background image

 

1

WĘGLOWODANY

Klasyfikacja na podstawie liczby jednostek

Monosacharydy       Oligosacharydy        Polisacharydy

Klasyfikacja monosacharydów na podstawie 

grup funkcyjnych

aldozy            ketozy

Klasyfikacja monosacharydów na podstawie 

ilości at. C

triozy         tetrozy         pentozy         heksozy

                 3                4                    5                   6

background image

 

2

Izomeria optyczna 

Izomeria optyczna jest jednym z 
przypadków stereoizomerii. 

Izomery optyczne różnią się przestrzenną 
orientacją podstawników przyłączonych do 
chiralnego (asymetrycznego) centrum.

W przypadku węglowodanów chiralnym 
centrum jest  atom węgla posiadający 4 
różne grupy.

background image

 

3

Izomery optyczne kwasu mlekowego

C

HO

H

COOH

CH

3

C

H

OH

COOH

CH

3

*

*

background image

 

4

Liczba izomerów optycznych zależy od liczby 
chiralnych (asymetrycznych) atomów węgla w 
cząsteczce i może być obliczona za pomocą jednego 
z podanych wzorów:

2

n

         lub       2

-1

Gdzie „n”  jest liczba chiralnych centrów.

Poza węglem chiralne centra mogą być tworzone 
przez atomy innych pierwiastków, które mogą 
przyjmować hybrydyzację sp

3

 i posiadać 4 różne 

podstawniki (krzem, fosfor, azot).

background image

 

5

C

H

OH

COH

C

CH

2

OH

H

HO

C

HO

H

COH

C

CH

2

OH

OH

H

*

*

*

*

C

H

OH

COH

C

CH

2

OH

OH

H

C

HO

H

COH

C

CH

2

OH

H

HO

*

*

*

*

n = 2

2

2

 = 4 izomery

2 pary enancjomerów

background image

 

6

Enancjomery i diastereoizomery

Izomery optyczne mogą być względem siebie 
enancjomerami lub diastereoizomerami.

Enancjomery –  para cząsteczek, które mają 
odwrotną konfigurację podstawników przy 
wszystkich chiralnych centrach. Są względem 
siebie odbiciami lustrzanymi. 

Enancjomery posiadaja tę samą nazwę 
chemiczną.

Enacjomery cukrów i ich pochodnych odróżniamy 
poprzez podawanie przed ich nazwą liter L lub D 
(konwencja Fischera). 

Np. kwas D-mlekowy i kwas L-mlekowy

background image

 

7

Diastereoizomery są izomerami optycznymi, 
które nie są względem siebie enancjomerami.

Diastereoizomery mają inne nazwy chemiczne 
mimo posiadania tych samych grup 
podstawnikach przy tych samych atomach węgla.

Np. D-glukoza, D-mannoza i D-galaktoza są 
diastereoizomerami.

Enancjomery mają takie same temperatury 
wrzenia i topnienia, diastereoizomery mają różne.

Zarówno diastereizomery jak i enencjomery są 
odróżnia-ne przez cząsteczki innych chiralnych 
związków. Np. enzymy (białka) odróżniają L-
glukozę od D-glukozy. 

background image

 

8

C

H

OH

COOH

C

C

H

OH

COOH

C

COOH

COOH

H

OH

H

HO

C

HO

H

COOH

C

COOH

OH

H

*

*

*

*

*

*

Izomery optyczne kwasu winowego

2

2

-1 = 3

           1                                   2                             
    3

1 i 2 są enancjomerami; 3 jest diastereoizomerem  
względem 1 i 2.

Izomer 3 jest achiralnym (nieczynnym optycznie) 
izomerem nazywanym izomerem typu „mezo”.

background image

 

9

Równomolowa mieszanina enencjomerów jest 
optycznie nieczynna. Jest to mieszanina 
racemiczna.

C

H

OH

C

CH

2

OH

O

H

C

HO

H

C

CH

2

OH

O

H

aldehyd D-(+)-glicerynowy

aldehyd L-(-)-glicerynowy

*

*

background image

 

10

L                        D

background image

 

11

C

H

OH

C

CH

2

OH

O

H

H

OH

CHO

CH

2

OH

*

*

Wzory rzutowe (projekcyjne) Fischera

    Model przestrzenny                     Wzór 3D                              Wzór 
rzutowy
                                                                                                        
Fishera

background image

 

12

H

OH

CHO

CH

2

OH

H

CHO

OH

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

HO

CHO

H

OH

H

HO

H

HO

CH

2

OH

*

*

*

*

*

*

*

*

*

1

2

3

4

5

6

#

#

aldehyd D-glicerynowy

D-glukoza

L-glukoza

*

 atom chiralny

#

 atom konfiguracyjny

#

H

CHO

OH

H

HO

OH

H

H

HO

CH

2

OH

*

*

*

*

1

2

3

4

5

6

#

L-idoza

Szeregi D i L cukrów wg Fishera 

background image

 

13

H

CHO

OH

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

*

*

*

*

1

2

3

4

5

6

#

Formy pierścieniowe monosacharydów

background image

 

14

background image

 

15

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

*

*

*

*

*

#

anomer 

H

CHO

OH

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

*

*

*

*

1

2

3

4

5

6

#

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

*

*

*

*

*

#

anomeryczny
atom wêgla

anomer

Mutarotacja

background image

 

16

Formy  α i  β nazywamy anomerami.

Mutarotacja jest zmianą skręcalności optycznej 
spowodowanej ustalaniem się równowagi 
pomiędzy anomerami.  

Wiązanie hemiacetalowe jest nietrwałe w 
środowisku alkalicznym, a więc pierścieniowe 
formy monosacharydów nie mogą istnieć w 
wysokim pH.

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

OH

-

background image

 

17

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

-D-glukopiranoza

-D-mannopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

-D-galaktopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

HO

HOH

2

C

-D-fruktofuranoza

background image

 

18

-D-rybofuranoza

O

OH

HOH

2

C

O

OH

HOH

2

C

OH

OH

OH

-D-deoksyrybofuranoza

background image

 

19

H

CHO

OH

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

H

COOH

OH

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

Br

2

, O

2

H

COOH

OH

H

HO

OH

H

OH

H

COOH

D-glukoza                                          kwas D-glukonowy                           kwas D-glukarowy
                                                            kwasy aldonowe                                kwasy aldarowe

HNO

3

Cu

2+

, Ag

+

Utlenianie  łańcuchowych form 

monosacharydów

background image

 

20

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

H

C

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

2H

O

-D-glukopiranoza                                            D-glukonolakton

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

H

-D-glukopiranoza                                      kwas-D-glukuronowy

[O]

O

COOH

OH

OH

OH

OH

H

Laktony są cyklicznymi estrami hydroksykwasów.

Utlenianie  pierścieniowych form 

monosacharydów

background image

 

21

HO

CHO

H

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

HO

CH

2

OH

H

H

HO

OH

H

OH

H

CH

2

OH

D-mannoza                                             D-mannitol

H

2

Redukcja monosacharydów

Produktami redukcji są poliole zwane alditolami.

(glukoza – glucitol, galaktoza – galakcitol, ryboza – 

rybitol)

background image

 

22

O

CH

2

OH

O

OH

OH

OH

-D-glukopiranozylo-1-fosforan
    glukozo-1-fosforan

O

CH

2

OH

OH

NH

2

OH

OH

D-galaktozoamina
nazwa zwyczajowa

P

O

CH

2

OSO

3

OH

OH

OH

OH

-D-glukopiranozo-6-siarczan

O

CH

2

OH

NH

OH

OH

C CH

3

O

N-acetylo-D-galaktozoamina

OH

Estry i pochodne aminowe monosacharydów

P =

P

O

OH

O

background image

 

23

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

OH

-D-glukopiranoza                                              metyl--D-glukopiranozyd

+

  HOCH

3

O

CH

2

OH

O

OH

OH

OH

CH

3

H

2

O

wi¹zanie
glikozydowe

O

COOH

OH

OH

OH

OH

kwas -D-glukuronowy                                                             fenylo -D-glukuronid

O

COOH

OH

OH

OH

H

2

O

HO

+

O

Glikozydy

Glikozydy są acetalami otrzymanymi w reakcji 
pierścieniowych form monosacharydów z alkoholami.

background image

 

24

Oligosacharydy

background image

 

25

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

                         maltoza

4---D-glukopiranozylo--D-glukopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

                         izomaltoza

6---D-glukopiranozylo--D-glukopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

O

OH

background image

 

26

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

                      celobioza

4---D-glukopiranozylo--D-glukopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

                      laktoza

4---D-galaktopiranozylo--D-glukopiranoza

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

background image

 

27

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

                         

Maltoza

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

wi¹zanie 
glikozydowe

wi¹zanie

pó³acetalowe

H

OH

Wiazanie glikozydowe jest nietrwałe w środowisku kwaśnym.

Wiązanie hemiacetalowe jest nietrwałe w środowisku alkalicznym. 
Dlatego cykliczne formy monosacharydów z niezablokowanym 
anomerycznym atomem węgla przechodzą w obecności zasad w 
formy aldehydowe. 

Disacharydy z jedną jednostką monosacharydową posiadającą 
niezabloko-wany węgiel anomeryczny ulegają mutarotacji. Jeżeli po 
otwarciu pierścienia powstaje grupa aldehydowa disacharyd 
wykazuje właściwości redukujące.

background image

 

28

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

O

wi¹zanie

hemiacetalowe

O

CH

2

OH

OH

OH

OH

C

OH

CH

2

OH

O

OH

OH

H

O

OH

Inne redukujące disacharydy: izomaltoza, laktoza, celobioza.

Sacharoza nie jest cukrem redukującym.

 

                         Maltoza w œ

rodowisku alkalicznym jest cukrem redukuj¹cym

background image

 

29

C

R

H

H

2

N

O

OH

*

Aminokwasy

Aminokwasy są związkami zawierającymi grupę 
aminową i grupę o charakterze kwasowym. W 
przypadku aminokwa-sów białkowych jest to grupa 
karboksylowa

.

Wzór ogólny L-aminokwasów

Gwiazdka wskazuje węgiel , który we wszystkich 

ami-nokwasach poza glicyną jest chiralny.

background image

 

30

Klasyfikacja aminokwasów białkowych

1. Aminokwasy z rodnikiem apolarnym: 

Val,  Leu,  Ile,  Met,  Phe,  Pro, Trp, Gly

2. Aminokwasy z rodnikiem polarnym nie ulegającym 

jonizacji:

Asn,  Gln,  Ser, Thr,  Tyr, Cys

3. Aminokwasy z rodnikiem polarnym ulegającym 

jonizacji:

Asp,  Glu                  Arg,  Lys,  His

kwaśne                       
zasadowe

background image

 

31

Aminokwasy grupy 1 i 2 (obojętne) mają trzy formy 

jonowe.  

COOH

R

H

H

3

N

COO

R

H

H

3

N

COO

R

H

H

2

N

pK

1

pK

2

     jon

obojnaczy

kation                                                                anion

pH

i

 =

pK

1

 +  pK

2

2

zwykle oko³o 6

W warunkach fizjologicznych występują głównie w 
formie jonu obojnaczego.

background image

 

32

Aminokwasy kwaśne mają cztery formy jonowe.

COOH

CH

2

H

H

3

N

COO

CH

2

H

H

3

N

COO

CH

2

H

H

3

N

pK

1

pK

2

     jon
obojnaczy

kation                                                                anion -1                        anion -2

pH

i

 =

pK

1

 +  pK

2

2

COOH

COOH

COO

COO

CH

2

H

H

2

N

COO

pK

3

zwykle oko³o 3

W warunkach fizjologicznych występują głównie w 
formie anionu -1 (forma maksymalnie zjonizowana).

background image

 

33

Aminokwasy zasadowe mają cztery formy jonowe.

COOH

(CH

2

)

4

H

H

3

N

COO

(CH

2

)

4

H

H

3

N

COO

(CH

2

)

4

H

H

2

N

pK

1

pK

2

kation +2                 kation +1                            jon                             anion

pH

i

 =

pK

2

 +  pK

3

2

NH

3

NH

3

NH

3

COO

(CH

2

)

4

H

H

2

N

NH

2

pK

3

zwykle oko³o 9

obojnaczy

W warunkach fizjologicznych występują głównie w 
formie kationu +1 (forma maksymalnie 
zjonizowana).

background image

 

34

Peptydy

Peptydy są związkami składającymi się z 
aminokwasów połączonych ze sobą wiązaniem 
amidowym (peptydowym).
W warunkach laboratoryjnych peptydy są 
otrzymywane poprzez aminoacylację aminokwasów. 

C

C

O

Cl

N

C

H

H

+

C

H

C

O

N

H

CH

HCl

+

R

1

H

H

2

N

COOH

R

2

H

H

2

N

R

1

COOH

R

2

wi¹zanie 

peptydowe

          dipeptyd

aminoacylo-aminokwas

R

1

 – aminokwas N-

terminalny     

R

2

 – aminokwas C-

terminalny

background image

 

35

Dlaczego wiazanie peptydowe jest planarne?

Powodem planarności układu atomów wiązania 
peptydo-wego jest rezonans elektronów  atomu 
tlenu oraz pary elektronowej atomu azotu. Skutkiem 
rezonansu wiązanie 
C – N ma charakter pośredni pomiędzy wiązaniem 
pojedynczym i podwójnym, co prowadzi do 
zablokowania rotacji.

C

O

N

H

C

O

N

H

struktury graniczne wi¹zania peptydowego

background image

 

36

Nazewnictwo peptydów

Nazwe zaczynamy od aminokwasu N-terminalnego, 
a kończymy na C-terminalnym. Początkowy 
aminokwas i aminokwasy środkowe mają końcówkę 
–ylo.

Przykłady
glicyna + seryna  =  glicylo-seryna
walina + lizyna + alanina = walilo-lizylo-alanina
Trp-Gln-Cys  =  tryptofanylo-glutaminylo-cysteina
Trp-Glu-Cys = tryptofanylo-glutamylo-cysteina

background image

 

37

Formy jonowe peptydów

H

3

N - Gli - Pro - Ser - Gln - Wal - COOH

                          

pH = 1

H

3

N - Gli - Pro - Ser - Gln - Wal - COO

                         

 pH = 7

H

2

N - Gli - Pro - Ser - Gln - Wal - COO

                          

pH = 12

Nie ma 
przewagi 
aminokwasów 
kwaśnych lub 
zasadowych

pH

i

 około 7

background image

 

38

H

3

N - Gli - Pro - Ser - 

Glu

 - Wal - COOH

                          

pH = 1

H

3

N - Gli - Pro - Ser - 

Glu

 - Wal - COO

                         

 pH = 7

H

2

N - Gli - Pro - Ser - 

Glu

 - Wal - COO

                          

pH = 12

Przewaga 
aminokwasów 
kwaśnych 

pH

i

 poniżej 7

background image

 

39

H

3

N - Gli - Pro - Ser - 

Liz

 - Wal - COOH

                          

pH = 1

H

3

N - Gli - Pro - Ser - 

Liz

 - Wal - COO

                         

 pH = 7

H

2

N - Gli - Pro - Ser - 

Liz

 - Wal - COO

                          

pH = 12

Przewaga 
aminokwasów 
zasadowych 

pH

i

 powyżej 7

background image

 

40

Peptydy o znaczeniu fizjologicznym

C

N

H

2

C

O

CH

H

CH

2

CH

COOH

H

3

N

C

CH

2

SH

N

O

CH

2

H

COO

Glutation (-glutamylo-cysteinylo-glicyna)

Czynnik antyoksydacyjny. Bierze udział w 
detoksykacji reaktywnych form tlenu i uczestniczy w 
powstawaniu prawi-dłowych wiązań disulfidowych w 
białkach.


Document Outline