E-shop

Monosacharidy

Monosacharidy jsou nejjednodušší formou sacharidů. Můžeme je rozdělit do dvou základních skupin, na aldosy a na ketosy. Vysvětlení těchto pojmů nalezneme při malém chemickém odbočení. Sacharidy se skládají z jednotek, které jsou odvozeny od vícečetných alkoholů, majících na jednom konci uhlíkatého řetězce aldehyckou nebo ketonovou strukturu. Přítomnost aldehydické nebo ketonové skupiny a skupin -OH umožňuje jednak vytvářet z uhlíkatého řetězce heterocyklus, jednak spojování více sacharidových jednotek (tj. monosacharidů) dohromady za vzniku oligosacharidů (2-10 jednotek) či polysacharidů (více než 10 jednotek). Pokud tedy za příklad monosacharidů uvedeme glukózu či fruktózu, můžeme za příklad oligosacharidů (konkrétně "dvoujednotkových" disacharidů) položit sacharózu (tj. řepný cukr, kombinaci právě zmíněné glukózy a fruktózy) a za příklad polysacharidů známý glykogen, tj. hlavní sacharid živočišných buněk.

Tím ale dělení monosacharidů nekončí. Zmíněné aldosy a ketosy totiž můžeme dělit dále a to podle počtu uhlíkových atomů na triosy, tetrosy, pentosy, hexosy a heptosy. Posledním možným dělením před tím, než si jednotlivé monosacharidy vyjmenujeme, je dělení dle prostorové konfigurace na D-monosacharidy a L-monosacharidy.

S tímto "L" či "D" označením se setkáváme i u mnoha jiných látek, tzn. podívejme se na jeho vysvětlení poněkud podrobněji. Vysvětlení hledejme u pojmu "izomery". Izomery jsou takové sloučeniny, které mají sice stejné souhrnné chemické vzorce, ale liší se povahou svých vazeb, jejich pořadím nebo jen prostorovým uspořádáním atomů v molekulách. Izomery, které mají stejné souhrnné vzorce, ale odlišují se konstitucí (tj. povahou a pořadím atomů a vazeb v molekulách) se nazývají izomery konstituční. Dále existují izomery, které mají opět týž souhrnný vzorec, navíc stejnou konstituci, ale liší se konfigurací (tj. prostorovým uspořádáním atomů v molekulách). Tyto se nazývají izomery konfigurační a nebo krátce stereoizomery. A pokud si zmíněné stereoizomery rozdělíme dále, konkrétně na geometrické izomery a optické antipody, dostáváme se i k našim sacharidům.

Optické antipody jsou svými neztotožnitelnými zrcadlovými obrazy vzájemně nepřeveditelné ani vnitřní rotací jednotlivých částí molekul kolem jednoduchých vazeb. Pro pochopení si uveďme příklad lidských rukou. Levá i pravá ruka jsou stejné, ovšem vzájemně zrcadlově položené, tj. žádnou rotací nedocílíme toho, aby obě v tutéž chvíli zaujímali naprosto totožnou polohu, totožný obraz. A stejně tak to je i s optickými antipody. I když mají stejné souhrnné vzorce, žádným natočením se nám nepodaří získat stejný obraz.

Optické antipody mají většinu chemických i fyzikálních vlastností totožných, odlišují se pouze optickým chováním vůči rovinně polarizovanému světlu (tj. světlu, jehož paprsky kmitají v jedné rovině). Jeden i druhý optický antipod otáčejí rovinu světla o týž úhel, ale každý v opačném směru, tj. jeden vlevo a druhý vpravo. Tato optická otáčivost se vyskytuje tam, kde molekuly jeví nedostatek souměrnosti, čehož je nejčastější příčinou přítomnost asymetrického (chirálního) uhlíkového atomu. A právě tento atom obsahují i sacharidy a proto i ony mohou existovat ve dvou optických antipodech, D a L.

Příklad molekuly D a L glyceraldehydu (což je jeden z monosacharidů) je na následujícím obrázku:

Pro doplnění perspektivního vzorce výše přikládám ještě vzorec projekční, jimiž se optické antipody znázorní takto:

S konfigurací uvedeného glyceraldehydu úzce souvisí i celé dělení na D-monosacharidy a L-monosacharidy. O tom, zda určitý monosacharid patří k řadě D či L rozhoduje, jestli jeho chirální uhlíkový atom s nejvyšším pořadovým číslem má konfiguraci totožnou s D- nebo L-glyceraldehydem, viz. následující příklad D- a L-glukosy, kde je chirální uhlíkový atom označen zeleně.

V tuto chvíli máme dělení monosacharidů kompletní, po kliknutí na následující obrázek se vám otevře jejich kompletní přehled.

[urlG]476_4[/urlG]476_4[//urlG]

Výše uvedený obrázek doplním ještě tabulkovým vyjádřením:

Nyní k některým monosacharidům trochu podrobněji:

• D-Ribosa (a 2-deoxy-D-Ribosa) jsou stavebními kameny nukleových kyselin a biologicky důležitých nukleotidů, např. ATP.

• D-Glukosa (běžně nazývaná jen glukosa) je známější pod názvem hroznový cukr. Je velmi rozšířená v přírodě, např. v ovoci. V organismech je významným zdrojem energie, která se uvolňuje při její enzymatické oxidaci. U savců je přítomna v krvi, v moči jen v patologických případech (cukrovka). Redukcí glukosy vzniká cukerný alkohol D-glucitol (sorbit), který používají diabetici ke slazení. Z něho lze následně syntetizovat kyselinu L-askorbovou (vitamín C).

  Z energetických substrátů cirkulujících v krvi (mastné kyseliny, pyruvát, ev. kyselina mléčná, glukoplasmatické aminokyseliny) tvoří glukosa jejich nejpodstatnější složku. Její koncentrace v krvi na lačno je 3,6-5,6mmol/l. Stěny kapilár jsou pro glukosu volně prostupné. Samotná koncentrace glukosy v krvi je výslednicí mezi příjmem glukosy a glukoneogenezou (neogeneze - znovuvytvoření, v tomto případě glukosy, z menších částic) na jedné straně a mezi její neustálou konzumací buňkami celého těla na straně druhé. Tyto procesy jsou přísně regulovány a proto je kolísání glykémie možné jen v určitých limitech. Při namáhavé práci dochází ke zvýšení odběru glukosy a organismus je ohrožen hypoglykémií. Naopak, po jídle bohatém na sacharidy může vzniknout alimentární (potravinová) hyperglykémie. Jediným hypoglykemických hormonem (faktorem) je inzulín. Hyperglykemizující hormony jsou glukagon, glukokortikoidy, adrenalin, somatotropní hormon a nepřímo tyroxin.

• D-Galaktosa je obsažena v mléce a je součástí disacharidu laktózy.

• D-Fruktosa, ovocný cukr, je spolu s D-Glukosou součástí disacharidu sacharosy, z níž také oba tyto monosacharidy vznikají hydrolýzou. Je to ketosa a nejsladší cukr vůbec. D-fruktosa a D-glukosa v poměru 1:1 tvoří podstatu medu.

Oligosacharidy

Oligosacharidy se odvozují spojením dvou až deseti stejných nebo různých druhů monosacharidových jednotek. Podle tohoto počtu se poté nazývají disacharidy, popř. tri-, tetra-, penta- až dekasacharidy. Kyselou hydrolýzou se z nich opět uvolňují monosacharidy. Nejdůležitějšími oligosacharidy jsou zmíněné disacharidy. Jejich příkladem je např. maltosa (dvě glukosové jednotky), laktosa (D-glukosové a D-galaktosové jednotky) či sacharosa (D-glukosa a D-fruktosa).

• Maltosa - Molekula maltosy se skládá ze dvou molekul D-glukosy. Maltosa (sladový cukr) se uvolňuje ze škrobu při klíčení ječmene (slad) a spolu s isomaltosou při trávení škrobu a glykogenu.

  

• Laktosa - Laktosa je méně sladká než sacharosa, je součástí mléka savců (tvoří 4,8% kravského a 6% lidského mateřského mléka) a představuje hlavní zdroj energie u kojených mláďat. V molekulách laktosy jsou jednotky D-glukosy a D-galaktosy.

  

• Sacharosa - Sacharosa je rozšířená transportní forma sacharidů u rostlin, ve vysoké koncentraci se nachází v bulvě cukrové řepy a ve stéblech třtiny cukrové, z nichž se průmyslově vyrábí. Bývá též proto nazývána řepný či třtinový cukr. Používá se v potravinářství jako nejběžnější sladidlo a jako surovina pro různé biotechnologie.

  

  V molekulách sacharosy jsou tedy spojeny jednotky D-glukosy a D-fruktosy; zpětná přeměna ve směs obou monosacharidů se nazývá inverze sacharosy a produkt reakce invertní cukr.

Mezi oligosacharidy se řadí i např. trisacharidy, jejichž nejrozšířenějším představitelem je rafinosa (složená z D-galaktosy, D-glukosy a D-fruktosy).

Polysacharidy

Polysacharidy mají podobnou strukturu jako oligosacharidy s tím rozdílem, že počet monosacharidových zbytků dosahuje v jejich molekulách mnoha set či tisíc. Na rozdíl od cukrů (tj. monosacharidů) se ve vodě rozpouštějí málo nebo vůbec. Jsou zásobními nebo stavebními látkami rostlinných i živočišných organismů a některé z nich mají i zvláštní biologické funkce. Kyselou nebo enzymovou hydrolýzou vznikají z polysacharidů oligo- až monosacharidy.

Polysacharidy, jejichž hydrolýzou vzniká výhradně D-glukosa se nazývají D-glukany. Nejvýznamnějším představitelem D-glukanů je škrob.

Polysacharidy, jejichž hydrolýzou vzniká výhradně D-fruktosa se nazývají fruktany, podle stejného klíče dále existují i mannany, xylany, galaktany či arabinany.

Z obrovského počtu teoreticky možných kombinací existuje v přírodě jen omezený počet polysacharidů, asi 300.

• Rezervní polysacharidy - V živých systémech tvoří zásobu chemické energie, kterou lze uvolnit jejich odbouráváním. Nacházíme je ve všech typech organismů, v hlízách rostlin (škrob nebo inulin), u mikroorganismů (mannany či dextrany), v játrech a svalech živočichů (glukogen) a pod.

  • Škroby - Mezi fyziologicky nejvýznamnější polysacharidy patří škroby. V přírodě se vyskytují především ve formě škrobových zrn zejména v kořenech, plodech a semenech rostlin. Průmyslovým zdrojem škrobu jsou brambory a obiloviny. Degradací škrobu kyselinami nebo zahříváním na vyšší teplotu vznikají dextriny, užívané k výrobě lepidel. Škroby ale nejsou jednotnou látkou, ale směsí dvou polysacharidů: amylosy (asi 20%) a amylopektinu (asi 80%). Poměrné zastoupení obou těchto složek však může u různých druhů rostlin značně kolísat.

  • Glykogen - Glykogen je rezervním polysacharidem savců. Glykogeny jsou uloženy ve formě granulí v cytoplazmě některých buněk vyšších živočichů. Například lidské jaterní buňky obsahují 18-20% glykogenu v sušině, svalové buňky asi 0,5-1%.

    Průměrný dospělý muž, vážící 75kg (tzn. vlastně tak moc průměrný ani ne:) má v játrech, svalech a krevním oběhu množství sacharidů odpovídající cca 7500kJ (svalový glykogen 6000kJ, jaterní glykogen 1200kJ, krevní glykogen 300kJ). Stejný muž má ve svých tukových zásobách uloženo dalších 250000-400000kJ energie.

• Polysacharidy se stavební funkcí - Tyto polysacharidy vyztužují a zpevňují pletiva rostlin i tkáně nekterých živočichů, dále také buněčné stěny mnoha mikroorganismů. Čelním představitelem těchto polysacharidů je celulosa. Mezi polysacharidy řadíme i chitin, polysacharid obsažený v houbách, který mimo jiné tvoří i součást kostry členovců, rostlinné slizy, klovatiny a dále také aminopolysacharidy, které mají důležitou funkci v různých fyziologických procesech v tělech živočichů (např. heparin snižuje srážlivost krve).

  • Celulosa - Celulosa je polysacharid ve vodě zcela nerozpustný, který je hlavním stavebním materiálem vyšších rostlin. V přírodě se celulosa vyskytuje ve velmi čisté formě jako bavlna, ve dřevě je provázena dalšími látkami, především ligninem a hemicelulosami. Po jejich odstranění se ze dřeva získává surová celulosa zvaná buničina, která slouží jako surovina pro papírenský a textilní průmysl.

  • Pektiny - Pektiny jsou velmi složité polysacharidy, které jsou přítomny zejména v mladých tkáních vyšších rostlin. Získávají se ze slupek ovoce a slouží např. k výrobě džemů.