Cukry-podział, wzory Hawortha i Fischera

1.Cukrzy dzielą się na trzy podstawowe grupy, a mianowicie:
- cukry proste, jednocukry czyli monosacharydy ( od słowa monos - pojedynczy),
- polisacharydy niższe zwane oligosacharydami (od oligos - nieliczny), należą tu głównie różne di-, tri- i tetrasacharydy,
- cukry złożone, wielocukry czyli polisacharydy wyższe (od słowa polys - liczny) zawierające w cząsteczkach w postaci związanej nawet do kilku tysięcy cukrów prostych. W obrębie przedstawionych powyżej podstawionych grup cukrów istnieją dalsze podgrupy, które będą wyszczególniane przy omawianiu poszczególych grup cukrów.


Monosacharydy
Cukry proste ze względu na ilość atomów węgla w pojedyńczej cząsteczce dzielimy na:
-triozy o 3 atomach węgla, np. aldehyd gliceronowy.
-tetrozy o 4 atomach węgla.
-pentozy o 5 atomach węgla, np. ryboza, deoksyryboza, rybuloza.
-heksozy o 6 atomach węgla, np. glukoza, galaktoza i fruktoza.
Większość biologicznie ważnych monosacharydów ma 5 lub 6 atomów węgla, choć w fizjologii komórek (fotosynteza, cykl Krebsa) znaczenie mają też monosacharydy 3 i 4 węglowe, a spotyka się też monosacharydy i ich pochodne o większej niż 6 liczbie atomów węgla.
Monosacharydy można także podzielić na:
-aldozy, w których występuje grupa aldehydowa (COH), np. deoksyryboza, ryboza, glukoza, galaktoza.
-ketozy, w których występuje grupa ketonowa (C=O), np. rybuloza, fruktoza.
Grupa aldehydowa i ketonowa to podtypy grupy karbonylowej.
Wszystkie monosacharydy posiadają właściwości redukcyjne, czyli dają pozytywny wynik prób zarówno Tolensa, jak i Trommera. Mówimy że cukry są redukujące, gdyż:
grupa aldehydowa w tych cukrach w reakcji z odczynnikiem redukuje go, natomias sama ulega utlenieniu do grupy karboksylowej;
grupa ketonowa w tych cukrach ulega reakcji enolizacji tworząc epimery (dwie aldozy i jedną ketozę). Aldozy w dalszej reakcji wykazują właściwości redukujące (są odczynnikiem redukującym w dalszej reakcji cukrów).
Prawie wszystkie węglowodany są optycznie czynne. Zwykle tylko jeden z dwóch stereoizomerów jest biologicznie aktywny.
Cukry złożone
Cukry złożone powstają w wyniku połączenia dwóch lub więcej cząsteczek cukrów prostych, które określamy wtedy mianem monomerów. Wielocukry nie są jednak polimerami, gdyż podczas ich powstawania wydziela się woda. Jedna cząsteczka wody powstaje w wyniku połączenia się dwóch cukrów prostych tzw. wiązaniem glikozydowym. Hydroliza cukrów złożonych prowadzi do rozerwania wiązań glikozydowych. Przebiega ona jednak tym trudniej, im dłuższy jest łańcuch cukrowy i im bardziej jest on rozgałęziony.
Cząsteczki cukrów mogą się łączyć wiązaniami glikozydowymi na dwa sposoby:
· typ α – cząsteczki są zwrócone tą samą stroną do góry, np. w cząsteczkach maltozy i skrobi. Ten typ wiązania warunkuje charakterystyczne wygięcie łańcucha polisacharydów.
· typ β – cząsteczki są zwrócone raz jedną, raz drugą stroną do góry, np. w cząsteczkach celobiozy i celulozy. Cząsteczka polipeptydów jest prosta, dzięki czemu wiele ich łańcuchów może blisko do siebie przylegać i w konsekwencji wytworzyć wiele wiązań wodorowych. Dlatego celulozowe ściany komórkowe są bardzo trudno rozpuszczalne w wodzie, wytrzymałe i praktycznie niemożliwe do strawienia bez obecności symbiotycznych bakterii. Natomiast skrobia, składająca się z większej ilości amylozy (patrz niżej) jest o wiele łatwiej rozpuszczalna i jej całkowita hydroliza jest już możliwa dzięki kwasom i enzymom.

Disacharydy
Do dwucukrów zaliczamy: sacharozę, laktozę, maltozę, celobiozę
Większość disacharydów (za wyjątkiem sacharozy) wykazuje właściwości redukcyjne.

Polisacharydy
Do polisacharydów zaliczamy: skrobię, glikogen, celulozę, a także wiele pochodnych cukrów.
Łańcuchy polisacharydów dzielimy na:
· amylozę – łańcuch nierozgałęziony, łatwo rozpuszczalny w wodzie.
· amylopektynę – łańcuch silnie rozgałęziony (występują także wiązania 1-6 glikozydowe), nierozpuszczalny w wodzie.
Polisacharydy nie wykazują właściwości redukcyjnych. Wiąże się to z bardzo małą ilością wolnych grup funkcyjnych (grupa ketonowa) w długich łańcuchach cukrowych.

Wzory Hawortha

Wzory Hawortha to rodzaj graficznej prezentacji przestrzennej cząsteczki na płaszczyźnie (swoisty rzut na płaszczyznę z zachowaniem pewnych zasad charakterystycznych dla danej tzw. projekcji chemicznej) charakterystycznej dla półacetalowych (cyklicznych) odmian cukrów obok projekcji Fischera. Nazwa projekcji pochodzi od nazwiska angielskiego chemika, sir Waltera Hawortha.
W projekcji Hawortha używa się uproszczonych wzorów perspektywicznych. Chociaż oddają one rzeczywisty wygląd cząsteczek półacetalowych odmian cukrów znacznie lepiej niż wzory Fischera, nie uwzględniają pewnych istotnych szczegółów ich struktury (kąty wiązań, pofałdowanie łańcucha węglowego). W celu ich przedstawienia stosuje się projekcję stereochemiczną.
Przy przedstawianiu wzorów cukrów za pomocą projekcji Hawortha stosuje się następujące reguły:
· grupę CH2OH pisze się zawsze do góry (ponad płaszczyzną pierścienia; ew. wyjątki w przypadku istnienia w związku kilku grup CH2OH)
· we wzorach cukrów szeregu D w przypadku anomerów α grupa hydroksylowa przy pierwszym atomie węgla jest skierowana do dołu (pod płaszczyznę pierścienia)
· we wzorach cukrów szeregu D w przypadku anomerów β grupa hydroksylowa przy pierwszym atomie węgla jest skierowana do góry (ponad płaszczyznę pierścienia)
· we wzorach cukrów szeregu L sytuacja jest odwrotna