D

-glukopiranoza

OH

OH

H

H

H

OH

H

H

HO

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

1

2

3

4

5

6

OH

OH

H

H

H

OH

H

H

HO

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

1

2

3

4

5

6

*

*

-

D

-glukopiranoza

-

D

-glukopiranoza

dihydroksyaceton

aldehyd

L-glicerynowy

CH

2

-OH

C

O

CH

2

-OH

CHO

C

CH

2

OH

HO

H

CHO

C

CH

2

OH

H

OH

aldehyd

D-glicerynowy

Związki te w postaci estrów fosforanowych tworzą się w zielonych częściach roślin podczas

fotosyntezy, w organizmach zwierzęcych między innymi podczas glikolizy oraz podczas fermentacji
alkoholowej.
Tetrozy

Spośród tetroz na uwagę zasługują

D

-erytroza, która pojawia się w cyklu pentozowym, a także

podczas fotosyntezy w zielonych częściach roślin w postaci estru fosforanowego oraz izomery

D

- i

L

-

treozy tworzące się podczas degradacji izomerów

D

- i

L

- kwasu ksylonowego.

Pentozy

Pentozy występują obficie w przyrodzie. Tworzą się one w organizmach zwierzęcych i roślinnych

w znacznych ilościach i to zarówno w stanie związanym, jako O-glikozydy, N-glikozydy lub
wielocukry zwane pentozanami, jak i w stanie wolnym.

D

-ryboza i

D

-dezoksyryboza są składnikami kwasów nukleinowych.

D

-rybuloza, m.in. jest związkiem, który przyłącza CO

2

podczas fotosyntezy cukrów, w pierwszej

fazie procesu.

L

-arabinoza jest jednym z nielicznych

L

- cukrów występujących w przyrodzie. W postaci

spolimeryzowanej jest składową częścią m.in. śluzów, gum roślinnych, pektyn i hemiceluloz.

D

-ksyloza, zwana dawniej cukrem drzewnym, występuje w drewnie w postaci polisacharydu

ksylanu, będącego składnikiem hemiceluloz.

D

-ksyluloza pojawia się w postaci fosforanu podczas wzajemnych przemian pentoz w cyklu

pentozowym.

Na uwagę zasługuje również

L

-ramnoza (uważana za metylopentozę), składnik wielu glikozydów i

antocyjanów.

Heksozy

Obok wymienionych wcześniej glukozy i fruktozy do najszerzej rozpowszechnionych w świecie

ożywionym monosacharydów z tej grupy należą:

D

-mannoza i

D

-galaktoza.

CHO

CH

2

OH

C

H

OH

C

H

OH

C

HO

H

C

HO

H

CHO

C

H

OH

CH

2

OH

C

H

OH

C

HO

H

C

HO

H

C

H

OH

C

H

C

H

OH

C

HO

H

C

HO

H

COOH

O

CH

2

OH

C

HO

H

HO

OH

H

H

C

O

C

C

CH

2

OH

D

-mannoza

D

-galaktoza

L

-sorboza

kwas

galakturonowy

C

OH

H

CHO

CHO

C

HO

H

CH

2

OH

C

H

OH

C

HO

H

CH

2

OH

C

H

OH

CHO

C

HO

H

CH

2

OH

D-treoza

D-erytroza

L-erytroza

CH

2

OH

C

H

OH

C

OH

H

CHO

C

HO

H

D-ksyloza

CH

2

OH

C

O

CH

2

OH

C

H

OH

C

HO

H

D-ksyluloza

C

H

OH

CH

3

C

HO

H

C

OH

H

CHO

C

HO

H

L-ramnoza

C

HO

H

CH

2

OH

C

OH

H

CHO

C

HO

H

L-arabinoza

CHO

CH

2

OH

C

H

OH

C

H

OH

CH

2

D-dezokyryboza

C

OH

H

CHO

CH

2

OH

C

H

OH

C

H

OH

D-ryboza

D-rybuloza

CH

2

OH

C

O

CH

2

OH

C

H

OH

C

H

OH

D

- gl u ko za jest najpospolitszą aldozą. Występuje w stanie wolnym w owocach, kwiatach,

miodzie, krwi. Jest częścią składową wielu oligosacharydów (sacharozy, maltozy, laktozy). W
olbrzymich ilościach występuje jako składnik polisacharydów, przede wszystkim skrobi, glikogenu,
celulozy.

D

-f r u kt o za , najważniejsza z ketoz, w stanie wolnym występuje w owocach, zielonych częściach

roślin, miodzie. Jest częścią składową sacharozy, rafinozy oraz polisacharydów – inuliny, lewanu.

D -

ga l a kt o za w stanie wolnym spotykana bywa rzadko (m.in. owoce bluszczu). Jest częścią

składową disacharydu zwierzęcego – laktozy oraz dwóch innych oligosacharydów – melibiozy i
rafinozy. Szczególnie szeroko są rozpowszechnione pochodne zawierające kwas galakturonowy takie,
jak: agar, gumy, pektyny oraz polisacharydy otoczek bakteryjnych.

D -

ma n n o za w stanie wolnym występuje raczej wyjątkowo, np. w skórkach pomarańczy.

Spotykana bywa natomiast w postaci polisacharydów o budowie glikozydowej, zwanych
mannozydami. Do pospolitszych mannozydów należy mannan, występujący w łupinach orzechów, w
drożdżach. Polisacharyd zbudowany z kwasu mannurowego (pochodnej mannanu) występuje dość
powszechnie w wodorostach morskich.

D -

s o r b o za , również jedna z heksoz zasługująca na uwagę (z uwagi na jej wykorzystanie jako

podstawowego surowca do produkcji witaminy C), występuje jako produkt utlenienia sorbitolu
obecnego w soku nasion jarzębiny.

2.2. Oligosacharydy

Monosacharydy mogą kondensować tworząc disacharydy (zbudowane z dwóch cząsteczek cukru

prostego), trisacharydy, tetrasacharydy, itd. o ogólnej nazwie oligosacharydów (połączenie od 2 do 10
cząsteczek monosacharydów). Charakter i właściwości powstałego cukru zależą od ilości połączonych
monosacharydów, samych monosacharydów, z jakich zbudowany jest cukier złożony, rodzaju
wiązania glikozydowego z punktu widzenia konfiguracji

- lub - i wreszcie od miejsca ich

połączenia, tzn. miejsca grupy wodorotlenowej jednego z monosacharydów, która utworzyła wiązanie
glikozydowe (połączone mostkiem tlenowym) z grupą hydroksylową półacetalową drugiego
monosacharydu.

Disacharydy

Disacharyd może być zbudowany z dwóch jednakowych lub różnych monosacharydów. Jeżeli w

wiązaniu glikozydowym wzięły udział obie grupy hydroksylowe półacetalowe połączonych
monosacharydów (jak ma to miejsce np. w sacharozie), to taki disacharyd nie wykazuje właściwości
redukujących. Jeżeli w utworzonym disacharydzie jedna z grup hydroksylowych półacetalowych jest
nadal wolna (np. w maltozie), to taki disacharyd wykazuje właściwości redukujące.

Do najczęściej spotykanych w przyrodzie disacharydów należą: sacharoza, maltoza, laktoza,

celobioza, trehaloza.

Sacharoza, zwana również cukrem trzcinowym lub buraczanym, zasługuje na szczególne

wyróżnienie wśród disacharydów, z uwagi na szerokie rozpowszechnienie w przyrodzie. Występuje w
liściach, łodygach, nasionach, owocach, korzeniach i bulwach różnych roślin. Jej zawartość w
łodygach trzciny cukrowej i bulwach buraków cukrowych może dochodzić do 24%. Znaczne jej ilości
zawiera miód naturalny.

Zbudowana jest z jednej cząsteczki

-D-glukozy i jednej cząsteczki -D-fruktozy połączonych

wiązaniem 1-2 i stąd jej nazwa

-1-

D

-glukopiranozylo-

-2-

D

-fruktofuranozyd. Jest cukrem nie

redukującym.

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

O

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

CH

2

OH

6

5

4

3

2

1

OH

OH

H

H

H

HOH

2

C

C

O

C

C

C





sacharoza

rafinoza

6

sacharoza

CH

2

OH

6

5

4

3

2

1

OH

OH

H

H

H

HOH

2

C

C

O

C

C

C





5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

O

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

v

melibioza

6

5

4

3

2

1

CH

2

O H

HO

H

H

OH

H

H

H

OH



O

C

C

C

O

C

C

^

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

OH

OH

H

H

H

OH

H

H

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

1

2

3

4

5

6

O



, 

maltoza

Maltoza cukier słodowy, tworzy się podczas enzymatycznego rozpadu skrobi. Jest

-glikozydem

zbudowanym z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem

-1,4 i stąd jej nazwa -1,4-

D

-

glukopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukującym.

Celobioza w stanie wolnym nie znaleziona w przyrodzie. Powstaje podczas enzymatycznej

hydrolizy celulozy. Jest

-glikozydem zbudowanym z dwóch cząsteczek glukozy połączonych

wiązaniem

-1,4 i stąd jej nazwa -1,4-

D

-glukopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukującym.

Laktoza, czyli cukier mlekowy, jest związkiem dobrze znanym, występującym w mleku ssaków.

Zbudowanym jest z galaktozy i glukozy połączonych wiązaniem

-1 od strony galaktozy i stąd jej

nazwa

-1,4-

D

-galaktopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukującym.

Spośród innych disacharydów wypada wspomnieć o melibiozie, zbudowanej z galaktozy i

glukozy, połączonych wiązaniem

-1 od strony galaktozy i stąd jej nazwa -1,6-

D

-galaktopiranozylo-

glukopiranozyd. Jest cukrem redukującym.

Rafinoza, trisacharyd występujący w burakach cukrowych, który podczas ich przeróbki gromadzi

się w melasie. Zbudowana jest z galaktozy, połączonej wiązaniem

-1,6 z glukozą, a ta wiązaniem -

1-

-2 z fruktozą. Jest cukrem nie redukującym.

6

5

4

3

2

1

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH



celobioza

OH

OH

H

H

H

OH

H

H

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

O

C

C

C

O

C

C

1

2

3

4

5

6

6

5

4

3

2

1

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH



OH

OH

H

H

H

OH

H

H

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

O

C

C

C

O

C

C

1

2

3

4

5

6

laktoza

2.3. Polisacharydy

Polisacharydy zbudowane są z setek a nawet tysięcy połączonych ze sobą cząsteczek

monosacharydów, tworząc jedną olbrzymią cząsteczkę. Ich skład z reguły przedstawia się wzorem
sumarycznym: (C

6

H

10

O

5

)

n

. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Niektóre, jak skrobia i

celuloza, spotykane są powszechnie u roślin. Do związków pokrewnych polisacharydom zalicza się
także hemicelulozy, aminocukry i pektyny.

Skrobia jest szeroko rozpowszechniona w świecie roślinnym; jest zawarta w ziarnach zbóż i

bulwach roślin. Skrobia jest mieszaniną dwóch polisacharydów: rozpuszczalnej w wodzie amylozy
(około 20%) oraz nierozpuszczalnej w wodzie amylopektyny (około 80%).

A m y l o z a zbudowana jest z reszt α-D-glukopiranoz połączonych wiązaniem α-1,4-

glikozydowym. Jej łańcuch jest nie rozgałęziony.

A m y l o p e k t y n a , podobnie jak amyloza, zbudowana jest z reszt glukopiranozy połączonych

wiązaniami α-1,4-glikozydowymi. W przeciwieństwie do amylozy jest jednak rozgałęziona; od jej
głównego łańcucha, co 24-30 reszt glukozowych, odchodzą łańcuchy boczne utworzone przez
wiązania α-1,6-glikozydowe. Jej budowę można schematycznie przedstawić następująco:

Dekstryny są produktem częściowej hydrolizy skrobi. Biorąc pod uwagę ciężar cząsteczkowy

można je uszeregować następująco:

Glikogen, zapasowy węglowodan zwierząt, o bardziej rozgałęzionych łańcuchach aniżeli

amylopektyna; co 8-12 reszt glukozowych pojawia się rozgałęzienie utworzone przez wiązanie

-1,6-

glikozydowe.

Dekstran to wielocukier o masie cząsteczkowej od 40 do 200 kDa, którego budowa przypomina

amylopektynę. Większość cząsteczek glukozy połączona jest jednak wiązaniem

-1,6-glikozydowym,

a tylko nielicznie występują wiązania

-1,4 (około 10%).

Inulina, zbudowana podobnie jak skrobia z tym, że jest polifruktozofruktozydem. Reszty

fruktofuranozydowe połączone są za sobą wiązaniem

-1,2-glikozydowym.

Pulullan, polisacharyd zbudowany z

cząsteczek maltotriozy połączonych
wiązaniem

-1,6-glikozydowym.

Schematycznie jego budowę można
przedstawić następująco:

Celuloza, szeroko rozpowszechnio-

na w przyrodzie, jako główny składnik ścianek komórkowych roślin. Pod względem chemicznym nie
jest jednorodnym związkiem, lecz można ją zaklasyfikować do przynajmniej dwóch głównych klas,
alfa i beta.

-Celuloza rozpuszcza się w 17% roztworze wodorotlenku sodowego, podczas gdy -

celuloza w tych warunkach jest nierozpuszczalna.

-Celulozę używa się do produkcji sztucznego

włókna.

erytrodekstryna

achrodekstryna

amylodekstryna

skrobia

pulullan

O O

O

O

O

O

O

O O

O

O

- wiązanie -1,6

O O

O

- maltotrioza (wiązanie -1,4)

O O O O O O O O

O

O

O

O O O O O O O

O

O

O

O

O

O O O O O O O O

amylopektyna

O

O

O

- wiązanie -1,6

- końcowa redukująca grupa

O O - wiązanie -1,4

O

- reszta glukozowa

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

OH

H

H

OH

H

H

H

OH

O

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

O

CH

2

OH

H

H

OH

H

H

H

OH

O

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

O

CH

2

OH

H

H

OH

H

H

H

OH

amyloza

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

NH COCH

3

N-acetylo-2-dezoksy-

2-aminoglukoza

NH

2

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

CH

2

OH

HO

H

H

OH

H

H

H

OH

2-dezoksy-2-aminoglukoza

Budową przypomina amylozę z tym, że reszty glukozowe połączone są wiązaniem

-1,4-

glikozydowym.

Hemicelulozy, niejednorodna grupa polisacharydów występujących, obok celulozy i ligniny, w

zdrewniałych tkankach roślin. Wśród hemiceluloz rozróżnia się ksylany (z D-ksylozą), galaktany (z
D

-galaktozą), arabany (L-arabinozą) oraz mannany (z D-mannozą). W skład hemiceluloz wchodzą

również kwasy uronowe.

Ksylan, polisacharyd zaliczany do pentozanów, pochodzący z drewna, otrąb i łupin orzeszka

ziemnego. Po hydrolizie daje D-ksylozę Niektóre ksylany, podobnie jak celuloza, mają strukturę
liniową, inne – rozgałęzioną i dodatkowo zawierają cząsteczki L-arabinozy lub kwasu D-
glukuronowego. Główny łańcuch zbudowany jest z reszt D-ksylopiranozy połączonych wiązaniami

-

1,4-glikozydowymi, od którego odchodzą liczne rozgałęzienia - głównie przy węglach 2 i 3.

Pektyny zazwyczaj występuje w postaci złożonego kompleksu zwanego protopektyną, którego

skład schematycznie można przedstawić następująco:

araban

zmetoksylowany kwas poligalakturonowygalaktan

Główną strukturę stanowi łańcuch zbudowany z reszt kwasu D-galakturonowego, połączonych

wiązaniami

-1,4-glikozydowymi. Grupy karboksylowe reszt kwasu galakturonowego są w

mniejszym lub większym stopniu zestryfikowane alkoholem metylowym. Od węgli 2 i 3 głównego
łańcucha odgałęziają się łańcuchy boczne.

Aminocukry. W przyrodzie znaleziono dwie pochodne aminowe cukrów: 2-dezoksy-2-

aminoglukozę i 2-dezoksy-2-aminogalaktozę. Reszty N-acetylo-2-aminoglukozy połączone są
wiązaniem

-1,4-glikozydowym są podstawowym składnikiem chityny. Stąd chitynę uważa się za

pochodną aminową celulozy acetylowaną przy azocie. D-Glukozoamina wchodzi również w skład
kwasu hialuronowego, podstawowej substancji tkanki łącznej.

celuloza

6

5

4

3

2

1

CH

2

OH

H

H

OH

H

H

H

OH



OH

H

H

H

OH

H

H

CH

2

OH

C

C

O

C

C

C

O

C

C

C

O

C

C

O

1

2

3

4

5

6



OH

H

H

H

OH

H

H

CH

2

OH

1

2

3

4

5

6

C

C

O

C

C

C

O

O

reszta celobiozy

6

5

4

3

2

1

C

C

O

C

C

C

COOH

H

H

OH

H

H

H

OH



O

OH

H

H

H

OH

H

H

C

C

O

C

C

C

COOCH

3

1

2

3

4

5

6

O

O

fragment zmetoksylowanego kwasu poligalakturonowego