WĘGLOWODANY - CUKRY

Cukry - materiał energetyczny i strukturalny.

1) proste - monosacharydy - glukoza fruktoza C₆H₁₂ O₆

2) dwucukry - oligosacharydy - laktoza sacharoza C₁₂H₂₂O₁₁

3) wielocukry - polisacharydy - skrobia(C₆H₁₀O₅) n n=300 do 400, celuloza (C₆H₁₀O₅₎ n n=100 do 10 000

CUKRY PROSTE - nie hydrolizują na mniejsze cząsteczki składowe glukoza, ryboza

Pentozy : Ksyloza, arabinoza 

Heksozy : Glukoza - aldozy cukry zawierające grupę aldehydową (C₁) Fruktoza (izomery)- ketozy cukry zawierające grupę ketonową (C₂) rozróżnienie przez reakcję z wodą bromową
Występują w: owocach, miodzie
nie wymagają trawienia, szybko wchłaniane, poziom we krwi podnosi się szybko,

Deoksycukry - cząsteczka związku zawierająca mniej atomów tlenu niż wyjściowy cukier: oleandroza, ramnoza, digitoksoza, deoksyriboza

CUKRY ZŁOŻONE

Oligosacharydy - dwucukry - stosuje się w lekach, produktach spożywczych sacharoza (gluk. + frukt.) rozkładana w jelicie cienkim
-Laktoza (cukier mleczny)

-Maltoza (w piwie), rozkład słodu w chlebie

-Stachioza,

-Werbaskoza

Związki optycznie czynne - związek skręcający płaszczyznę polaryzacji światła spolaryzowanego.

Anomeryczne formy cukrów dwa izomery o budowie cyklicznej, różniące się położeniem grupy hydroksylowej przy węglu C1 (w aldozach) lub C2 (w ketozach) -D(+)glukoza i -D(+)glukoza; względem siebie są diastereoizomerami

Mutarotacja - zjawisko zmiany kąta skręcenia płaszczyzny polaryzacji roztworu formy anomerycznej (np. -D(+)glukoza +112°; po pewnym czasie od momentu rozpuszczenia zmienia się na +52,7°, zaś -D(+)glukoza +19° po pewnym czasie od momentu rozpuszczenia zmienia się na +52,7°) mutarotacja - zmienna skręcalność;

Wynik ustalenia się równowagi między formą  i  anomerów w roztworze, następuje poprzez formę łańcuchową 

Glukoza - jest związkiem szeroko rozpowszechnionym w przyrodzie, powstaje w roślinach zielonych w procesie fotosyntezy: 6 CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O_2. Jest podstawowym źródłem energii w organizmach zwierzęcych. Jest rozprowadzana przez krew do komórek, gdzie ulega wieloetapowym przemianom. W końcowym etapie, wskutek doprowadzania dostatecznie dużej ilości tlenu, następuje jej całkowite utlenianie i wydzielanie bardzo dużej ilości energii. Dzięki tej energii komórki wykonują pracę i organizm prawidłowo funkcjonuje. Jeśli organizm jest niedotleniony, nie następuje utlenienie glukozy, nie wydziela się energia komórki i nie wykonuje pracy- organizm odczuwa zmęczenie.

Równanie reakcji biologicznego utleniania glukozy jest następujące:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ 6 CO₂ + 6 H₂O + energia

Węglowodany są historyczną nazwą grupy związków naturalnych, dających się opisać wzorem elementarnym CH₂O, co sugerowało, że głównie zbudowane są z węgla i wody - stąd nazwa. Późniejsze badania wykazały, że wzór elementarny CH₂O odpowiada wzorom cząsteczkowym (CH₂O)_n i jest najmniej ważną cechą wspólną związków tej grupy. Węglowodany stanowią jeden z ważniejszych elementów przyrody ożywionej.

- Powstają z wody i dwutlenku węgla w liściach zawierających katalizator tej reakcji (chlorofil) pod wpływem działania energii promieniowania elektromagnetycznego (światła) w procesie fotosyntezy.

- Najpopularniejsze węglowodany roślinne to skrobia i celuloza (polisacharydy) oraz cukry proste (glukoza, fruktoza, mannoza, galaktoza) i dwucukier - sacharoza (cukier spożywczy). Wraz z rośliną dostają się do organizmów zwierzęcych, gdzie są hydrolizowane do cukrów prostych i częściowo spalane do CO₂ i H₂O, wyzwalając przy tym energię, pobraną wcześniej w procesie fotosyntezy.

- Nadmiar cukrów prostych łączy się w wątrobie w zwierzęcy cukier zapasowy - glikogen, który stanowi zapasowe źródło energii dla organizmu.

- Ponadto w przemianach biochemicznych z glukozy wytwarzają się tłuszcze, a częściowo także białka, poprzez powstawanie aminokwasów w reakcjach ze związkami zawierającymi azot. Zatem węglowodany w różnych swoich postaciach stanowią zarówno materiał energetyczny ("paliwo" dla organizmu) jak i biorą udział w powstawaniu materiału budulcowego, jakim jest białko.

Podstawowe cząsteczki cukrów, tzw. cukry proste, monosacharydy - to wielohydroksyaldehydy lub wielohydroksyketony (C2). Obecność grupy aldehydowej powoduje, że są to związki łatwo się utleniające (silne reduktory), dające charakterystyczne reakcje z odczynnikami Tollensa i Fehlinga. Identycznie zachowują się cukry z grupą ketonową, bowiem reakcje utlenienia są charakterystyczne również dla -hydroksyketonów.

 Grupy funkcyjne zawarte w cząsteczce monocukru powodują, że cząsteczka może reagować z drugą cząsteczką cukru - inną lub taką samą, tworząc oligosacharydy i polisacharydy.

Glukoza tworząc strukturę pierścieniową wewnętrznego hemiacetalu (reakcja grupy aldehydowej z grupą alkoholowa węgla C5) powoduje powstanie nowego centrum chiralności przy węglu C1, dając izomeryczne formy  i  (anomery).

Najbardziej znany cukier, czyli cukier spożywczy - sacharoza, zbudowany jest z cząsteczki glukozy i fruktozy, połączonych wiązaniem nie C₁-O-C'₄ a C₁-O-C'₂. W ten sposób zablokowane są obie grupy karbonylowe i sacharoza nie jest cukrem redukującym.

Drugi przykład: dwucukier maltoza zbudowany jest z dwu cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem C₁-O-C'₄.

Dwucukier celobioza zbudowany jest niemal identycznie, a różnica polega jedynie na tym,

że cząsteczka glukozy wchodząca w skład cząsteczki maltozy to anomer  (C₁-),

natomiast glukoza w cząsteczce celobiozy to anomer  (C₁-).

Konsekwencją tak niewielkiej różnicy w strukturze chemicznej jest fakt hydrolizowania maltozy przez enzym zwany maltazą, który nie powoduje hydrolizy celobiozy; natomiast celobioza ulega hydrolizie pod wpływem enzymu emulsyny (-glukozydaza), nieaktywny w stosunku do maltozy.

Ponadto zarówno maltoza jak i celobioza, mając "wolny" karbonyl drugiej cząsteczki glukozy (C₁-) mogą występować jako anomer  i .

kwasy cukrowe kwasy dwukarboksylowe, powstałe przez utlenienie na obu końcach cząsteczki cukru kwas glukarowy (utlenienie glukozy) HOOC-(CH-OH)₄-COOH

kwasy uronowe aldehydokwasy, otrzymane przez utlenienie końcowego węgla cząsteczki cukru z pozostawieniem nienaruszonej grupy aldehydowej kwas glukuronowy (utlenienie glukozy na węglu C6).

kwasy aldonowe powstałe przez utlenienie  grupy aldehydowej kwas glukonowy

DWUCUKRY - są to cząsteczki powstałe przez połączenie glikozydowe jednej cząsteczki cukru z grupą alkoholową drugiej cząsteczki.

MALTOZA powstaje jako jeden z produktów hydrolizy policukru - skrobii. Hydroliza skrobii do maltozy jest katalizowana przez enzym diastazę, zawarty w słodzie (kiełkującym jęczmieniu). Z kolei hydrolizę maltozy do glukozy katalizuje enzym zwany maltazą, zawarty w drożdżach.

Ponieważ karbonyl podłączonej D-glukozy jest wolny, maltoza jest dwucukrem redukującym i ulega mutarotacji oraz tworzy osazon. 4-O-(-D- glukopiranozylo) - D - glukopiranoza

CELOBIOZA

Celobioza jest produktem hydrolizy celulozy. Składa się z dwóch cząsteczek glukozy, podobnie jak maltoza, i podobnie jak maltoza jest cukrem redukującym. Różnica między celobioza a maltozą polega na sposobie połączenia dwóch cząsteczek glukozy. O ile maltoza jest glukozydem  - glukozy to celobioza jest pochodną jej anomeru . Ta drobna róznica w budowie powoduje, że jest ona niewrażliwa na działanie maltazy, ulega natomiast hydrolizie do dwóch cząsteczek glukozy pod wpływem enzymu - glukozydazy

4-O-(-D- glukopiranozylo) - D - glukopiranoza

POLISACHARYDY

Zastosowanie w farmacji:

1. Odżywcze, dietetyczne

2. Źródła cukrów prostych

3. Do produkcji tabletek

4. Zasypki, pudry , maści

5. Środki krwiozastępcze

6. Związki przeciwzakrzepowe,

7. Kolodium

8. Stabilizatory emulsji

WIELOCUKRY = POLISACHARYDY

Polisacharydy: skrobia, celuloza, glikogen, śluzy,

pektyny, mukopolisacharydy

- Cukry złożone, powstałe prze kondensację wielu cząsteczek cukrów prostych.

Cząsteczki tych polisacharydów zbudowane są z setek, a czasem nawet tysięcy jednostek glukozowych (D-(+)glukozy). Cząsteczki glukozy w wielocukrach są powiązane wiązaniami glikozydowymi, a sposób wiązania i odmiana anomeryczna warunkują właściwości poszczególnych policukrów. 

Celuloza - jest elementem strukturalnym ścian komórkowych,

otaczających komórkę roślinną zbudowana jest z cząsteczek glukozy, połączonych wiązaniem β-glikozydowym.

Nie rozpuszcza się w wodzie.

Ludzie nie posiadają enzymów umożliwiających trawienie celulozy, jest ona jednak niezbędnym elementem pożywienia, jako tzw. składnik włókna w diecie, ułatwiającego właściwe funkcjonowanie przewodu pokarmowego

drażni jelita- zapobiega zaparciem, obniża poziom cholesterolu.

Celulozę stosuje się :w papiernictwie, w produkcji sztucznego jedwabiu, w lakierach.

W celulozie długie, nierozgałęzione łańcuchy, utworzone przez połączenie cząsteczek glukozy wiązaniem C₁-O-C'₄, tworzą spirale, które na kształt splecionych lin tworzą sztywne, wytrzymałe mechanicznie struktury. Wszystkie wiązania glikozydowe w celulozie są wiązaniami -glikozydowymi.

W celulozie na każdą jednostkę glukozową przypadają trzy wolne grupy hydroksylowe. Dzięki temu można cząsteczkę celulozy modyfikować - np. estryfikować kwasem azotowym(V) (nitroceluloza, tzw. bawełna strzelnicza) lub kwasem octowym (octan celulozy), bądź w reakcji z dwusiarczkiem węgla CS₂ przeprowadzić w ksantogenian (sztuczny jedwab, celofan).

Azotan celulozy - koloksylina - kolodium - Hemostin, Sanofil,

Płyn na odciski

Gossypium depuratum - bawełna, wata oczyszczona

Carbo medicinalis

SKROBIA - jest substancją zapasową roślin, zbudowana z jednostek α - glukozy. Skrobia magazynowana jest u roślin w postaci ziaren w organellach zwanych plastydami. Hydroliza skrobi i uwalnianie glukozy zaspokaja zapotrzebowanie komórki na energię niezbędną do aktywności metabolicznej.

Skrobia, rozumiana jako materiał zapasowy roślin, występuje w dwóch podstawowych odmianach.

80% to nierozpuszczalna w wodzie amylopektyna,

20% to amyloza, w wodzie tworząca roztwory koloidalne.

W amylopektynie występują o wiele krótsze łańcuchy niż w celulozie, lecz są one "spięte" ze sobą glikozydowymi wiązaniami C1-C'6, tworząc struktury sieciowe. 

Amyloza ma budowę łańcuchową, łańcuch złożony z paru tysięcy jednostek glukozowych tworzy spiralę, "splątaną" w kłębuszek.

Taka budowa cząsteczki polimeru powoduje, ze skrobia występuje w postaci granulek, których kształt jest charakterystyczny dla poszczególnych roślin. Pod mikroskopem bez trudu można odróżnić skrobię ziemniaczaną od pszenicznej czy ryżowej.

  Pod wpływem enzymów skrobia ulega hydrolizie do dekstryn (mieszanina niskocząsteczkowych wielocukrów) a później maltozy (dwucukier) i w końcowym etapie do D-(+) - glukozy.

Jednostki glukozowe w skrobi łączą się wiązaniami -glikozydowymi, co odróżnia ją od celulozy o wiązaniach -glikozydowych. 

DEKSTRYNY (substancje rozcieńczające proszki, kleje),

CYKLODEKSTRYNY

GALAKTANY (Agar, karagenina)

MANNANY (bulwy storczyków, aloes)

ARABANY I KSYLANY (hemicelulozy, śluzy)

PEKTYNY Kw. galakturonowy (-COOCH₃, -OAc), ramnoza , arabinoza, ksyloza, galaktoza (polisacharydy liniowe)

(Kwas alginowy) -kw. mannuronowy i guluronowy (1-4) m.cz. 200 000 (Laminaria sp.)

Fucus - Morszczyn (kw. alginowy)

MUKOPOLISACHARYDY (heparyna, kw. hialuronowy - m.cz. 200 000-400 000

POLISACHARYDY GRZYBOWE (-glukany 1-3, 1-4, 1-6); Lentinan, PKS Crestin, Schizophyllan, Tylopilan,

ŚLUZY (śl. kwaśne -kw. gulur., kw. galaktur., kw. glukuron., etery siarczanowe, fosforanowe)

ŚLUZY OBOJĘTNE, GUMY, (heksozy, pentozy, 6-deoksycukry, etery wyż. wym. substancji

Agar, Althaeae radix,Lini semen, Lichen islandicus, Psylli semen, Althaeae folium, Foenugraeci semen, Malvae sylv. flos, Malvae arboreae flos, Verbasci flos, Carragen, Cydoniae semen, Salep tuber, Tiliae infl.,

Gummi arabicum, Tragacantha, Gummi caraya

GLIKOZYDY

Związki cukrów z alkoholami (aglikonami), wytworzone przez wiązanie poprzez tlen przy węglu C1 formy pierścieniowej. Powstaje wiązanie glikozydowe, eterowe lub raczej acetalowe (drugie wiązanie o charakterze wiązania eterowego tworzy pierścień). Glikozydy są odporne na działanie zasad, w środowisku kwaśnym hydrolizują. Występują w postaciach anomerycznych, nie redukują.

Glikozydy Określenie: glikozydowe (glikozyd, wiązanie glikozydowe itp.) jest określeniem ogólnym, odnoszącym się do połączeń acetalowych w cukrach. Dla konkretnych związków tworzymy nazwy od nazwy cukru łączącego się poprzez atom tlenu przy C₁ - glukozyd, mannozyd itp.). 

GLIKOGEN Połączone białkiem, magazynowane max 900 g w wątrobie (1 g glikogenu wymaga 4g wody) nazywany jest niekiedy skrobią zwierzęcą. Jest materiałem zapasowym tkanek zwierzęcych. Gromadzi się głównie w komórkach wątroby i mięśni. Rozpuszcza się w wodzie łatwiej niż skrobia. Glikogen, ma budowę bardzo zbliżona do amylopektyny. Jego łańcuchy są jednak krótsze a cząsteczka polimeru jest bardziej usieciowiona.

Kwas alginowy

---