Klasifikace a struktura sacharidů

Sacharidy, také nazývané glycidy, jsou nejrozšířenější organické látky na Zemi. Jejich molekuly tvoří atomy kyslíku, uhlíku a vodíku. Z chemického hlediska se jedná o polyhydroxyaldehydy a polyhydroxyketony. Ve své molekule obsahují funkční aldehydové nebo ketoskupiny, a také větší počet hydroxylových skupin.

Klasifikace sacharidů

Podle počtu jednotek v molekule rozlišujeme:

• monosacharidy – nemohou být dále hydrolyzovány na jednodušší jednotky;
• oligosacharidy – hydrolýzou vytvoří 2–10 jednotek monosacharidů;
• polysacharidy – hydrolyzující se na více než 10 monosacharidů.

Monosacharidy a oligosacharidy obecně nazýváme cukry. Synonymem pro polysacharid je slovo glykan.

Monosacharidy dělíme podle:

• Počtu C-atomů: triózy, tetrózy, pentózy, hexózy.
• Funkční skupiny: aldózy a ketózy.

Polysacharidy dělíme na:

• Homopolysacharidy: jedná se o polymery tvořené stejným druhem monosacharidu. Příkladem je škrob, glykogen či celulóza.
• Heteropolysacharidy: jsou to polymery tvořené více než jedním typem monosacharidu. Příkladem je hemicelulóza.

Struktura sacharidů

Strukturu molekuly sacharidu můžeme vyjádřit různými vzorci:

• Lineární (Fischerův) vzorec;

• Cyklický (Hawortův) vzorec, který vzniká vytvořením heterocyklické struktury.

Soubor:Chitosan Haworth.gif

Cyklus může být:

šestičlenný – pyranóza – podle podobnosti se šestiuhlíkatým pyranem;

pětičlenný – furanóza – podle podobnosti s pětiuhlíkatým furanem.

• Tollensův vzorec popisuje tvorbu cyklické struktury ze vzorce lineárního. Ukazuje reakci hydroxylu s karbonylovou skupinou za vzniku tzv. poloacetalové (hemiacetalové) struktury.

Izomerie

Je to stav, kdy mají sloučeniny se stejným sumárním vzorcem jiné strukturní uspořádání atomů v molekule. U molekul sacharidů se setkáváme s následujícími druhy izomerie.

D- a L- řada

Označuje se podle pozice −OH skupiny na posledním chirálním uhlíku. Přiřazení k příslušné řadě vychází z podobnosti s výchozí sloučeninou sacharidové řady – glyceraldehydem. Skupina −OH se ve Fischerově vzorci nachází vpravo pro D- a vlevo pro L- izomery.

Monosacharidy, které se běžně vyskytují v organismu, patří do D- řady a enzymy, jež katalyzují jejich přeměny, jsou pro tyto izomery stereospecifické.

D- a L- izomery jsou zrcadlovými obrazy tzv. enantiomery – optické izomery. Liší se znaménkem optické otáčivosti, neboli směru, ve kterém otáčejí rovinu polarizovaného světla.

Neplatí však obecně, že by D- řada byla pravotočivá a L- řada levotočivá.

Ekvimolární směs enantiomerů se nazývá racemická směs, nebo také DL směs, a optickou aktivitu nevykazuje.

V přírodě se vyskytují častěji D- izomery .

Pyranózy a furanózy

Označují se podle podobnosti cyklické formy příslušného monosacharidu s cyklem pyranu nebo furanu. Glukóza v roztoku se vyskytuje z více než 99 % ve formě gluko-pyranózy, zbylá část molekul, méně než 1 %, se pak objevuje ve formě gluko-furanózy.

• 

  Příklad pyranózy

• 

  Příklad furanózy

α- a β- anomery

Označují se podle polohy hemiacetálového nebo hemiketalového −OH v cyklu. Hemiacetaly vznikají reakcí aldehydové a alkoholové skupiny, hemiketaly reakcí keto- a alkoholové skupiny.

Pokud je −OH skupina orientována na stejnou stranu jako −OH skupina označující příslušnost k D- nebo L- řadě, jde o α-anomer. Pokud je −OH skupina orientována na stranu protilehlou, jedná se o β-anomer.

U D- řady má proto α-anomer −OH skupinu orientovanou pod rovinu kruhu.

Anomery se liší optickou otáčivostí.

Například při rozpouštění krystalického cukru dochází k ustálení rovnováhy mezi oběma anomery, mění se přitom optická otáčivost roztoku, jev se nazývá mutarotace.

Epimery

Liší se od sebe polohou jedné −OH skupiny v molekule.
Příkladem jsou glukóza a manóza.

Aldózy a ketózy

Označují se podle odlišné funkční skupiny na 1. a 2. uhlíku molekuly.