Szénhidrátok (Carbohydrates)

Szénhidrátok

Def.: Polihidroxi aldehidek vagy ketonok, vagy olyan vegyületek, melyek hidrolízisével polihidroxi aldehidek vagy ketonok keletkeznek.

Összetétel

• Elemi összetétel:
  
  - Mindegyik tartalmaz szenet (C), hidrogént (H) és oxigént (O).
  - Tartalmazhat nitrogént (N) {pl. kinin}, gyakoriak a foszfátészter-származékaik is.
  
  
• Összegképlet:
  
  - Általában C_n(H₂O)_m formában írható fel.
  
  

Funkcióscsoportok

• polihidroxi vegyületek,
  
• nyíltláncú formájuk oxocsoportot tartalmaz,
  
• gyűrűs alakjuk és a di-, valamint a poliszacharidok étercsoportot is tartalmaznak.
  
  

Elnevezés

A nevet -óz képzővel kell ellátni.

Csoportosítás

MONOSZACHARIDOK	DISZACHARIDOK	OLIGOSZACHARIDOK	POLISZACHARIDOK
Hidrolízissel nem bomlanak egyszerűbb vegyületekre.	Hidrolízissel két vagy néhány monoszacharidra bonthatók.		Óriásmolekulák. Hidrolízissel sok monoszacharidra bonthatók.

Monoszacharidok

A legkisebb - C₃-C₇ - szénatomszámú, hidrolízissel tovább már nem bontható szénhidrátok, összegképletük általában C_nH_2nOn.
a

Csoportosítás

Az oxocsoport típusa szerint:

• aldóz
  
• ketóz

Szerkezetük általános jellemzői

• A formilcsoport (aldehidcsoport) láncvégi; a ketoncsoportot a természetben előforduló monoszacharidok molekuláiban mindig a második szénatom képezi!
  
• A többi szénatom általában egy-egy hidroxilcsoportot (-OH) hordoz.
  
• A láncközi H-C-OH részlet szénatomjai - mivel a molekula két vége eltérő - kiralitáscentrumok.
  
• A természetben előforduló monoszacharidok utolsóelőtti (oxocsoporttal ellentétes végétől számított második) szénatomjának konfigurációja meghatározott: pl. D-glicerinaldehid. (A D és az L konfiguráció a glicerinaldehid kétféle konfigurációjára visszavezetett relatív konfiguráció: ls. Sztereokémia c. fejezet!)

Néhány biológiailag fontos monoszacharid

A természetben a D-konfigurációjú monoszacharidok terjedtek el!

A monoszacharidok gyűrűs konstitúciója

Azok a hidroxilcsoportok, amelyek reakciójakor öt- vagy hattagú gyűrű alakulhat ki, addíciós folyamat során képes az oxocsoportot hordozó szénatomhoz kapcsolódni! A folyamatot a nukleofil ("atommagot kedvelő") oxigénatom indítja el, mely nemkötő elektronpárjával datív kötés létesítésére képes! (A triózók nem képesek gyűrű létesítésére!)

• A létrejött gyűrűs molekulában az oxocsoport hidroxilcsoporttá, ún. glikozidos hidroxilcsoporttá alakul.
  
• A glikozidos hidroxilcsoportot hordozó szénatom új kiralitáscentrumot képez!
  
• Minden gyűrűképzésre hajlamos monoszacharidnak van egy nyíltláncú és legalább két, az 1. számú szénatomon különböző konfigurációjú (alfa [aα] és béta [β]) gyűrűs molekulája!
  

A képződött, hatatomos gyűrű legstabilisabb, ekvatoriális -CH₂OH csoportot hordozó konformációjában az axiális helyzetű glikozidos hidroxilcsoportot hordozó molekula az α-D-glükóz, az ekvatoriális helyzetű glikozidos hidroxilcsoportot hordozó molekula a β-D-glükóz. A kétféle gyűrűs molekula a nyíltláncú formán keresztül alakulhat át egymásba. Az α-D-glükóz és a β-D-glükóz diasztereomerek, hisz csak egyetlen kiralitáscentrum konfigurációjában (1. szénatom, glikozidos -OH) különböznek. Ebből következik, hogy energiatartalmuk nem egyforma. A szerkezet alapján arra következtethetünk, hogy a b-anomer az alacsonyabb energiatartalmú, mert valamennyi nagy térkitöltésű csoportja (-OH, -CH₂OH) ekvatoriális helyzetű. Vizes oldatban az előfordulás aránya kb.:

A monoszacharidok tulajdonságai

Fizikai tulajdonságok

• Fehér, többnyire szilárd anyagok.
  
• Édes ízűek.
  
• Vízben jól oldódnak (hidrogénkötések kialakulása!).
  
  

Kémiai sajátságok

• Az aldózok nyíltláncú molekulái viszonylag könnyen oxidálhatók (ezüsttükör és Fehling-próba) [aldehidcsoport!].
  
  
• A nyíltláncú és a gyűrűs molekulák között vizes oldatban egyensúly áll fenn, ezért a nyílt szénláncú molekulák oxidációja miatt eltolódó egyensúly következtében a gyűrűs molekulák is felbomlanak, vagyis a monoszacharid teljes mennyisége átalakítható.
  
  
• Az oxocsoport mellett levő hidroxilcsoport lehetővé teszi a ketózok molekulán belüli átrendeződését aldózzá, ezért - a ketonoktól eltérően - a ketózok az aldózokhoz hasonlóan adják az ezüsttükör- és a Fehling-próbát.
  
  
• A monoszacharidok hidroxilcsoportjai észteresíthetők: az élő szervezet biokémiai folyamatainak fontos köztes vegyületei a cukrok foszfátészterei!

Diszacharidok

Származtatásuk

Két monoszacharidból vízelvonással:

A diszacharidok olyan szénhidrátok, amelyek savas hidrolízissel két monoszacharidra bonthatók.

Fontosabb diszacharidok

	MALTÓZ	CELLOBIÓZ	SZACHARÓZ	LAKTÓZ
Éterkötés	1. szénatom glikozidos OH-ja és a 4. szénatom OH-ja között. (1-4' éterkötés)		1. és 2. szénatom glikozidos OH-ja között.	(1-2') 1-4' éterkötés.
Térszerkezet	A két gyűrű egyenlítői síkja szöget zár be.	A két gyűrű egyenlítői síkja többé-kevésbé egybe esik.
	A molekula szerkezetét hidrogénkötések stabilizálják!
Jellemzők	Fehér, szilárd, édes, vízben jól oldódó vegyületek.
	Vizes oldatuk adja az ezüsttükörpróbát (az egyik gyűrű kinyílhat, és a szabad glikozidos OH-csoport visszaalakulhat aldehidcsoporttá).		Nem redukáló di-szacharid! (a két glikozidos -OH van kötésben!)	Redukáló diszacharid.
Előfordulás	A keményítő hidrolízisének köztiterméke.	A cellulóz hidrolízisének közti-terméke.	Gyümölcsökben, cukorrépában, cukornádban.	Tejben

Poliszacharidok

Cellulóz

• β-D-glükóz egységekből épül fel.
  
• Általános képlete: (C6H₁₀O5)n.
  
• Az egységek 1-4'-b-glikozidkötéssel kapcsolódnak össze (ls. cellobióz).
  
• Fonalszerű, lineáris molekula.
  
• A konformációt hidrogénkötések stabilizálják egyrészt az egymás után következő glükózrészek között, másrészt a láncok között (kötegekbe rendeződés).
  
• Fehér színű, íztelen, szilárd anyag.
  
• Vízben gyakorlatilag oldhatatlan.
  
• Nem redukáló! (A molekula egyetlen glükózegysége elvileg képes redukálni, de ez elenyésző hatású a molekula egészét tekintve.)
  
• Biológiai jelentősége: növényi vázanyag (sejtfal).
  
• Felhasználás: papír- és textilipari nyersanyag; filmek, lakkok, műszálak gyártása.
  
  

Keményítő

• α-D-glükózegységekből épül fel.
  
• Általános képlete: (C6H₁₀O5)n
  
• Amilóz és amilopektin egységekből épül fel!
  
• 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 szerkezetű.
  
• A konformációt hidrogénkötések stabilizálják egyrészt az egymás után következő glükózrészek között, másrészt a spirál "emeletei" között.
  
• Fehér színű, íztelen, szilárd anyag.
  
• Hideg vízben nem oldódik, forró vízben kolloid rendszert képez.
  
• Nem redukáló!
  
• Biológiai jelentőség: a növények raktározott tápanyaga.
  
  

Glikogén

• Az amilopektinhez hasonló szerkezetű, de nagyobb moláris tömegű vegyület, még gyakoribb elágazódásokkal!
  
• Biológiai jelentőség: állati tartaléktápanyag (máj, izmok).
  

Kitin

• A cellulózhoz hasonló szerkezetű.
  
• Alapegységei N-acetil-glükózamin molekulák.
  
• Biológiai jelentőség: Az ízeltlábúak és egyes férgek kültakaróját képezi.

Heparin

• Glükózamin és glükuronsav (a 6. szénatomon karboxilcsoport található!) alapegységekből épül fel.
  
• Vízoldékony.
  
• Biológiai jelentőség: alvadásgátló.

Share this: