R1TSmMXB0kYbq
Zdjęcie przedstawia różne owoce i warzywa w kwadratowych opakowaniach. Są to borówki amerykańskie, jeżyny, truskawki oraz żółte pomidory.

Składniki organiczne

Cukry proste, takie jak glukoza i fruktoza, występują w owocach.
Źródło: N/A, Pixabay, domena publiczna.

Węglowodany

Twoje cele
  • Podzielisz węglowodany według różnych kryteriów.

  • Scharakteryzujesz budowę i właściwości monosacharydów, disacharydów i polisacharydów.

  • Określisz znaczenie biologiczne monosacharydów, disacharydów i polisacharydów.

Z węglowodanami (cukrami, sacharydami) stykasz się w życiu codziennym – znajdują się w wielu produktach spożywczych, nawet tam, gdzie trudno ich się spodziewać, np. w przyprawie do zup. Nazwa tych związków chemicznych pochodzi od węgla, który wchodzi w ich skład oraz wody, ponieważ stosunek wodoru do tlenu w cząsteczkach cukrów jest taki, jak w wodzie: dwa razy więcej wodoru niż tlenu.

Ze względu na budowę cząsteczek wyróżnia się trzy grupy węglowodanów:

  • monosacharydy - najprostsze cukry, mające cząsteczki zawierające 3‑7 atomów węgla;

  • oligosachardy - zbudowane z 2 do 10 cząsteczek monosacharydów;

  • polisacharydy - składają się z większej liczby cząsteczek monosacharydów.

Monosacharydy

Monosacharydy (cukry proste) zbudowane są ze szkieletu węglowego z licznymi grupami hydroksylowymi (–OH) i pojedynczą inną grupą funkcyjną: aldehydową lub ketonową. Cukry, zawierające grupę aldehydową (–CHO) na początku łańcucha nazywamy aldozami, a te z grupą ketonową (–C=O) przy drugim węglu to ketozy.

R1KA26H6HD6RH
Wzory strukturalne aldozy i ketozy. Numerację atomów węgla w cząsteczkach monosacharydów rozpoczyna się od końca z grupą aldehydową lub ketonową.
Źródło: Englishsquare,pl Sp. z o. o., licencja: CC BY 3.0.

Monosacharydy zawierają różną liczbę atomów węgla w cząsteczce, z czym wiąże się podział na:

  • triozy - monosacharydy zawierające 3 atomy węgla;

  • tetrozy - zbudowane z 4 atomów węgla;

  • pentozy - zawierają 5 atomów węgla;

  • heksozy -monosacharydy zawierające 6 atomów węgla;

  • heptozy - monosacharydy zawierające 7 atomów węgla.

Tworzenie form cyklicznych

Grupa aldehydowa lub ketonowa może reagować z grupą hydroksylową tego samego łańcucha cukru, tworząc cząsteczkę o formie cyklicznej (pierścieniowej). Cukry zawierające co najmniej pięć atomów węgla w łańcuchu mogą, w roztworze wodnym, tworzyć struktury pierścieniowe. Proces ten nazywamy cyklizacją.

RD5E7MAE6G868
Cyklizacji fruktozy. Strzałki pokazują reagujące ze sobą atomy różnych grup, co prowadzi do utworzenia mostka tlenowego pomiędzy atomami węgla C‑2 i C‑5.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RWbnBBvyiz57O
Ilustracja przedstawiająca mechanizm zamykania pierścienia na przykładzie cząsteczki glukozy. Forma łańcuchowa narysowana za pomocą wzoru Fischera, zaś po prawej cząsteczka w formie łańcuchowej, jednakże zrotowana w ten sposób, by móc zamknąć sześcioczłonowy pierścień, zgodnie z projekcją Hawortha. Po lewej, cząsteczka D‑glukozy o następującym wzorze Fischera, grupa CHO połączona z pionową linią skierowaną do dołu, która symbolizuje łańcuch węglowy i na końcu łączy się z grupą CH2OH. Wspomnianą linię przecinają cztery krótkie poziome, prostopadłe linie. Po prawej stronie linii od góry kolejno podstawniki: OH, H, OH oraz OH. Po lewej stronie od góry podstawniki H, OH, H oraz H. Dalej wzór zostaje zrotowany w ten sposób, że numeracja atomów w łańcuchu rozpoczyna się od prawej do lewej strony, a podstawniki u dołu, to licząc od węgla C 2 od prawej kolejno, grupa O H, atom wodoru, grupa O H oraz grupa hydroksylowa O H przy węglu C pięć. Następnie forma łańcuchowa ulega skręceniu, przyjmując konformację, umożliwiającą powstanie ugrupowania hemiacetalowego. Przedstawiony w płaszczyźnie łańcuch główny, rozpoczynając od lewej strony, to jest podstawnika przy węglu C 6 skręca się po kolei, idąc za płaszczyznę monitora. Skręcenie łańcucha powoduje, że łańcuch główny znajduje się w nowej płaszczyźnie prostopadłej do monitora, względem niej będzie dalej opisywana powstała struktura. Zatem powstaje forma łańcuchowa, opisana zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Grupa aldehydowa, w której atom węgla łączy się z atomem wodoru wiązaniem pojedynczym oraz z atomem tlenu za pomocą wiązania podwójnego. Odchodzi od niej wiązanie w płaszczyźnie łączące ją z atomem węgla C 2, który wiąże się z atomem C 3, C 3 z C 4, który to związany jest z atomem węgla C pięć. Od atomów C 2 oraz C 4 grupy hydroksylowe odchodzą za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Z kolei od atomu C 3 grupa hydroksylowa znajduje się przed płaszczyzną, a atom wodoru za. Węgiel C 5 łączy się z odchodzącą przed płaszczyznę grupą CH2OH, atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną oraz zaznaczoną na czerwono grupą hydroksylową w płaszczyźnie, która to skierowana jest do grupy aldehydowej wspomnianej na początku. Zatem obie grupy biorą udział w tworzeniu hemiacetalu. Po prawej stronie znajduje się cząsteczka w formie cyklicznej, tutaj jest to struktura alfa‑D-glukopiranozy zbudowana z sześcioczłonowego pierścienia składającego się z pięciu atomów węgla oraz z jednego atomu tlenu. Numeracja atomów węgla jest zgodna z ruchem wskazówek zegara. Przy atomach węgla C 1, C 2 oraz C 4 znajdują się grupy hydroksylowe OH wychodzące za płaszczyznę, zaś atomy wodoru przed. Przy węglu C 3 grupa hydroksylowa wychodzi przed płaszczyznę, zaś atom wodoru za. Węgiel C 5 podstawiony jest grupą CH2OH wychodzącą przed płaszczyznę oraz atomem wodoru znajdującym się za płaszczyzną. Atomy uczestniczące w ugrupowaniu hemiacetalowym to atom tlenu budujący pierścień wraz z odchodzącymi od niego wiązaniami oraz atom C 1 wraz z podstawnikami, to jest grupą OH i atomem wodoru, a także odchodzącymi od niego wiązaniami.
Cyklizacja glukozy – pierścień powstaje w wyniku reakcji grupy aldehydowej przy atomie węgla C‑1 z grupą hydroksylową przy atomie węgla C‑5 – tworzy się mostek tlenowy.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W wyniku cyklizacji cząsteczki monosacharydu powstaje nowy asymetryczny atom węgla, którego grupa hydroksylowa może znajdować się nad lub pod płaszczyzną pierścienia cząsteczki.  Jeśli grupa -OH znajduje się nad płaszczyzną pierścienia, to taką cząsteczkę cukru nazywa się izomerem alfa (np. alfa‑D-glukoza). W przypadku gdy grupa -OH znajduje się pod płaszczyzną pierścienia, powstaje izomer beta (np. beta‑D-glukoza). Izomery alfa i beta mają różne właściwości biologiczne.

R1P9LMZQ9FC1X
Izomery glukozy
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Dla zainteresowanych

Związki, których cząsteczki są swoimi lustrzanymi odbiciami (nie mają wspólnej płaszczyzny symetrii) to enancjomeryenancjomerenancjomery – izomeryizomerizomery optyczne. Podobnie jak lewy i prawy but czy lewa i prawa ręka nie są symetryczne, ale stanowią swoje lustrzane odbicia. Jeśli któryś z atomów węgla w cząsteczce jest asymetryczny, tzn. łączy się z czterema różnymi podstawnikami, możliwe jest utworzenie form D (prawa) i L (lewa). O konfiguracji cukru decyduje położenie grupy –OH na przedostatnim atomie węgla w łańcuchu. Jeśli grupa ta znajduje się po prawej stronie jest to konfiguracja D, natomiast jeżeli po lewej – konfiguracja L. Zazwyczaj w organizmach występuje tylko jedna z form i jest to D‑cukier. Sztucznie wytworzone formy L, np. L‑glukoza, są z reguły biologicznie nieczynne.

Rd5YQmHaYQv2h
Aldehyd glicerynowy ma jeden asymetryczny atom węgla (nr 2, w środku), połączony z różnymi atomami i grupami: −H, −OH, −C(OH)H2 i −(C=O)H. Dzięki temu może utworzyć dwa izomery optyczne: aldehyd D‑glicerynowy (grupa hydroksylowa po prawej stronie) i aldehyd L‑glicerynowy (grupa -OH po lewej stronie), stanowiące swoje lustrzane odbicia.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
enancjomer
izomer

Monosacharydy są bezbarwne, bezwonne, dobrze rozpuszczają się w wodzie, są osmotycznie czynnesubstancja osmotycznie czynnaosmotycznie czynne i mają słodki smak; są chemicznie obojętne. W organizmach pełnią przede wszystkim funkcje energetyczne oraz strukturalne wchodząc w skład m.in. kwasów nukleinowych oraz innych cukrów: oligosacharydów i polisacharydów.

substancja osmotycznie czynna

Najprostszym monosacharydem jest aldehyd 3‑fsofoglicerynowy (trioza), który wytwarzany jest w chloroplastach podczas fotosyntezy. Z dwóch cząsteczek aldehydu 3‑fosfolicerynowego powstaje glukoza, która jest podstawowym monosacharydem występującym we wszystkich organizmach. Większość pozostałych cukrów prostych powstaje po chemicznym przekształceniu tego węglowodanu.

Przykłady monosacharydów

Aldehyd 3‑fosfoglicerynowy (PGAL)
R12gilosraDSS
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldoza i trioza czyli aldotrioza: aldehyd glicerynowy z przyłączoną resztą fosforanową. Jest pierwotnym produktem fotosyntezy i substratem do tworzenia wszystkich związków organicznych.

Ryboza
RkS2Yds22y5fc
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldopentoza. Wchodzi w skład RNA. Jest też składnikiem przenośników energii (np. ATP) i uniwersalnych przenośników elektronów ( np. NADIndeks górny +).

Deoksyryboza
R16AeEVUpQIC0
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldopentoza. Wchodzi w skład DNA – nośnika informacji genetycznej wszystkich organizmów i wielu wirusów.

Glukoza
R1dPgAECREjlR
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldoheksoza. Podstawowy substrat w oddychaniu komórkowym (funkcja energetyczna) i składnik wielocukrów. U zwierząt stanowi formę transportową cukrów. Znajduje się we wszystkich organizmach.

Fruktoza
Rb5zzfc4t8VYd
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ketoheksoza. Jest słodsza od glukozy i magazynowana głównie w owocach, ale też kwiatach i warzywach korzeniowych.

Galaktoza
RJIJp4lF0RQHC
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Aldoheksoza. Wchodzi w skład dwucukru laktozy (cukru mlecznego) oraz pektyn (składnik ścian komórkowych roślin).

Oligosacharydy

Oligosacharydy (dwucukry) to cukry składające się od 2 do 10 cząsteczek cukrów prostych połączonych wiązaniem O‑glikozydowym. Najprostszymi, a zarazem najważniejszymi biologicznie oligosacharydami są disacharydy (dwucukry) zbudowane z dwóch cząsteczek takich samych lub różnych cukrów prostych.

Dwucukry, podobnie jak cukry proste są dobrze rozpuszczalne w wodzie, są osmotycznie czynne, mają słodki smak, są bezbarwne i bezwonne.

Wszystkie dwucukry powstają w reakcji kondensacjikondensacjakondensacji dwóch cukrów prostych z wydzieleniem cząsteczki wody. W reakcji biorą udział dwie grupy funkcyjne: aldehydowa lub ketonowa przy węglu jednego cukru prostego oraz grupa hydroksylowa drugiego. W rezultacie powstaje wiązanie glikozydowe, łączące dwie cząsteczki monosacharydu poprzez atom tlenu.

kondensacja
R18XAEV6AZL7F
Cząsteczki glukozy tworzące disacharyd. Węgiel nr 1 w cząsteczce glukozy po lewej stronie traci wodór z grupy hydroksylowej, a węgiel nr 4 z cząsteczki glukozy po prawej stronie traci całą grupę hydroksylową. Dzięki temu powstaje wiązanie 1,4‑glikozydowe i dochodzi do połączenia dwóch cząsteczek glukozy przez mostek tlenowy. Produktem tej reakcji kondensacji jest także cząsteczka wody.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Dwucukry różnią się między sobą rodzajem wiązania glikozydowego, co wynika z różnego położenia grupy hydroksylowej przy atomie węgla grupy karbonylowej – alfa (w którym grupa –OH znajduje się pod płaszczyzną pierścienia) lub beta (w którym grupa –OH znajduje się nad płaszczyzna pierścienia), a także z kolejności połączonych atomów węgla, np. 1 z 4, 1 z 1. Rodzaj wiązania glikozydowego wpływa na właściwości chemiczne i biologiczne oligosacharydów.

R3AD8GRRFLN9O
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Podczas reakcji hydrolizyhydrolizahydrolizy następuje rozpad dwucukru na części składowe.

hydroliza

Przykłady disacharydów

Maltoza
RDJZ4CKX4DO3G
Cząsteczka maltozy
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Inaczej cukier słodowy. Składa się z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem alfa‑1,4‑glikozydowym. Maltoza znajduje się dużej ilości w bielmie ziaren zbóż: pszenicy, żyta, owsa i kukurydzy. Wykorzystywana jest w przemyśle spożywczym do produkcji m.in. piwa oraz w piekarnictwie. U zwierząt cukier ten jest produktem wstępnego trawienia polisacharydów, takich jak skrobia i glikogen.

Laktoza
RC7MJJS1QXJCP
Cząsteczka laktozy
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Inaczej cukier mleczny. Składa się z cząsteczki galaktozy i glukozy połączonych wiązaniem beta‑1,4‑glikozydowym. Znajduje się w mleku ssaków i jego produktach. Laktozę wykorzystuje się w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, a jej pochodne do produkcji biodegradowalnych tworzyw sztucznych. U ludzi laktoza jest trawiona w jelicie cienkim przez enzym laktazę.

Sacharoza
R1FVJRZED9AZV
Cząsteczka sacharozy
Źródło: Don A. Carlson, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Inaczej cukier buraczany lub trzcinowy. Składa się z glukozy i fruktozy połączonych wiązaniem alfa‑1,2‑glikozydowym. Sacharoza występuje w każdej roślinie, a dużych ilościach w burakach cukrowych i trzcinie cukrowej. U roślin jest ona także formą transportową cukrów. Przez człowieka wykorzystywana jest jako główny cukier słodzący.

Ciekawostka

Zapewne wiesz o nietolerancji laktozy, której przyczyną jest brak enzymu laktazy, odpowiedzialnego za jej trawienie. Bardzo często występuje u Azjatów i Afrykanów, w niektórych grupach etnicznych obejmuje do 100% populacji i coraz częściej jest diagnozowana w Polsce. Nietolerancja laktozy objawia się dolegliwościami ze strony przewodu pokarmowego, takimi jak wzdęcia, gazy czy biegunka. Dolegliwości można łagodzić przyjmując enzym laktazę (w tabletkach lub w kroplach) oraz włączając do diety produkty wolne od laktozy (bezlaktozowe mleko, sery, jogurty).

R1UNPfOJlR7nN1
Schemat przedstawiający częstość występowania nietolerancji laktozy na świecie.
Źródło: Nmiportal, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Polisacharydy

Polisacharydy (wielocukry, glikany), składają się z wielu – nawet tysięcy – cząsteczek takich samych lub różnych cukrów prostych.

1
Ćwiczenie 1

Uzasadnij, że polisacharydy są polimerami organicznymi. W odpowiedzi uwzględnij terminy: polimer, monomer.

RCHA7LSH816S2

Polisacharydy powstają przez łączenie pojedynczych cząsteczek cukrów prostych wiązaniem glikozydowym, są więc dużymi cząsteczkami organicznymi (makromolekułamimakromolekułymakromolekułami). Zwykle wielocukry zawierają od 200 do 300 związków prostych, jednak np. celuloza zawiera ich 15 tys., a amylopektyna – nawet 100 tys.

makromolekuły
R12ZhicdWVJjr
Przykłady wiązań glikozydowych: w konfiguracji α‑1,4 w łańcuchu głównym glikogenu i α‑1,6 w łańcuchu bocznym. Wielocukry mogą być liniowe (kiedy wszystkie cząsteczki składowe są ułożone jedna za drugą) lub rozgałęzione. Polisacharydy powstają w reakcji polimeryzacji przez kondensację cząsteczek cukrów prostych, a produktem ubocznym tworzenia wiązań glikozydowych jest woda.
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Wielocukry mogą łączyć się także z innymi związkami organicznymi, np. białkami i lipidami, tworząc odpowiednio glikoproteinyglikolipidy.

Polisacharydy są nierozpuszczalne w wodzie i nie są osmotycznie czynne, dzięki czemu mogą być magazynowane w komórkach jako materiał zapasowy (np. skrobia) oraz pełnić funkcje strukturalne (np. celuloza).

RRR8E5D7VSC2R
Mapa myśli. Lista elementów:
  • Nazwa kategorii: Funkcje polisacharydów{color=#CC3366}
    • Elementy należące do kategorii Funkcje polisacharydów
    • Nazwa kategorii: Zapasowa – magazynowanie cukrów do późniejszego wykorzystania: u roślin – skrobia, u zwierząt i grzybów – glikogen{color=#CC99CC}
    • Nazwa kategorii: Komunikacyjna – cukry w połączeniu z białkami (glikoproteiny) i tłuszczami (glikolipidy) tworzące system sygnałowy pomiędzy komórkami{color=#FF6699}
    • Nazwa kategorii: Budulcowa – cukry wchodzące w skład ściany komórkowej: u roślin - celuloza, u grzybów – chityna, budująca też pancerze stawonogów{color=#FFCCFF}
    • Koniec elementów należących do kategorii Funkcje polisacharydów{color=#CC3366}
Funkcje polisacharydów
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Przykłady polisacharydów

Skrobia zbudowana jest z połączonych wiązaniem alfa‑glikozydowym wielu reszt glukozowych. Polisacharyd ten składa się dwóch frakcji – amylozyamylopektyny. Amyloza to nierozgałęziony polimer, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Tworzy ją od 200 do 300 reszt glukozowych połączonych wiązaniem alfa‑1,4‑glikozydowym. Amylopektyna jest praktycznie nierozpuszczalna w wodzie i ma rozgałęzioną strukturę, ponieważ zawiera dodatkowo wiązania alfa‑1,6‑glikozydowe. Skrobia jest głównym materiałem zapasowym większości roślin. Magazynowana jest w dużej ilości w nasionach (np. zbóż) oraz organach spichrzowych (np. bulwach ziemniaka).

R14CZ5q7HIL5Y
Skrobia powstaje w roślinach jako wtórny produkt fotosyntezy i jest materiałem zapasowym magazynowanym w tkankach, np. w bulwach ziemniaka i nasionach zbóż. Odkłada się w komórkach roślin w postaci ziaren, których wielkość i kształt są charakterystyczne dla poszczególnych gatunków.
Zdjęcie z mikroskopu świetlnego przedstawia ziarna skrobi zbożowej barwione jodyną w powiększeniu 40×.
Źródło: Wikimedia Commons, domena publiczna.

Glikogen zbudowany jest podobnie jak skrobia z wielu reszt glukozowych połączonych wiązaniami alfa‑1,4‑glikozydowym i  alfa‑1,6‑glikozydowym. W porównaniu ze skrobią, jego cząsteczki są jednak silniej rozgałęzione. Glikogen jest materiałem zapasowym grzybów i zwierząt. W organizmie człowieka gromadzony jest przede wszystkim w wątrobie i mięśniach szkieletowych. W okresie głodu glikogen ulega rozkładowi, dzięki czemu uwalnia się glukoza, co zapewnia jej stałe stężenie we krwi.

R1Z1dRRAgZFHS
Ilustracja interaktywna przedstawia polisacharydy zapasowe (alfa‑glikany): skrobię: amylozę - 10‑30% i amylopektynę- 70‑80% oraz glikogen. Amyloza: na ilustracji jest wzór - połączone są ze sobą w jednej linii cztery sześciokąty. Pomiędzy sześciokątami jest atom tlenu, który je łączy. Wszystkie sześciokąty łączą się u góry z ciemnoniebieskim owalem. Pod wzorem jest sinusoidalny łańcuch zbudowany z połączonych ze sobą sześciokątów. Rzędy nie łączą się ze sobą. Opis: 1. Źródło: rośliny., 2. Podjednostka: alfa‑glukoza., 3. Wiązania: alfa‑1,4‑glikozydowe., 4. Rozgałęzienia: brak. Amylopektyna: na ilustracji jest wzór: połączone są ze sobą w jednej linii cztery sześciokąty. Pomiędzy sześciokątami jest atom tlenu, który je łączy. Skrajne sześciokąty oraz sześciokąt drugi od lewej strony łączą się u góry z ciemnoniebieskim owalem. Przedostatni sześciokąt od prawej strony łączy się u góry z sześciokątem połączonym z ciemnoniebieskim owalem. Pod wzorem są dwa sinusoidalne łańcuchy. Łączą się ze sobą w środkowej części pod kątem 90 stopni. Opis: 5. Źródło: rośliny, 6. Podjednostka: alfa‑glukoza., 7. Wiązania: alfa‑1,4‑glikozydowe oraz alfa‑1,6‑glikozydowe, 8. Rozgałęzienia: co około 20–30 podjednostek. Glikogen: na ilustracji jest wzór: połączone są ze sobą w jednej linii cztery sześciokąty. Pomiędzy sześciokątami jest atom tlenu, który je łączy. Skrajne sześciokąty oraz sześciokąt drugi od lewej strony łączą się u góry z ciemnoniebieskim owalem. Przedostatni sześciokąt od prawej strony łączy się u góry z sześciokątem połączonym z ciemnoniebieskim owalem. Pod wzorem są połączone ze sobą sześciokąty, tworzą liczne rozgałęzienia. Opis: 9. Źródło: zwierzęta, grzyby, bakterie, 10. Podjednostka: alfa‑glukoza, 11. Wiązania: alfa‑1,4‑glikozydowe oraz alfa‑1,6‑glikozydowe, 12. Rozgałęzienia: co około 10–12 podjednostek.
Porównanie polisacharydów zapasowych.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Celuloza zbudowana jest z wielu reszt glukozy, połączonych w łańcuch za pomocą wiązań beta‑1,4‑glikozydowych. Długie, pojedyncze łańcuchy celulozy ułożone jeden przy drugim są zespolone ze sobą licznymi wiązaniami wodorowymi, tworząc włókna o dużej sztywności i wytrzymałości (mikrofibryle). Celuloza jest polisacharydem strukturalnym, budującym ściany komórkowe wszystkich roślin.

Chityna jest polisacharydem zbudowanym z monomerów beta‑gukozaminy (pochodna glukozy zawierająca grupę aminową), połączonych wiązaniami beta‑1,4‑glikozydowymi. Chityna pełni funkcję strukturalną, wchodząc w skład szkieletów zewnętrznych stawonogów oraz ścian komórkowych grzybów.

R47PHpHAGmXfn
Ilustracja interaktywna przedstawia polisacharydy strukturalne (beta‑glikany): celulozę i chitynę. Na ilustracji jest wzór: połączone są ze sobą w jednej linii trzy sześciokąty. Pomiędzy sześciokątami jest atom tlenu, który je łączy. Skrajne sześciokąty łączą się u góry z jasnoniebieskim owalem. Środkowy sześciokąt łączy się z owalem na dole. Pod wzorem jest trzyrzędowy łańcuch zbudowany z połączonych ze sobą sześciokątów. Rzędy nie łączą się ze sobą. Opis: 1. Źródło: rośliny., 2. Podjednostka: beta‑glukoza., 3. Wiązania: beta‑1,4‑glikozydowe., 4. Rozgałęzienia: brak. Chityna. na ilustracji jest wzór: połączone są ze sobą w jednej linii trzy sześciokąty. Pomiędzy sześciokątami jest atom tlenu, który je łączy. Skrajne sześciokąty łączą się u góry i na dole z owalem - u góry z jasnoniebieskim, na dole z ciemnoniebieskim. Środkowy sześciokąt łączy się na dole z owalem jasnoniebieskim, a u góry z ciemnoniebieskim. Pod wzorem jest trzyrzędowy łańcuch zbudowany z połączonych ze sobą sześciokątów w jednej linii. Między rzędami brak połączenia. Opis: 5. Źródło: zwierzęta, grzyby., 6. Podjednostka: beta‑glukozamina., 7. Wiązania: beta‑1,4‑glikozydowe., 8. Rozgałęzienia: brak.
Porównanie polisacharydów strukturalnych.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Właściwości biologiczne wielocukrów zależą od ich budowy chemicznej. Związki, które służą jako materiały zapasowe, są zazwyczaj rozgałęzione (np. glikogen), co pozwala im upakować więcej energii (w wiązaniach między monosacharydami) w mniejszej przestrzeni komórkowej. Z kolei wielocukry budulcowe, (np. celuloza), mają strukturę liniową, co sprzyja tworzeniu wiązań wodorowych między równolegle ułożonymi łańcuchami, zapewniając wytrzymałość i stabilność. Dodatkowo na właściwości polisacharydów wpływ ma rodzaj wiązania glikozydowego między poszczególnymi monosacharydami. Wiązania typu  alfa, które są typowe dla wielocukrów zapasowych nadają cząsteczce strukturę spiralną, co ułatwia działanie enzymom, które je rozkładają (np. amyloza). Wiązania typu beta z kolei sprzyjają tworzeniu cząsteczek liniowych, przez co spotykane są w polisacharydach budulcowych.

Więcej na temat cukrów dowiesz się z materiałów zamieszczonych w module „Podsumowanie wątku” w Bibliotece wątku.

Podsumowanie

  • Cukry (węglowodany, sacharydy) to związki organiczne, który nazwa pochodzi od węgla i wody, ponieważ stosunek wodoru do tlenu w ich cząsteczkach jest taki jak w wodzie (2:1).

  • Cukry można podzielić ze względu na budowę na:- monosacharydy – najprostsze cukry, zawierające 3–7 atomów węgla,- oligosacharydy – zbudowane z 2–10 cząsteczek monosacharydów,- polisacharydy – składają się z wielu cząsteczek monosacharydów.

  • Monosacharydy dzielimy ze względu na liczbę atomów węgla na triozy (3C), tetrozy (4C), pentozy (5C), heksozy (6C), heptozy (7C).

  • Do monosacharydów zalicza się:
    - aldehyd 3‑fosfoglicerynowy (PGAL) – bezpośredni produkt fotosyntezy wykorzystywany do syntezy innych cukrów i związków organicznych,
    - rybozę – cukier budujący RNA,
    - deoksyrybozę – cukier budujący DNA,
    - glukozę – główne źródło energii dla organizmów; glukoza transportowana jest we krwi u zwierząt i wykorzystywana w oddychaniu komórkowym,
    - fruktozę – cukier owocowy, naturalnie występujący w owocach,
    - galaktozę – składnik laktozy.

  • Disacharydy należą do oligosacharydów, składają się z dwóch cząsteczek monosacharydów połączonych wiązaniem glikozydowym.

  • Do najważniejszych disacharydów należą:
     - sacharoza (cukier trzcinowy/buraczany) – zbudowana z glukozy i fruktozy,
    - laktoza (cukier mleczny) – zbudowana z glukozy i galaktozy, 
    - maltoza (cukier słodowy) – zbudowana z dwóch cząsteczek glukozy.

  • Polisacharydy to wielocukry składające się z wielu połączonych cząsteczek monosacharydów.

  • Polisacharydy pełnią różne funkcje w organizmach:
    - skrobia – materiał zapasowy roślin, występuje w dużej ilości w ziemniakach i zbożach,
    - glikogen – materiał zapasowy zwierząt i ludzi, magazynowany głównie w wątrobie i mięśniach,
    - celuloza – składnik budulcowy ścian komórkowych roślin; celuloza jest nierozpuszczalna w wodzie, stanowi błonnik pokarmowy,
    - chityna – buduje pancerzyki stawonogów i ściany komórkowe grzybów.

Ćwiczenia utrwalające

R1B1ZQ9GMOFQG
Ćwiczenie 2
Z podanych cukrów wybierz pentozy: Możliwe odpowiedzi: 1. glukoza, 2. galaktoza, 3. ryboza, 4. fruktoza, 5. deoksyryboza
ROBER7XCNBXS9
Ćwiczenie 3
Wskaż związek, który nie jest disacharydem: Możliwe odpowiedzi: 1. laktaza, 2. maltoza, 3. laktoza, 4. galaktoza
R1UN94BG5OQ56
Ćwiczenie 4
Na podstawie opisu dopasuj do niego nazwę cukru. Sacharoza Możliwe odpowiedzi: 1. Forma transportowa cukrów u roślin, 2. Składnik pyłku i nektaru roślin, 3. Substancja zapasowa u grzybów, 4. Budulec ściany komórkowej bakterii Trehaloza Możliwe odpowiedzi: 1. Forma transportowa cukrów u roślin, 2. Składnik pyłku i nektaru roślin, 3. Substancja zapasowa u grzybów, 4. Budulec ściany komórkowej bakterii Maltoza Możliwe odpowiedzi: 1. Forma transportowa cukrów u roślin, 2. Składnik pyłku i nektaru roślin, 3. Substancja zapasowa u grzybów, 4. Budulec ściany komórkowej bakterii Peptydoglikan Możliwe odpowiedzi: 1. Forma transportowa cukrów u roślin, 2. Składnik pyłku i nektaru roślin, 3. Substancja zapasowa u grzybów, 4. Budulec ściany komórkowej bakterii
RTL7XTP2229R5
Ćwiczenie 5
Wybierz odpowiedź, która najlepiej opisuje funkcje glikogenu: Możliwe odpowiedzi: 1. jest rozkładany w wątrobie aby dostarczyć glukozę do krwi, 2. stanowi podporę dla komórek mięśni szkieletowych, 3. bierze udział w rozpoznawaniu antygenów komórkowych, 4. pełni funkcję magazynu glukozy u roślin
R8HKLFP4NH4G4
Ćwiczenie 6
Wskaż właściwe określenia, tak aby zdania były prawdziwe. Skrobia i glikogen to polimery, w których skład wchodzi mer należący do pentozheksoz. Wielocukry te nie rozpuszczają się w wodzie, dzięki czemu mogą pełnić funkcję zapasowąenergetyczną. Skrobia występuje m.in. w ścianach komórkowychnasionach zbóż, a glikogen znajduje się m.in. w ścianach komórkowych grzybówmięśniach zwierząt.
Polecenie 1
1

W poniższej grze wybierz dwa monosacharydy oraz dopasuj odpowiednie wiązanie, aby stworzyć konkretny disacharyd.

R6T4617255AR61
Gra przedstawia kamienne biurko, na którym jest pióro, duży zwój papieru ze znakami, po bokach są małe karteczki. Karteczki na dole są podpisane: galaktoza , glukoza i fruktoza. Z prawej strony są wypisane różne wiązania glikozydowe. Należy wybrać dwa monosacharydy i jedno prawidłowe wiązanie aby utworzyć konkretny disacharyd. Po kliknięciu w dane karteczki pojawiają się one na dużym zwoju. Jeżeli ułożymy prawidłowe elementy to po kliknięciu przycisku 'START' wzoru na zwoju podświetlą się i na środku niebieskiego koło wyświetli się powstały disacharyd i jego wzór strukturalny.
Fabryka cukrów.
Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Połącz w pary właściwe odpowiedzi.

R1NvRkCY1SWkV
W efekcie łączenia określonym rodzajem wiązania monocukrów, powstaje dwucukier. Połącz w pary właściwe rodzaje wiązań z powstającym dwucukrem. sacharoza = glukoza + glukoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe maltoza = glukoza + glukoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe izomaltoza = glukoza + glukoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe laktoza = galaktoza + fruktoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe trehaloza = glukoza + glukoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe celobioza = glukoza + glukoza Możliwe odpowiedzi: 1. wiązanie alfa-jeden,sześć-glikozydowe, 2. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 3. wiązanie BETA-jeden,cztery-glikozydowe, 4. wiązanie alfa,alfa-jeden,jeden-glikozydowe, 5. wiązanie alfa,BETA-jeden,dwa-glikozydowe, 6. wiązanie alfa-jeden,cztery-glikozydowe
Polecenie 2

Wróć do polecenia na stronie „Na dobry początek” i dopisz brakujące definicje. Pamiętaj, żeby nie kopiować słownika, ale wyjaśnić każde słowo kluczowe w miarę możliwości swoimi słowami.