Polisacharydy

1. Polisacharydy, czyli znów te polimery

Jeżeli po nazwie polisacharydy nie wykminiłeś, że jest to polimer, to niestety oznacza to, że Cię zawiodłem w nauce chemii organicznej i jest mi bardzo przykro. Przecież dobrze wiesz, że notorycznie rozbrajamy te nazwy na czynniki pierwsze. Sacharydy to przecież cukry, a poli- oznacza, że jest ich wiele. W coś takiego bawiliśmy się już przy okazji hydroksykwasów, więc jeśli masz ochotę to przypomnij sobie.

W cząsteczkach polisacharydów charakterystyczne będzie wiązanie O−glikozydowe. Literka O wskazuje na to, że wiązanie jest przez tlen[1].

Przykład dwucukru (maltoza) oraz polisacharydu (celuloza). Święcące się na żółto wiązania to właśnie wiązania O−glikozydowe.

2. Maltoza, sacharoza i celobioza

Żeby jednak od razu nie przesadzać, to zaczniemy od dwucukrów[2]. Te które trzeba znać zestawiono w tabeli wraz z ich charakterystycznymi właściwościami. Niestety, ale mamy tutaj trochę pamięciówy. Zajmijmy się po kolei każdym cukrem.

DwucukierMaltozaSacharozaCelobioza
Z czego
się składa?
Dwie cząsteczki
D−glukozy
D−glukoza +D−fruktozaDwie cząsteczki
D−glukozy
Jakie jest
wiązanie?
wiązanie α−1,4 glikozydowewiązanie α, β−1,2− glikozydowewiązanie β−1,4 glikozydowe

Hydroliza
Otrzymywana z
hydrolizy skrobi.
Jej hydroliza daje mieszaninę
fruktozy i glukozy (tzw.cukier inwertowany).
Powstaje z hydrolizy celulozy.

Właściwości
Substancja stała, dobrze rozp. w wodzie.Bezwonna, bezbarwna, krystaliczna substancja stała. Bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie.Nieprzyswajalna
przez człowieka.
Czy jest to cukier
redukujący?
TakNieTak
Porównanie dwucukrów, które musisz znać

Maltoza jest połączeniem dwóch cząsteczek D−glukozy, dlatego też zaczynamy od ich narysowania w projekcji Hawortha. Połączenie dwóch cząsteczek cukru to reakcja kondensacji, bo tworzy się jedna większa cząsteczka, a wydziela się woda. Numeracja atomów węgla pozostaje taka sama jak wcześniej, a zatem patrząc na nazwę wiązanie α−1,4 glikozydowe, wiemy poprzez które atomy węgla mają się łączyć ze sobą nasze dwie cząsteczki glukozy. Literka alfa określa nam natomiast jak mają być ułożone grupy względem siebie.

Tworzenie cząsteczki maltozy możemy napisać także w postaci wzorów sumarycznych :

C6H12O6 + C6H12O6 ⟶ C12H22O11 + H2O

Nietrudno się domyśleć, że skoro maltoza jest połączeniem dwóch cząsteczek glukozy, to jej hydroliza da… dwie cząsteczki glukozy! Hydroliza ta może zachodzić w środowisku kwaśnym lub może być katalizowana przez enzymy[3].

Hydroliza maltozy : schemat reakcji

Mega uważny i zdolny czytelnik zauważy już dokładnie o co chodzi z tym nazewnictwem wiązań, bo nie ma co ukrywać, że nie jest to super intuicyjne i człowiek może mieć wątpliwości czy to jest alfa czy beta. Chodzi o to, żeby w pierwszej cząsteczce cukru (narysowanej tutaj od lewej strony) było ułożenie alfa, co zostało zaznaczone na rysunku powyżej. 

Czas na celobiozę. Jest łatwo i przyjemnie, bo również jest to połączenie dwóch cząsteczek glukozy, a zmienia się jedynie sposób połączenia, bo zamiast wiązania α−1,4 − glikozydowe mamy wiązanie β−1,4 − glikozydowe :

Na koniec zrobimy sacharozę, która jest połączeniem glukozy i fruktozy. Tutaj mamy najbardziej skomplikowane wiązanie O−glikozydowe jakie poznamy. W sacharozie będzie wiązanie  α, β−1,2− glikozydowe, więc zarówno jeden jak i drugi cukier mają sprecyzowane ułożenie grup. Pierwszy cukier ma mieć ułożenie alfa, drugi beta.

Sacharoza jest absolutnie najtrudniejsza do ogarnięcia

Kilka wdechów, spokojnie. Aby ogarnąć to, co tutaj się dzieje trzeba zająć się jeszcze raz fruktozą. Musieliśmy ją tutaj przerysować, ponieważ będziemy ją łączyć z glukozą poprzez węgiel numer dwa, więc chcemy żeby węgiel numer 1 z glukozy był po prawej stronie, a węgiel numer 2 z fruktozy po lewej, żeby dało się je połączyć.

3. Polisacharydy (celuloza, amyloza oraz amylopektyna)

Jejku, ja już sam nie mam siły… Płakać mi się chce widząc kolejne trzy cukry do zrealizowania, a to jeszcze polisacharydy. Wyobraźcie sobie, ile tutaj jest rysowania… Mija właśnie dwudziesta godzina sklejania tego podrozdziału i muszę się już pożalić.

Polisacharydamylozacelulozaamylopektyna
Z czego powstaje?z glukozyz glukozyz glukozy
Jakie jest
wiązanie?
wiązanieα−1,4 glikozydoweWiązanie β−1,4 glikozydowe.Dodatkowo łańcuchy łączą się wiązaniami wodorowymiwiązanieα−1,4 glikozydowe orazα−1,6 glikozydowe
Charakterystykaskładnik skrobiNierozpuszczalna w wodzieskładnik skrobi
Czy jest to cukier
redukujący?
nienienie
Polisacharydy : porównanie
Budowa cząsteczki amylozy. Po lewej mamy zapis ,,polimerowy” , natomiast po prawej narysowano fragment amylozy. Pokazano trzy cząsteczki glukozy połączone ze sobą wiązaniem α−1,4 glikozydowym.
Budowa cząsteczki celulozy. Analogicznie jak wyżej, po lewej przedstawiono celulozę w formie polimeru, natomiast po prawej rozrysowano jej fragment z zaznaczeniem wiązań β−1,4 glikozydowych.

Na koniec amylopektyna, która bez wątpienia jest najbardziej skomplikowana. Jest ona połączeniem cząsteczek glukozy, problem jest taki, że cząsteczka jest rozgałęziona. Można powiedzieć, że mamy tam główny łańcuch, w którym dominuje wiązanie α−1,4 glikozydowe i raz na jakiś czas od cząsteczki glukozy odejdzie ,,boczny łańcuch”, w których są połączenia α−1,6 glikozydowe. Poniżej na rysunku u góry przedstawiono schematycznie fragment amylopektyny z pokazanym głównym łańcuchem, od którego odchodzą boczne łańcuchy. Czerwona kropka oznacza właśnie przykładowe połączenie głównego łańcucha z jego rozgałęzieniem poprzez wiązanie  α−1,6 glikozydowe. Zwróć także uwagę na ,,inny zapis” cukrów[4] .

Amylopektyna

4. Jak zidentyfikować skrobię ?

Skrobia jest bezwonną substancją stałą o białej barwie. Nie rozpuszcza się w zimnej wodzie, natomiast w gorącej pęcznieje (kleik skrobiowy). Można ją wykryć w reakcji z tak zwanym płynem Lugola, który zawiera jod tworzący z amylozą a (która przecież jest składnikiem skrobi) związek kompleksowy o charakterystycznej ciemnoniebieskiej barwie.

Znaczek ✕ oznacza ogrzewanie. 

[1] Analogicznie można wyróżnić wiązanie N−glikozydowe czy S−glikozydowe. To pierwsze występuje w DNA czy w znanej Ci też na pewno cząsteczce ATP, a więc ważne sprawy, natomiast drugie również spotkamy w biochemii, przykładem może być związek o nazwie sinigrina.

Przykład wiązania N−glikozydowego oraz S−glikozydowego

[2] Dwucukry można by także zaliczyć do oligosacharydów. Oligo znaczy kilka, tak od 2 do 10. Podobnie można by mówić o oligopeptydach złożonych z paru aminokwasach.

[3] Tak jak biologię mało kto lubi, tak jeden jedyny dział się w miarę broni, czyli człowiek. Więc mam mglistą nadzieję, że kojarzysz z trawienia cukrów enzym maltazę albo chociaż amylazę?  

[4]  Zapisywanie policukrów uwzględniając wiązania alfa/beta jest problematyczne, co można było zobaczyć na przykładzie celulozy, która szybko wędrowała ,,do góry”. Dlatego wprowadzono taki alternatywny sposób zapisu, gdzie po prostu zagina się to wiązanie glikozydowe. Jest to wygodne, chociaż nie jestem wielkim fanem tego zapisu, bo we wzorach szkieletowych każde zagięcie linii oznacza przecież atom węgla, a taki zapis zatem ,,wprowadziłby” dwa nowe atomy węgla, których oczywiście tam nie ma. Jeśli tylko zdajesz sobie z tego sprawę, to wszystko jest ok. 

Alternatywny sposób pokazania wiązań glikozydowych

Leave a Reply

%d bloggers like this: