CZĘŚĆ I word, Ogrodnictwo, Ogrodnictwo UP Wro, ROK I, semestr II, biochemia, egzamin, poilkj, biochemia

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 zome r ami . 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.

CH2-COOC2H5

CH-COOH

CH2-COOC2H5

CH2-COOH

CH-COOC2H5

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 m e 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 -izome ry geome t ryc zne , 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.

CH2=C-COOH

CH3-C-COOH

odmiana ketonowa odmiana enolowa

tautomery

C CH3

CH3

H H

CH3

H3C

cis -buten-2 trans -buten-2

cis -cyklopentano-

-1,2-diol

trans -cyklopentano-

-1,2-diol

cis-trans izomery

CHO

CH2OH

CHO

CH2OH

aldehyd L(-)-glicerynowy aldehyd D(+)-glicerynowy

CHO

CH2OH

HO H

płaszczyzna

CHO zwierciadła

HO H

CH2OH

-izomery

 - buten 1

CH2=CH-CH2-CH3

 - buten

CH3-CH=CH-CH3

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,Lumieszczanymi

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 di a s t e r eoi zome r ami .

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.

COOH

CH3

H OH

COOH

CH3

COOH

CH3

COOH

CH3

(I) (II) (III) (IV)

enancjomery enancjomery

diastereoizomery

enancjomery

COOH

kwas L(+)-winowy kwas D(-)-winowy

COOH

H 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

Polisacharydy Pochodne

polisacharydó

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 O

CH2-OH

D(-)-fruktoza

ketoheksoza

CH2-OH

C O 1

CH2-OH

H C OH

D(+)-glukoza

aldoheksoza

szereg D

CH2OH

H OH C*

CH2OH

HO H

szereg L

-D-fruktofuranoza

CH2-OH

HO C

CH2-OH

wzór pionowy

C C

HOH2C

OH H

4 3

CH2OH

wzór Hawortha

-D-glukopiranoza

H C OH

CH2-OH

H C OH

wzór pionowy

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

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.

HO H

H OH

CH2OH

HO OH

wzo/ r konformacyjny Reeves`a

-D-glukopiranoza

CH2OH

C O

C C

3 2

CH2OH

C O

C C

3 2

* *

-D-glukopiranoza -D-glukopiranoza

dihydroksyaceton

aldehyd

L-glicerynowy

CH2-OH

C O

CH2-OH

CHO

CH2OH

HO H

CHO

CH2OH

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 Ltreozy

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 CO2 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

CH2OH

H C OH

HO C H

CHO

H C OH

CH2OH

H C OH

HO C H

H C OH

H C

H C OH

HO C H

COOH

CH2OH

HO C H

H OH

C O

CH2OH

D-mannoza D-galaktoza L-sorboza kwas

galakturonowy

H C OH

CHO CHO

HO C H

CH2OH

H C OH HO C H

CH2OH

H C OH

CHO

HO C H

CH2OH

D-treoza D-erytroza L-erytroza

CH2OH

H C OH

CHO

HO C H

D-ksyloza

CH2OH

C O

CH2OH

H C OH

HO C H

D-ksyluloza

H C OH

CH3

HO C H

H C OH

CHO

HO C H

L-ramnoza

HO C H

CH2OH

H C OH

CHO

HO C H

L-arabinoza

CHO

CH2OH

H C OH

CH2

D-dezokyryboza

H C OH

CHO

CH2OH

H C OH

D-ryboza D-rybuloza

CH2OH

C O

CH2OH

H C OH

D-glukoza 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 ruktoza , 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 aktoza 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-mannoza 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 - sorboza , 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.

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

3 4

1 OH

OH H

HOH2C H

 C C



sacharoza

rafinoza

sacharoza

CH2OH

3 4

1 OH

OH H

HOH2C H

 C C



3 2

C 1

C O

C C

CH2

melibioza

3 2

CH2OH



C C

C O

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

C O

C C

3 2

 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-Dglukopiranozylo-

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-galaktopiranozyloglukopiranozyd.

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.

3 2

CH2OH



celobioza

CH2OH

C O

C C

C O

C 1

3 2

CH2OH



CH2OH

C O

C C

C O

C 1

3 2

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: (C6H10O5)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%).

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

glikozydowym. Jej łańcuch jest nie rozgałęziony.

Amy 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 rozpowszechniona

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 skrobia amylodekstryna achrodekstryna

pulullan

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

amylopektyna O

- wiązanie -1,6

- końcowa redukująca grupa

O O - wiązanie -1,4

O - reszta glukozowa

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

3 2

C 1

C O

O C C

CH2OH

3 2

C 1

C O

O C C

CH2OH

amyloza

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

NH COCH3

N-acetylo-2-dezoksy-

2-aminoglukoza

NH2

3 2

C 1

C O

C C

CH2OH

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 Dglukuronowego.

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

3 2

CH2OH



CH2OH

C O

C C

C O

O C 1

3 2



CH2OH

3 2

C O

C C

O O

reszta celobiozy

3 2

C 1

C O

C C

COOH

 O

C O

C C

COOCH3

3 2

O O

fragment zmetoksylowanego kwasu poligalakturonowego