10 węglodowany, Farmacja, Biochemia
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
10.
W
ę
glowodany to zwi
ą
zki powszechne w przyrodzie, np. celuloza stanowi
prawie połow
ę
masy wszystkich zwi
ą
zków organicznych na naszym globie.
Zawarto
ść
w
ę
glowodanów w tkankach ro
ś
linnych si
ę
ga 80% suchej masy, a u
zwierz
ą
t nie przekracza 2% suchej masy ciała. U ro
ś
lin s
ą
głównym materiałem
zapasowym, natomiast zwierz
ę
ta magazynuj
ą
je w niewielkim stopniu.
W
ę
glowodany s
ą
podstawowym
ź
ródłem energii niezb
ę
dnej dla procesów
Ŝ
yciowych w organizmach ro
ś
linnych oraz zwierz
ę
cych. W organizmie ludzkim
zapasy glikogenu nie pokrywaj
ą
dobowego zapotrzebowania na energi
ę
.
Polisacharydy pełni
ą
ponadto funkcje strukturalne, celuloza jest rusztowaniem
wszystkich
ś
cian komórkowych u ro
ś
lin, chityna tworzy szkielet zewn
ę
trzny
bezkr
ę
gowców oraz
ś
cian
ę
komórkow
ą
u grzybów. Funkcj
ę
strukturaln
ą
u
kr
ę
gowców pełni
ą
glikozoaminoglikany, b
ę
d
ą
ce składnikami istoty podstawowej
tkanki ł
ą
cznej, w tym chrz
ą
stki i ko
ś
ci. W
ę
glowodany s
ą
składnikiem glikoprotein,
najliczniejszych białek zło
Ŝ
onych obecnych w organizmach
Ŝ
ywych. Cukrowce w
poł
ą
czeniu z białkami lub lipidami tworz
ą
na powierzchni zewn
ą
trzkomórkowej
wszystkich komórek w
ę
glowodanowy płaszcz, zwany glikokaliksem. Cukrowce
glikokaliksu ochraniaj
ą
powierzchni
ę
komórki przed uszkodzeniem
mechanicznym i chemicznym, uczestnicz
ą
tak
Ŝ
e w zjawiskach rozpoznawania
biologicznego oraz adhezji komórek. Oligosacharydy glikoprotein
wewn
ą
trzkomórkowych pełni
ą
rol
ę
„drogowskazów”, kieruj
ą
cych nowo
syntetyzowane białka do wła
ś
ciwych im miejsc przeznaczenia, zarówno w
transporcie
ś
ródkomórkowym, jak i pozakomórkowym. Składnik cukrowy gli-
koprotein pozakomórkowych okre
ś
la czas półtrwania białka w kr
ąŜ
eniu. W
ę
glo-
wodany, cz
ę
sto w poł
ą
czeniu z białkami, decyduj
ą
o swoisto
ś
ci antygenowej ma-
krocz
ą
steczek, komórek i tkanek, czego najprostszym przykładem mog
ą
by
ć
de-
terminanty antygenowe grup krwi układu AB0. Zwi
ą
zki te s
ą
równie
Ŝ
wa
Ŝ
nymi
składnikami wielu wydzielin, mucyn, którym nadaj
ą
charakter
ś
luzowaty.
131
W
Ę
GLOWODANY
Iwona
ś
ak
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
D
Ryc. 1
. Rodzina
D
-
aldoz
MONOSACHARYDY I POCHODNE
Klasyfikacja i nomenklatura
Monosacharydy s
ą
cukrami prostymi, których nie mo
Ŝ
na rozło
Ŝ
y
ć
na inne
składniki cukrowe, maj
ą
cymi mas
ę
cz
ą
steczkow
ą
nie przekraczaj
ą
c
ą
200 daltonów.
Klasyfikuje si
ę
je w dwie rodziny: wielowodorotlenowe aldehydy, czyli aldozy
(
ryc. 1
) i wielowodorotlenowe ketony, czyli ketozy (
ryc. 2
). Nazw aldoza i ketoza
u
Ŝ
ywa si
ę
w sensie ogólnym dla odró
Ŝ
nienia monosacharydów, w których grupa
karbonylowa jest ko
ń
cow
ą
(aldehydow
ą
) i jej atom w
ę
gla jest atomem numer 1,
lub nie jest ko
ń
cow
ą
(ketonow
ą
), a jej atom w
ę
gla jest atomem numer 2. Ko
ń
ców-
ka –oza oznacza,
Ŝ
e przy atomach w
ę
gla, poza w
ę
glem grupy aldehydowej lub ke-
tonowej, znajduj
ą
si
ę
grupy –OH, tzn.
Ŝ
e zwi
ą
zek nale
Ŝ
y do w
ę
glowodanów.
W ka
Ŝ
dej rodzinie dalsza klasyfikacja opiera si
ę
na liczbie atomów w
ę
gla w cz
ą
-
steczce. Dla aldoz maj
ą
cych 3, 4, 5, 6 atomów w
ę
gla w ła
ń
cuchu nazwami podsta-
wowymi s
ą
odpowiednio: trioza, tetroza, pentoza, heksoza. Dla ketoz maj
ą
cych 4,
5, 6, 7 atomów w
ę
gla w ła
ń
cuchu nazwami podstawowymi s
ą
odpowiednio tetru-
loza, pentuloza, heksuloza, heptuloza.
CH
2
OH
C O
C OH
CH
2
OH
CH
2
OH
C
CH
2
OH
O
H
dihydroksyaceton
D-(-)-erytruloza
H
CH
2
OH
C O
C OH
HO
CH
2
OH
C O
C H
H
C OH
H
C OH
CH
2
OH
CH
2
OH
D-(+)-rybuloza
D
D-(+)-ksyluloza
H
CH
2
OH
C O
C OH
C
HO
CH
2
OH
C O
C H
C
H
CH
2
OH
C O
C OH
C
HO
CH
2
OH
C O
C H
C
H
OH
H
OH
OH
H
HO
H
H
C OH
H
C OH
H
C OH
H
C OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
CH
2
OH
D-(+)-psykoza
D
D-(-)-fruktoza
D-(+)-sorboza
D-(-)-tagatoza
Ryc. 2
. Rodzina
D
-ketoz.
133
D
D
D
D
D
Nadaj
ą
c nazw
ę
monosacharydom lub ich pochodnym, ła
ń
cuchowy cukier
macierzysty mo
Ŝ
na okre
ś
li
ć
nazw
ą
zwyczajow
ą
lub systematyczn
ą
. Nazwy zwy-
czajowe s
ą
dopuszczalne, u
Ŝ
ywa si
ę
ich cz
ęś
ciej ni
Ŝ
nazw systematycznych, rów-
nie
Ŝ
podczas tworzenia nazw pochodnych cukrowych. Monosacharydy i ich po-
chodne maj
ą
trójliterowe symbole mi
ę
dzynarodowe (niektóre zamieszczono na ry-
cinach 1 i 2). Symbole te wykorzystuje si
ę
do przedstawiania sekwencji oligosa-
charydowych.
Nazw
ę
systematyczn
ą
cukru prostego tworzy si
ę
za pomoc
ą
konfiguracyj-
nych symboli i przedrostków z odpowiedni
ą
nazw
ą
podstawow
ą
. W tabeli 1 poda-
no przykłady nazw systematycznych ła
ń
cuchowych aldoz i ketoz.
Tabela 1. Nazwy zwyczajowe i odpowiadaj
ą
ce im nazwy
systematyczne monosacharydów ła
ń
cuchowych
Aldozy ła
ń
cuchowe
Nazwa zwyczajowa
Nazwa systematyczna
D
-erytroza
D
-
erytro
-tetroza
D
-treoza
D
-
treo
-tetroza
D
-arabinoza
D
-
arabino
-pentoza
D
-liksoza
D
-
likso
-pentoza
D
-ryboza
D
-
rybo
-pentoza
D
-ksyloza
D
-
ksylo
-pentoza
D
-alloza
D
-
allo
-heksoza
D
-altroza
D
-
altro
-heksoza
D-
galaktoza
D
-
galakto
-heksoza
D
-glukoza
D
-
gluko
-heksoza
D
-guloza
D
-
gulo
-heksoza
D
-idoza
D
-
ido
-heksoza
D
-mannoza
D
-
manno
-heksoza
D
-taloza
D
-
talo
-heksoza
Ketozy ła
ń
cuchowe
D
-erytruloza
D
-
glicero
-2-tetruloza
D
-rybuloza
D
-
erytro
-2-pentuloza
D
-ksyluloza
D
-
treo
-2-pentuloza
D
-fruktoza(lewuloza)
D
-
arabino
-2-heksuloza
D
-aluloza(psykoza)
D
-
rybo
-2-heksuloza
D
-sorboza
D
-
ksylo
-2-heksuloza
D
-tagatoza
D
-
likso
-2-heksuloza
D
-sedoheptuloza
D
-
altro
-2-heptuloza
134
Konfiguracja monosacharydów
Monosacharydy, jako zwi
ą
zki optycznie czynne, wyst
ę
puj
ą
w dwóch szere-
gach konfiguracyjnych
D
i
L
, które mo
Ŝ
na wyprowadzi
ć
z odpowiednich enancjo-
merów aldehydu glicerynowego. Aldehyd glicerynowy posiada jeden w
ę
giel asy-
metryczny, dlatego jego dwa stereoizomery s
ą
enancjomerami, czyli antypodami
optycznymi.
Enancjomery
ró
Ŝ
ni
ą
si
ę
konfiguracj
ą
, tj. przestrzennym rozmiesz-
czeniem podstawników wokół asymetrycznego atomu w
ę
gla, w ten sposób,
Ŝ
e
jedna odmiana stanowi lustrzane odbicie drugiej i ich wzory strukturalne nie daj
ą
si
ę
nasun
ąć
na siebie. Obie cz
ą
steczki aldehydu nie maj
ą
płaszczyzny symetrii, dla-
tego s
ą
cz
ą
steczkami chiralnymi. Konfiguracj
ę
monosacharydów ła
ń
cuchowych
mo
Ŝ
na przedstawi
ć
za pomoc
ą
wzorów rzutowych Fischera, tak jak je przedsta-
wiono poni
Ŝ
ej dla aldehydu glicerynowego.
H
H
C
O
C
O
H
C OH
HO
C H
CH
2
OH
CH
2
OH
aldehyd
D
-
(+)-glicerynowy aldehyd
L
-(-)-glicerynowy
Oba enancjomery aldehydu glicerynowego stały si
ę
wzorcami konfiguracji
nie tylko dla wszystkich monocukrów, ale tak
Ŝ
e i innych zwi
ą
zków optycznie
czynnych, np. aminokwasów. Przyjmuje si
ę
,
Ŝ
e je
ś
li na drodze reakcji chemicz-
nych da si
ę
przekształci
ć
dany stereoizomer aldehydu glicerynowego w inny zwi
ą
-
zek optycznie czynny (lub odwrotnie), to zwi
ą
zek ten nale
Ŝ
e
ć
b
ę
dzie do szeregu
konfiguracyjnego
D
lub
L
, zale
Ŝ
nie od formy aldehydu glicerynowego, z której
powstał (lub do której został przekształcony), bez wzgl
ę
du na to, czy skr
ę
ca on
płaszczyzn
ę
ś
wiatła spolaryzowanego w prawo, czy w lewo.
W monosacharydach zawieraj
ą
cych wi
ę
cej ni
Ŝ
jeden w
ę
giel asymetryczny
poło
Ŝ
enie grupy –OH przy ostatnim asymetrycznym atomie w
ę
gla (o najwy
Ŝ
szej
numeracji, który jest odpowiednikiem asymetrycznego atomu w
ę
gla w aldehydzie
glicerynowym) z prawej strony
ś
wiadczy o przynale
Ŝ
no
ś
ci cukru do szeregu
D
,
natomiast z lewej strony klasyfikuje monocukier do szeregu
L
.
Enancjomery maj
ą
jednakowe własno
ś
ci fizyczne i chemiczne, gdy s
ą
ba-
dane w achiralnym
ś
rodowisku. Ró
Ŝ
ni
ą
si
ę
natomiast własno
ś
ciami optycznymi
oraz swym zachowaniem biologicznym. Ró
Ŝ
nice we własno
ś
ciach optycznych obu
enancjomerów polegaj
ą
na skr
ę
caniu płaszczyzny
ś
wiatła spolaryzowanego w prze-
ciwnych kierunkach, lecz o k
ą
ty o tej samej warto
ś
ci. Enancjomer, który skr
ę
ca
ś
wiatło zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara oznacza si
ę
(
+
), czyli jest prawo-
skr
ę
tny, a enancjomer skr
ę
caj
ą
cy
ś
wiatło w kierunku przeciwnym oznacza si
ę
zna-
kiem (
-
), czyli jest lewoskr
ę
tny.
Ró
Ŝ
nice w zachowaniu biologicznym enancjomerów wynikaj
ą
z faktu,
Ŝ
e
organizmy
Ŝ
ywe, jako układy chiralne, przyswajaj
ą
zwi
ą
zki optycznie czynne tylko
135
[ Pobierz całość w formacie PDF ]