Sacharidy (glycidy)

• jedny z nejvýznamnějších a současně nejrozšířenější přírodní organické sloučeniny O tvoří největší podíl organické hmoty na Zemi
• rostlinného původu; součástí většiny živých organismů

ve skutečnosti se o hydráty uhlíku nejedná

nesprávná označení: karbohydráty

uhlohydráty

uhlovodany

• základní složení – C, H, O; v derivátech sacharidů navíc – N, P, S, …
• obecný vzorec: Cn(H2O)n
• můžeme se na ně dívat jako na oxidační produkty vícesytných alkoholů

Vznik

• primární proces: FOTOSYNTÉZA î vznik nejjednodušších sacharidů
• složitý chemický děj probíhající v chloroplastech rostlinných buněk î v zelených částech rostlin

látky do děje vstupující .

• energeticky chudé anorganické sloučeniny:

CO2 Õ oxid uhličitý

H2O Õ voda

• konečné produkty odbourávání (spalování, oxidace) energeticky bohatých uhlíkatých sloučenin aerobně dýchajícími organismy O nejdou dále štěpit za uvolnění energie î odpadní látky aerobně dýchajících organismů

látky z děje vystupující .

C6H12O6 O energeticky bohatá organická sloučenina (glukóza)

O2 Õ kyslík

H2O Õ voda

• vzniklá glukóza se přeměňuje na jiné monosacharidy nebo se slučuje do složitějších řetězců (oligosacharidy, polysacharidy O viz dál)

• katalyzátor – chlorofyl (zelené barvivo) O hlavní složka chloroplastů
• umožňuje vlivem energie slunečního záření přeměnit oxid uhličitý & vodu na energeticky bohatou organickou sloučeninu (monosacharid–aldohexóza–glukóza); energie slunečního záření je do ní „zabudovaná“
• CO2 při tomto procesu podléhá hydrogenaci vodíkem vzniklým fotolýzou (rozkladem) vody
• odpadní látka – O2 má svůj původ ve vodě
• zpětným odbouráním sacharidu (obrácená rovnice fotosyntézy) se „zabudovaná“ energie uvolňuje î energie živých organismů má svůj původ v energii slunečního záření O do organismů se dostává prostřednictvím produktů rostlin

Význam

1. zdroj energie
2. stavební materiál

• základní stavební složka buněčných stěn bakterií a rostlin

3. zásobní látka

• např. škrob

4. jedna ze základních složek řetězců nukleových kyselin

• u DNA: 2–deoxy–D–b–ribosa
• u RNA: b–D–ribosa

5. součást glykolipidů

• lipidy, které ve své molekule obsahují jeden nebo více monosacharidových zbytků (většinou galaktóza) glykosydicky navázaných na –OH skupinu mono/diacylgly­cerolu nebo sfingosinu
• sacharidová složka může být navíc esterifikována kyselinou sírovou
• výskyt: biomembrány buněk

játra, slezina

šedá kůra mozková

• při jejich nadbytku (způsobeno nedostatkem enzymu, který je odbourává) î poruchy v činnosti NS

6. součást glykoproteinů

• bílkoviny obsahující glykosidicky navázaný sacharid
• součástí sekretů sliznic O dodávají jim vazkost
• chrání organismus před natrávením vlastními enzymy

7. součást fyziologicky důležitých látek

• koenzymy, hormony, antibiotika, glykosidy …

8. průmyslová surovina

• např. dřevo, vlna, bavlna, len, konopí …

9. při jejich nadbytku v organismu se můžou přeměňovat na lipidy

Rozdělení sacharidů

î podle počtu stavebních jednotek

Jednoduché = monosacharidy	aldózy	aldotriózy = D– nebo L–glyceraldehyd (2,3–dihydroxypropanol)
		aldotetrózy
		aldopentózy Õ např. ribóza
		aldohexózy Õ např. glukóza, mannóza, galaktóza
		aldoheptózy
	ketózy	ketotriózy = dihydroxyaceton
		ketotetrózy
		ketopentózy Õ např. ribulóza,
		ketohexózy Õ např. fruktóza
		ketohepózy

.

Složité (složeny z více monosacharidových jednotek)	oligosacharidy (2 – 10 monosachari­dových jednotek)	disacharidy Õ např. laktóza, maltóza, sacharóza
		trisacharidy až dekasacharidy
		polysacharidy Õ např. škrob, celulóza, polysacharidy Õ např. škrob, celulóza

MONOSACHARIDY .

• nejjednodušší sacharidy O nelze je rozdělit na menší jednotky, které by měly sacharidovou povahu
• prvotně vznikají při fotosyntéze (druhotně např. při štěpení disacharidů)
• dělení:

î podle počtu uhlíkových atomů v molekule (nejjednodušší – 3 atomy uhlíku)

1. C3 î TRIÓZY – nejjednodušší monosacharidy

b)

nejvýznamnější

C4 î TETRÓZY

3. C5 î PENTÓZY
4. C6 î HEXÓZY
5. C7 î HEPTÓZY … atd.

î podle charakteristických skupin v molekule

1. (poly)HYDROXY­ALDEHYDY î ALDÓZY

• v molekule: hydroxylová skupina

aldehydová skupina

2. (poly)HYDROXYKETONY î KETÓZY

• v molekule: hydroxylová skupina

ketonická skupina

• názvosloví:
• obecné: řecká číslovka udávající počet uhlíkových atomů + koncovka –óza + předpona aldo-/keto-
• např. aledhydický monosacharid se čtyřmi uhlíkovými atomy O aldotetróza

ketonický monosacharid se šesti uhlíkovými atomy Õ ketohexóza

• triviální O nejčastější
• nejčastěji se znázorňují pomocí Fisherových projekčních vzorců O znázorňují acyklickou formu monosacharidů a vyjadřují určitou formu prostorového uspořádání î nelze zaměňovat –OH & –H skupiny

Nejjednodušší monosacharidy Õ TRIÓZY

• výchozí látka – GLYCEROL O jeho dehydrogenací nebo oxidací vzniká: glyceraldehyd = aldotrióza

dihydroxyaceton = ketotrióza

H2 C CH2–OH H2C–OH

dehydrogenace

• 2H

dehydrogenace

• 2H
• – –

H–C*–OH CH–OH H2C=O

• – –

H2C–OH CH2–OH H2C–OH

glyceraldehyd dihdihdroxyaceton

GLYCERALDEHYD . = aldotrióza

• nejjednodušší zástupce aldóz
• druhý atom uhlíku – chirální î jeví optickou izomerii
• dva optické neztotožnitelné (anantiomerní) izomery O jsou zrcadlově obrácené

H2C

│

H–C*–OH

│

H2C–OH

D–(+) glyceraldehyd

• OH skupina chirálního atomu vpravo î D

H2C

│

OH–C*–H

│

H2C–OH

L–(-) glyceraldehyd

• OH skupina chirálního atomu vlevo î L

• od D–glyceraldehydu a L–glyceraldehydu lze odvodit SLOŽITĚJŠÍ ALDÓZY
• způsob odvození: mezi aldehydovou skupinu a sekundární alkoholickou skupinu druhého uhlíkového atomu se vsune další sekundární alkoholická skupina î vznik dalšího chirálního uhlíkového atomu
• pozn. sekundární alkoholická skupina zaujímá dvě podoby î každá nově vzniklá aldóza bude mít dvě podoby

• složitější aldózy se rozdělují na 2 genetické řady:

? genetická řada D-aldóz

• aldózy mají na nejvzdálenějším chirálním atomu uhlíku vůči aldehydové skupině stejné uspořádání –OH skupiny jako chirální atom D–glyceraldehydu
• přehled:

‚ genetická řada L-aldóz

• aldózy mají na nejvzdálenějším chirálním atomu uhlíku vůči aldehydové skupině stejné uspořádání –OH skupiny jako chirální atom L–glyceraldehydu
• L–aldózy jsou zrcadlovými protějšky svých D–aldóz (a naopak) O vyplívá to ze způsobu navazování sekundárních alkoholických sku­pin
• přehled O analogický z D–aldózami

• počet optických izomerů aldóz: p = 2n–2
• n … počet uhlíkových atomů aldózy
• polovina z nich patří vždy do řady L a polovina do řady D
• např. C6 î p = 26–2 = 24 = 16

DIHYDROXYACETON . = ketotrióza

• nejjednodušší zástupce ketóz
• neobsahuje chirální atom uhlíku î nejeví optickou izomerii

• od dihydroxyacetonu se odvozují SLOŽITĚJŠÍ KETÓZY
• způsob odvození: mezi ketonickou skupinu a alkoholickou skupinu třetího uhlíkového atomu se vsune sekundární alkoholická skupina (viz u glyceraldehydu) î vznik chirálního uhlíkového atomu
• pozn. sekundární alkoholická skupina vsunutá do dihydroxyacetonu, tím, že zaujímá dvě podoby, rozhoduje o zařazení vzniklých ketotetróz (a z nich vzniklých dalších složitějších ketóz) do D nebo L řady (viz níže)

chirální atom se poprvé objevuje u ketotetróz díky vložené sekundární alkoholické skupině î celkový počet ketóz poloviční než u aldóz, protože genetické řady se začínají větvit až u ketotetróz

• složitější ketózy se rozdělují na 2 genetické řady:

? genetická řada D-ketóz

• ketózy mají na nejvzdálenějším chirálním atomu uhlíku vůči ketonické skupině stejné uspořádání –OH skupiny jako chirální atom D–glyceraldehydu
• přehled:

‚ genetická řada L-ketóz

• ketózy mají na nejvzdálenějším chirálním atomu uhlíku vůči ketonické skupině stejné uspořádání –OH skupiny jako chirální atom L–glyceraldehydu
• L–ketózy jsou zrcadlovými protějšky svých D–ketóz (a naopak) O vyplívá to ze způsobu navazování sekundárních alkoholických sku­pin
• přehled O analogický z D–ketózami

• počet optických izomerů ketóz: p = 2n–3
• n … počet uhlíkových atomů ketózy
• polovina z nich patří vždy do řady L a polovina do řady D
• např. C6 î p = 26–3 = 23 = 8

• pozn.: epimery = sacharidy lišící se konfigurací pouze na jediném uhlíkovém atomu
• pozn.: o tom, zda bude sacharid stáčet rovinu polarizovaného světla doleva či doprava nerozhoduje příslušnost ke genetické řadě
• je to ovlivněno i ostatními chirálními atomy v molekule
• dohoda: + î pravotočivý sacharid
• î levotočivý sacharid

Cyklické formy monosacharidů

• lépe vystihují vlastnosti a strukturu monosacharidů
• vznikají adicí některé z alkoholových hydroxylových skupin monosacharidu na karbonylovou (tzn. aldehydickou nebo ketonickou) skupinu téhož sacharidu î vznik vnitřního poloacetalu (s pěti nebo šestičetným cyklem)

Fisherovy projekční (acyklické) vzorce .

• předpokládají lineární tvar molekuly monosacharidu
• Textové pole: Fisherovy vzorce nevystihují přesně strukturu a vlastnosti monosacharidů­karbonylová skupina (tzn. aldehydová nebo ketonická) předurčuje monosacharidům vlastnosti karbonylových sloučenin:
• např. reakce se Schiffovým činidlem (vodný roztok fuchsinu a SO2) O důkazová reakce aldehydické skupiny

reakce s alkoholy za vzniku poloacetalů (s alkoholy reagují rovnou za vzniku acetalů = glykosidů)

poloacetalový hydroxyl

R1–C + R2–OH ® R1–OH

│

poloacetalový uhlíkový atom

R1–C + R2–OH ® R1–C–O–R2

│

R1–C + R2–OH ® R1–H

• !!! ALE: sacharidy často tyto vlastnosti nejeví
• vysvětlení: neobsahují karbonylovou skupinu v té podobě, která tyto vlastnosti zajišťuje î karbonylová skupina se zde nevyskytuje v běžné podobě
• současná přítomnost karbonylové a –OH skupiny v molekule monosacharidu způsobuje, že spolu tyto skupiny zreagují za vzniku vnitřní (intermolekulární) poloacetalové vazby (obdoba reakce aldehydů s alkoholy O viz výše), která v konečném důsledku způsobuje cyklickou formu monosacharidu

Tollensovy vzorce .

• nevystihují skutečnou strukturu monosacharidu, pouze vysvětlují její cyklickou podstatu O vznik vnitřní poloacetalové vazby
• jde o reakci karbonylové skupiny s některou z přítomných –OH skupin î vznik poloacetalu
• podle toho, která –OH skupina se na vzniku vazby podílela / na kterém uhlíku se cyklus uzavřel rozdělujeme:

1. furanózy = monosacharidy s pětičetným cyklem

• karbonylová skupina zreagovala s –OH skupinou čtvrtého uhlíkového atomu

furan

název podle podobnosti s furanem Õ pětičlenný heterocyklus

2. pyranózy = monosacharidy se šestičetným cyklem

• karbonylová skupina zreagovala s –OH skupinou pátého uhlíkového atomu

pyran

název podle podobnosti s pyranem Õ šestičetný heterocyklus

• většina hexóz a pentóz existuje ve formě pyranóz

• dochází k ANOMERII = první uhlíkový atom se stává chirálním
• –OH skupina, kterou tento atom nese = poloacetalový hydroxyl O může být orientován dvěma směry î dva druhy anomerů lišících se v konfiguraci poloacetalové­ho uhlíku

1. a–anomery

• poloacetalový hydroxyl orientován na stejnou stranu jako –OH skupina posledního chirálního atomu uhlíku monosacharidu

2. b–anomery

• poloacetalový hydroxyl orientován na opačnou stranu než –OH skupina posledního chirálního atomu uhlíku monosacharidu
• mutarotace = jev, kdy příslušná dvojice anomerů přechází přes acyklickou formu jedna v druhou, doprovázený změnou optické otáčivosti
• Tollensovy vzorce lze snadno převést na Haworthovy projekční vzorce

• např.: Tollensův vzorec D–glukózy

D–glukóza

D–a–glukopyranóza

k

Haworthovy projekční (cyklické) vzorce .

• zobrazují přibližnou prostorovou strukturu cyklických monosacharidů
• odvození (jako příklad D–a–glukopyranóza):

j napíše se Fisherův vzorec monosacharidu (viz výše)

k substituenty posledního chirálního atomu uhlíku se posunou o jedno místo, a to tak, aby –OH skupina ležela v linii se zbylými uhlíkovými atomy

• tzn. budeme posouvat o jedno místo doleva nebo doprava
• pozn. posunem se nezmění pořadí a tedy ani konfigurace

l vytvoří se Tollensův vzorec

m nakreslí se vzorec furanózy/pyranózy s kyslíkovým atomem nahoře

l

n vpravo od kyslíku uvažujeme poloacetalový uhlíkový atom

• od něj se postupuje ve směru hodinových ručiček

o substituenty vázané v Tollensově vzorci nalevo se kreslí nad rovinu cyklu

substituenty vázané v Tollensově vzorci napravo se kreslí pod rovinu cyklu

p pro Hawothovy vzorce dál platí:

u D–a–anomerů je poloacetalový hydroxyl orientován dolů

u L–a–anomerů je poloacetalový hydroxyl orientován nahoru

u D–b–anomerů je poloacetalový hydroxyl orientován nahoru

u L–b–anomerů je poloacetalový hydroxyl orientován dolů

• !!! Haworthovy vzorce neberou v úvahu vaničkovou & židličkovou konformaci pyranóz
• pozn. způsobeny tím, že všechna atomy cyklu jsou v hybridním stavu sp3 ; analogie s cyklohexanem

• v praxi vznikají cyklické molekuly monosacharidů tak, že se lineární vzorec stočí do jakéhosi kruhu a mezi karbonylovou skupinou a jednou z –OH skupin dojde k částečné acetylaci î vzniku poloacetalu

Vlastnosti monosacharidů

Ohnutý roh: Fyzikální

• bezbarvé (někdy bílé) krystalické látky dobře rozpustné ve vodě
• v koncentrovaném alkalickém prostředí značně nestálé O dochází k jejich destrukci
• zahříváním tají, při vyšší teplotě hnědnou = karamelizují
• sladká chuť O příčina: přítomnost velkého počtu –OH skupin
• kromě dihydroxyacetonu jsou opticky aktivní
• nejčastěji se vyskytují v cyklické formě

Ohnutý roh: Chemické

• dány: prostorovým uspořádáním O lineární nebo cyklická (poloacetalová) struktura

přítomností určité karbonylové skupiny Õ aldehydová nebo ketonická

uspořádáním –OH skupin v molekule

• poloacetalový hydroxyl je mnohem reaktivnější než ostatní –OH skupiny v molekule
• reakce monosacharidů:

OXIDAČNĚ-REDUKČNÍ REAKCE

–

H2C–OH

│

OH–C*–

│

OH–C

│

OH–C*–

│

OH–C

│

OH–C*–

│

podmínka: přítomnost aldehydické skupiny nebo poloacetalového hydroxylu

vznik aldonových nebo aldarových kyselin

vznik alkoholických cukrů (cukerných alkoholů) = alditoly

redukce

oxidace

• např. redukují Fehlingovo nebo Tollensovo činidlo (tzn. že sami se oxidují za vzniku kyseliny) î monosacharidy patří mezi redukující sacharidy

ESTERIFIKACE hydroxylových skupin î vznik cukerných esterů

• významné jsou fosforečné estery sacharidů
• např.: D–a–glukopyranóza–1–fosfát D–glukóza–5–fosfát

OH–C

│

OH–C*–OH

│

OH–C*–H

│

OH–C*–OH

│

OH–C*–O–PO3H2

│

OH–CH2OH

ETHERIFIKACE hydroxylových skupin

• obdoba esterifikace
• např. methylace O vodíkový atom nahrazen methylovou skupinou

Deriváty monosacharidů

O–GLYKOSIDY .

= acetaly monosacharidů î produkty reakce poloacetalové formy monosacharidů s alkoholy (popř. jinými monosacharidy Õ viz u oligosacharidů)

• při jejich vzniku spolu reagují: vodíkový atom poloacetalového hydroxylu monosacharidu

Textové pole: sacharid – C – O – aglykon alkoholická hydroxylová skupina (–OH)

vytváří GLYKOSIDICKOU VAZBU

za odštěpení vody

původně poloacetalový hydroxyl

• v konečném důsledku dochází k nahrazení vodíkového atomu poloacetalového hydroxylu monosacharidu necukernou složkou = aglykonem O v tomto případě je jím uhlovodíkový zbytek alkoholu (O může jím být prakticky cokoli – zbytek od alkoholu, fenolu, sterolu …) î vodíkový atom poloacetalového hydroxylu a –OH skupina alkoholu se odštěpí v podobě vody î aglykon je k sacharidu navázán přes kyslíkový atom (odtud název)

• H2O

kyselé prostředí

• R–OH

• glykosidy nemají redukční vlastnosti, protože již neobsahují poloacetalový hydroxyl
• reakce je reverzibilní (vratná) O nadbytkem vody v kyselém prostředí se glykosidy zpět hydrolyzují na monosacharid a alkohol
• jsou stálé v alkalickém prostředí, nestálé v kyselém prostředí
• výskyt O rostliny

N–GLYKOSIDY .

= produkty reakce poloacetalové formy monosacharidů s dusíkatou necukernou složkou = dusíkatý aglikon

• při jejich vzniku spolu reagují: celý poloacetalový hydroxyl monosacharidu

Textové pole: sacharid – C – dusíkatý aglykon dusíkatý atom aglikonu

vytváří N–GLYKOSIDICKOU VAZBU

za odštěpení vody

původně poloacetalový hydroxyl

• v konečném důsledku dochází k nahrazení poloacetalového hydroxylu dusíkatým aglikonem î ten je navázána přes svůj atom dusíku přímo na poloacetalový uhlík
• biologicky nejvýznamnější N–glykosidy – nukleosidy
• stavební součásti nukleových kyselin
• aglikon: dusíkatá baze (A, G, C, T, U)

poloacetalové

pentózy–ribózy

poloacetalový monosacharid: b–D–ribofuranóza O u RNA

2–deoxy–b–D–ribofuranóza Õ u DNA

• podle druhu dusíkaté baze se nukleosidy nazývají: adenosin

guanosin

cytidin

thymidin

uridin

• nukleosidy ve formě svých fosforečných esterů î nukleotidy
• např. ATP (adenosintrifosfát)
• základní stavební jednotky nukleových kyselin

AMINOCUKRY .

• –OH skupina nahrazena –NH2 skupinou
• např. D–glukosamin (2–deoxy–2–amino–D–glukóza)

D–galaktosamin

DEOXYCUKRY .

• jedna –OH skupina nahrazena vodíkovým atomem
• např. 2–deoxy–D–b–ribfuranóza (2–deoxy î –OH skupina nahrazena vodíkem na 2 atomu uhlíku)

Přehled monosacharidů

3 pentózy .

D–ribóza . (aldopentóza)

• součást RNA (přesněji b–D–ribofuranóza)

2–deoxy–D–ribóza . (aldopentóza Õ derivát D–ribózy)

• součást DNA (přesněji 2–deoxy–b–D–ribofuranóza)

3 hexózy .

D–glukóza . = hroznový cukr (aldohexóza)

• bílá sladká látka, rozpustná ve vodě
• v rostlinných šťávách, ovoci, medu … î všeho sladkého v přírodě
• v krvi živočichů, kde má určitou stálou hladinu (její regulace O hormony insulin a glukagon)
• významný zdroj energie živočichů î součást infuzí s umělou výživou
• složka mnoha oligosacharidů (např. sacharóza, laktóza) a polysacharidů (např. škrob, celulóza, glykogen)
• zahříváním karamelizuje O využití: barvivo v potravinářství
• ethanolové fermentační kvašení O způsobeno mikroorganismy (kvasinkami); probíhá anaerobně

C6H12O6 ® 2 C2H5OH + 2 CO2

ethanol

• hlavní produkty: ethanol (líh), oxid uhličitý
• vedlejší produkty: 1–butanol, aceton, kyselina citrónová …
• využití: potravinářství O výroba alkoholických nápojů
• mléčné kvašení
• produktem je kyselina mléčná
• probíhá ve svalech při nedostatku kyslíku
• průmyslově se vyrábí hydrolýzou škrobu
• redukcí vzniká cukerný alkohol D–glucitol = sorbit
• sladidlo pro diabetiky
• lze z něj syntetizovat kyselinu L–askorbovou = vitamín C

D–fruktóza . = ovocný cukr (aldoketóza)

• v ovoci a včelím medu
• spolu s glukózou součástí disacharidu sacharózy (jsou zde v poloacetalo­vé formě)
• je ze všech cukrů nejsladší
• silně levotočivá

D–galaktóza . (aldohexóza)

• součást disacharidu laktózy (mléčný cukr) a krevních polysacharidů, hemicelulóz a rostlinných slizů

L–galaktóza . (aldohexóza)

• součást polysacharidu agaru

D–mannóza . (aldohexóza)

• součást složitějších sacharidů

L–sorbóza . (ketohexóza)

• obsažena ve šťávě jeřabin
• vyrábí se mikrobiální oxidací D–glucitolu (viz glukóza) î meziprodukt při výrobě kyseliny askorbové

OLIGOSACHARIDY .

• sacharidy složené z 2 až 10 stejných nebo různých monosacharidových jednotek (zbytků) vázaných glykosidickými vazbami
• dělení O podle počtu monosacharidových jednotek:

Y disacharidy

Y trisacharidy

6

Y dekasacharidy

• podléhají kyselé hydrolýze î štěpení na monosacharidy

DISACHARIDY

–

• H2O

vznikají spojením dvou molekul monosacharidů prostřednictvím glykosidické vazby za odštěpení vody

C6H12O6 + C6H12O6 C12H22O11

• dělení O podle vzniku glykosidické vazby:

I neredukující disacharidy .

• na glykosidickou vazbu se použije poloacetalový hydroxyl jedné molekuly i poloacetalový hydroxyl druhé molekuly î v disacharidu nezůstane zachován žádný poloacetalový hydroxyl î disacharid ztrácí vlastnosti karbonylových sloučenin O tzn. neredukuje F & T činidlo
• glykosidická vazba je mezi C1 atomem prvního monosacharidu (zpravidla aldóza) a C1 atomem druhé aldózy nebo C2 atomem ketózy î označení: (1Ž1) nebo (1Ž2)
• před závorku se píše druh izomeru (a,b) poskytujícího do vazby poloacetalový hydroxyl

SACHARÓZA . = řepný, třtinový cukr, běžně cukr

• neredukující disacharid; tvoří bezbarvé ve vodě dobře rozpustné krystalky

î vazba a,b (1Ž2)

složení: a–D–glukóza (přesněji a–D–glukopyranóza)

b–D–fruktóza (přesněji b–D–fruktofuranóza)

• zdroj: cukrová řepa

cukrová třtina

• výroba: j řepa se rozkrájí na drobné řízky

k řízky se nechají vyluhovat v horké vodě

l ze vzniklé šťávy se pomocí Ca(OH)2 nechají vysrážet příměsi

m nerozpustné nečistoty se zachytí na velkých plátěných filtrech = kalolisy

n čirá cukerná šťáva se zahustí a nechá krystalizovat

o vzniklé krystalky se v odstředivkách oddělí od sirupu, sirup se nechá opět krystalizovat a odstředit

p krystalový cukr se rafinuje a upravuje do požadované formy O krystalový, kostkový, práškový …

q sirup, ze kterého už nelze krystalizací získat sacharózu = melasa O na výrobu ethanolu ethanolovým kvašením nebo na skrmení

• využití: potravinářství O nejrozšířenější sladidlo

farmaceutický průmysl Õ přísada do léků

• pravotočivá
• podléhá hydrolýze (kyselinami nebo enzymy) O dochází k inverzi sacharózy
• vzniklá směs D–glukózy & D–fruktózy (hydrolyzát sacharózy) je levotočivá O dáno tím, že D–fruktóza je silně levotočivá
• hydrolyzát sacharózy = invertní cukr
• enzymová hydrolýza probíhá v trávícím ústrojí včel î vzniká přirozený hydrolyzát sacharózy = med
• zahříváním karamelizuje

TREHOLÁZA .

• neredukující disacharid
• složení: 2 ´ a–D–glukóza (přesněji a–D–glukopyranóza) î vazba a(1Ž1)
• zásobní sacharid některých hub

I redukující disacharidy .

• na glykosidickou vazbu se použije poloacetalový hydroxyl jedné molekuly a některý alkoholický hydroxyl druhé molekuly î v disacharidu zůstane zachován 1 poloacetalový hydroxyl î disacharid jeví vlastnosti karbonylových sloučenin O tzn. redukuje F & T činidlo
• glykosidická vazba je mezi C1 atomem prvního monosacharidu (zpravidla aldóza) a C4 atomem druhé aldózy/ketózy î označení: (1Ž4)
• před závorku se píše druh izomeru (a,b) poskytujícího do vazby poloacetalový hydroxyl

MALTÓZA . = sladový cukr

–

î vazba a (1Ž4)

redukující disacharid; nevyskytuje se volně v přírodě

• složení: a–D–glukóza (přesněji a–D–glukopyranóza)

b–D–glukóza (přesněji b–D–glukopyranóza)

• vznik: enzymatická hydrolýza škrobu O při klíčení ječmene (slad)
• podléhá enzymatické hydrolýze O vznik glukózy, která je schopna kvasit î princip výroby piva

LAKTÓZA . = mléčný cukr

• redukující disacharid

î vazba b (1Ž4)

složení: b–D–galaktóza (přesněji b–D–galaktopyranóza)

b–D–glukóza (přesněji b–D–glukopyranóza)

• v mléce savců (asi 3%)
• využití: výroba kefíru z kravského mléka (nechá se zkvasit na ethanol a kyselinu mléčnou)
• enzym hydrolyzující laktózu – laktáza
• v dětství velké množství
• v dospělosti malé množství O laktóza se nehydrolyzuje a v tlustém střevě se pak účinkem bakterií rozkládá na CO2 a organické kyseliny î trávící obtíže

CELLOBIÓZA .

–

î vazba

b (1Ž4)

redukující disacharid

• složení: b–D–glukóza (přesněji b–D–glukopyranóza)

b nebo a–D–glukóza (přesněji b neboa–D–glukopyranóza)

• základní stavební složka celulózy

TRISACHARIDY

RAFINÓZA .

• neredukující trisacharid
• složení: D–glukóza (přesněji D–glukopyranóza)

D–galaktóza (přesněji D–galaktoopyranóza)

D–fruktóza (přesněji D–fruktofuranóza)

• v sójových bobech, cukrové řepě a melase
• není sladká

POLYSACHARIDY .

• nejrozšířenější sacharidy; makromolekulární látky
• skládají se z 11 až několika tisíc monosacharidových jednotek (zbytků) vázaných glykosidickými vazbami
• povaha monosacharidových jednotek: většinou D–aldohexózy s pyranózovou strukturou

občas D–aldopentózy z furanózovou strukturou

zřídka ketopentózy a ketohexózy

• vlastnosti:
• závisí na druhu monosacharidových jednotek a způsobu jejich navázání + stupni rozvětvení
• např. spojení a(1Ž4) se snadněji hydrolyticky štěpí než spojení b(1Ž4)
• nemají redukční vlastnosti O všechny poloacetalové hydroxyly se podílejí na glykosidických vazbách
• nerozpustné ve vodě
• nejsou sladké
• podléhají kyselé nebo enzymatické hydrolýze O rozpadají se na oligo- až monosacharidy
• dělení:

î podle typu monosacharidových jednotek v makromolekule

1. homopolysacharidy î monosacharidové jednotky jsou stejného typu

• např. D–glukany O monosacharidová jednotka výhradně D–glukóza

2. heteropolysacharidy î monosacharidové jednotky jsou různého typu

î podle stavby řetězce

1. nerozvětvené (lineární) î monosacharidové jednotky vázané vazbami (1Ž4)
2. větvené î monosacharidové jednotky vázané vazbami (1Ž4) tvoří hlavní řetězec a něj jsou vazbami (1Ž6) připojeny vedlejší řetězce

î podle funkce v organismu

3 STAVEBNÍ .

• nerozpustné ve vodě, málo reaktivní O příčina: intermolekulární vodíkové můstky, které je zpevňují + vodíkové můstky mezi monosacharidovými jednotkami sousedních řetězců

CELULÓZA .

• lineární stavební homopolysacharid O D–glukan
• nejrozšířenější stavební polysacharid na Zemi O váže více než polovinu uhlíku přítomného v biosféře

î vazba b (1Ž4)

základní stavební jednotka: disacharid cellobióza (viz výše)

• složení: b–D–glukóza (přesněji b–D–glukopyranóza)

b–D–glukóza (přesněji b–D–glukopyranóza)

• výskyt: hlavní složka buněčných stěn vyšších rostlin

v bakteriích

v tělech pláštěnců (Tunicata; podkmen z kmene strunatců, patří sem třídy: sumky, salpy, vršenky)

• velmi čistá podoba: vlákna bavlníku î bavlna
• velké množství ve dřevě O surová celulóza izolovaná ze dřeva = buničina
• působením minerálních kyselin (např. vínan sodnoželezitý) se štěpí na D–glukózu
• enzymem cellulázou se štěpí na cellobiózu O člověk tento enzym nemá î pro člověka nestravitelná, ale podporuje správnou fungování peristaltiky střev
• zpracovává se na:

Y buničinu O výchozí surovina v papírenském a textilním průmyslu; na vatu

Y acetát celulózy O surovina pro výrobu acetátového hedvábí

Y viskózová vlákna O suroviny pro výrobu viskózového hedvábí

• získávají se převedením celulózy na rozpustný xanthogenát a jeho rozkladem v kyselém prostředí zpět na celulózu – tzv. regenerovanou celulózu O má požadovanou formu vlákna
• pozn. xanthogenát = produkt esterifikace celulózy sirouhlíkem (CS2) v alkalickém prostředí (např. NaOH)

Y nitráty celulózy (nitrocelulózy) O výbušniny (střelná bavlna), surovina pro výrobu celofánu, celuloidu, …

• produkty esterifikace celulózy kyselinou dusičnou (HNO3)
• celuloidy se dříve používaly k výrobě fotografických fil­mů

PEKTINY .

• větvený zásobní heteropolysacharid O hlavní kostra: molekuly kyseliny D–galakturonové spojené a (1Ž4) vazbami
• obsaženy ve střední části nezralých plodů (jablky, hrušky, rybíz) a ve slupkách
• na výrobu džemů

HEMICELULÓZY .

• mnohem menší Mr než celulóza î kratší než celulóza
• složení: různé heterosacharidové řetězce
• součástí stěn rostlinných buněk O skoro vždy se nacházejí v přítomnosti celulózy

CHITIN .

• struktura obdobná celulóze s tím rozdílem, že každá –OH na C2 uhlíku D–glukózy nahrazena acetamidovou skupinou
• výskyt: základní stavební složka exoskeletu (vnější kostra) členovců

v buněčných stěnách většiny hub a některých řas

3 ZÁSOBNÍ (rezervní) .

• rozpustné ve vodě O způsobeno menším množstvím vodíkových můstků
• ve vodném prostředí bobtnají O narušení struktury î stávají se mazlavými

ŠKROB .

• strukturně nejednotný homopolysacharid O D–glukan
• základní stavební jednotka: a–D–glukóza (přesněji a–D–glukopyranóza) î každé dvě jednotky spojeny a (1Ž4) glykosidickou­ vazbou
• dvě oddělitelné složky:

Y a–amylóza (asi 20%)

• glukóza tvoří lineární řetězec o několika tisících D–glukózových jednotek stočený do spirály
• na 1 závit připadá šest D–glukózových jednotek
• jódem se zbarvuje modře
• nerozpustná ve studené vodě
• uvnitř škrobového zrna

Y amylopektin (asi 80%)

• glukóza tvoří větvený řetězec o několika milionech D–glukózových jednotek î největší makromolekula v přírodě
• nově větvení vždy po 24 až 30 D–glukózových jednotkách prostřednictvím a (1Ž6) glykosidické vazby
• jodem se zbarvuje červenohnědě až fialově
• rozpustný ve studené vodě; zvýšenou teplotou se narušuje O bobtná
• tvoří vnější vrstvu škrobového zrna

• zdroj: rostliny O brambory, obiloviny, rýže …
• výskyt v rostlině: kořeny, plody a semena rostlin î ve formě škrobových zrn

• využití: zdroj energie î potrava většiny teplokrevných živočichů

jeho hydrolýzou se vyrábí D–glukóza, která se nechá kvasit na líh

součást pudingů (využívá se jeho vlastnosti bobtnat)

na škrobení prádla Õ zachycuje zažrané nečistoty, zpevní tkaninu

jeho degradací kyselinami nebo zahříváním vznikají kratší řetězce = dextriny Õ součást lepidel (na poštovních známkách)

GLYKOGEN .

• zásobní sacharid savců
• strukturně připomíná amylopektyn, ale je více větvený
• uložený v játrech a ve svalech O v případě potřeby z něj vzniká D–glukóza
• nerozpustný ve vodě
• jódem se nebarví

3 POLYSACHARIDY SE SPECIÁLNÍMI FUNKCEMI .

rostlinné klovatiny .

• látky, které vytékají z rostlin při poranění
• např. „smůla“ stromů (pryskyřice)

rostlinné slizy .

• v semenech O zadržují vodu î chrání semeno před vysušením

mukopolysacharidy (aminopolysacah­ridy, glykosaminogly­kany) .

• živočišného původu
• heteropolysacharidy î obsahují jednoduché cukry, alduronové kyseliny, aminocukry
• v hlenovitých sekretech dýchací a trávící soustavy, součást pojivové tkáně, kůže …
• např. kyselina hyalunorová
• váže vodu v organismu
• ve sklivci, pupeční šňůře, kloubní tekutině

HEPARIN .

• polysacharid vázaný na bílkovinu
• v prokrvených orgánech a tkáních (játra, srdce, plíce, ledviny)
• má antikoagulační účinky î zabraňuje srážení krve, a to tak, že potlačí přeměnu protrombinu na trombin, který srážlivost způsobuje