Understanding Carbohydrates: Types and Properties

wglowodany, cukrowce, sacharydy

Cukry to zwizki wgla i wody (wglowodany) Cn(H2O)m -C , O:H (1:2)80% suchej masy ro lin (g wny produkt fotosynteza),1% suchej masy zwierz t Zawieraj w swojej budowie a cuch lub pier cie w glowy i liczne grupy hydroksylowe (-OH) oraz grup karbonylow (-CO) (ketonow KETOZY, b d aldehydow - ALDOZY) lub p acetalow : W w glowodanach z o onych wyst puj wi zania glikozydowe. Wi zanie glikozydowe w cukrach tworzone jest pomi dzy karbonylowym atomem w gla i grup hydroksylow drugiej cz steczki cukru.(dwucukry- wielocukry) (1-4 w giel) Dzi ki wyst powaniu grupy aldehydowej lub mostka p acetalowego jest mo liwe utlenianie prostszych w glowodan w do kwas w karboksylowych

Dziki wystpowaniu grupy aldehydowej czy mostka pacetalowego moliwe jest utlenianie prostych w glowodan w do kwas w karboksylowych (reakcja -monocukry (glukoza, galaktoza-aldozy, fruktoza-ketoza)-maj w a ciwo ci redukuj ce i daj pozytywny wynik w pr bie Trommera, Tollensa,Fehlinga (dwusk adnikowe),Benedicta, Hayensa -dwucukry (laktoza, sacharoza), reakcje hydrolizy i nastepnie pr ba trommera -wielocukry (skrobia , glikogen, celuloza, chityna, kwas hialuronowy, heparyna) wykrywanie p yn Lugola, jodyna

Cukry mona podzieli ze wzgldu na: a) Liczb atom w w gla w cz steczce - cukry proste (monosacharydy, monozy: triozy (aldehyd glicerynowy), tetrozy. pentozy, heksozy, heptozy, itd.) -cukry z o one (wielocukry, poliozy: disacharydy, oligosacharydy, polisacharydy). b) Wielko cz steczek - monosacharydy(cukry proste, jednocukry), s zwi zkami nie ulegaj cymi hydrolizie do postaci prostszych; og lny wz r tej grupy to CnH2nOn - disacharydy(dwucukry), zbudowane z dw ch cz stek cukr w prostych np. sacharoza, maltoza, celobioza, laktoza i trehaloza; og lny wz r tej grupy to CnH2n-2On-1- -oligosacharydy hydrolizuj ce do 2-10 monosacharyd w, np.rafinoza (tr jcukier, hydrolizuje do glukozy, fruktozy i galaktozy), stachioza (czterocukier),werbaksoza (pi ciocukier) -polisacharydy(wielocukry), zawieraj wi cej ni 10 monosacharyd w; ich wz r og lny to (C6H10O5)x, np. skrobia, celuloza, glikogen, inulina, galaktan, dekstran, pektyna c) Obecno grup funkcyjnych - polihydroksyaldehydy (aldozy) - polihydroksyketony (ketozy).

Waciwoci fizyczne monosacharydw - bezbarwne, bezwonne, o s odkim smaku (dzi ki obecno ci grup OH), rozpuszczalne w wodzie, nie rozpuszczaj si w rozpuszczalnikach organicznych, skr caj p aszczyzn wiat a spolaryzowanego, wodny odczyn jest oboj tny. W a ciwo ci chemiczne monosacharyd w: - redukcja Redukcja aldoz i ketoz prowadzi do wytworzenia alkoholi wielowodorotlenowych. - utlenianie Glukoza w reakcji z wod bromow utlenia si do kwasu glukonowego, a fruktoza reakcji nie ulega, gdy nie posiada grupy aldehydowej. Jest to reakcja s u ca do odr niania aldoz od ketoz w wyniku kt rej grupa aldehydowa utlenia si do grupy karboksylowej tworz c kwasy -onowe. Kwas azotowy(V) jest silniejszym rodkiem utleniaj cym od wody bromowej. W wyniku utleniania aldoz powstaje kwas cukrowy (dwie grupy karboksylowe). Dzi ki biologicznemu utlenianiu aldoz otrzymuje si kwasy -uronowe. - reakcja estryfikacji Ze wzgl du na obecno grup OH, cukry ulegaj estryfikacji. Glukoza z bezwodnikiem kwasu octowego (silniejszy czynnik acyluj cy ni kwas octowy) tworzy pentaoctan glukozy. Obecno grup OH potwierdza tak e reakcja, prowadzona w temperaturze pokojowej z Cu(OH)2, w wyniku kt rej powstaje kompleks o barwie fio kowoniebieskiej (podobnie, jak w reakcji gliceryny z Cu(OH)2).

- reakcja z zasadami Cukry w st onych roztworach zasad ulegaj karmelizacji, tworz si sole oraz produkty barwne. W rozcie czonych roztworach zasad cukry ulegaj epimeryzacji. Epimerem glukozy jest fruktoza i mannoza. - reakcja z kwasami Cukry pod wp ywem kwas w mineralnych np. H2SO4, HCl, ulegaj cz ciowej dehydratacji tworz c zwi zki cykliczne. Heksozy daj w wyniku tej reakcji 5-hydroksymetylofurfural, a pentozy furfural. Otrzymywane substancje wykazuj zdolno do kondensacji z niekt rymi fenolami. Reakcje te wykorzystywane s do identyfikacji niekt rych cukr w. - w asno ci redukuj ce cukr w Wszystkie cukry proste redukuj wodorotlenki metali (pr ba Trommera, pr ba z odczynnikiem Fehlinga) lub tlenki metali (pr ba Tollensa). Fruktoza, mimo e nie zawiera grupy aldehydowej daje pozytywny wynik reakcji Tollensa, Trommera i Fehlinga, poniewa w rodowisku zasadowym ulega epimeryzacji - reakcja fermentacji

Monosacharydy Cukry proste ze wzgl du na ilo atom w w gla w pojedynczej cz steczce dzielimy na: triozy o 3 atomach w gla, np. aldehyd glicerynowy, dihydroksyaceton tetrozy o 4 atomach w gla, np. treoza pentozy o 5 atomach w gla, np. ryboza, rybuloza, deoksyryboza heksozy o 6 atomach w gla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza heptozy o 7 atomach w gla, np. sedoheptuloza Wi kszo biologicznie wa nych monosacharyd w ma 5 lub 6 atom w w gla, cho w fizjologii kom rek (fotosynteza, cykl Krebsa) znaczenie maj te monosacharydy 3- i 4-w glowe Monosacharydy mo na tak e podzieli na: aldozy, w kt rych wyst puje grupa aldehydowa (-CHO), np. deoksyryboza, ryboza, glukoza, galaktoza ketozy, w kt rych wyst puje grupa ketonowa (=C=O), np. rybuloza, fruktoza Wszystkie monosacharydy posiadaj w a ciwo ci redukcyjne, czyli daj pozytywny wynik pr b zar wno Tollensa, jak i Trommera. Prawie wszystkie monosacharydy s optycznie czynne. Np.: stereoizomery glukozy

Czyli cukry maj waciwo skrcania kta wiata spolaryzowanego. Na podstawie tej w a ciwo ci wyr nia si izomery + (skr caj wiat o zgodnie z ruchem wskaz wek zegara w prawo) i izomery (skr caj wiat o spolaryzowane w lewo), mog wyst powa wszystkie kombinacje tych izomeryzacji (L+, L-, D+, D-). Glukoza g wnie wyst puje w postaci pier cienia, w kt rym wyst puje wi zanie p acetalowe. W a ciwo ci redukuj ce posiada forma a cuchowa z wolna grupa aldehydow .

Waciwoci: -S chemicznie oboj tne -Dobrze rozpuszczalne w wodzie -Maj aktywno osmotyczn (podwy szaj st enie roztworu) - roztworach wodnych mog tworzy struktury pier cieniowe (powstaje mostek tlenowy mi dzy grup aldehydow /ketonow C4-pentozy, C5 heksozy a hydroksylow C1)

OLIGOSACHARYDY: 2-5 czsteczek cukru poczonych wizaniem O- glikozydowym- MOSTKIEM TLENOWYM Najpopularniejsze DISACHARYDY (DWUCUKRY) Popularne disacharydy to: Sacharoza glukoza + fruktoza Maltoza glukoza + glukoza Laktoza glukoza + galaktoza Procesem odwrotnym do powstawania wi zania glikozydowego jest hydroliza dwucukru do dw ch monosacharyd w. OLIGOSACHARYDY : a cuchy polimerowe mog si rozga zia . Przyk adem oligosacharyd w s dekstryny oraz cukry receptorowe na powierzchni kom rek stanowi ce o ich przynale no ci osobniczej (l cza si w wczas z bia kami lub t uszczami).

Wszystkie disacharydy ulegaj atwo kwasowej hydrolizie do monosacharydw. W przyrodzie reakcja ta jest katalizowana przez enzymy glikozydazy. Cz c dwucukr w, kt re maja wolna grup aldehydowa to cukry redukuj ce. SACHAROZA JEST PRZYK ADEM DWUCUKRU NIEREDUKUJ CEGO.

POLISACHARYDY Wielocukry s grup bardzo du ych polimer w. Sk adaj si z bardzo wielu monosacharyd w po czonych wi zaniem O-glikozydowym (dany polimer sk ada si z g wnie, ale nie wy cznie takich samych monomer w inaczej ni w przypadku bia ek) po czonych wi zaniami glikozydowymi. Polimery mog si rozdziela . -Nadaj bardzo du wytrzyma o (niekiedy twardo ) tkankom lub samodzielnie stanowi warstwy ochronne lub strukturalne kom rkom i tkankom. Np.: chityna, celuloza -mog stanowi tez materia zapasowy (nie ropuszczaj si w wodniczce ro liny, czy w kom rce zwierz cej)np.: skrobia, glikogen -lo podjednostek polisacharyd w jest tak du a, e atwiej jest szacowa ich ilo po wadze. Skrobia: (C6H10O5)n gdzie n=300-400; wyst puje w ro linach g wnie jako magazyn energii; wyst puje w dw ch formach (jako mieszanka obu): amyloza nie rozga zione nici z o one z -D-glukoz po czonych wi zaniem -1,4- glikozydowym, stanowi oko o jedn pi t cz skrobi amylopektyna rozga ziona forma, stanowi wi ksz cz skrobi bo 4/5, a cuchy polimeru rozga ziaj si wi zaniami -1,6-glikozydowymi, trudniej od amylozy rozpuszczalne w wodzie

Glikogen: jest to zwierzcy odpowiednik skrobi, polimer -D-glukanu o wizaniach -1,4- glikozydowych z cz stymi rozga zieniami wi za -1,6-glikozydowych; bardzo du o rozga zie , stosunkowo atwo rozpuszczalny w wodzie. ok. 100 000 reszt D-glukozy. W organizmach zwierz cych jest gromadzony w w trobie, w mniejszym st eniu wyst puje te w tkance mi ni poprzecznie pr kowanych. Celuloza: (C6H10O5)n gdzie n=20 000 (3000 - 14000 )cz steczek cukier ro linny, bardzo podobna do skrobi jednak podjednostkami s cz steczki -glukozy, wi c wyst puj wi zania -1,4-glikozydowe (nie rozga ziaj si ), prawie po owa w gla organicznego ro lin tworzy celuloz (g wny sk adnik cian kom rkowych); nie rozpuszczalna, bardzo trudno trawiona tylko przez niekt re bakterie.

chityna Wymiana cz ci atom w tlenu na atomy azotu w strukturze chityny w stosunku do struktury celulozy powoduje, e w chitynie wyst puj du o silniejsze mi dzycz steczkowe wi zania wodorowe, co skutkuje wi ksz wytrzyma o ci mechaniczn chityny w stosunku do celulozy. Pektyny s polisacharydami wyst puj cymi u ro lin w cianie kom rkowej oraz tworz cymi struktur blaszki rodkowej, czyli lepiszcza mi dzykom rkowego. Roztwory pektyn atwo tworz ele. Zjawisko to wykorzystywane jest podczas przygotowywania galaretek owocowych. W polimerach tych powtarzaj cym si elementem jest 6-metyloester kwasu D-galakturonowego, kt rego cz steczki po czone s wi zaniem a-1,4-glikozydowym. Wzd u a cucha tego polisacharydu nie ka da cz steczka kwasu galakturonowego jest metylowana.

Panel dowiadczalny Materia y: -mi d -wzorzec glukozy (czysta glukoza) -sacharoza -sok jab kowy (wyci ni ty z jab ka i nieznacznie rozcie czony wod -plastry ziemniaka -ugotowany ry -kromka chleba -wacik celulozowy -serek (twaro ek- sprawdzamy czy nie zosta doprawiony skrobi ziemniaczan ) Odczynniki: -p yn Lugola (jodyna) -odczynniki Fehlinga A i B -woda destylowana -wodny roztw r (5%) CuSO4 -30% roztw r wodny NaOH -st ony H2SO4 -Gor ca woda, palnik Film:W glowodany. W a ciwo ci i wykrywanie glukozy, sacharozy, skrobii, celulozy, carbohydrates

Sposoby Wykrywania cukrw prostych (glukozy, fruktozy) Stosujemy gotowe odczynniki np.: jednosk adnikowy Hayensa, lub Benedicta NIE MAMY ODCZYNNIKA HAYENSA ANI BENEDICTA 1. Odczynnik Hayensa: kt ry w produktach zawieraj cych glukoz , po podgrzaniu pr bki z odczynnikiem, zabarwia si na ceglasty kolor; P yn Haynesa (granatowo niebieskie zabarwienie). Zmiana barwy nast puje na skutek obecno ci w roztworze cukru prostego glukozy, kt ra redukuje zawart w p ynie Haynesa mied (w siarczanie miedzi II) z dwuwarto ciowej ( barwa niebieska) do jednowarto ciowej (tlenek miedzi I), co poznaje si po zmianie zabarwienia (barwa ceglasto-pomara czowa ). W prob wkach zawieraj cych jab ko i cebul nast pi a zmiana barwy, natomiast w prob wce z ziemniakiem nie nast pi a zmiana barwy, co wiadczy o braku glukozy w ziemniaku (jest tam skrobia)

1. Prba z odczynnikiem Fehlinga (wykrywanie cukrw redukujcych gotowym odczynnikiem) WYKONUJEMY W KLASIE Dodajemy roztw r Fehlinga A (CuSO4w H2SO4) wodny roztw r siarczanu miedzi(II) z rozcie czonym kwasem siarkowym oraz roztw r Fehlinga B (NaKC4H4O6 4H2O w NaOH) wodny roztw r wodorotleneku sodu oraz winianu sodowo-potasowego. Stosowany jest m.in. jako stabilizator kation w miedziowych(Cu2+) w reakcjach na wykrywanie obecno ci aldehydowych grup redukuj cych, np. przy pr bach na wykrywanie w a ciwo ci redukuj cych aldoz Fehlinga czy Nylandera. 1:1 Hipoteza jab ko zawiera cukry proste (glukoza i fruktoza) Notatki wodny roztw r z soku z jab ka czymy z 2ml odczynnika Fehlinga (po zmieszaniu A i B 1:1); otrzyman mieszanin zagotowujemy. W przypadku obecno ci aldehyd w wytr ca si ceglastoczerwony osad tlenku miedzi(I) Wniosek: wytr cenie si czerwonego osadu oznacza obecno cukr w prostych w jab ku. Odczynnik Fehlinga wykrywa m.in. cukry proste. Jest to zasadowy roztw r siarczanu miedzi(II) - niebieski, z kt rego pod wp ywem zwi zk w redukuj cych wypada czerwony osad tlenku miedzi(I) (konieczne jest ogrzanie badanej pr bki) Kolor zmienia si stopniowo, przechodzi przez kolor zielony, potem ty i pomara czowy bardzo adne zjawisko. Pr ba Fehlinga to reakcja redoks. Aldehydy ulegaj utlenieniu do kwas w karboksylowych, mied z stopnia utlenienia II redukuje si do I: 2Cu2+(roztw. Fehlinga) + R-CHO + NaOH + H2O Cu2O + R-COONa + 4H+Wytr caj cy si tlenek miedzi(I) Cu2O jest produktem szybkiej reakcji powstaj cych jon w Cu+z jonami hydroksylowymi: 2Cu++ 2OH Cu2O + H2O

KNaC4H4O64H2O- winian sodowo potasowy Winian sodowo-potasowy Winian sodowo-potasowy organiczny zwi zek chemiczny, tzw. s l Seignette'a lub s l z Rochelle. Jest pochodn kwasu winowego. Wikipedia Wz r: KNaC4H4O6 4H2O Masa molowa: 282,1 g/mol Temperatura topnienia: 75 C Temperatura wrzenia: 220 C

Wykonanie: Do prob wek dodano roztw r glukozy, sacharozy, miodu, przes czu z ugniecionego jab ka oraz wody destylowanej Co jest kontrol ? Nastepnie dodano odczynniki Fehlinga A i B w stosunku 1:1 np.:2 ml A i 2 ml B Prob wki podgrzano nad palnikiem. Gdzie s cukry redukuj ce? Odp: w prob wce z glukoz , jab kiem (glukoza, fruktoza), miodem (glukoza) powstaje ceglasty osad Glukoza -D- glukopiranoza posiada w formie liniowej grup aldehydowa zdolna do redukcji w pr bie Trommera

2. Prba Tromera 1.str camy wie y wodorotlenek miedzi Cu(OH)2przy u yciu CuSO4i NaOH CuSO4+ 2NaOH -> Na2SO4+Cu(OH)2a nast pnie dodajemy do pr bki z badanymi substancjami. Dodajemy NaOH jeszcze raz wstrz saj c a do rozpuszczenia gluta . Podgrzewamy. Tam gdzie s cukry redukuj ce powinien wytraci si ceglasty osad Wykonanie 1-2% wodny roztw r CuSO4(morski odcie ) po czono z 30% NaOH-wytr ci si glut Cu(OH)2,zmiana barwy na niebiesk Dodano glukoz , sacharoz (je li trzeba doda jeszcze NaOH az do rozpuszczenia osadu) i podgrzano Gdzie s cukry proste? obserwacja - Niebieski osad zmienia barw na czerwon (ew.pomara czow ) wniosek - mied (II) zredukowa a si do (I) w reakcji z glukoz , wykazuj c w a ciwo ci redukuj ce 2Cu(OH)2+ C6H12O6 Cu2O + C6H12O7(kwas glukonowy) + 2 H2O Jest to reakcja redoks. Aldehydy ulegaj utlenieniu do kwas w karboksylowych, mied z +II stopnia utlenienia redukuje si do +I. Ketony daj negatywne wyniki pr by.

Glukoza posiada 2 grupy hydroksylowe (-OH) po tej samej stronie, wic powinna (jak gliceryna) tworzyc rozpuszczalny szafirowy kompleks CuOH2,(uzyskamy go w asnie po dodaniu NaOH) W pr bie kontrolnej CuOH2 nie rozpuszcza si w nadmiarze NaOH (nadal pozostaje morski odcie straconego tlenku) Podgrzanie: Podczas reakcji CuOH2 z grupa aldehydow glukozy glukoza utlenia si do kwasu glukonowego a miedx redukuje si do tlenku miedzi I Cu2O Pr ba kontrolna zczernia a z powodu rozk adu pod wp ywem temperatury nietrwa ego CuOH2 do czarnego tlenku miedzi II CuO

Wykrywanie sacharozy (dwucukry):Sacharoza, C12H22O11 organiczny zwizek chemiczny z grupy w glowodan w b d cy zasadniczym sk adnikiem cukru trzcinowego i cukru buraczanego. CUKIER NIEREDUKUJACY (brak wolnej grupy aldehydowej) Ulega hydrolizie w rodowisku kwa nym do cukr w redukuj cych :glukozy i fruktozy, kt re nast pnie mo na wykry w reakcjach dla monocukr w. Do wiadczenie: 3 prob wki : 1-woda, 2,3-roztw r sacharozy-pr bka 2 kontrola nie podlegaj ca hydrolizie. Do prob wki 1i3 dodajemy kilka ml H2SO4 st ony. Wszystkie pr bki umieszczamy w gor cej wodzie. Zachodzi reakcja hydrolizy ( w prob wce 1 i3) sacharozy do fruktozy i glukozy. Obecno cukr w prostych sprawdzamy dodaj c do wszystkich pr bek str cony Cu(OH)2po uprzednim zalkalizowaniu rodowiska NaOH (bo wcze niej dodano do 2 prob wek silny kwas)-REAKCJA TROMMERA Tam gdzie s cukry redukuj ce pojawi si po ponownym ogrzaniu ceglasty osad

Wielocukry: dugoacuchowe zwizki: -liniowe np.: celuloza -rozga zione np.: skrobia Sposoby wykrywania skrobii: P yn Lugola lub Jodyna pr ba z p ynem Lugola Hipoteza jeden z produkt w A i B zawiera skrobi ; Notatki produkt A umieszczamy w prob wce I, a produkt B w prob wce II; do obydwu prob wek wkraplamy po 1-2 krople p ynu Lugola; w tym przypadku produkt A barwi si na fioletowo a produkt B na br zowo Wniosek w prob wce I umieszczony zosta produkt zawieraj cy skrobi P yn Lugola to uniwersalny wykrywacz skrobi kukurydzianej, ziemniaczanej i sojowej. Wykrywanie w produktach skrobi jest wa ne u os b chorych dla celiaki , kt rzy nie mog spo ywa m ki pszennej, w kt rej zawarta jest skrobia. P yn Lugola zawiera jod, kt ry barwi skrobi na kolor fioletowy. Sam p yn ma zabarwienie rubinowo-czerwone. Bia ka barwi si pod wp ywem p ynu Lugola na br zowo. Tak wi c tylko fioletowe zabarwienia pr bki badanego produktu (w dliny, ketchupy, desery mleczne) wiadczy o obecno ci w nim m ki. Wykonaj r wnie preparat mikroskopowy z plasterka ziemniaka zakroplonego Lugola (wida ziarna skrobii)

PRBA LUGOLA wykrywanie wielocukrw. Zasada metody Wielocukry, w odr nieniu od oligo- i monosacharyd w tworz z jodem barwne kompleksy. Glikogen tworzy kompleks czerwonobrunatny, skrobia barw na granatowoczarn a przy niewielkich st eniach na niebieskofioletow , a oligosacharydy zawieraj ce mniej ni 6 cz steczek glukozy nie daj barwnych reakcji z jodem. Dodatkowo preparat mikroskopowy zabarwionej skrobii