Szénhidrátok Definíció: Szénhidrátok Polihidroxi aldehidek vagy ketonok, vagy olyan vegyületek, melyek hidrolízisével polihidroxi aldehidek vagy ketonok keletkeznek. Elemi összetétel: - Mindegyik tartalmaz szenet (C), hidrogént () és oxigént (). - Tartalmazhat nitrogént (N) {pl. kinin}, gyakoriak a foszfátészterszármazékaik is. Összegképlet: - Általában C n (2) m formában írható fel. 1 2 Szénhidrátok Funkcióscsoportok polihidroxi vegyületek, nyíltláncú formájuk oxocsoportot tartalmaz, gy!r!s alakjuk és a di-, valamint a poliszacharidok étercsoportot is tartalmaznak. Elnevezés A nevet -óz képz"vel kell ellátni. Csoportosítás MNSZACARIDK idrolízissel nem bomlanak egyszer!bb vegyületekre. DISZACARIDK LIGSZACARIDK idrolízissel két vagy néhány monoszacharidra bonthatók. PLISZACARIDK Óriásmolekulák. idrolízissel sok monoszacharidra bonthatók. 3 4 Monoszacharidok A legkisebb - C3-C7 - szénatomszámú, hidrolízissel tovább már nem bontható szénhidrátok, összegképletük általában Cn2nn. Csoportosítás Az oxocsoport típusa szerint: aldóz 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 (-) hordoz. A láncközi -C- 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: 5 6
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 képz"dött, hatatomos gy!r! legstabilisabb, ekvatoriális -C2 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. A monoszacharidok tulajdonságai 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. 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. C C 2 A monoszacharidok hidroxilcsoportjai észteresíthet"k: az él" szervezet biokémiai folyamatainak fontos köztes vegyületei a cukrok foszfátészterei! A d-glükóz gy!r!-lánc tautomer egyensúlya 15 16 C C 2 C C 2 C 2 C 2 C C 2 C C 2 C C 2 A glükóz d- és l-enantiomerje A d-fruktóz, d-glükóz, d-galaktóz és d-mannóz 17 18
Diszacharidok Fontosabb diszacharidok Származtatásuk Két monoszacharidból vízelvonással: A diszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek savas hidrolízissel két monoszacharidra bonthatók. 19 20 A maltóz és cellobióz 21 22 Poliszacharidok Cellulóz beta;-d-glükóz egységekb"l épül fel. Általános képlete: (C6105)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. 23 24
alfa-d-glükózegységekb"l épül fel. Általános képlete: (C6105)n Amilóz és amilopektin egységekb"l épül fel! Keményít! Az amilózban a-1-4'-glikozidkötésekkel kapcsolódnak a cukormolekulák; az amilopektin esetében az a-1-4'-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. ideg vízben nem oldódik, forró vízben kolloid rendszert képez. Nem redukáló! Biológiai jelent"ség: a növények raktározott tápanyaga. 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. eparin Glükózamin és glükuronsav (a 6. szénatomon karboxilcsoport található!) alapegységekb"l épül fel. Vízoldékony. Biológiai jelent"ség: alvadásgátló. 25 26