Węglowodany, Podstawy żywienia, Dietetyka


1)Jaką funkcję pełnią węglowodany w organizmach żywych ?

-W komórkach zwierzęcych glukoza i glikogen są źródłem energii niezbędnej dla przebiegu procesów życiowych

- w organizmach roślin cukrowce stanowią materiał budulcowy (celuloza), pełnią funkcję mechaniczną związaną z usztywnianiem, odkładane są w postaci substancji zapasowej (skrobia)

- ważne są polisacharydy zbudowane z pochodnych monosacharydów, wśród nich związki zawierające reszty aminocukrów

-chityna buduje pancerz skorupiaków i owadów

2) Na czym polega podział cukrów na proste i złożone?

Cukry proste czyli monosacharydy

Cukry złożone:

-oligosacharydy- zbudowane z kliku (2-6) reszt cukrów prostych

-polisacharydy(wielocukrowce) - zbudowane z kilku tysięcy reszt monosacharydów

Podział cukrów na proste i złożone wynika z ich zachowania się wobec czynników hydrolitycznych.

Cukrowce złożone ulegają hydrolizie, której produktami są zawsze cukry proste. Natomiast monosacharydy nie hydrolizują.

Monosacharydy i oligosacharydy, a szczególnie disacharydy są subst. Krystalicznymi, dobrze rozpuszczalnymi w wodzie, o słodkim smaku.

Polisacharydy są niekrystaliczne, trudno bądź nierozpuszczalne w wodzie i nie mają słodkiego smaku.

3) Co jest przyczyną czynności optycznej cukrów?

Przyczyną jest asymetryczna budowa ich cząsteczek, spowodowana obecnością asymetrycznych atomów węgla.

4) Co to są asymetryczne atomy węgla? Wyjaśnić różnicę między równocennymi i nierównocennymi asymetrycznymi atomami węgla?

Asymetryczny atom węgla jest to atom połączony z czterema różnymi podstawnikami.

Nierównocenne atomy węgla-takie asymetryczne atomy węgla, z których każdy posiada inny zespół czterech różnych podstawników.

W aldoheksozach są cztery nierówno cenne asymetryczne atomy węgla.

W ketoheksozach ich liczba równa się trzy

Równocenne atomy węgla- asymetryczne atomy węgla posiadające taki sam zespół czterech różnych podstawników.

5) Ile izomerów optycznych można przewidzieć dla aldopentoz i keto pentoz?

ALDOPENTOZY mają 3 nierównocenne atomy węgla więc 23 = 8

KETOPENTOZY mają 2 nierównocenne atomy węgla więc 22 = 4

6) Co to są enancjomery? Wyjaśnić na przykładzie.

Enancjomerami nazywamy dwa izomery optyczne, których cząsteczki mają się do siebie tak, jak przedmiot do swego odbicia w lustrze, są antypodami optycznymi.

Enancjomery mają identyczne właściwości fizyczne i chemiczne, różnią się tylko kierunkiem skręcania płaszczyzny polaryzacji. Np. pary D i L aldoheksoz np. D(+) i L (-) mannoza, D(+) i L(-) glukoza itd.

7) Co to są diastereoizomery? Wyjaśnić na przykładach.

Są to takie izomer optyczne, które różnią się rozmieszczeniem podstawników przy asymetrycznych atomach węgla i które nie są enancjomerami. Posiadają różne cechy fizyczne i nie mają się do siebie tak jak przedmiot do swego odbicia w lustrze. Biorąc po uwagę np. D(+) glukozę można powiedzieć, że 14 aldoheksoz jest w stosunku do niej diastereoizomerami, natomiast L(-) glukoza jest jej enancjomerem.

8) Co oznaczają symbole D,L (+), (-)

Symbole D i L oznaczają przynależność cukru do odpowiedniego szeregu konfiguracyjnego. O zaliczeniu danego cukru do szeregu D lub L decyduje rozmieszczenie podstawników przy ostatnim asymetrycznym atomie węgla, najbardziej oddalonym od grupy aldehydowej czy ketonowej .

W szeregu D atom wodoru przy ostatnim atomie węgla leży po lewej stronie.

W szeregu L atom wodoru przy ostatnim atomie węgla leży po prawej stronie.

(+) i (-) oznaczają kierunek skręcania płaszczyzny polaryzacji (+) dla związków prawoskrętnych,

(-) dla związków lewoskrętnych

9) Jak zachowują się cukry w środowisku mocnych stężonych kwasów mineralnych? Jakie reakcje opierają się na tymże zachowaniu?

10)za pomocą jakich reakcji można odróżnich aldozy od ketoz i pentozy od heksoz?

Wszystkie monosacharydy zawierające w cząsteczkach więcej niż cztery atomy węgla ulegają pod działaniem mocnych kwasów odwodnieniu i cyklizacji.

Pentozy przechodzą w aldehyd 2-furylowy, a heksozy w aldehyd 5-hydroksymetylo-2-furylowy. Tworzą się barwne połączenia. Analogiczne związki barwne tworzą również oligo- i polisacharydy, które pod wpływem kwasów hydrolizują najpierw do monosacharydów.

!!!!! HEKSOZY W POWYŻSZYCH REAKCJACH DAJĄ ŻÓŁTE LUB BRUNATNE ZABARWIENIE, DZIĘKI CZEMU MOŻNA JE ODRÓŻNIĆ OD PENTOZ !!!

11) Omówić budowę chemiczną, występowanie w przyrodzie i właściwości najważniejszych monosacharydów.

PENTOZY

L(+) Arabinoza- wolna w wielu drzewach szpilkowych, związana w glikozydach roślinnych,hemicelulozach,gumie arabskiej i wiśniowej, polisacharydach-arabinanach.

Grupa OH po prawej występuje przy drugim atomie węgla. Jest składnikiem polisacharydów, pektyn, żywic i gum roślinnych.

D(-) Ryboza - związana w postaci N-glikozydów w kwasach nukleinowych, niektórych witaminach i koenzymach. tworzy białe kryształy; jest rozpuszczalna w wodzie i etanolu. Wszystkie grupy OH po prawej stronie.

2-deoksy-D(-)-ryboza-związana w postaci N-glizkozydów w kwasach deoksyrybonukleinowych oraz w niektórych glikoproteinach. W deoksyrybozie w pozycji 2, zamiast grupy hydroksylowej obecnej w rybozie, znajduje się atom wodoru, w związku z czym nie podlega ona pod wzór ogólny węglowodanów [Cx(H2O)y]. Pozostałe grupy OH po prawej stronie.

D(+)Ksyloza-związana w postaci glikozydów w gumach, śluzach, ksylanach- w pospolitych drzewach owocowych, glonach. Grupy OH po prawej stronie przy 2 i 4 atomie węgla.

HEKSOZY

D(+) Glukoza-wolna w sokach roślin, owoców,krwi, miodzie, związana jako składnik di-,polisacharydów oraz różnych glikozydów. Atom wodoru po prawej stronie przy 3 atomie węgla.

Grupy OH po prawej przy 2,4,5, atomie węgla.

D(+) Mannoza-związana w polisacharydach,manganach w nasionach palm, łupinie orzechów.

Grupa OH po prawej przy 4,5 atomie węgla

D(+) Galaktoza- w postaci związanej w disacharydzie laktozie,tri sacharydzie rafinozie, lipidach,wielocukrowcach (gumy, śluxy,agar) Grupy OH po prawej przy 2,5 atomie węgla.

D(-)Fruktoza-wolna w sokach owoców i w miodzie;związana w sacharozie i wielocukrach, np. inulinie. !!!! Przy 2 atomie węgla tlen !! KETOZA !! Grupy OH po prawej przy 4,5 atomie węgla.

12) Jakie właściwości monosacharydów potwierdzają ich budowę łańcuchową?

Właściwości redukujące cukrów ujawniają się wtedy jeżeli w cząsteczce znajduje się grupa aldehydowa (ketonowa), czyli jeżeli cukier występuje w formie otwartej, łańcuchowej. Taka właśnie forma wytwarza się z postaci pierścieniowej, na sutek rozerwania pierścienia, co ma miejsce w środowisku zasadowym. Charakter redukcyjny mają wszystkie monosacharydy, a z cukrów złożonych, w szczególności dwucukrów tylko te które mają w cząsteczkach WOLNY tzw. HYDROKSYL PÓŁACETYLOWY. SACHAROZA I POLISACHARYDY NIE SĄ CUKRAMI REDUKUJACYMI !!

13) Jak zachowują się cukry w środowisku stężonych zasad,a jak wobec rozcieńczonych roztworów zasad?

Stężone zasady-Podczas ogrzewania ze stężonymi roztworami zasad cukry ulegają rozkładowi na triozy i tetrozy oraz na bliżej niezidentyfikowane produkty ich polimeryzacji, podczas gdy dwucukry nierudeukujące-sacharoza-oraz polisacharydy nie zmieniają się w tych warunkach.

Reakcja Mohra: Pierwotnie bezbarwny płyn przyjmuje najpierw zabarwienie żółte, później brunatne, przy czym wydziela się zapach karmelu.

Analogiczna próba z sacharozą daje wynik negatywny.

Rozcieńczone zasady na cukry redukujące- powodują przejście pierścieniowych form monosacharydów i dwucukrów w formy łańcuchowe. Np. glukoza w środowisku zasadowym przekształca się w mannozę i fruktozę, i te trzy cukry istnieją w rozworze w dynamicznej równowadze. Fruktoza w środowisku zasadowym przekształca się w glukozę i mannozę, a mannoza w glukozę i fruktozę.

14) Wyjaśnić co to są cukry epimeryczne.

Są to cukry, które różnią się od siebie konfiguracją podstawników tylko przy jednym centrum asymetrii, podczas gdy przy pozostałych mają identyczne konfiguracje. Np. Glukoza i mannoza różnią się przy C2 , a przy C3 , C4 ,C5 mają identyczne konfiguracje.

15)Omówić redukcję kationów Ag+ , Cu2- , Bi3+ przez odpowiednie cukry.

W przypadku dwucukrów redukujących, w postać łańcuchową może przekształcić się tylko ten pierścień, w którym znajduje się wolny hydroksyl półacetylowy.

Jeżeli zatem do zasadowego roztworu cukru wprowadzimy kationy takich metali jak np. Ag, Cu, Bi to ulegną one redukcji, podczas gdy cukier utleni się do tzw.kwasu aldonowego

AgNO3 + NH4OH -> AgOH + NH4NO3

AgOH + 2NH4OH -> Ag(NH3)2 + 2 H2O

C6H12O6+ 2Ag(NH3)2OH-> C6H12O7 + 2Ag + 4NH3+H2O

GLUKOZA------- KWAS GLUKONOWY

CuSO4 + 2 NaOH -> Cu(OH)2 + Na2SO4

Cu(OH)2 + CUKROWIEC -> ROZPUSZCALNY KOMPLEKS

2Cu(OH)2 + C6H12O6-> 2CuOH + C6H12O7+H2O

2CuOH ->(OGRZ) Cu2O + H2O

Cu2+ przeprowadza się tu w środowisku lekko kwaśnym, wytworzonym przez kwas mlekowy. Dlatego redukcja ta przebiega wolniej niż w środowisku zasadowym. Dwucukry utleniają się znacznie wolniej w porównaniu z monosacharydami.Na tej podstawie można je odróżnić

Bi(OH)2NO3 +NaOH -> Bi(OH)3 + NaNO3

Bi(OH)3 +WINIAN Na-K -> ROZPUSZCZALNY KOMPLEKS

2Bi(OH)3 + 3CH11O5-O-C6H11O5-> 3C6H11O5-O-C6H11O6 +2Bi + 3H20

MALTOZA------ KW.MALTONOWY

16)Co to są osazony i jakie jest ich znaczenie w chemii cukrów?

Zasady organiczne wchodzą w reakcje kondensacji z grupą aldehydową lub ketonową cukrów i tworzą produkty zwane kolejno oksymami,hydrazonami i fenylohydrazonami. W wyniku reakcji z nadmiarem fenylohydrazyny, w wyniku, której otrzymuje się 1,2-difenylohydrazony zwane OSAZONAMI. Są to substancje barwy żółtej, krystaliczne, trudno rozpuszczalne w wodzie. Znajdują zastosowanie w analizie chemicznej cukrów- czas tworzenia kryształów i ich temperatury topnienia są charakterystyczne i różne dla osazonów poszczególnych cukrowców.

I etap- aldoheksoza+fenylohydrazyna -> fenylohydrazon + woda

II etap fenylohydrazon+fenylohydrazyna-> ketofenylohydrazon

III etap ketofenylohydrazon +fenylohydrazyna -> osa zon

Z gorących roztworów wytracają się żółte, krystaliczne osady osazonów monosacharydów, podczas gdy osazony maltozy i laktozy, jako rozpuszczalne w gorącej wodzie wytrącają się po oziębieniu.

18) omówić budowę pierścieniową cukrów. Wyjaśnić co oznacza piranoza i furanoza.

Połączenia pierścieniowe cukrów zalicza się do półacetali lub półmetali. Związki te powstają podczas działania alkoholu na aldehyd lub keton.

W analogiczną reakcję wchodzą monosacharydy, z tą różnicą, że reakcja zachodzi w obrębie cząsteczki cukru.

Gdy u aldoheksoz atom C1 łączy się z C5, a u keto heksoz C2 z C6 powstaje układ piranu. Heksozy o takiej budowie to piran ozy. Związanie atomu C1 z C4 u aldoz lub C2 z C5 u ketoz prowadzi do powstania pierścienia furanu, cukry zawierające taki pierścień to furanozy. W postaciach pierścieniowych cukrów C1 u aldoz i C2 u ketoz stają się nowymi asymetrycznymi atomami węgla. Nazywa się je atomami anonerycznymi, a znajdujące się przy nich podstawniki H i OH mogą ułożyć się na 2 sposoby i powstają dwa nowe izomery. Noszą one nazwę ano merów i oznacza się je symbolami α i β.

19) wyjaśnić na przykładzie mannozy, w jaki sposób z łańcuchowego wzoru przechodzi się do cyklicznego wzoru Hawortha ?

Rysujemy sześciobok z atomem tlenu z tyłu pierścienia. Linią pogrubioną zaznaczamy od przodu perspektywę. Podstawniki H i OH znajdujące się po lewej stronie łańcucha węglowego umieszczamy nad płaszczyzną pierścienia, a znajdujące się po prawej stronie pod płaszczyzną pierścienia.

20) Alloza jest aldoheksozą posiadającą wszystkie grupy hydroksylowe po jednej stronie łańcucha węglowego. Naysuj wzór łańcuchowy Fischera pierścieniowy Hawortha β-D-allopiranozy.

21) Wymienić dowody potwierdzające pierścieniową budowę cukrów.

22) Co to jest mutarotacja? Wyjaśnić na przykładzie.

Zjawisko to zachodzi w wodnych roztworach monosacharydów i niektórych oligosacharydów (tych, które mają w cząsteczce hydroksyl półacetalowy) i polega na zmianie wartości liczbowej kąta skręcania płaszczyzny polaryzacji. Spowodowane jest stopniowym przechodzeniem formy α w β lub odwrotnie, aż do ustalenia się między nimi stanu równowagi dynamicznej. Np. odmiany anomeryczne glukozy tj. α- i β-D-glukopiranozy można oddzielić od siebie i wydzielić w stanie krystalicznym. Po rozpuszczeniu w wodzie każdej z nich oddzielnie, kąt skręcenia zmienia się w miarę upływu czasu, aż do momentu, w którym ustali się między postaciami alfa i beta równowaga dynamiczna. Skręcalność alfa wynosi +112,2, a beta +18,9. Kąt ten będzie zmniejszał się w roztworze alfa, a zwiększał w roztworze beta, osiągając w stanie równowagi wartość +52,7. W stanie równowagi roztwór zawiera ok. 36% odmiany alfa i 64% odmiany beta. Jest to jednocześnie dowodem istnienia pierścieniowej budowy cukrów, a także występowania chociażby znikomej ilości formy łańcuchowej bez której niemożliwa by była przemiana formy alfa w formę beta i odwrotnie.

24) co to są glikozydy? Omówić w sposób ogólny ich budowę chemiczną oraz wymienić rodzaje glikozydów.

27) W jaki sposób disacharyd nieredukujący może przekształcić się w cukier redukujący?

29) Na czym polega zjawisko inwersji sacharozy? Co to jest cukier inwertowany? Uzasadnić odpowiedź.

Najbardziej nieredukującym disacharydem jest sacharoza-zwana cukrem trzcinowym lub buraczanym.

W stanie wolnym występuje w sokach wielu roślin, a szczególnie w korzeniach buraka cukrowego oraz łodygach trzciny cukrowej. Jest substancją białą krystaliczną bardzo dobrze rozpuszczalną w wodzie. Ogrzana brunatnieje i tworzy karmel.Pod wpływem rozcieńczonych kwasów lub enzymu inwertazy ulega hydrolizie na równocząsteczkową mieszaninę D(+)glukozy i D(-)fruktozy. Hydrolizę sacharozy nazywa się potocznie inwersją, ponieważ w jej wyniku nastąpiło odwrócenie kierunku skręcalności płaszczyzny polaryzacji. Sacharoza skręca w prawo, a produkt hydrolizy-cukier inwertowany w lewo. Cukier inwertowany wchodzi w skład miodu pszczelego, natomiast sztucznie otrzymywany produkt hydrolizy nosi nazw zwę miodu sztucznego.

Sacharoza jest dwucukrem nieredukującym, ponieważ w swojej cząsteczce nie ma wolnego hydroksylu półacetalowego. Nie wykazuje mutarotacji, nie tworzy osazonów.

Przez inwersję sacharozy otrzymujemy cukier redukujący glukozę oraz fruktozę.

28) W jaki sposób można odróżnić monosacharyd od dwucukrów redukujących ?

Za pomocą reakcji Barfoeda. Podczas tej reakcji dwucukry utleniają się znacznie wolniej w porównaniu z monosacharydami. Na tej podstawie można je odróżnić.

30) Sacharozę poddano reakcji hydrolizy, a następnie na hydrolizat podziałano nadmiarem fenylohydrazyny. Jakie będą pośrednie i końcowe produkty reakcji ?

Podczas reakcji hydrolizy powstaje glukoza i fruktoza.

Następnie cukry te poddajemy nadmiarowi fenylohydrazyny.

W pierwszym etapie powstaje fenylohydrazon, a drugim ketofenylohydrazon, w ostatnim osa zon.

32) Na jakie grupy dzielą się polisacharydy, jeżeli przyjmie się za podstawę podziału ich budowę chemiczną lub ich funkcję biologiczną?

Ze względu na pełnione funkcje dzielimy na:

Ze względu na strukturę chemiczną:

Mamy więc glukany,fruktany,mangany,galaktazy,glukomannany.

33) Wyjaśnić dlaczego polisacharydy są cukrami nieredukującymi.

Ponieważ nie posiadają wolnego hydroksylu półacetylowego.

34) Omówić występowanie w przyrodzie oraz budowę chemiczną skrobi.

Skrobia

35) Omówić hydrolizę enzymatyczną i kwasową skrobi.

W probówkach po oziębieniu uwidaczniają się różnie zabarwione roztwory dekstryn.

37)Glikogen-występowanie w przyrodzie,funkcja biologiczna i budowa chemiczna.

Jest to skrobia zwierzęca-wielocukier zapasowy zwierząt, odkłada się głównie w wątrobie i mięśniach. Rozpuszcza się w zimnej wodzie,tworząc koloidalny,opalizujący roztwór. Z jodem daje czerwonobrunatne zabarwienie. Jego budowa chemiczna jest podobna do amylopektyny, jest jednak bardziej rozgałęziona.

38)Omówić budowę chemiczną,hydrolizę i występowanie w przyrodzie celulozy.

Celuloza-błonnik-najbardziej rozpowszechniony polisacharyd roślinny. Buduje ściany komórek młodych roślin, czystą celulozą jest bawełna. Cechuje się wielką odpornością na działanie czynników chemicznych. Nie rozpuszcza się w żadnym ze znanych rozpuszczalników, nie tworzy koloidów. Jedynym rozpuszczalnikiem celulozy jest amoniakalny roztwór wodorotlenku miedzi(II),czyli odczynnik Schweitzera. Z tego roztworu ponownie wytraca się błonnik. Gotowanie ze stężonymi kwasami pod ciśnieniem powoduje hydrolityczny rozkład celulozy do D-glukozy. Celuloza ulega hydrolizie enzymatycznej pod wpływem celulazy



Wyszukiwarka