Struktura

Monosacharidy

Monosacharidy

Obsahují ve svých molekulách 3 až 7 atomů uhlíku. Jsou to bílé krystalické látky, sladké chuti, rozpustné ve vodě a etanolu. Zahříváním tají, při vyšší teplotě hnědnou (karamelizují). Monosacharidy podléhají přeměnám, které způsobují různé mikroorganismy, například kvasinky (lihové kvašení).

Jsou základní stavební jednotkou pro oligosacharidy a polysacharidy.

Z chemického hlediska jsou to polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketony. Ve svých molekulách obsahují hydroxy skupiny OH a funkční aldehydové skupiny a funkční ketonové skupiny.

obrazek

Obr.1: Struktura aldehydové a ketonové skupiny

Podle toho, jakou funkční skupinu jednotlivé monosacharidy obsahují, je dělíme na:

  1. Aldózy- obsahují aldehydovou funkční skupinu

Obr.2: Genetická řada aldóz

 

    2.Ketózy- obsahují ketonovou funkční skupinu

Obr. 3: Genetická řada ketóz

 

Základ obou tabulek představuje tříuhlíkatý cukr, od kterého následně odvozujeme další řadu přidáním uhlíku s hydroxy skupinou a vodíkem pod funkční skupinu (aldehydovou nebo ketonovou).

Podle počtu uhlíků dělíme monosacharidy na:

  • Triózy- mají ve své molekule 3 uhlíky

  • Tetrózy- mají ve své molekule 4 uhlíky

  • Pentózy- mají ve své molekule 5 uhlíků

  • Hexózy- mají ve své molekule 6 uhlíků

  • Heptózy- mají ve své molekule 7 uhlíků

Př.: Glukózu řadíme do aldóz a hexóz, je to tedy aldohexóza.

Optická aktivita cukrů

Opticky aktivní látka je schopná stáčet rovinu polarizovaného světla o určitý úhel.

Takovéto látky obsahují nejméně jeden asymetrický-chirální uhlík. Chirální uhlík obsahuje na každé své vazbě navázaný jiný substituent.

obrazek

Obr. 4: Znázornění různého uspořádání substituentů na centru chirality (atomu uhlíku).

Nejjednodušší cukr aldotrióza je glyceraldehyd a má 1 asymetrický uhlík.

Obr. 5: D-glyceraldehyd a L-glyceraldehyd

Podle polohy hydroxy skupiny na asymetrickém uhlíku rozlišujeme 2 optické izomery. Tyto izomery označujeme jako enantiomery.

D- enantiomer má na posledním asymetrickém uhlíku OH skupinu vpravo,

L- enantiomer má OH skupinu na posledním asymetrickém uhlíku vlevo.

Jednotlivé enantiomery tedy vypadají jako obraz v zrcadle.

Obr. 6: D a L-glukóza

Racemická směs- je směs izomerů D a L v poměru 1:1, tato směs nestáčí rovinu polarizovaného světla o žádný úhel.

Mimo enantiomerů tvoří monosacharidy ještě další typy izomerů:

Epimery-jsou optické isomery, které se liší polohou OH skupiny na asymetrickém uhlíku ležící nejblíže funkční skupině, například glukóza a manóza.

Anomery-monosacharidy snadno vytvářejí pětičlenné nebo šestičlenné cyklické kruhy. Při cyklizaci se na 1. uhlíku vytváří další asymetrické centrum. Rozlišujeme 2 typy těchto izomerů:

Alfa anomery mají -OH skupiny vpravo (pod rovinou).

Beta anomery mají -OH skupinu vlevo (nad rovinou).

K cyklizaci dochází díky poloacetalové nebo poloketalové reakci. Jedná se o reakci funkční skupiny s hydroxyskupinou na posledním asymetrické uhlíku.

Pětičlenné cykly odvozujeme od furanu a šestičlenné od pyranu.

obrazek

K přepisu dochází následujícím způsobem:

obrazek

Obr. 7: Přepis glukózy do Haworthova vzorce

obrazek

Obr. 8: Přepis fruktózy do Haworthova vzorce

Chemické vlastnosti monosacharidů:

  1. Monosacharidy obsahují na C1 aldehydovou neboli poloacetalovou skupinu, díky níž mají redukční vlastnosti. Tedy jsou schopné se oxidovat (aldehydová skupina se oxiduje na karboxylovou kyselinu). K oxidaci může docházet rovněž na C6, kdy se alkoholová skupina oxiduje na karboxylovou kyselinu.Postupně tak vznikají kyseliny aldonové, uronové až aldarové.

2.Reakce s kyselinami: monosacharidy s organickými i anorganickými kyselinami tvoří estery.

      3.Reakce s alkoholy: poloacetalová hydroxylová skupina reaguje s alkoholy za vzniku etherů.

      4.Kvašení cukrů: kvašení monosacharidů se účastní kvasinky rodu Saccharomyces cerevisiae. Vzniká při něm oxid uhličitý a etanol.

 

Některé významné monosacharidy:

D-glyceraldehyd a dihydroxyaceton jsou nejjednodušší monosacharidy, jsou součástí metabolismu glukózy, tzv. glykolýzy.

D-ribóza a D-deoxyribóza jsou součástí nukleotidů v nukleových kyselinách

D-xylóza se využívá v klinické biochemii k zátěžovému testu na ověření kvality resorpce v tenkém střevě.

D-glukóza (dextróza, hroznový cukr) je nejběžnější monosacharid. Je to bílá sladká látka, dobře rozpustná ve vodě.Vyskytuje se v ovoci, medu a rostlinných šťávách.Představuje ideální živinu pro organismus, protože ji dokáží metabolizovat všechny tkáně včetně mozkové. Díky tomu se užívá při umělé výživě v infuzích.Fyziologická koncentrace glukózy v krvi je  3,5-5,6 mmol/l.

D-galaktóza tvoří základ polysacharidu agaru, který se využívá jako živná půda v mikrobiologii.

D- fruktóza (levulóza, ovocný cukr) je obsažena v cukerných šťávách a medu a je nejsladším cukrem.V těle vzniká hlavně štěpením sacharózy.

Zdroje

  • BENEŠOVÁ, Marika a Hana SATRAPOVÁ. Odmaturuj! z chemie. Vyd. 1. Brno: Didaktis, 2002. 208 s.ISBN 80-86285-56-1.
  • DURČÁKOVÁ, Zdenka et al. Chemické pokusy pro žáky základních škol. Vyd. 1. Olomouc: Univerzita Palackého, 2001. 177 s, ISBN 80-86238-17-2
  • HOLEČEK, Václav, Luboš STÁRKA a Emil BIELIK. Biochemie. 1. vydání. Praha: Avicenum,zdravotnické nakladatelství, 1983.
  • KOTLÍK, Bohumír a Květoslava RŮŽIČKOVÁ. Chemie v kostce II.. Havlíčkův Brod: Fragment, 1997, ISBN 80-7200-342-9.
  • Lékařská chemie a biochemie: učebnice pro lékařské fakulty.  1. vyd. Praha: Avicenum, 1991. 661 s.ISBN 80-201-0114-4.

Obrázky

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kontrolní otázka

Chemická struktura monosacharidů

Zařaďte do systému monosacharidů podle funkční skupiny a podle počtu uhlíků:

a) D- xylózu

b) D- manózu

c) D-sorbózu

d) D- fruktózu

Obrázek

Content kva en  p i v rob  piva

Obr. 9: Kvašení při výrobě piva

Zajímavost

Glykémie, glykosurie

Hladinu glukózy v krvi označujeme glykémie. Při snížení hladiny glukózy v krvi pod 3,5mmol/l dochází k hypoglykémii, při zvýšení hladiny nad 5,6 mmol/l dochází k hyperglykémii. K těmto poruchám dochází u onemocnění diabetes mellitus. Pokud se zvýší hladina glukózy v krvi nad 11 mmol/l, dochází k vylučování glukózy močí – glykosurie.

V důsledku některých  patologických stavů může někdy docházek k vylučování monosacharidů do moči, např. vylučování pentóz do moči označovaný jako pentosurie, nebo vylučování glukózy do moči glykosurie, galaktózy galaktosurie.

Zajímavost

Umělá sladidla

Redukcí glukózy vzniká glucitol neboli sorbitol, který se využívá jako umělé sladidlo pro diabetiky.

Zajímavost

Content agar1

Obr. 10: Agar

Agar

Agar se získává z usušených stélek červené řasy rodu Gelidium. Povařením z něj získáváme gel, který slouží jako živná půda nebo jako gel pro elektroforézu.

Obrázek

Content agar2

Obr. 11: Agarový gel jako živná půda pro růst mikroorganismů

Laboratorní cvičení

Důkazové reakce sacharidů I

Redukční vlastnosti monosacharidů lze dokázat Fehlingovou reakcí. Principem této reakce je redukce měďnatých kationtů v roztoku na oxid měďný.

Obr. 12: Fehlingova činidla

Návod k úloze naleznete v hlavním textu v přílohách.

Laboratorní cvičení

Důkazové reakce sacharidů II

Další možnosti důkazu monosachariů je Tollensova reakce, kdy dochází k redukci stříbrných kationtů z roztoku na stříbro. Návod naleznete v hlavním textu v přílohách.

Laboratorní cvičení

Důkaz monosacharidů v potravinách

V hlavním textu v přílohách najdete návod na důkaz monosacharidů v potravinách.

Obr. 13: Ovoce

 

Doplňující učivo

Polarizované záření, polarimetr

Normální světlo se skládá z elektromagnetických vln, které kmitají ve všech směrech, kolmo na zdroj svého šíření. Jestliže do cesty tomuto svazku paprsků vložíme polarizační zařízení např. Nikolův hranol, získáme záření nezměněné vlnové délky, ale kmitající v jedné rovině.

Přístroj, kterým měříme úhel otočení polarizovaného světla nazýváme polarimetr.

Obrázek

Content polarimetr

Obr. 14: Kruhový polarimetr

Obrázek

Content schema polarimetr

Obr. 15: Znázornění jednotlivých funkčních částí polarimetru

Doplňující učivo

Redukční vlastnosti monosacharidů

Redukční vlastnosti monosacharidů lze dokázat Fehlingovou reakcí.Principem této reakce je redukce měďnatých kationtů v roztoku na oxid měďný.

Další možnosti je důkaz Tollensovou reakcí, kdy dochází k redukci stříbrných kationtů z roztoku na stříbro.

Obrázek

Content tollens reaction

Obr. 16: Stříbrné zrcátko na zkumavce vlevo jako výsledek pozitivní Tollensovy reakce

Logolink