Sacharidy2. cvičení Biochemie

Luboš Paznocht

Význam sacharidů v přírodě

• Stavební látky -> cellobiosa, celulosa, pektin, (vláknina-rozp. nerozp.)

(deoxy)ribosa - (DNA) RNA

• Zdroj energie -> glukosa (hroznový cukr), fruktosa (ovocný cukr), sacharóza (řepný cukr), maltosa (sladový cukr), laktosa (mléčný cukr)

1 g cukru (sacharidů) = 17 kJ (4 kCal) (tuk 9, protein 4, alk. 7)

• Zásoba energie – škrob (GLUn), glykogen (GLUn), inulin (GLU-FRUn)

-> kde? v čem?

Fotosyntéza6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

světelná (fotochemická) – energie světelných kvant => makroergní vazby

ADP + P ATP

temnostní (chemická) - redukce CO2za pomoci energie ATP a vodíku v NADPH

fotolýza vody

2 H2O 4H+ + 4e- + O2

+ E

Sacharidy - rozdělení

počet C triosytetrosypentosyhexosy

monosacharidyoligosacharidy fční sk. polyhydroxyaldehydy

-> aldózy (glukosa)polysacharidy polyhydroxyketony

-> ketózy (fruktosa)

Sacharidy

Jednoduché (monosacharidy)

Složené (glykosidy)

dle počtu uhlíků

tetrosy

triosy

pentosy

hexosy

heptosy

aldosy

ketosy

vlastní monosacharidy

deriváty monosacharidů

cukerné alkoholy

cukerné kyseliny

estery cukrů

aminocukry

deoxycukry

heteroglykosidy

hologlykosidy oligosacharidy

polysacharidy

Izomerie sacharidů

D x L izomerie poloha -OH na posledním *C

furanosa x pyranosa počet atomů v heterocyklu

α x β anomerie poloha poloacetalového -OH

epimerie uspořádání -OH na 2.-3.(4.)C

aldosa x ketosa druh karbonylové funkční sk.

Jednoduché sacharidy

D x L (optické izomery = antipody = enantiomery)

D => „doprava“-> poloha hydroxylové sk. na posledním chirálním uhlíku od hl. funkční sk.

! neplést s pravo- a levotočivostí !

pravotočivé isomery (+), levotočivé (-)

- racemát – opticky inaktivní (+):(-) = 1:1

D (+) glukosa vs. D (-) fruktosa

z latiny dexter -> dextrosa (v ang.lit.)

*

*

**

D x L analogicky jako u AMKpředmět a obraz v zrcadle

D-glukosa L-glukosa

Polarimetrie

• měření úhlu otočení roviny polarizovaného světla

Refraktometrie

• refraktometr

ALDOSY

D-řada

„doprava“

pentosy

hexosy

Pravidla: - aldosy odvozeny od glyceraldehydu (3 C)- přidat další C hned za karbonylovou sk. prvně napravo potom nalevo

al-a-glu-ma-gul-i-ga-ta

tetrosy

vložení vždy dalšího HC-OH- stejně jako u aldos, hned za hl. funkční sk. tedy C=OKETOSY

Vzorce

Fisherovy Tolensovy Haworthovy

forma sacharidu v roztoku

1 1

1

2

2 2

poloacetálový hydroxyl -> redukční vlastnosti

2

3

4

5

6

furan pyran

α – OH sk. na C1 vpravoβ – OH sk. na C1 vlevo

„co je napravo, je v Hawortově vzorci POD rovinou cyklu“

C1 = anomerní uhlík -> anomery

Ještě jednou

prostorová konformace

židličková vaničková

Mutarotace: ustavení rovnováhy v roztoku

38 % 62 %

méně než 0,3 %

0,0025 %

Rozdíl D x L izomerypředmět a jeho obraz v zrcadle

D – izomery

Fischer, Tollens vpravo -> Haworth dole

(resp. vlevo -> nahoře)

α => poloacetalový hydroxyl (-OH na C1) souhlasí s –OH na posledním *C tj. C5 oba vpravo

cyklická forma -> dole (pod rovinou cyklu)

β => poloacetalový hydroxyl (-OH na C1) nesouhlasí s –OH na posledním *C tj. C5 (na C1 vlevo, na C5 vpravo)

cyklická forma -> nahoře (nad rovinou cyklu)

L – izomery

Fischer, Tollens vpravo -> Haworth dole

(resp. vlevo -> nahoře)

α => poloacetalový hydroxyl (-OH na C1) souhlasí s –OH na posledním *C tj. C5 oba vlevo

cyklická forma -> nahoře (nad rovinou cyklu)

β => poloacetalový hydroxyl (-OH na C1) nesouhlasí s –OH na posledním *C tj. C5 (na C1 vpravo, na C5 vlevo)

cyklická forma -> dole (pod rovinou cyklu)

Monosacharidy

glukosa fruktosa galaktosa ribosa

triviální názvy 2-deoxyribosa

význam, výskyt

glykemie

Cukerné alkoholy• Redukcí karbonylové sk. na alkoholovou

• (ketosy – redukcí – nový *C –> 2 alkoholy)

D-fruktosaD-mannitol D-glucitol D-glukosa

Cukerné kyseliny• Aldosy – mírná oxidace – oxidace aldehydické sk. na karboxylovou

-> aldonové kyseliny

- další oxidace – oxidace primárně alkoholové sk.

-> aldarové kyseliny (dikarboxylové)

-CHO -COOH

oxidace

D-glukarová kyselina D-glukuronová kyselina

Deoxycukry

2-deoxyribosa -> význam?2-deoxyglukosa (inhibitor metabolismu glukosy)

Náhrada hydroxylové sk. atomem vodíku

1

23

4

5

? ?

AminocukrySubstituce hydroxylové sk. (-OH) aminoskupinou (-NH2)

D-glukosamin (chitosamin) – součást chitinu (viz. polysacharidy)

D-galaktosamin (chondrosamin) – součást disacharidu chondrosinu

Chondrosin = chondrosamin + glukuronová kys.

α-D-galaktosaminglukuronová kyselina

O

chondrosin

Estery cukrů

• Nejčastěji s kyselinou fosforečnou -> fosforylace

- meziprodukty metabolismu

dále i se sírovou k.

Glykosidická vazba, glykosidy

• Glykosidy = sl. vzniklé kondenzací monosacharidu a sacharidu nebo aglykonu

• Glykosidická vazba: O nebo N

• O-glykosidická vazba (př. di-, oligo-, poly-sacharidy)

α dle sacharidu, který do vazby poskytuje

β poloacetalový hydroxyl

1,1 glukosid

1,4 galaktosid, …

1,6

anthokyany

- přírodní barviva

- antioxidanty

kyanidin-3-glukosid

Glykosidická vazba, glykosidy

• N-glykosidická vazba (př. ribosa + adenin adenosin)

H2O

Disacharidy

sacharosa D-glukosa + D-fruktosa(α-D-glukopyranosyl-β-D-froktofuranosid)

laktosa D-glukosa + D-galaktosa(4-O-β-D-galaktopyranosyl-D-glukopyranosa)

maltosa D-glukosa + D-glukosa(vazba α-1,4) (4-O-β-D-glukopyranosyl-D-glukopyranosa)

cellobiosa D-glukosa + D-glukosa(vazba β-1,4) (4-O-β-D-glukopyranosyl-D-glukopyranosa)

Určení typu vazby dle obr.

Sacharosa

• Hydrolýzou -> směs monosacharidů

tzv. invertní cukr

inverze (změna) otáčivosti z (+) na (-)

sacharosa (+) -> glukosa (+) a fruktosa (-)

celkově (-)

Laktosa

• Typ vazby

• Štěpení

• laktosová: intolerance x alergie

• příčiny, důsledky

Maltosa

• enzymatické štěpení škrobu

•

oligosacharidy (2-10 jednotek)

• spojením 2 molekul monosacharidů, odštěpení vody- O glykosidická vazba

vazba:α-1,1-O glykosidická

α-1,4-O glykosidická

(př. maltosa)

neredukující

redukující(volný poloacetálový hydroxyl)

1

vazba: β-1,4-O glykosidická

různé formy zápisu, téhož vzorce (látky)

Polysacharidy• až 1000 cukerných jednotek

• zásobní a strukturní funkce

škrob

dextriny

glykogen

inulin

celulosa

chitin

rozdíl: škrob x celulosa

(molekula, stravitelnost, funkce)

Škrob

2 frakce:

amylosa = lineární řetězec glukosových j.

α-D-glukopyranosy

α-1,4-O glykosidická vazba

amylopektin = větvená molekula

lineární část α-1,4-O

větvení α-1,6-O

- různý poměr amylosa : amylopektin

(brambory 1:4)

Celulosa

• nerozpustná ve vodě

polymer glukosových jednotek

β-D-glukopyranosy

celulosa β-1,4-vazba škrob/glykogen α-1,4-vazba

• glykogen

Chitin

• polymer N-acetylglukosaminových jednotek

• typ vazby ? β-1,4-O glykosidická

• Homopolysacharidy: -glukosa-glukosa-glukosa-…

• Heteropolysacharidy: -glukosa-fruktosa-glukosa-fruktosa-…

mono-

di-

poly-

• Téma: SACHARIDY

• Praktická úloha: Příprava rostlinného materiálu ke stanovení obsahu sacharidů podle Nelsona.

• Praktická úloha: Stanovení redukujících sacharidů v rostlinném materiálu dle Nelsona

Stanovení redukujících sacharidů v rostlinném materiálu dle Nelsona

řepný nebo třtinový?

Stanovení redukujících sacharidů v rostlinném materiálu dle NelsonaPrincip metody:

Glukóza redukuje alkalický roztok měďnaté soli na oxid měďný, jehož množství je přímo úměrné koncentraci glukózy. Roztok kyseliny arsenomolybdenové, přidaný do reakčního média, je oxidem měďným redukován na modré sloučeniny pětimocného molybdenu, které lze stanovit spektrofotometricky.

Spektrofotometrie (UV/VIS)

Princip: měření absorbance vzorku (pohlcování světla určité vlnové délky λ)

obsah analytu – kalibrační graf

Lambert-Beerův zákon: A = ε . d . c A …. absorbance (x transmitance)

ε .... absorpční (extinkční) koeficient

d …. tloušťka kyvety

c …. koncentrace analytu

zdroj monochromátor kyveta detektor

d

primární světlosekundární světlo

měření: Amax -> při vlnové délce světla, kdy daný analyt vykazuje maximální absorbanci; 660 nm

proměření spekter

Příprava kalibrační křivky

koncentrace STDGLU(µg.ml-1)

A (660 nm)

0 00,1 0,071 0,19

2,5 0,385 0,75

10 1,35

slepý vzorek (blank)

známá koncentrace STD

naměřená A daného STD

naměřená A vzorku

z grafu odečtená koncentrace vzorku

y = ax + b

x

y

Výpočet:

navážka (g) …………… 250 ml

x podíl (g)………………. 1 ml

koncentrace z kalibrační přímky (μg/ml) proto

x podíl (g) ……………… „c“ GLU (μg/ml)

100 g ………………………. x (μg)

x = ….. (mg/100 g)

Spekol 11

1. Spustit -> 0 – I

2. Nastavení vlnové délky

3. Měření extinkce = zeslabení záření vlivem pohlcení

pozn.: extinkce je způsobena rozptylem a absorpcí světla

4. Vložení kyvety

5. Nulování proti slepému vzorku

6. Odečtení hodnoty absorbance

12

3

4

5

6

Důkaz redukujících cukrů

• Fehlingovo činidlo => vodný roztok pentahydrátu síranu měďnatého (= modrá skalice) + alkalický roztok vinanu sodno-draselného (1:1)

Cu2O – červeno-hnědý prášek, nerozpustný ve vodě

Cu++Cu2O Cu2O

Důkaz redukujících cukrů

• Tollensovo činidlo = amoniakální roztok hydroxidu stříbrného Ag(NH3)2OH

-CHO + T.č. -> -COOH + Ag => stříbrná sraženina

pozitivní reakce

Ag

Glykolýza

GLUKÓZA-1-P

GLUKÓZA

GLUKÓZA-6-P FRUKTÓZA-6-P FRUKTÓZA-1,6-bP

DIHYDROXYACETON-P

GLYCERALDEHYD-3-P

hydratovaná forma GLYCERALDEHYD-3-P1,3-bP-GLYCERÁT3-P-GLYCERÁT

2-P-GLYCERÁT FOSFOENOLPYRUVÁT ENOLPYRUVÁT PYRUVÁT

glukóza

CH2 – O – P

glukóza-6-P

– P

glukóza-1-P

P –

fruktóza-6-P

P –

– P

fruktóza-1,6-bP

ATP

ADPfosforylace, aktivace

např. produkt štěpení glykogenu

glukózafosfát-izomeráza

ATP ADP

fosfofruktokinasa

P –

– P

fruktóza-1,6-bP

Haworthovaprojekce

Fisherovaprojekce

CH2 – O – P

C = O

HO – C H

H C – OH

H2C – O – P

H C – OH

fruktóza-1,6-bP

CH2 – O – P

C = O

CH2 – OH

dihydroxyaceton – P

H C = O

H2C – O – P

H C – OH

glyceraldehyd – 3 – P

2

H C

H2C – O – P

H C – OH

hydratovaná forma glyceraldehyd – 3 – P

OH

OH

H C

H2C – O – P

H C – OH

hydratovaná forma glyceraldehyd – 3 – P

OH

OH2

C

H2C – O – P

H C – OH

1,3 –bP – glycerát

O

O – P

2C

H2C – O – P

H C – OH

3 - fosfoglycerát

O

OH2

C

H C – O – P

H2C – OH

2 - fosfoglycerát

O

OH2

C

C – O – P

CH2

fosfoenolpyruvát

O

OH

2C

C – OH

CH2

enolpyruvát

O

OH

2

C

C = O

CH3

pyruvát

O

OH

2

2 NAD+ 2 NADH + 2H+

2 H3PO4 2 ADP 2 ATP

+ 2 H2O

enolasa

ATP, NAD

ATP, NAD2 ADP 2 ATP

pyruvátkinasa

další zpracování PYRUVÁTU citrátový (Krebsův ) cyklus

C

C = O

CH3

O

OH

C

C = O

CH3

O

OH

mléčné kvašení

alkoholové kvašení

NAD+NADH

laktát-dehydrogenasa

C

H C – OH

CH3

O

OH

mléčná k.

C

CH3

O

H

acetaldahyd

H2C – OH

CH3ethanol

CO2

pyruvát-dekarboxylasa

NAD+NADH

alkohol-dehydrogenasa

Citrátový cyklus

C

C = O

CH3

O

OH

+

H3C – CS – CoA

O

acetyl-CoA

oxalacetát

O = C – COOH

H2C – COOH

HO – C – COOH

H2C – COOH

H2C – COOH

citrát

C – COOH

HC – COOH

H2C – COOH

cis-akonitát

– H2O

akonitát-hydratasa

H2C – COOH

HO – HC – COOH

H2C – COOH

isocitrát

+ H2O

C H2

O = C – COOH

H2C – COOH

2-oxoglutarát

NAD (P)+NAD (P) H + H+

isocitrát-dehydrogenasa

CO2

C H2

O = C – S – CoA

H2C – COOH

sukcinyl – CoACoA – SH CO2

NAD+NADH + H+

C H2

O = C – S – CoA

H2C – COOH

sukcinyl – CoA

CoA – SH

GDP+P GTP

ADPATP

H2C – COOH

H2C – COOH

sukcinát

HC – COOH

HOOC – CH

fumarát

HC – COOH

HO – CH – COOH

malát

FAD

FADH2

+ H2O

oxalacetát

O = C – COOH

H2C – COOH

Využití pro reakci s acetyl CoA