ugljeni hidrati-1-2008-9
TRANSCRIPT
UGLJENI HIDRATI
ŠEĆERI
GLICIDI
Šta su ugljeni hidrati?
• Opšta formula ugljenih hidrata je Cn(H2O)n
• Ugljeni hidrati se definišu kao
polihidroksilni aldehidi ili polihidroksilni
ketoni odnosno supstance koje hidrolizom
daju polihidroksilne aldehide ili
polihidroksilne ketone
Funkcija ugljenih hidrata
• Izvor energije za biljke i ţivotinje
• Izvor ugljenikovih atoma u metaboliĉkim
procesima
• Oblik skladištenja energije
• Strukturalni elementi ćelija, tkiva i
organizama
Podela ugljenih hidrata
• Monosaharidi – prosti šećeri – ne mogu se
hidrolizovati na prostije šećere
• Oligosaharidi – hidrolizom daju manji broj
monosaharida najĉešće 2 – 9
• Polisaharidi – hidrolizom daju veći broj
molekula monosaharida
MONOSAHARIDI• Opšta formula (CH2O)n gde je n = 3 – 7
• Podela monosaharida:
1. Prema broju C – atoma u molekulu dele
se na : trioze (3 C – atoma) tetroze (4 C
– atoma) pentoze (5 C – atoma)
heksoze (6 C – atoma)
2. Prema funkcionalnim grupama dele se
na aldoze (prisutna aldehidna grupa) i
ketoze (prisutna keto grupa)
oza na kraju reĉi oznaĉava šeĉer
C
O
H
C
C
C
C
CH2OH
OH
OHH
H
H
OHH
OH
CH OH
C
C
C
C
CH2OH
OH
OHH
H
H
OH
OH
2
ALDOHEKSOZA KETOHEKSOZA ALDOPENTOZA
C
O
H
C OHH
OH
C
C
CH2OH
OHH
H
GRUPA
ALKOHOLNAHIDROKSILNAGRUPA
ALDEHIDNA
1
2
3
4
5
6
Aldoze i ketoze
HEMIJSKE OSOBINE MONOSAHARIDA
• Hemijske osobine monosaharida
odreĊene su prisustvom aldehidne, keto i
alkoholne hidroksilne funkcionalne grupe.
• Oksidacija
• Redukcija
• Supstitucija
• Reakcija sa mineralnim kiselinama
• Esterifikacija
Oksidacijom aldehidne grupe aldoza nastaju
monokarboksilne kiseline
• Naziv ovih kiselina se
gradi dodavanjem
nastavka onska na
osnovu naziva
monosaharida npr.
Glukoza – glukonska
kiselina
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O COOH
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
[O]
GLUKOZA GLUKONSKA KISELINA
Ova reakcija se lako izvodi oksidacijom monosaharida sa
Cu2+(Felingova reakcija) i Ag+ jonima (Tolensova ili reakcija
srebrnog ogledala)
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
GLUKOZA
COOH
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
GLUKONSKA KISELINA
+
COOK
CHO
CHO
COONa
Cu + +
COOK
CHOH
CHOH
CHOH
Cu2O2 2
FELINGOVREAGENS
K,Na-TARTARAT
crvenitalog
FELINGOVA REAKCIJA
Tolensova reakcija ili reakcija srebrnog ogledala
H
H
H
H
H
HO
OH
OH
OH
H2OH
O
C
C
C
C
C
C
+ 2 [Ag(NH3)2]OH H
H
H
H
HO
OH
OH
OH
H2OHC
C
C
C
C
COO-NH4+
+ 3 2NH3 H2O Ag+ +
Oksidacijom primarne alkoholne grupe na C6 ugljeniku
nastaju “uronske kiseline” a istovremenom oksidacijom
aldehidne i C6 OH grupe nastaju “šećerne kiseline”
C O
H
C
C
C
C
COOH
OH
H
OH
OH
H
HO
H
H
GLUKURONSKA
KISELINA
COOH
C
C
C
C
COOH
OH
H
OH
OH
H
H
H
HO
GLUKO-ŠECERNA
KISELINA
Redukcijom monosaharida nastaju polihidroksilni alkoholi
PENTOZE – PENTITI HEKSOZE - HEKSITI
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
GLUKOZA
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
CH2OH
SORBITOL (HEKSIT)
[H2]
Reakcija sa kiselinama
Stereoizomerija heksoza
C O
H
CHOH
CHOH
CHOH
CHOH
CH2OH
ALDOZE IMAJU
4 HIRALNA C atoma
BROJ IZOMERA
X= 24 = 16
CH2OH
C
CHOH
CHOH
CHOH
CH2OH
O
KETOZE
3 HIRALNA C
BROJ IZOMERA
X= 23 = 8
D i L GLUKOZA
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
C
C
C
C
CH2OH
HHO
OHH
HHO
HHO
C O
H
D-GLUKOZA L-GLUKOZA
C O
H
CH
CH2OH
OH
C O
H
C HHO
CH2OH
D-GLICERINALDEHID L-GLICERINALDEHID
D- SERIJA ŠEĆERA
D – serija šećera
TAUTOMERIJA HEKSOZA
CIKLOPOLUACETALNI OBLICI
• Šećeri sadrţe u molekulu aldehidnu ili keto
funkcionalnu grupu pored alkoholne hidroksilne
funkcionalne grupe
• Ove funkcionalne mogu meĊusobno da reaguju
dajući poluacetale kada se naĊu na pogodnom
rastojanju (pentoze, heksoze)
• Reakcija se dešava tako je veoma mali udeo
šećera u formi otvorenog niza na fiziološkim
uslovima
NASTAJANJE CIKLOPOLUACETALNOG
OBLIKA
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
D-GLUKOZA
H
OH
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
HO
H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HOH
C H
O
D-GLUKOPIRANOZA
O
PIRAN
OTVORENI NIZ
CIKLO POLUACETALNI OBLIK
Postoje piranozni i furanozni poluacetalni oblici
heksoza
H
OH
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
HO
D-GLUKOPIRANOZA
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
D-GLUKOZA
OTVORENI NIZ
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
H
OHH
OH
O
1
2
3
4
5
6 1
2
3
4
5
6
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
H
OH
O
1
2
3
4
5
6
O
PIRAN
OH
OH
H
OH
OH
H
H
CHOH
CH2OH
O
FURAN
D-GLUKOFURANOZA
1
23
4
5
6
1
23
4
5
6
Prilikom formiranja ciklopoluacetalnih oblika C atom na
poloţaju 1 postaje novi hiralni centar i tako nastaju α i β
anomeri
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
OHH
O
D-GLUKOZA
OTVORENI NIZ
1
2
3
4
5
6
C
H
C
C
C
C
CH2OH
OHH
HOH
OHH
H
OH
O
1
2
3
4
5
6
H
OH
OH
H
H
OHH
OH
CH2OH
HO
1
23
4
5
6
H
OH
H
OHH
OH
CH2OH
HO
OH
1
23
4
5
6
H
D-GLUKOPIRANOZA-
D-GLUKOPIRANOZA-
UPOREDNI PRIKAZ NAĈINA PRIKAZIVANJA FORMULA
MONOSAHARIDA
KONFORMACIONE FORMULE
ANOMERI GLUKOZE SU RAVNOTEŢI
MUTAROTACIJA
FORMIRANJE GLIKOZIDA
GLIKOZIDI SU ACETALI NA ANOMERNOM UGLJENIKU
GLIKOZIDI – GLUKOZIDI (glukoza)
DERIVATI GLUKOZE
O OH
H
H
NH2
OH
H
H
OH
CH2OH
O OH
H
HOH
H
H
OH
CH2O
OH
P
O
OH
OH
O O
H
HOH
H
H
OH
CH2OH
OH
P
O
OH
OH
glukoza-6-fosfatglukoza-1-fosfat
DISAHARIDI
• Sastoje se od dva molekula monosaharida
• Monosaharidi mogu biti isti ili razliĉiti
• Povezivanje molekula monosaharida se
vrši putem O – glikozidne veze
• Osobine monosaharida zavise od vrste
monosaharida i tipa veze izmeĊu njih
(redukujući i neredukujući disaharidi)
• Kristalne supstance, rastvorljive u vodi
FORMIRANJE MALTOZE
DisaharidiDisaharidi sastavljeni od glukoze
TREHALOZA
SAHAROZA
LAKTOZA
POLISAHARIDI
• Polisaharidi su polimeri monosaharida
• Polisaharidi se razlikuju u:
• Sastavu monomera
• Tipu glikozidne veze kojom su povezane
monosahridne jedinke
• Duţini lanca i stepenu grananja
• Biološkoj ulozi
• Amorfne supstance, teško rastvorljive u
vodi
PODELA POLISAHARIDA
• PREMA SASTAVU MONOSAHARIDA
• Homopolisaharidi
• Heteropolisaharidi
• PREMA STEPENU GRANANJA
• Nerazgranati
• Razgranati
HOMOPOLISAHARIDI
• Sadrţe samo jedan tip monosaharida
• Mogu biti nerazgranati i razgranati
• Skrob, celuloza, glikogen (glukoza)
HETEROPOLISAHARIDI
• Sadrţe više vrsta monosaharida
• Mogu biti nerazgranati i razgranati
• Pektini
• Hemiceluloza
SKROB I GLIKOGEN SU REZERVNA ENERGIJA
• Najvaţniji rezerni polisaharidi su skrob kod biljaka i glikogen kod ţivotinja i ĉoveka
• Skrob sadrţi dva tipa polimera glukoze: amilozu (nerazgranat) i amilopektin (razgranat); obiĉno 15 – 25% amiloze i 75 –85% amilopektina
• Glikogen, kao i amiloza, je polimer (α 1→4) povezanih jedinki glukoze, sa (α 1→6) grananjem
• Glikogen je razgranatiji i kompaktniji od skroba
KRATAK SEGMENT AMILOZE
ZBOG KONFIGURACIJE α- ANOMERA (AKSIJALNI
POLOŢAJ) AMILOPEKTIN IMA HELIKOIDALNU FORMU
GRANANJE KOD AMILOPEKTINA
STRUKTURA AMILOPEKTINA
mesta grananja oznaĉena crveno
HIDROLIZA SKROBA
SKROB
↓DEKSTRINI
↓MALTOZA
↓GLUKOZA
SADRŢAJ SKROBA
Biljna vrsta Sadrţaj skroba (%)
Pirinaĉ 62 – 82
Kukuruz 65 – 72
Pšenica 55 – 75
Krompir 12 - 24
UPOTREBA SKROBA
• Velika većina skroba se dobija od kukuruza
• Najveći deo skoba se koristi kao hrana
(gustin, puding)
• Od skroba se dobijaju razni proizvodi:
• Glukoza
• Glukozni sirup, maltozni sirup
• Modifikovani skrobovi (lepkovi, ugušćivaĉi)
Proizvodi od skroba
PROIZVOD NAMENA
NATIVNI KUKURUZNI SKROB U PRAHU Prehrambena industrija
NATIVNI KUKURUZNI WX SKROB U PRAHU Prehrambena industrija
PREŢELATINIZIRANI SKROB Prehrambena industrija
BRIKETIN Briketiranje ugljene prašine
KARTONIN Lepak za valovitu lepenku
TEKTOPOR S-40 Tekstilna industrija - skrobljenje
TEKTOPOR S Tekstilna industrija - skrobljenje
GELOPOR Industrija papira, gipsane ploĉe
GELOPOR 30 Industrija papira, štirkanje
PAPIRIN KS 1 Industrija papira
MODIFIKAT 131 Prehrambena industrija
DEKSTRIN BELI Lepak (pošt. marke), lepljive trake
DEKSTRIN ŢUTI Lepak (pošt. marke), lepljive trake
SKROBNI SIRUP BOMBONSKI Prehrambena industrija
SKROBNI SIRUP ZA ŢVAKAĆU GUMU Prehrambena industrija
SKROBNI SIRUP SLADO Prehrambena industrija (sokovi)
HIDROLIZAT 45 Za proizvodnju piva
ISTRESAN Livaĉka industrija
ETIKOL Skrobni lepak za etikete
EKSTRAKOL Skrobni lepak za etikete i marke
CELULOZA
• Sadrţi samo molekule glukoze
• Jedinke glukoze su povezane β (1→4)
glikozidnom vezom
• Polimeri celuloze su linearni
SEGMENT STRUKTURE CELULOZE
celobioza
SEGMENT STRUKTURE CELULOZE
uloga vodoniĉnih veza i ekvatorijalnog poloţaja β anomera
u formiranju linearnih molekula celuloze
STRUKTURA CELULOZE
veze izmeĊu polimernih lanaca
STRUKTURNI MODEL CELULOZE
CELULOZA POD ELEKTRONSKIM
MIKROSKOPOM
fiberi ćelijskog zida alge Chaetomorpha melagonium
UPOTREBA CELULOZE
• Strukturni polisaharid biljaka
• Sadrţaj celuloze: suvo lišće 10%, drvo oko 50%, pamuk 98%
• Upotreba celuloze zavisi od oblika i duţine vlakana
• Lan, juta i konoplja 20 – 350 cm, pamuk 1,5 –5,5 cm, drvo 0,2 – 5 mm
• Duţa vlakna se koriste za izradu tekstila a kraća za izdradu hartije
• Mercerizirani pamuk (1814 John Mercer, NaOH)
PROIZVODI OD CELULOZE
• Celuloza se rastvara u Švajcerovom reagensu
Cu(NH3)4(OH)2 – dobijanje viskoze i celofana
• Glukoza – hidroliza celuloze (celulaze)
• Celulozni estri (nitrati celuloze, acetati celuloze)
• Celulozni etri (metilceluloza,
karboksimetilceluloza, rastvorljivi u vodi,
ugušćivaĉi)
Papir i karton
Tkanine
Tkanine i celofanregenerisana celuloza
Celulozni estri
Celulozni etriKoriste se kao ţgušnjivaĉi u
prehrambenoj industriji
(E 466) i stabilizatori
emulzija (sladoled).
Dobri su lepkovi.
HITINnalazi se u oklopima rakova i strukturni polisaharid kod insekata i gljiva
PEKTIN
• Heteropolisaharidi
• Glavne komponente: galakturonska
kiselina i metanol
• Piranozni prstenovi D-galakturonskih
kiselina su u pektinskom molekulu
povezani (1→4) glikozidnim vezama.
• Ostali šećeri: α-L-ramnopiranoza, D-
galaktopiranoza, L-arabinofuranoza, D-
ksilopiranoza, D-glukopiranoza
STRUKTURA PEKTINA
POVEZIVANJE I ESTERIFIKACIJA
PEKTINA
NALAŢENJE I ULOGA PEKTINA
• Nalazi se u svim biljnim tkivima
• Posebno su bogati plodovi voća: jabuka, limun, kruška, šljiva, dunja...
• Industrijski se dobija iz plodova jabuke i ostataka plodova limuna
• Koristi se kao ugušćivaĉ i sredstvo za ţeliranje
• Glavna je komponenta ćelijskog zida, pored celuloze, hemiceluloze (ksilani, arabani, lignin) i proteina
ARHITEKTURA ĆELIJSKOG ZIDA