Szénhidrátok •
Definíció: Polihidroxi aldehidek vagy ketonok, vagy olyan vegyületek, melyek hidrolízisével polihidroxi aldehidek vagy ketonok keletkeznek.
Szénhidrátok
•
Elemi összetétel: - Mindegyik tartalmaz szenet (C), hidrogént (H) és oxigént (O). - Tartalmazhat nitrogént (N) {pl. kinin}, gyakoriak a foszfátészterszármazékaik is.
•
Összegképlet: - Általában Cn(H2O)m formában írható fel.
1
Szénhidrátok
2
Csoportosítás
• Funkcióscsoportok
• MONOSZACHARIDOK
– polihidroxi vegyületek,
– Hidrolízissel nem bomlanak egyszer!bb vegyületekre.
• DISZACHARIDOK • OLIGOSZACHARIDOK
– nyíltláncú formájuk oxocsoportot tartalmaz, – gy!r!s alakjuk és a di-, valamint a poliszacharidok étercsoportot is tartalmaznak.
– Hidrolízissel két vagy néhány monoszacharidra bonthatók.
• POLISZACHARIDOK • Elnevezés
– Óriásmolekulák. Hidrolízissel sok monoszacharidra bonthatók.
– A nevet -óz képz"vel kell ellátni. 3
4
5
6
Monoszacharidok •
A legkisebb - C3-C7 - szénatomszámú, hidrolízissel tovább már nem bontható szénhidrátok, összegképletük általában CnH2nOn.
• •
Csoportosítás Az oxocsoport típusa szerint:
• •
– ketóz Szerkezetük általános jellemz!i A formilcsoport (aldehidcsoport) láncvégi; a ketoncsoportot a természetben el"forduló monoszacharidok molekuláiban mindig a második szénatom képezi!
•
A többi szénatom általában egy-egy hidroxilcsoportot (-OH) hordoz.
•
A láncközi H-C-OH részlet szénatomjai - mivel a molekula két vége eltér" - kiralitáscentrumok.
•
A természetben el"forduló monoszacharidok utolsóel"tti (oxocsoporttal ellentétes végét"l számított második) szénatomjának konfigurációja meghatározott: pl. D-glicerinaldehid.
•
Néhány biológiailag fontos monoszacharid:
–
aldóz
7
8
9
10
A monoszacharidok gy"r"s konstitúciója
•
Azok a hidroxilcsoportok, amelyek reakciójakor öt- vagy hattagú gy"r" alakulhat ki, addíciós folyamat során képes az oxocsoportot hordozó szénatomhoz kapcsolódni! A folyamatot a nukleofil ("atommagot kedvel"") oxigénatom indítja el, mely nemköt" elektronpárjával datív kötés létesítésére képes! (A triózók nem képesek gy!r! létesítésére!) A létrejött gy!r!s molekulában az oxocsoport hidroxilcsoporttá, ún. glikozidos hidroxilcsoporttá alakul.
•
A glikozidos hidroxilcsoportot hordozó szénatom új kiralitáscentrumot képez!
•
Minden gy!r!képzésre hajlamos monoszacharidnak van egy nyíltláncú és legalább két, az 1. számú szénatomon különböz" konfigurációjú (alfa [a#] és béta [$]) gy!r!s molekulája!
11
12
A monoszacharidok tulajdonságai
• A képz"dött, hatatomos gy!r! legstabilisabb, ekvatoriális -CH2OH csoportot hordozó konformációjában az axiális helyzet! glikozidos hidroxilcsoportot hordozó molekula az #D-glükóz, az ekvatoriális helyzet! glikozidos hidroxilcsoportot hordozó molekula a $-D-glükóz. A kétféle gy!r!s molekula a nyíltláncú formán keresztül alakulhat át egymásba.
• Fizikai tulajdonságok – Fehér, többnyire szilárd anyagok. – Édes íz!ek. – Vízben jól oldódnak (hidrogénkötések kialakulása!). 13
14
Kémiai sajátságok •
Az aldózok nyíltláncú molekulái viszonylag könnyen oxidálhatók (ezüsttükör és Fehling-próba) [aldehidcsoport!].
•
A nyíltláncú és a gy!r!s molekulák között vizes oldatban egyensúly áll fenn, ezért a nyílt szénláncú molekulák oxidációja miatt eltolódó egyensúly következtében a gy!r!s molekulák is felbomlanak, vagyis a monoszacharid teljes mennyisége átalakítható.
CHO
OH O HO
•
Az oxocsoport mellett lev" hidroxilcsoport lehet"vé teszi a ketózok molekulán belüli átrendez"dését aldózzá, ezért - a ketonoktól eltér"en - a ketózok az aldózokhoz hasonlóan adják az ezüsttükör- és a Fehling-próbát.
•
A monoszacharidok hidroxilcsoportjai észteresíthet"k: az él" szervezet biokémiai folyamatainak fontos köztes vegyületei a cukrok foszfátészterei!
H
OH
HO H
OH
H
OH
OH
OH
O
H OH
OH
HO
OH
OH OH
CH2OH
A d-glükóz gy!r!-lánc tautomer egyensúlya
15
CHO H HO
OH H
16
CH2OH
CHO HO
H
H
HO
OH
CHO
O
H
H
HO
OH
CHO H
H
H
HO
H
H
OH
H
HO
H
H
OH
H
OH
HO
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
H
CH2OH
H
HO
OH
CH2OH
HO
H
H
CH2OH
CHO
OH
CH2OH
CH2OH
OH OH CH2OH
A d-fruktóz, d-glükóz, d-galaktóz és d-mannóz
A glükóz d- és l-enantiomerje
17
18
Diszacharidok
Fontosabb diszacharidok
• Származtatásuk – Két monoszacharidból vízelvonással:
– A diszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek savas hidrolízissel két monoszacharidra bonthatók.
OH
19
20
21
22
OH O
OH
O
OH
OH
OH O
O
OH
O
O
OH
OH HO
OH
OH
HO
OH
OH
OH
OH
OH O
OHés cellobióz AOmaltóz HO
O
HO OH
OH HO
OH
OH
O
O
O OH HO
OH
O
OH
OH O OH OH
OH
OH
OH
OH O
OH OH
HO
OH OH
OH
O
OH
O
O OH
HO
OH OH
Poliszacharidok
Cellulóz
23
•
beta;-D-glükóz egységekb"l épül fel.
•
Általános képlete: (C6H10O5)n.
•
Az egységek 1-4'-b-glikozidkötéssel kapcsolódnak össze (ls. cellobióz).
•
Fonalszer!, lineáris molekula.
•
A konformációt hidrogénkötések stabilizálják egyrészt az egymás után következ" glükózrészek között, másrészt a láncok között (kötegekbe rendez"dés).
•
Fehér szín!, íztelen, szilárd anyag.
•
Vízben gyakorlatilag oldhatatlan.
•
Nem redukáló! (A molekula egyetlen glükózegysége elvileg képes redukálni, de ez elenyész" hatású a molekula egészét tekintve.)
•
Biológiai jelent"sége: növényi vázanyag (sejtfal).
•
Felhasználás: papír- és textilipari nyersanyag; filmek, lakkok, m!szálak gyártása. 24
Keményít! •
alfa-D-glükózegységekb"l épül fel.
•
Általános képlete: (C6H10O5)n
•
Amilóz és amilopektin egységekb"l épül fel!
•
Az amilózban a-1-4'-glikozidkötésekkel kapcsolódnak a cukormolekulák; az amilopektin esetében az a-14'-glikozidkötések mellett kb. 20-25 glükózegységenként elágazások találhatók a-1-6'-glikozidkötésekkel!
•
Az amilóz spirális lefutású (hélix), az amilopektin helyenként spirális de az elágazódások miatt ágas-bogas szerkezet!.
•
A konformációt hidrogénkötések stabilizálják egyrészt az egymás után következ" glükózrészek között, másrészt a spirál "emeletei" között.
•
Fehér szín!, íztelen, szilárd anyag.
•
Hideg vízben nem oldódik, forró vízben kolloid rendszert képez.
•
Nem redukáló!
•
Biológiai jelent"ség: a növények raktározott tápanyaga.
25
• •
Glikogén Az amilopektinhez hasonló szerkezet!, de nagyobb moláris tömeg! vegyület, még gyakoribb elágazódásokkal!
•
Biológiai jelent"ség: állati tartaléktápanyag (máj, izmok).
• • •
Kitin A cellulózhoz hasonló szerkezet!.
•
Alapegységei N-acetil-glükózamin molekulák.
• • • •
Biológiai jelent"ség: Az ízeltlábúak és egyes férgek kültakaróját képezi.
•
Vízoldékony.
•
Biológiai jelent"ség: alvadásgátló.
Heparin Glükózamin és glükuronsav (a 6. szénatomon karboxilcsoport található!) alapegységekb"l épül fel.
26
