UGLJENI HIDRATI-1-2008-9

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