CZŚĆ I. WYBRANE ZAGADNIENIA BIOCHEMII
Biochemia jest nauką zajmującą się poznaniem budowy chemicznej składników organizmów
żywych oraz przemian, jakie w nich zachodzą. Tradycyjnie biochemię dzieli się na dwa działy, a
mianowicie:
1) biochemiÄ™ statycznÄ…
2) biochemiÄ™ dynamicznÄ….
Pierwszy z tych działów skupia uwagę na strukturze i właściwościach związków chemicznych
znajdowanych w przyrodzie ożywionej i stąd coraz częściej nazywany bywa chemią bioorganiczną.
Z kolei biochemia dynamiczna za pomocą metod chemicznych wyjaśnia istotę procesów
przemiany materii i stąd identyfikuje się ją z metabolizmem komórkowym.
Ponieważ każdy organizm ma pewne odrębne właściwości, biochemię w zależności od badanego
obiektu dzieli siÄ™ na:
1) biochemię drobnoustrojów,
2) biochemię roślin
3) biochemiÄ™ zwierzÄ…t.
Z tych trzech podstawowych działów wyodrębnia się dalsze bardziej wąskie specjalistyczne
kierunki (np. biochemia człowieka, biochemia bakterii itd.).
W rozdziale tym, w formie zwięzłego kompendium, omówiono jedynie wybrane zagadnienia
biochemii związane bezpośrednio z problematyką poruszaną w kolejnych rozdziałach tej książki. Tak,
więc, przede wszystkim, ma on ułatwić ich studiowanie, a nie zastąpić podręczników niezbędnych do
dokładnego i systematycznego przyswajania wiedzy biochemicznej.
ROZDZIAA 1. CHEMIA BIOORGANICZNA
Jak już wspomniano, biochemia zajmuje się m.in. ustaleniem budowy chemicznej składników
żywych organizmów. Ustalono, że do najbardziej rozpowszechnionych w organizmach żywych
związków należą: sacharydy, białka (w tym enzymy) i tłuszczowce. Wśród innych na uwagę
zasługują: kwasy nukleinowe, witaminy, hormony, barwniki (m.in. pirolowe i karotenoidy),
glikozydy, alkaloidy i kwasy organiczne. Ich budowa zostanie omówiona w kolejnych rozdziałach.
Przy jej rozpatrywaniu, w większości przypadków, konieczne jest uwzględnienie zjawiska izomerii.
Dlatego też pierwszy rozdział poświęcony zostanie omówieniu tego niezwykle ważnego zagadnienia.
1. Izomeria
Izomeria polega na występowaniu związków o identycznym składzie atomowym, a różniących się
jedynie sposobem, kolejnością lub miejscem powiązania atomów albo ich rozmieszczeniem (lub ich
grup) w przestrzeni. Cząsteczki takich związków nazywane są i zo me r a mi . Znanych jest kilka
różnych odmian izomerii. Tu zostaną omówione jedynie te odmiany, które mają znaczenie z
biochemicznego punktu widzenia, a przede wszystkim będą przydatne przy studiowaniu dalszych
rozdziałów podręcznika (m.in. przy nazewnictwie enzymów).
Regioizomery (izomery pozycyjne) to izomery różniące się jedynie rozmieszczeniem tych samych
grup atomów (np. grup funkcyjnych, podstawników) w
CH2-COOH
CH2-COOC2H5
podstawowym szkielecie cząsteczki. Mogą one różnić się
właściwościami fizyko-chemicznymi, ale przede wszystkim
CH-COOH CH-COOC2H5
najczęściej wykazują diametralnie różne właściwości
biologiczne. Przykładem regioizomerów może być
CH2-COOC2H5 CH2-COOC2H5
mieszanina dwu diestrów etylowych glicerolu.
I
II
regioizomery
Tautomery (izomery funkcyjne - różnią się obecnością w cząsteczce odmiennych grup
funkcyjnych) to dwa izomery, które przechodzą nawzajem w siebie w wyniku przesunięcia atomu
wodoru z jednoczesnym przemieszczeniem układu wiązań w cząsteczce. Zjawisko występowania
obok siebie takich izomerów nazywamy t a utome r ią. Stan równowagi pomiędzy tautomerami kwasu
pirogronowego można zapisać następująco:
Odmiana ketonowa większości tautomerów jest znacznie trwalsza i stąd stan równowagi reakcji
przesunięty jest na jej korzyść.
O OH
CH3-C-COOH
CH2=C-COOH
odm iana ketonowa odm iana enolowa
tautomery
Dð-izomery to dwa izomery różniÄ…ce siÄ™ poÅ‚ożeniem
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3
podwójnego wiązania (lub kilku takich wiązań) w
2
1
Dð - buten Dð - buten
czÄ…steczce, np.:
Dð-izomery
Stereoizomeria
Stereoizomeria, czyli izomeria przestrzenna jest związana z różnym przestrzennym
rozmieszczeniem atomów (lub grup atomów) i układem wiązań w cząsteczce. Według klasycznego
podziału obejmuje ona izomerię geometryczną i izomery optyczne.
Izomery cis-trans -izome r y ge o me t r yczne , zaliczane do stereoizomerów - różnią się
konfiguracją, czyli przestrzennym położeniem wyróżnionych atomów względem wybranej
płaszczyzny, przy czym przyjmuje się, że atomy te nie mają możliwości swobodnego obrotu wokół
podwójnego wiązania (np. w alkenach) lub w związkach cyklicznych wokół wiązania C-C.
Izomery, w których takie same lub wyróżnione atomy (albo grupy atomów) znajdują się po tej samej
stronie sÄ… nazywane odmianami cis, po przeciwnych stronach odmianami trans. Izomery cis-trans
mogą różnić się nieco właściwościami fizyko-chemicznymi, natomiast ich właściwości biologiczne są
z reguły całkowicie różne.
H CH3 CH3
H
OH
C C
OH
C
C
H
CH3 H3C H OH
OH
cis -cyklopentano- trans -cyklopentano-
trans -buten-2
cis -buten-2
-1,2-diol -1,2-diol
cis-trans izomery
Izomery optyczne lub ogólnie związki optycznie czynne, tj. skręcające w różny sposób
płaszczyznę światła spolaryzowanego Ta właściwość jest konsekwencją obecności w ich cząsteczkach
centrum chiralnego. Chiralność, to właściwość obiektu polegająca na tym, iż nie pokrywa się on ze
swoim odbiciem w zwierciadle płaskim. Z reguły centrum chiralne izomerów optycznych stanowi
asymetryczny (chiralny) atom lub atomy węgla (oznaczone na rysunkach gwiazdką), wokół których
może występować różna konfiguracja, czyli przestrzenne rozmieszczenie innych atomów lub grup
atomów.
płaszczyzna
zwierciadła
CHO
CHO
CHO
CHO
C* H C* OH
C*
C*
HO H
H OH
H
HO
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
aldehyd L(-)-glicerynowy
aldehyd D(+)-glicerynowy
Izomery optyczne dzieli się na prawoskrętne (+) lub lewoskrętne (-), w zależności od kierunku, w
którym skręcają płaszczyznę światła spolaryzowanego. W celu ujednolicenia przedstawiania ich
konfiguracji za wzorce przyjęto prawo- i lewoskrętne aldehydy glicerynowe. Grupa aldehydowa jest
lokowana na górze wzoru, natomiast grupę hydroksylową umieszcza się po lewej stronie (z punktu
widzenia patrzącego), otrzymując w ten sposób wzór aldehydu L(-)-glicerynowego, lub po prawej,
otrzymując wzór aldehydu D-(+)-glicerynowego.
Enancjomery, to pary prawo- i lewoskrętnych izomerów optycznych, stanowiących wzajemne
odbicie w lustrze. Ich właściwości fizyko-chemiczne są identyczne, z wyjątkiem zdolności do
kierunku skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Natomiast różnią się właściwościami
biologicznymi. Np. pleśnie Penicillium glaucum z roztworu racemicznego winianu amonowego
zużywają wyłącznie odmianę prawoskrętną.
Racemat (postać racemiczna) to mieszanina równych ilości cząsteczek enancjomerów, nie
wykazująca aktywności optycznej (z uwagi na kompensację) oznaczana znakiem (ą) lub literami D,L-
umieszczanymi przed nazwÄ… lub wzorem zwiÄ…zku chemicznego.
Racemizacja, to zjawisko polegające na wzajemnym przekształcaniu się jednego enancjomeru w
drugi, aż do ustalenia się równowagi ilościowej pomiędzy obu odmianami.
Diastereoizomery to izomery optyczne nie będące wzajemnymi odbiciami w lustrze. Różnią się
właściwościami fizyko-chemicznymi i biologicznymi. Poniżej przedstawione są konfiguracje czterech
stereoizomerów kwasu 2,3-dihydroksymasłowego. Wzory (I) i (II) oraz (III) i (IV) przedstawiają pary
enancjomerów, które w stosunku do siebie nawzajem są diaste re oi zo me r a mi .
COOH
COOH COOH
COOH
C*
C* C*
C*
HO
H
OH H OH
H HO
C*
C* C*
C*
H OH
H
OH
HO
H HO
CH3
CH3 CH3
CH3
(IV)
(III)
(II)
(I)
enancjomery
enancjomery
diastereoizomery
Mezo-izomery. Niektóre związki, pomimo obecności asymetrycznych atomów węgla, są
nieczynne optycznie na skutek wewnętrznej kompensacji; nazywamy je związkami mezo. Przykładem
takiego związku jest kwas mezowinowy, który jest diastereoizomerem w stosunku do swoich odmian
prawo- i lewoskrętnej.
COOH COOH
COOH
C* C*
C*
OH
H
zwierciadlo
H OH HO
C* C*
C*
OH
H OH
H
HO
180o
COOH COOH
COOH
kwas D(-)-winowy kwas mezowinowy
kwas L(+)-winowy
enancjomery
diastereoizomery
* * *
Niektóre inne aspekty stereoizomerii poruszone zostaną w następnym rozdziale, przy omawianiu
sacharydów.
2. Węglowodany (sacharydy)
Duża grupa związków zaliczanych do węglowodanów, zwana jest również sacharydami lub
cukrami. Termin węglowodany obejmuje monosacharydy (cukry proste), oligosacharydy,
polisacharydy oraz zwiÄ…zki pokrewne (aminocukry, kwasy uronowe, itp.). Natomiast do innych klas
związków chemicznych zalicza się glikozydy aglikonowe (sacharyd połączony wiązaniem
glikozydowym z aglikonem związkiem niecukrowym), np. nukleozydy, glikozydy roślinne, itp. W
tabeli wymieniono sacharydy najczęściej spotykane w przyrodzie.
Tabela 1.1. Klasyfikacja sacharydów najczęściej spotykanych w przyrodzie.
Monosacharydy Oligosacharyd Polisacharydy Pochodne
Pentozy Heksozy y polisacharydó
w
aldo aldo disacharydy pentozany Hemicelulozy
Arabinoza Glukoza Sacharoza Araban Pektyny
Ksyloza Mannoza Laktoza Ksylan Aminocukry
Ryboza Galaktoza Maltoza
Celobioza heksozany
keto keto Skrobia
Rybuloza Fruktoza trisacharydy Glikogen
Ksyluloza Sorboza Rafinoza Celuloza
W skład węglowodanów wchodzą: węgiel, wodór i tlen. Z chemicznego punktu widzenia są to
alkohole wielowodorotlenowe, zawierajÄ…ce w czÄ…steczce grupÄ™ aldehydowÄ… (aldozy) lub grupÄ™
ketonowÄ… (ketozy). 1
1
H C O
CH2-OH
2
2
C O H C*
OH
3
3
HO C* C*
H HO H
4
4
C*
H OH
C*
H OH
C* C*
OH H
H HO
5
5
C*
H OH
C*
H OH
CH2OH CH2OH
6
6
CH2-OH
CH2-OH
szereg D szeregL
D(-)-fruktoza D(+)-glukoza
ketoheksoza aldoheksoza
ZwiÄ…zki zbudowane z jednej czÄ…steczki aldozy lub ketozy nazywa siÄ™ monosacharydami. Ich
charakterystyczną cechą jest obecność w cząsteczkach asymetrycznych atomów węgla (oznaczonych
na rysunku gwiazdką), co warunkuje istnienie izomerów przestrzennych, czynnych optycznie tzn.
skręcających płaszczyznę światła spolaryzowanego w lewo (-) lub prawo (+). Ich konfigurację
przestrzenną (wywodzącą się od aldehydu glicerynowego) rozróżnienia się na podstawie układu na
przedostatnim węglu, dodając przed nazwą monosacharydu literę D lub L. Izomery D i L różnią się
między sobą właściwościami chemicznymi i fizycznymi.
W środowisku alkalicznym monosacharydy występują w formie łańcuchowej, natomiast w
kwaśnym lub obojętnym w formie pierścieniowej (półacetalowej): piranozowej (sześcioczłonowy
pierścień) lub furanozowej (pięcioczłonowy pierścień).
1
1 6
CH2-OH
CH2OH
C
H OH
1
2 6
O
2 C HOH2C CH2OH
HO
C5 O
H C
OH
H H
3
C C
2
3 C 5
HO H
O H
HO C
H
C 4 1 OH H
C
O
4
OH H
4 H
H C OH 4 3 OH
H C 2
OH 3
HO OH C C
5
C C
5
H C
H C
H OH
6
H
OH
6
CH2-OH
CH2-OH
wzór pionowy wzór Hawortha
wzór Hawortha
wzór pionowy
að-D-fruktofuranoza
að-D-glukopiranoza
Pierścień furanozowy jest w zasadzie płaski,
H
natomiast pierścień piranozowy nie leży na płaszczyznie,
CH2OH
O
lecz na powierzchni pofałdowanej, przypominającej
C
C
H
HO
formę krzesełkową cykloheksanu.
H H
C
Monosacharydy w postaci cyklicznej majÄ…
HO C
C OH
dodatkowo jeden asymetryczny atom węgla więcej, co
OH
powoduje powstanie nowych izomerów (tzw. anomerów H
að- i bð-). JeÅ›li grupa hydroksylowa przy pierwszym
/
wzor konformacyjny Reeves`a
atomie węgla cyklicznej postaci cukru, czyli grypa
að-D-glukopiranoza
półacetalowa OH, jest skierowana przestrzennie tak
samo jak grupa wodorotlenowa przy atomie drugim, to izomer (anomer) ten oznaczamy að, jeÅ›li jest
skierowana przeciwnie, izomer nosi nazwÄ™ bð.
6
6
CH2OH
CH2OH
C5 O
C5 O
H
H OH
H
H
H
C4 1C*
C4 1C*
OH H
OH H
HO 3 2
OH
HO 3 2
H
C C
C C
H OH
H
OH
að-D-glukopiranoza bð-D-glukopiranoza
Glukoza wykazuje zjawisko mutarotacji: w odpowiednich warunkach izomery að- i bð- mogÄ…
przechodzić jeden w drugi. ZwiÄ…zki, w skÅ‚ad których wchodzÄ… izomery að- lub bð- różniÄ… siÄ™ znacznie
miÄ™dzy sobÄ… wieloma wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ciami (np. amyloza zbudowana jest z að-glukozy, a celuloza w sposób
analogiczny z bð-glukozy).
Grupa hydroksylowa półacetalowa, czyli leżąca przy pierwszym atomie węgla piranozowej postaci
cukru lub przy drugim furanozowej postaci, ze względu na swoją reaktywność chemiczną, jest
odpowiedzialna za tworzenie wiązań O-glikozydowych, N-glikozydowych i S-glikozydowych.
Dwie aldozy (np. D-glukoza i D-mannoza) różniące się jedynie konformacyjnym położeniem
grupy OH przy drugim atomie węgla (sąsiadującym z grupą aldehydową) nazywa się epimerami.
Epimeryzacja to przekształcanie jednej takiej aldozy w drugą.
Uwaga. Przy nazewnictwie enzymów, dla wygody, pojęcie epimeryzacji rozszerzono i dwie aldozy różniące
się jedynie przestrzennym położeniem jednej grupy OH przy którymś z asymetrycznych atomów węgla traktuje
się jako epimery. Np. nazwa 4-epimeraza UDP-glukozowa wskazuje, że enzym może przy czwartym atomie
węgla dokonać epimeryzacji (w tym konkretnym przypadku przekształca UDP-1-glukozę w UDP-1-galaktozę).
2.1. Monosacharydy
Związki zbudowane z jednej cząsteczki aldozy lub ketozy nazywa się ogólnie monosacharydami
(monozami) lub cukrami prostymi. W zależności od ilości atomów węgla w cząsteczce dzieli się je na
triozy, tetrozy, pentozy, heksozy, itd.
Triozy.
Spośród trioz w przyrodzie występuje dihydroksyaceton i oba izomery D- i L- aldehydu
glicerynowego.
CHO
CHO
CH2-OH
C
C H OH
C HO H
O
CH2OH CH2OH
CH2-OH
aldehyd aldehyd
dihydroksyaceton
L-glicerynowy
D-glicerynowy
Związki te w postaci estrów fosforanowych tworzą się w zielonych częściach roślin podczas
fotosyntezy, w organizmach zwierzęcych między innymi podczas glikolizy oraz podczas fermentacji
alkoholowej.
Tetrozy
Spośród tetroz na uwagę zasługują D-erytroza, która pojawia się w cyklu pentozowym, a także
podczas fotosyntezy w zielonych częściach roślin w postaci estru fosforanowego oraz izomery D- i L-
treozy tworzące się podczas degradacji izomerów D- i L- kwasu ksylonowego.
CHO
CHO
CHO
C H
HO
H C
C H OH
HO
C H
HO
C
C H OH
H OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
L-erytroza
D-treoza D-erytroza
Pentozy
Pentozy występują obficie w przyrodzie. Tworzą się one w organizmach zwierzęcych i roślinnych
w znacznych ilościach i to zarówno w stanie związanym, jako O-glikozydy, N-glikozydy lub
wielocukry zwane pentozanami, jak i w stanie wolnym.
D-ryboza i D-dezoksyryboza są składnikami kwasów nukleinowych.
D-rybuloza, m.in. jest związkiem, który przyłącza CO2 podczas fotosyntezy cukrów, w pierwszej
fazie procesu.
L-arabinoza jest jednym z nielicznych L- cukrów występujących w przyrodzie. W postaci
spolimeryzowanej jest składową częścią m.in. śluzów, gum roślinnych, pektyn i hemiceluloz.
D-ksyloza, zwana dawniej cukrem drzewnym, występuje w drewnie w postaci polisacharydu
ksylanu, będącego składnikiem hemiceluloz.
D-ksyluloza pojawia siÄ™ w postaci fosforanu podczas wzajemnych przemian pentoz w cyklu
pentozowym.
Na uwagę zasługuje również L-ramnoza (uważana za metylopentozę), składnik wielu glikozydów i
antocyjanów.
CHO
CHO CH2OH
CHO CHO CH2OH CHO
C
H OH
H C C
H C CH2 C H C OH O
OH O OH
H C
OH
C H C H
C C C C H HO HO
H OH H OH H OH HO
C H
HO
C C
C C C C H H OH H OH
H OH H OH H OH HO
C H
HO
CH2OH CH2OH CH2OH
CH2OH CH2OH CH2OH
CH3
L-ramnoza
D-ryboza D-dezokyryboza D-rybuloza
L-arabinoza D-ksyluloza
D-ksyloza
Heksozy
Obok wymienionych wcześniej glukozy i fruktozy do najszerzej rozpowszechnionych w świecie
ożywionym monosacharydów z tej grupy należą: D-mannoza i D-galaktoza.
CH2OH
CHO
CHO C
H OH
C C O
C H H OH C
HO H OH
O
C H
C
HO C H HO HO H HO C H
C C H
H OH HO H C OH HO C H
C
H OH C C H
H OH HO C
H
CH2OH CH2OH CH2OH
COOH
kwas
D-mannoza D-galaktoza
L-sorboza
galakturonowy
D -gl u ko za jest najpospolitszą aldozą. Występuje w stanie wolnym w owocach, kwiatach,
miodzie, krwi. Jest częścią składową wielu oligosacharydów (sacharozy, maltozy, laktozy). W
olbrzymich ilościach występuje jako składnik polisacharydów, przede wszystkim skrobi, glikogenu,
celulozy.
D -f r u kt oza , najważniejsza z ketoz, w stanie wolnym występuje w owocach, zielonych częściach
roślin, miodzie. Jest częścią składową sacharozy, rafinozy oraz polisacharydów inuliny, lewanu.
D -ga l akt oza w stanie wolnym spotykana bywa rzadko (m.in. owoce bluszczu). Jest częścią
składową disacharydu zwierzęcego laktozy oraz dwóch innych oligosacharydów melibiozy i
rafinozy. Szczególnie szeroko są rozpowszechnione pochodne zawierające kwas galakturonowy takie,
jak: agar, gumy, pektyny oraz polisacharydy otoczek bakteryjnych.
D - mann oza w stanie wolnym występuje raczej wyjątkowo, np. w skórkach pomarańczy.
Spotykana bywa natomiast w postaci polisacharydów o budowie glikozydowej, zwanych
mannozydami. Do pospolitszych mannozydów należy mannan, występujący w łupinach orzechów, w
drożdżach. Polisacharyd zbudowany z kwasu mannurowego (pochodnej mannanu) występuje dość
powszechnie w wodorostach morskich.
D -s o r bo za , również jedna z heksoz zasługująca na uwagę (z uwagi na jej wykorzystanie jako
podstawowego surowca do produkcji witaminy C), występuje jako produkt utlenienia sorbitolu
obecnego w soku nasion jarzębiny.
2.2. Oligosacharydy
Monosacharydy mogą kondensować tworząc disacharydy (zbudowane z dwóch cząsteczek cukru
prostego), trisacharydy, tetrasacharydy, itd. o ogólnej nazwie oligosacharydów (połączenie od 2 do 10
cząsteczek monosacharydów). Charakter i właściwości powstałego cukru zależą od ilości połączonych
monosacharydów, samych monosacharydów, z jakich zbudowany jest cukier złożony, rodzaju
wiÄ…zania glikozydowego z punktu widzenia konfiguracji að- lub bð- i wreszcie od miejsca ich
połączenia, tzn. miejsca grupy wodorotlenowej jednego z monosacharydów, która utworzyła wiązanie
glikozydowe (połączone mostkiem tlenowym) z grupą hydroksylową półacetalową drugiego
monosacharydu.
Disacharydy
Disacharyd może być zbudowany z dwóch jednakowych lub różnych monosacharydów. Jeżeli w
wiązaniu glikozydowym wzięły udział obie grupy hydroksylowe półacetalowe połączonych
monosacharydów (jak ma to miejsce np. w sacharozie), to taki disacharyd nie wykazuje właściwości
redukujących. Jeżeli w utworzonym disacharydzie jedna z grup hydroksylowych półacetalowych jest
nadal wolna (np. w maltozie), to taki disacharyd wykazuje właściwości redukujące.
Do najczęściej spotykanych w przyrodzie disacharydów należą: sacharoza, maltoza, laktoza,
celobioza, trehaloza.
Sacharoza, zwana również cukrem trzcinowym lub buraczanym, zasługuje na szczególne
wyróżnienie wśród disacharydów, z uwagi na szerokie rozpowszechnienie w przyrodzie. Występuje w
liściach, łodygach, nasionach, owocach, korzeniach i bulwach różnych roślin. Jej zawartość w
łodygach trzciny cukrowej i bulwach buraków cukrowych może dochodzić do 24%. Znaczne jej ilości
zawiera miód naturalny.
6
CH2OH
bð
6
C5 O O
CH2OH
H
H
H
C 5C
2
C4 1C
O
H
OH H 1 OH
HOH2C H
HO 3 2 3 4
C C C C
að
H OH OH H
sacharoza
Zbudowana jest z jednej czÄ…steczki að-D-glukozy i jednej czÄ…steczki bð-D-fruktozy poÅ‚Ä…czonych
wiÄ…zaniem 1-2 i stÄ…d jej nazwa að-1-D-glukopiranozylo-bð-2- D-fruktofuranozyd. Jest cukrem nie
redukujÄ…cym.
Maltoza cukier sÅ‚odowy, tworzy siÄ™ podczas enzymatycznego rozpadu skrobi. Jest að-glikozydem
zbudowanym z dwóch czÄ…steczek glukozy poÅ‚Ä…czonych wiÄ…zaniem að-1,4 i stÄ…d jej nazwa að-1,4-D-
glukopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukujÄ…cym.
6
6
CH2OH
CH2OH
C5 O
C5 O
H
H
H H
H
H
C4 1C
C4 1C
að, bð
OH H
OH H
HO 3 2
3 2
OH
O
að
C C
C C
H
OH H
OH
maltoza
Celobioza w stanie wolnym nie znaleziona w przyrodzie. Powstaje podczas enzymatycznej
hydrolizy celulozy. Jest bð-glikozydem zbudowanym z dwóch czÄ…steczek glukozy poÅ‚Ä…czonych
wiÄ…zaniem bð-1,4 i stÄ…d jej nazwa bð-1,4-D-glukopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukujÄ…cym.
6
6
CH2OH
CH2OH
bð
C5 O
C5 O
OH
H
H
H
H
C4 1C
C4 1C O
OH H
OH H
3 2 H
HO 3 2 H
C C
C C
H OH
H OH
celobioza
Laktoza, czyli cukier mlekowy, jest związkiem dobrze znanym, występującym w mleku ssaków.
Zbudowanym jest z galaktozy i glukozy poÅ‚Ä…czonych wiÄ…zaniem bð-1 od strony galaktozy i stÄ…d jej
nazwa bð-1,4-D-galaktopiranozylo-glukopiranozyd. Jest cukrem redukujÄ…cym.
6
6
CH2OH
CH2OH
bð
C5 O
C5 O
H H
HO
H
H
C4 1C
C4 1C O
OH H
OH H
3 2
H 3 2 H OH
C C
C C
H
OH
H
OH
laktoza
Spośród innych disacharydów wypada wspomnieć o melibiozie, zbudowanej z galaktozy i
glukozy, poÅ‚Ä…czonych wiÄ…zaniem bð-1 od strony galaktozy i stÄ…d jej nazwa bð-1,6-D-galaktopiranozylo-
glukopiranozyd. Jest cukrem redukujÄ…cym.
Rafinoza, trisacharyd występujący w burakach cukrowych, który podczas ich przeróbki gromadzi
siÄ™ w melasie. Zbudowana jest z galaktozy, poÅ‚Ä…czonej wiÄ…zaniem bð-1,6 z glukozÄ…, a ta wiÄ…zaniem að-
1-bð-2 z fruktozÄ…. Jest cukrem nie redukujÄ…cym.
melibioza
^
6
CH2OH
bð
C5 O
HO
H
C4 1C O
OH H
6
H 3 2 H
CH2
C C
bð
6
C5 O O
CH2OH
H H
H
OH
H
C 5 C
2
C4 1C
O
H
OH H 1 OH
HOH2C H
HO 3 2 3 4
C C C C
að
H
OH OH H
v
sacharoza
rafinoza
2.3. Polisacharydy
Polisacharydy zbudowane są z setek a nawet tysięcy połączonych ze sobą cząsteczek
monosacharydów, tworząc jedną olbrzymią cząsteczkę. Ich skład z reguły przedstawia się wzorem
sumarycznym: (C6H10O5)n. Są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Niektóre, jak skrobia i
celuloza, spotykane są powszechnie u roślin. Do związków pokrewnych polisacharydom zalicza się
także hemicelulozy, aminocukry i pektyny.
Skrobia jest szeroko rozpowszechniona w świecie roślinnym; jest zawarta w ziarnach zbóż i
bulwach roślin. Skrobia jest mieszaniną dwóch polisacharydów: rozpuszczalnej w wodzie amylozy
(około 20%) oraz nierozpuszczalnej w wodzie amylopektyny (około 80%).
A m y l o z a zbudowana jest z reszt ą-D-glukopiranoz połączonych wiązaniem ą-1,4-
glikozydowym. Jej łańcuch jest nie rozgałęziony.
6
6
6
CH2OH
CH2OH
CH2OH
C5 O
C5 O
C5 O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C4 1C
C4 1C
C4 1C
OH H
OH H
OH H
3 2
3 2
O
3 2
O
O C C
O C C
C C
H
OH
H
OH
H
OH
amyloza
A m y l o p e k t y n a , podobnie jak amyloza, zbudowana jest z reszt glukopiranozy połączonych
wiązaniami ą-1,4-glikozydowymi. W przeciwieństwie do amylozy jest jednak rozgałęziona; od jej
głównego łańcucha, co 24-30 reszt glukozowych, odchodzą łańcuchy boczne utworzone przez
wiązania ą-1,6-glikozydowe. Jej budowę można schematycznie przedstawić następująco:
O - reszta glukozowa
O
O O O O O O O O
O O - wiÄ…zanie að-1,4
O O O O O O O O O O O
O
- wiÄ…zanie að-1,6
O O O O O O O O O O O
O
O - końcowa redukująca grupa
amylopektyna
Dekstryny są produktem częściowej hydrolizy skrobi. Biorąc pod uwagę ciężar cząsteczkowy
można je uszeregować następująco:
skrobia amylodekstryna
erytrodekstryna achrodekstryna
Glikogen, zapasowy węglowodan zwierząt, o bardziej rozgałęzionych łańcuchach aniżeli
amylopektyna; co 8-12 reszt glukozowych pojawia siÄ™ rozgaÅ‚Ä™zienie utworzone przez wiÄ…zanie að-1,6-
glikozydowe.
Dekstran to wielocukier o masie cząsteczkowej od 40 do 200 kDa, którego budowa przypomina
amylopektynÄ™. WiÄ™kszość czÄ…steczek glukozy poÅ‚Ä…czona jest jednak wiÄ…zaniem að-1,6-glikozydowym,
a tylko nielicznie wystÄ™pujÄ… wiÄ…zania að-1,4 (okoÅ‚o 10%).
Inulina, zbudowana podobnie jak skrobia z tym, że jest polifruktozofruktozydem. Reszty
fruktofuranozydowe poÅ‚Ä…czone sÄ… za sobÄ… wiÄ…zaniem bð-1,2-glikozydowym.
Pulullan, polisacharyd zbudowany z
O
O O
cząsteczek maltotriozy połączonych
O O O - maltotrioza (wiÄ…zanie að-1,4)
O O O
wiÄ…zaniem að-1,6-glikozydowym.
O
- wiÄ…zanie að-1,6
O O O
Schematycznie jego budowę można
O
przedstawić następująco:
pulullan
Celuloza, szeroko rozpowszechnio-
na w przyrodzie, jako główny składnik ścianek komórkowych roślin. Pod względem chemicznym nie
jest jednorodnym związkiem, lecz można ją zaklasyfikować do przynajmniej dwóch głównych klas,
alfa i beta. bð-Celuloza rozpuszcza siÄ™ w 17% roztworze wodorotlenku sodowego, podczas gdy að-
celuloza w tych warunkach jest nierozpuszczalna. að-CelulozÄ™ używa siÄ™ do produkcji sztucznego
włókna.
BudowÄ… przypomina amylozÄ™ z tym, że reszty glukozowe poÅ‚Ä…czone sÄ… wiÄ…zaniem bð-1,4-
glikozydowym.
6 6
6
CH2OH CH2OH
CH2OH
bð bð
C5 O C5 O
C5 O
H
H
H
H
H
H
C4 1C
O C4 1C O
C4 1C O O
OH H OH H
OH H
3 2
3 2 H H
3 2 H
C C
C C
C C
H
H OH OH
H
OH
reszta celobiozy
celuloza
Hemicelulozy, niejednorodna grupa polisacharydów występujących, obok celulozy i ligniny, w
zdrewniałych tkankach roślin. Wśród hemiceluloz rozróżnia się ksylany (z D-ksylozą), galaktany (z
D-galaktozą), arabany (L-arabinozą) oraz mannany (z D-mannozą). W skład hemiceluloz wchodzą
również kwasy uronowe.
Ksylan, polisacharyd zaliczany do pentozanów, pochodzący z drewna, otrąb i łupin orzeszka
ziemnego. Po hydrolizie daje D-ksylozę Niektóre ksylany, podobnie jak celuloza, mają strukturę
liniową, inne rozgałęzioną i dodatkowo zawierają cząsteczki L-arabinozy lub kwasu D-
glukuronowego. Główny Å‚aÅ„cuch zbudowany jest z reszt D-ksylopiranozy poÅ‚Ä…czonych wiÄ…zaniami bð-
1,4-glikozydowymi, od którego odchodzą liczne rozgałęzienia - głównie przy węglach 2 i 3.
Pektyny zazwyczaj występuje w postaci złożonego kompleksu zwanego protopektyną, którego
skład schematycznie można przedstawić następująco:
araban¾ðzmetoksylowany kwas poligalakturonowy¾ðgalaktan
Główną strukturę stanowi łańcuch zbudowany z reszt kwasu D-galakturonowego, połączonych
wiÄ…zaniami að-1,4-glikozydowymi. Grupy karboksylowe reszt kwasu galakturonowego sÄ… w
mniejszym lub większym stopniu zestryfikowane alkoholem metylowym. Od węgli 2 i 3 głównego
łańcucha odgałęziają się łańcuchy boczne.
6
6
COOH
COOCH3
C5 O
C5 O
H
H
H
H
H
H
C4 1C
C4 1C
OH H
OH H
3 2
3 2
O
að
O C C O
C C
H
OH
H
OH
fragment zmetoksylowanego kwasu poligalakturonowego
Aminocukry. W przyrodzie znaleziono dwie pochodne aminowe cukrów: 2-dezoksy-2-
aminoglukozę i 2-dezoksy-2-aminogalaktozę. Reszty N-acetylo-2-aminoglukozy połączone są
wiÄ…zaniem bð-1,4-glikozydowym sÄ… podstawowym skÅ‚adnikiem chityny. StÄ…d chitynÄ™ uważa siÄ™ za
pochodną aminową celulozy acetylowaną przy azocie. D-Glukozoamina wchodzi również w skład
kwasu hialuronowego, podstawowej substancji tkanki Å‚Ä…cznej.
6
6
CH2OH
CH2OH
C5 O
C5 O
H
H H
H
H
H
C4 1C
C4 1C
OH H
OH H
2
2 3
3
HO OH
HO OH
C C
C C
NH COCH3
NH2 H
H
N-acetylo-2-dezoksy-
2-dezoksy-2-aminoglukoza
2-aminoglukoza
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
# Skrypt Biochemia czesc2(1)# Skrypt Biochemia spis tresci# Skrypt Biochemia czesc3(1)# Skrypt Biochemia czesc4Biochemia zwierząt skrypt URBiochemia skrypt AGHbiochemia skrypt aminokwasy i biaBiochemia skrypt część 1SKRYPT do biochemiibiochemia skrypt cukry i lipidywięcej podobnych podstron