Cukrowce, czyli węglowodany, są związkami, w skład których wchodzą: węgiel, wodór i tlen. Ze względu na budowę i wielkość cząsteczki dzielimy je na cukry proste i złożone.
Cukry proste - monosacharydy - łatwo krystalizują i łatwo rozpuszczają się w wodzie. Typowym przykładem monosacharydów jest glukoza. Klasyfikując cukry proste należy brać pod uwagę liczbę atomów węgla wchodzących w skład cząsteczki. Uwzględniając ten element budowy wyróżnić możemy: triozy - zbudowane z 3 atomów węgla, pentozy - z 5 atomów węgla oraz najczęściej spotykane w przyrodzie heksozy zbudowane z 6 atomów węgla.
Cukry złożone - zawierają kilka lub wiele cząsteczek cukrów prostych. Przykładem takich mogą być disacharydy, zbudowane z 2 cząsteczek glukozy maltoza, oraz polisacharydy, zbudowane z wielu cząsteczek - skrobia, celuloza.
Cukrowce mogą w organizmie pełnić zarówno funkcje budulcowe, jak również funkcje regulatorów. Te ostatnie to głównie składniki odżywcze będące źródłem energii. Arabinoza, C5H10O5, monosacharyd (aldopentoza) występujący w formie L (najczęściej) lub D np. w aloesie oraz w prątkach gruźliczych. L-arabinoza jest substancją krystaliczną, o temperaturze topnienia 157-160°C, rozpuszczalną w wodzie. Stanowi składnik gumy arabskiej, pektyn, hemiceluloz.
Ryboza-wystepuje w postaci zwiazanej N-glikozydowo z resztami zasad purynowych i pirymidowych w nukleotydach( skł.np. zw.makroergicznych, kw.nukleinowych) Glukoza jest podstawowym związkiem energetycznym dla większości organizmów, jest rozkładana w procesie glikolizy na kwas pirogronowy. Jest ona składowana w formie polimerów - skrobi i glikogenu. Jest ona również wykorzystywana jako substrat wielu procesów zachodzących w komórce - m.in. do produkcji celulozy. Naturalna glukoza jest jednym z wielu możliwych izomerów optycznych tego związku. Naturalna glukoza jest czynna optycznie. Galaktoza - to monosacharyd (cukier prosty), aldoheksoza, o wzorze sumarycznym C6H12O6. Wchodzi w skład dwucukru laktozy. Cukier ten nie jest spotykany w postaci wolnej. Jest wiązany z białkiem i tłuszczem. U zwierząt występuje w postaci składnika cukru mlekowego oraz składnika substancji mózgowej. Fruktoza, czyli cukier owocowy - monosacharyd występujący w owocach i miodzie. Wchodzi w skład dwucukru sacharozy (glukoza + fruktoza). Fruktoza jest znacznie wolniej przyswajana przez organizm, niż sacharoza i glukoza. Znaczne ilości fruktozy mogą powodować biegunkę i bóle żołądkowo-jelitowe. Powoduje też wyraźne podniesienie cholesterolu. W wątrobie fruktoza zostaje przetworzona w glukozę i w tej postaci wykorzystywana jest przez organizm. W spermie fruktoza spełnia rolę materiału energetycznego plemników.
Mutarotacja - zachodzi w wodnych roztworach monosacharydów i niektórych oligosacharydów i polega na zmianie wartości licz-bowej kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji. Spowodowane to jest stopniowym przechodzeniem formy α w β Skrobia - jest zapasowym cukrem roślinnym, gromadzonym głównie w nasionach, owocach i bulwach. Węglodanowa część skrobi jest mieszaniną dwóch glukanów, amylozy i amylopektyny, występujących w różnych stosunkach ilościowych, zależnie od pochodzenia skrobi. Czysta skrobia jest białą ,bezpostaciowa(nie jest krystaliczna), amroficzną substancją bez smaku i zapachu, nierozpuszczalną w zimnej wodzie. Skrobia hydrolizuje wyłącznie na alfa-D-glukozę, lecz nie jest jednorodnym chemicznie związkiem - składa się w rzeczywistoći z dwóch różnych polisacharydów:
-nierozgałęzionej amylozy łatwiej rozpuszczalnej w wodzie (70-80% składu skrobi)Jest ona wielocukrem - jej cząsteczki składają się z wielu reszt glukozowych połączonych ze sobą atomami tlenu. -rozgałęzionej amylopektyny, z reguły w stosunku ilościowym (20-30% składu); rozgałęzienia powstają dzięki wiązaniom α-1,6-glikozydowym. Skrobia tworzy roztwory koloidowe. Jednoprocentowy roztwór wodny skrobi jest używany do wykrywania jodu cząsteczkowego, z którym tworzy zabarwienie niebieskie w wyniku wiązania jodu przez amylopektynę Celobioza (C12H22O11) - dwucukier, zbudowany z dwóch cząsteczek D-glukozy, połączonych wiązaniem β-1,4-glikozydowym. Jest to jednostka strukturalna celulozy i produkt jej hydrolizy. Jest to dwucukier redukujący, nie występujący powszechnie w stanie wolnym w roślinach, lecz jest przejściowym produktem degradacji celulozy. Jest sacharydem nieprzyswajalnym przez człowieka. Laktoza (4-O-β-D-galaktopiranozylo-D-glukopiranoza) zwana cukrem mlecznym (z łac. lac - mleko) jest dwucukrem, zbudowanym z D-galaktozy i D-glukozy, występującym w mleku ssaków. Laktoza pod wpływem bakterii mlekowych ulega fermentacji z wytworzeniem kwasu mlekowego. Otrzymuje się ją z serwatki podczas produkcji sera. Stosowana w przemyśle farmaceutycznym jako wypełniacz, w lecznictwie, przemyśle spożywczym i w pirotechnice. Sacharoza (inaczej cukroza, O-β-D-Fruf-(2→1)-α-D-Glcp) - węglowodan, disacharyd, złożony z fruktozy i glukozy, będący zasadniczym składnikiem cukru trzcinowego i cukru buraczanego.u większości roślin jest głównym węglowodanem transportowym. Glikogen - biopolimer - polisacharyd (wielocukier) zbudowany z glukozy i gromadzony w wątrobie i (w mniejszym stopniu) w tkance mięśniowej. Jest głównym wielocukrowcem stanowiącym materiał zapasowy w komórkach zwierzęcych. Ma strukturę podobną do amylopektyny, tylko, że jego cząsteczki są bardziej rozgałęzione i jego łańcuchy są krótsze. Rozgałęzienie następuje co 8-12 reszt glukozy. W tych narządach glikogen w miarę potrzeby może być szybko rozkładany do glukozy. Do najbogatszych w ten materiał zapasowy tkanek należą granulocyty, mięśnie szkieletowe wątroby, mięśnie gładkie, mięsień sercowy i mózg. Rozkład glikogenu przebiega dwoma torami: fosforolitycznym i hydrolitycznym. Celuloza, błonnik, jest to nierozgałęziony biopolimer, polisacharyd o cząsteczkach złożonych z kilkuset do kilkunastu tysięcy jednostek glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi.wykazuje dużą higroskopijność i pęcznieje w wodzie.
Celuloza wchodzi w skład ścian komórkowych większości roślin, niekiedy stanowiąc kilkadziesiąt procent ich suchej masy.
Anomeracja- przestrzenne przemieszczanie wzajemne grup w cukrach prostych przy C-1 aldozydach i C-2 w ketozach, odmiany takie nazywamy anomerami.
Enancjomery- zwiazki wystepujace w dwoch postaciach, które sa odbiciami lustrzanymi, nie nakładalnymi na siebie i skrecajace płaszczyzne polaryzacji o ten sam kat, ale w przeciwnych kierunkach
Chiralność-nieidentyczność budowy przestrzennej konfiguracji czasteczki z jej odbiciem w zwierciadle, decyduje o powstawaniu enancjomerów
Mieszanina racemiczne-mieszanina złożona z równomolowych ilości prawo- i lewoskrętnych odmian tego samego związku Asymetryczny atom węgla - atom węgla połączony z czterema różnymi podstawnikami (hybrydyzacja sp3). Asymetryczny atom nie posiada płaszczyzny i środka symetrii.
Skręacalność właściwa- kąt skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego, wyrażony w stopniach gdy grubość warstwy wynosi 1dm a steżenie roztworu 1g/cm3
Glikoliza -proces enzymatycznego rozkładu cukrów do kwasu pirogronowego, którego celem jest pozyskanie energii pod postacią NADH i adenozyno-5'-trifosforanu. Substratami dla procesu mogą być: glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza i glicerol. Proces glikolizy może zachodzić zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, uważa się jednak, że glikoliza jest najstarszym ewolucyjnie procesem pozyskiwania energii z cukru; prawdopodobnie wykształcił się on jeszcze wtedy, gdy w atmosferze ziemskiej nie było tlenu. Enzymy glikolityczne można znaleźć zarówno u bakterii jak i u eukariotów. Jest to beztlenowy proces przemiany - (fermentacja) - głównie glukozy, zachodzący w komórkach zwierząt i dostarczający energii w postaci ATP. Produktem końcowym tego procesu jest kwas mlekowy. Jest to skomplikowany proces chemiczny, w którym uczestniczy 11 enzymów
Cykl krebsa Cykl kwasu cytrynowego przebiega w macierzy (matrix) mitochondrialnej eukariontów i w cytoplazmie prokariontów. Substratem cyklu jest acetylokoenzym A (acetylo-CoA, czynny octan), który po połączeniu ze szczawiooctanem daje cytrynian (koenzym A odłącza się), a następnie w wyniku kolejnych reakcji izomeryzacji, dehydrogenacji, hydratacji, dehydratacji i dekarboksylacji zostaje utleniony do dwu cząsteczek dwutlenku węgla. Jednocześnie regeneruje się cząsteczka szczawiooctanu. W wyniku utleniania z jednej reszty octanu redukują się 3 cząsteczki NAD i jedna FAD, powstaje też cząsteczka guanozynotrifosforanu (GTP, równoważnik ATP), sumarycznie daje to 10 cząsteczek ATP zysku z jednej cząsteczki octanu. Fosforylacja oksydacyjna
Utworzone podczas glikolizy, utlenienia kwasów tłuszczowych oraz cyklu kwasu cytrynowego NADH i FADH2 są cząsteczkami bogatymi energetycznie , ponieważ zawierają pary elektronów o dużym potencjale przenoszenia . Podczas ich przenoszenia na cząsteczkę tlenu wydziela się znaczna ilość energii. Energia ta jest wykorzystywana do syntezy ATP . Proces syntezy ATP , zachodzący w miarę przepływu elektronów z NADH lub FADH2 na O2 przez zespół przenośników elektronów nosi nazwę -fosforylacja oksydacyjna . Jest ona głównym źródłem ATP. - Fosforylacja zachodzi w zespołach oddechowych , zlokalizowanych w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Utlenienie jednej cząsteczki NADP dostarcza 3 cząsteczek ATP. Utlenienie FADH2 dostarcza 2 ATP Zespół oddechowy zawiera liczne przenośniki elektronów , takie jak na przykład cytochromy. Stopniowe przekazywanie elektronów za pośrednictwem przenośników łańcucha oddechowego dzieli sumaryczną zmianę swobodnej energii zachodzącą w trakcie tej tak bardzo egzoergicznej reakcji , na małe porcje , co umożliwia syntezę więcej niż jednej cząsteczki ATP.
Rozpad glikogenu odbywa się na drodze fosforolizy. Reakcje fosforolizy przeprowadza fosforylylaza glikogenowa. W organizmie człowieka występuje ona w dwóch formach : nieczynnej - foforylaza b oraz czynnej - fosforylaza a. Formy te przechodzą jedna w drugą po fosforylacji / fosforylaza b przy udziale kinazy fosforylazy przechodzi w fosforylazę a /, lub defosforylacji / fosforylaza a pod działaniem fosfatazy przechodzi w fosforylazę b /. Fosforylaza α rozbija wiązania 1-4-α-glikozydowe, przenosząc jednocześnie uwolnioną resztę glukozową na resztę fosforanową. Odłączona w ten sposób reszta glukozowa uwalniana jest w formie glukozo-1-fosforanu . Następnie na glukozo-1-fosforan działa fosfoglukomutaza, przeprowadzając go w glukozo-6-fosforan, ten zaś może ulegać działaniu fosfatazy glukozo-6-fosforanowej i wtedy właśnie powstaje glukoza. Glukozo-6-foforan może oczywiście ulegać w komórce innym przemianom - zależnie od jej potrzeb metabolicznych.W pewnych przypadkach patologicznych może dochodzić do nagromadzania się glikogenu w tkankach powodując powstanie glikogenom. Zależnie od bezpośredniej przyczyny wyróżnia się siedem typów glikogenom.