angliavandeniai

Angliavandeniai

Angliavandeniai – svarbūs gyvojo organizmo cheminiai junginiai. Jie
sudaro pagrindinę organinių junginių masės dalį žemėje. Terminą
“angliavandeniai (karbohidratai)” pirmą kartą pavartojo K. G. Šmitas 1844
m. Tuo metu buvo manoma, kad visi angliavandeniai yra anglies ir vandens
junginiai, turintys bendrą formulę Cm(H2O)n. Anglies, vandenilio ir
deguonies atomų santykis angliavandenių molekulėje yra 1:2:1.

Gamtoje angliavandeniai egzistuoja monomerų ir polimerų pavidalu, todėl
visi angliavandeniai skirstomi į dvi grupes: monosacharidus ir
polisacharidus. Polisacharidų grupė sudaryta iš 2-10 monosacharidų
molekulių, vadinama oligosacharidais (gr. oligo – nedaug). Monosacharidais
vadinami paprasčiausi angliavandeniai, jie hidrolizės reakcijos metu
nesuskyla į paprastesnius angliavandenius. Polisacharidai hidrolizės mmetu
skyla į mažiau sudėtingus arba paprasčiausius angliavandenius.

Monosacharidai klasifikuojami, remiantis dviem požymiais:

1. Anglies atomų skaičiumi anglies atomų grandinėje

2. Oksogrupės padėtimi anglies atomų grandinėje

Remiantis anglies atomų skaičiumi monosacharidai skirstomi į triozes,
turinčias 3C, tetrozes, turinčias 4C, pentozes, turinčias 5C, heksozes,
turinčias 6C. Labiausiai gamtoje paplitusios pentozės ir heksozės.
Monosacharidų cheminės savybės rodo, kad monosacharidų molekulės egzistuoja
ne tik atvirų, bet ir ciklinių struktūrų pavidalu. Monosacharidai ciklinėse
struktūrose vaizduojami perspektyvinėmis W. Haworth‘o formulėmis.
Šešianariai ciklai vadinami piranoziniais, o penkianariai – furanoziniais,
atsižvelgiant į jų panašumą į heterociklinius junginius – piraną ir furaną.
Ciklų susidarymo metu karbonilo C atomas tampa assimetriniu, todėl susidaro
du izomerai, kurie skiriasi H ir OH padėtimis prie C-1 atomo. Šie izomerai
žymimi α ir β. Kadangi beveik visų monosacharidų molekulėse yra asimetrinių
anglies atomų, angliavandeniai yra skirstomi į D ir L stereochemines eiles.
Monosacharidų priklausymas D arba L stereocheminei eilei nustatomas,
lyginant toliausiai nu

uo karbonilo grupės nutolosio asimetrinio anglies
atomo konfigūraciją su glicerolio aldehido asimetrinio anglies atomo
konfigūracija:

Priklausymas D arba L stereocheminei eilei nulemia angliavandenių
biologinę svarbą, nes dauguma gamtinių monosacharidų priklauso D eilei. Į
gyvųjų organizmų, tarp jų ir žmogaus, sudėtį įeinantys monosacharidai
beveik išimtinai yra D-stereocheminės eilės (D-gliukozė, D-galaktozė, D-
ribozė, D-fruktozė ir kt.). Gyvieji organizmai sugeba įsisavinti tik D-
eilės monosacharidus, o L-eolės neįsisavina. Pvz. mielių ląstelės sugeba iš
D-gliukozės gaminti alkoholį, o iš L-gliukozės alkoholis negaminamas,
tačiau yra atvejų kai L-izomeras yra labiau paplitęs negu D. Pvz. L-
arabinozė augaluose labiau paplitusi negu D-arabinozė, kurios turi tik tam
tikros bakterijų rūšys.

Tirpinant monosacharidus, tirpale susidaro įvairios ciklinės ir
aciklinės struktūros. Tarp monosacharidų molekulių struktūrų nusistovi
dinaminė pusiausvyra, vadinama tautomerija, o šią pusiausvyrą sudarančios
molekulės vadinamos tautomerais. Gliukozė vandeniniame tirpale egzistuoja
penkių tautomerų pavidalu:

[pic]

Monosacharidai – kietos, lengvai ttirpstančios vandenyje, dažniausiai
saldžios medžiagos. Jų fizikines savybes lemia didekis polinių
hidroksigrupių kiekis molekulėse. Monosacharidai sunkiai kristalizuojasi, o
koncentruojant jų vandeninius tirpalus, susidaro sirupai.
|Kai kurių cukrų ir |
|sacharino saldumas |
|Cukrus |Santykin|
| |is |
| |saldumas|
|Sacharozė |100 |
|Gliukozė |50 (70) |
|Fruktozė |170 |
|Laktozė |20 |
|Maltozė |30 |
|Laktozė |16 |
|Natrio |30 |
|ciklamatas | |
|Aspartamas |180 |
|Sacharinas |40 000 |

Disacharidai:

Paprasčiausi sudėtingi angliavandeniai yra disacharidai. Jie sudaryti
iš dviejų vienodų arba skirtingų monosacharidų molekulių. Gamtoje
savarankiškai egzistuojančių disacharidų nėra daug. Dažniausiai
pasitaikantys disacharidai yra šie: maltozė, celobiozė, laktozė, sacharozė,
trehalozė. Hidrolizinant praskiestomis mineralinėmis rūgštimis arba
fermentais, disacharidai skyla į dvi monosacharido molekules:

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Maltozė – salyklo cukrus (lot. maltum – salyklas). Ji s

susidaro kaip
tarpinis produktas, hidrolizuojant fermentui α-amilazei krakmolą arba
glikogeną. Maltozė sudaryta iš dviejų α-D-gliukozės molekulių, susijungusių
α-1,4-glikozidiniu ryšiu:

[pic]

Celobiozė gaunama, vykstant dalinei celiuliozės hidrolizei. Celiuliozę
skaido fermentas β-gliukozidazė, kurio žmogaus organizme nėra, todėl
žmogaus organizmas celiuliozės nevirškina. Žolėdžių gyvulių virškinamajame
kanale esančios bakterijos gamina β-gliukozidazę, todėl žolėdžiams
celiuliozė yra maisto medžiaga. Celobiozė, kaip ir maltozė, sudaryta iš
dviejų gliukozės likučių ir skiriasi nuo jos tuo, kad turi ne α-1,4, o β-
1,4-glikozidinį ryšį:

[pic]

Laktozė (pieno cukrus) – disacharidas, esantis tik piene (4-5%).
Laktozę sudaro β-D-galaktopiranozės ir D-gliukopiranozės molekulės,
sujungtos β-1,4-glikozidiniu ryšiu:

[pic]

Laktozė – mažai higroskopiška medžiaga, todėl vartojama miltelių ir
tablečių gamybai. Laktozė yra 4-5 kartus mažiau saldi, negu sacharozė. Tai
svarbi medžiaga kūdikiams. Motinos piene yra iki 8% laktozės, kurioje
gliukozės liekana yra α-konfigūracijos. Motinos piene laktozė gali būti
sujungta su sialo rūgštimi. Kai kuriems oligosacharidams būdingas gydomasis
poveikis, nes stabdo ligas sukeliančių žarnyno bakterijų augimą. Kai kurie
žmonės neįsisavina laktozės, kadangi jų organizme trūksta fermento
laktazės.

Sacharozė – tai cukrinių runkelių, cukranendrių cukrus. Daug sacharozės
yra įvairių augalų sultyse ir vaisiuose. Sacharozės molekulę sudaro α-D-
gliukopiranozė ir β-D-fruktofuranozė, sujungtos 1,2-glikozidiniu ryšiu:

[pic]

Sacharozės 1,2-glikozidinį ryšį skaido tiek α-gliukozidazė (α-
gliukozidus skaidantis fermentas), tiek β-invertazė (β-glikozidus
skaidantis fermentas). Ekvimolekulinis gliukozės ir fruktozės mišinys
vadinamas invertuotu cukrumi.

Trehalozė (mikozė) sudaryta iš dviejų α-gliukozės molekulių, sujungtų
1,1-glikozidiniu ryšiu. Trehalozės randama grybuose, mielėse, vabzdžių
hemolimfoje. Trehalozė labiau inertiška negu sacharozė ir gana atspari
rūgštinei hidrolizei.

Į gamtoje randamų glikozidų sudėtį dažnai įeina di

isacharidai:

Genciobiozė randama daugelyje gamtinių glikozidų pvz. karčiuosiuose
migdoluose randama glikozido amigdalino:

Fermento β-glikozidazės veikiamas amigdalinas skyla į benzaldehidą ir
vandenilio cianidą, kuris yra stiprus nuodas.

Daugelis gamtoje randamų angliavandenių yra polisacharidai. Jie dar
vadinami glikanais. Atsižvelgiant į sudėtį polisacharidai dar skirstomi į
dvi grupes: homopolisacharidus (sudaryti iš to paties monosacharido) ir
heteropolisacharidus (sudarytus iš skirtingų monosacharidų).
Homopolisacharidams priklauso krakmolas ir glikogenas, nes jie yra sudaryti
vien tik iš D-gliukozės. Heteropolisacharidams priskiriama jungiamajame
audinyje randama hialurono rūgštis sudaryta iš D-gliukurono rūgšties ir N-
acetilgliukozamino. Heteropolisachariduose beveik visada yra gliukozamino,
galaktozamino, todėl jie dar vadinami glikozaminglikanais.

Krakmolas (C6H10O5)n yra augalų rezervinis polisacharidas. Sintetinti
krakmolą gali beveik visos augalų ląstelės, tačiau skirtingais kiekiais ir
nevienodu intensyvumu. Daugiausia krakmolo yra bulvių gumbuose, grūduose ir
kt. Krakmolo molekulėje yra daug hidroksilo grupių, kurios yra hidratuotos.
Ekstrahuojant krakmolą šiltu vandeniu, susidari drumzlini koloidiniai
tirpalai arba nepastoviosios suspensijos (tirpsta α-amilazė). Krakmolą
kaitinant arba hidrolizinant (rūgštinė arba fermentinė hidrolizė), jis
skyla į paprastuosius sacharidus – dekstrinus, maltozę, pagaliau –
gliukozę:

[pic]

Krakmolas yra dviejų gliukozės homopolisacharidų mišinys: α-amilozės
ir amilopektino. α-amilozė yra linijinis gliukozės polimeras, kur gliukozės
molekulės sujungtos tarpusavyje 1→4 gliukozidiniais ryšiais:

[pic]

Amilozė sudaro 15-20% krakmolo masės. Tokių grandinių molekulinė masė
svyruoja nuo kelių tūkstančių iki 500000. Amilopektinas turi šakotą
grandinę. Nešakotose vietose gliukozės molekulės sujungtos tarpusavyje 1→4
gliukozidiniais ryšiais, o šakojimosi vietose gliukozės molekulės sujungtos
tarpusavyje 1→6 gliukozidiniais ryšiais. Amilopektino molekulinė masė yra
artima amilozės molekulinei masei. Jis sudaro 80-85% krakmolo molekulės.
Verdant bulves, karštas vanduo tirpina α
α-amilozę ir susidaro panašus į
pieną opalescuojantis tirpalas. Virtose bulvėse pagrindinę krakmolo dalį
sudaro amilopektinas.

Glikogenas – pagrindinis žmogaus ir aukštesniųjų gyvūnų rezervinis
polisacharidas, sudarytas iš α-D-gliukozės. Jo empirinė formulė tokia pat
kaip ir krakmolo (C6H10O5)n. Nors glikogeno randama beveik visuose
organuose ir audiniuose, bet daugiausia jo yra kepenyse (iki 5% bendro
svorio) ir raumenyse (1-2%). Glikogenas panašus į amilopektiną, tik dar
labiau šakotas (daugiau 1→6 gliukozidinių ryšių) ir labiau kompaktiškas.
Kepenų ląstelėse glikogenas susijungęs į stambias granules, kurios
sudarytos iš mažesnių granulių. Su glikogeno granulėmis sujungti glikogeno
sintezės ir skilimo fermentai.

Celiuliozė – pagrindinis augalinio pasaulio struktūrinis
polisacharidas. Ji netirpi vandens tirpaluose. Sudaryta iš 1→4 glikozidinių
ryšių:

[pic]

Ilgos celiuliozės grandinės stabilizuojamos vandeniliniais ryšiais,
kurie suteikia molekulėms mechaninį stabilumą. Celiuliozės molekulinė
struktūra pritaikyta atlikti augalų atraminę funkciją. Medvilnė praktiškai
sudaryta iš celiuliozės. Daugiausia celiuliozės randama augalinių ląstelių
sienelėse, ji sudaro augalų kamieną, šakų pagrindinę masę. Ji yra
labiausiai paplitęs gamtinis biopolimeras. Celiuliozė yra linijinis
nešakotas homopolisacharidas. Tuo ji panaši į α-amilozę ir į linijines
glikogeno molekulės dalis, tačiau tarp jų yra principinis skirtumas:
celiuliozės 1→4 gliukozidiniai ryšiai turi β-konfigūraciją, o α-amilozės,
amilopektino ir glikogeno – α-konfigūraciją. Celiuliozės polimerinės
grandinės yra ištęstos ir tarpusavyje sujungtos šonais, todėl sudaro ilgas
netirpias fibriles. Stuburinių virškinamajame trakte nėra fermentų,
gebančių hidrolizuoti celiuliozę. Celiuliozę virškina termitai, nes jų
virškinamajame trakte yra mikroorganizmų Trychonympha, išskiriančių
fermentą celiulazę, kuri hidrolizuoja celiuliozę. Celiuliozės hidrolizė
vyksta pakopomis:

[pic]

Iš stuburinių tik atrajojantieji gyvuliai (stambieji raguočiai, avys
ožkos, kupranugariai, žirafos) gali kaip maistą vartoti celiuliozę. Šių
gyvulių skrandis yra daugiaskyris. Priešskrandžiuose esantys
mikroorganizmai išskiria celiulazę, kuri suskaido celiuliozę iki D-
gliukozės. Po to ji rauginama, ir susidaro trumpagrandės riebalų rūgštys,
CO2, metanas ir kt. Riebalų rūgštys įsiurbiamos į kraują, iš kurio patenka
į audinius. CO2 ir metanas šalinami atrajojimo metu ir kt. būdais.

Chitinas yra bestuburių struktūrinis polisacharidas. Iš jo sudaryti
šarvai, sparnai ir kt. dangalai. Chitinas yra linijinis polimeras,
sudarytas iš N-acetil-D-gliukozamino, sujungto β (1→4) glikozidiniais
ryšiais:

[pic]

Chitino randama ir žemesniuosiuose augaluose, pvz. grybuose.

Leave a Comment