Sacharidy
Chémia
Organické látky tvoriace živú hmotu
Sacharidy (cukry, glycidy)
Starší názov používaný ešte v zdravotníctve je aj uhľohydráty, alebo uhľovodany. Kedysi sa uvažovalo, že ich chemické zloženie možno vyjadriť všeobecným vzorcom Cn(H2O)n, kde ich základom je uhlíkatý reťazec na ktorom sú naviazané molekuly vody (atómy –H a –OH skupiny). Odtiaľ názov uhľohydráty, ktorý je však nesprávny. Potom by k sacharidom mohli patriť C2(H2O)2, čo je kyselina octová CH3-COOH, alebo C3(H2O)3 kyselina mliečna, lebo im vyhovuje tento všeobecný vzorec, čo sa však empiricky vylučuje. Sacharidy ako prírodné organické látky delíme na:
- jednoduché sacharidy
- zložené sacharidy
A. Jednoduché voláme monosacharidy a tvorí ich jedna ucelená molekulová jednotka) a patria sem napríklad ribóza, 2-deoxyribóza, arabinóza, glukóza, fruktóza. A1. Podľa počtu atómov uhlíka (majú minimálne C3) ich delíme na triózy (C3), tetrózy (C4), pentózy (C5), hexózy (C6) atď. Najzaujímavejšie sú práve pentózy a hexózy, nakoľko sú dôležité pre výživu (glukóza a fruktóza) a pre dedičnosť (ribóza a 2-deoxyribóza).
Podľa funkčných skupín rozdeľujeme monosacharidy na aldehydické, tzv. aldózy a ketonické ketózy. Aldehydické monosacharidy majú okrem niekoľkých hydroxylových skupín –OH, aj jednu aldehydickú skupinu –CHO, ketonické monosacharidy majú okrem niekoľkých hydroxylových skupín –OH, funkčnú skupinu ketonickú >C=O .
B. Zložené sacharidy, ktoré obsahujú 2-9 molekúl monosacharidov, viazaných chemickými väzbami označujeme oligosacharidy. Patrí sem napríklad repný cukor sacharóza, je zložená z 2 molekúl a to z molekuly glukózy a z molekuly fruktózy, sladový cukor maltóza má chemické zloženie (glukóza + glukóza) a napokon mliečny cukor: laktóza sa skladá dvoch molekúl (glukóza+galaktóza). Všetky tri uvedené zlúčeniny sú zároveň disacharidy.
Zložené sacharidy z 10 a viac monosacharidov voláme polysacharidy. Najznámejšie z nich sú: škrob, inulín, chitín, glykogén tzv. živočíšny škrob, celulóza a iné.
Sacharidy sa tvoria počas fotosyntézy v telách živých zelených rastlín. Zo vzdušného oxidu uhličitého CO2 a vody H2O za prítomnosti zeleného farbiva chlorofylu v chloroplastoch vzniká pôsobením slnečnej energie (+E), glukóza C6H12O6.
Obr. 1 Schéma a chemická rovnica fotosyntézy
Tento chemický dej je dobre známa fotosyntéza, alebo všeobecnejšie: asimilácia. Na vznik každej molekuly glukózy sa spotrebuje Q = + 2822 kJ slnečnej energie (endotermická, endergonická reakcia). Reakčné teplo Q má kladnú (+) hodnotu, lebo energia (E) sa reakčnej sústave dodáva. Fotosyntéza sa pokladá z hľadiska existencie života za najdôležitejší proces na Zemi. Pri fotosyntéze sa vytvárajú z anorganických látok organické látky, ktoré spotrebúvajú pri svojejvýžive heterotrofné organizmy (živočíchy + parazitické mikroorganizmy).
Fotosyntetizujúce organizmy (autotrófne) za rok fixujú z atmosféry obrovské množstvo ton uhlíka. Súbežne s procesom väzby CO2 sa do atmosféry uvoľňuje kyslík, čím sa udržuje jeho pre život potrebná koncentrácia vo vzduchu. Glukóza C6H12O6 sa v rastlinnom tele mení na škrob (amylum) a celulózu (cellulosum). Škrob sa ukladá v telách rastlín a to v plodoch (ovocie), semenách (proso, ryža, obilie) a hľuzách (zemiak). Je zásobnou látkou rastlín, má zrnitú štruktúru. Škrobové zrnká majú charakteristický tvar a veľkosť, podľa druhu rastliny z ktorej pochádzajú. Pod mikroskopom možno jednotlivé druhy škrobu dobre rozlíšiť. Celulóza na rozdiel od škrobu má vláknitú štruktúru (ľan, konope, juta, bavlna).
Passeridae – vrabcovité,
Estrildidae – strnádkovité,
Fringillidae – pinkovité, kde patria pre mnohých nás obľúbené, spevavé, postavové, ako aj lipochrómové a melanínové farebné kanáriky.
Podobne aj pre ďalšie známe čeľade Ploceidae – pletiarkovité, Cardinalidae – kardinálovité je škrob v zrnách a semenách kultúrnych i divokých tráv (proso, obilie, ryža, kukurica, mohár, čumíza) okrem iného hlavným zdrojom obživy. V období odchovu sú nevyhnutnou zložkou potravy aj živočíšne bielkoviny, hlavne vaječná zmes a hmyz. Bez ktorého je len ťažko predstaviteľný odchov stehlíkov, čížikov, alebo hýľov. Škrob sa s potravou dostáva do tela živočíchov, kde sa v tráviacom systéme hydrolyticky a enzymaticky štiepi späť na glukózu, potrebnú na životné deje. Pri nich sa glukóza oxiduje na vodu a oxid uhličitý (Krebsov cyklus), pričom sa energia (E) uvoľňuje. Oxid uhličitý sa vydýchnutím vráti do vzduchu. Toto sa môže označiť ako kolobeh uhlíka v prírode.
Proces dýchania, spaľovania, odbúravania je proces disimilácie (exotermická, exergonická reakcia), teda opak asimilácie.Reakčné teplo je rovnako veľké, Q = 2822 kJ má však zápornú (-) hodnotu, lebo E (energia) z reakčnej sústavy sa uvoľňuje, t.j. odchádza. Platí tu 1. termochemický zákon: reakčné teplo priamej a protichodnej chemickej reakcie je rovnako veľké, líši sa len znamienkom (+ alebo -).
Monosacharidy za určitých podmienok strácajú vlastnosti aldehydov alebo ketónov. Dochádza k vnútromolekulovejcyklizácii, za súčasného odštiepenia molekuly vody. Vznikajú pritom pyranózy (šesťčlánkové), alebo furanózy(päťčlánkové) heterocyklické zlúčeniny. Pojem heterocyklická zlúčenina má v názve, že cyklus nie je rovnorodý homogénny, ale nerovnorodý heterogénny. Pyranózy vznikajú pri spojení atómov uhlíka (C1) s (C5) cez atóm kyslíka v aldózach a pri spojení atómov uhlíka (C2) s (C6) cez atóm kyslíka v ketózach. Napríklad: glukopyranóza, fruktopyranóza. Pri spájaní atómov uhlíka (C1) s (C4) cez atóm kyslíka v aldózach a pri spojení (C2) s (C5) cez atóm kyslíka v ketózach produktom sú vznikajúce furanózy. Napríklad: glukofuranóza, fruktofuranóza atď.
Heterocyklická forma molekuly glukózy, glukopyranóza. Je to spojenie atómov uhlíka (C1) s (C5) cez atóm kyslíka. Vo vzorci glukopyranózy (obr. 4.2) čísla 1 – 6 označujú atómy uhlíka (C6 je mimo cyklu). Šesťčlánkový heterocyklus je tu vytvorený zo šiestich atómov. Z piatich atómov uhlíka + jedného atómu kyslíka.
Obr. 2 Schéma vzniku glukopyranózy vnútromolekulovou cyklizáciou
Obr. 3 Glukopyranóza ako heterocyklická zlúčenina
Okrem glukózy (aldohexóza) a fruktózy (ketohexóza) si z monosacharidov zaslúžia pozornosť aj dve pentózy. Sú to predovšetkým: ribóza, päťuhlíkatý aldehydický monosacharid (aldopentóza) a 2-deoxyribóza, veľmi podobná ribóze, len na C2 má o jeden atóm kyslíka menej = (2- je poloha, de- znamená bez, oxy- znamená kyslík). V polohe 2 chýba kyslík.
Ribóza a 2-deoxyribóza, sú základom štruktúry nukleových kyselín DNA a RNA.
Obr. 4 Ukážky furanóz: ribózy a 2-deoxyribózy
Päťčlánková heterocyklická forma ribofuranózy a 2-deoxyribofuranózy. V obidvoch prípadoch je spojenie atómov uhlíka (C1) s (C4) cez atóm kyslíka. Ale o nukleových kyselinách niekedy nabudúce.
Obrázky sú dostupné na internete. Pozri farebné kanáriky na:
Autor: RNDr. Ondrej Molčan