Άσκηση 5 Σάκχαρα...Βιοχηµεία 2013-2014 Άσκηση 5η Καθηγητής...

Βιοχηµεία 2013-2014 Άσκηση 5η

Καθηγητής Δρ, Κ. Ε. Βοργιάς 1

Άσκηση 5

Σάκχαρα

5.1 Σκοπός της άσκησης

5. 2 Εισαγωγή-Θεωρητικό Μέρος

5. 2. 1 Γενικά περί υδατανθράκων

5. 2. 2 Κατηγορίες υδατανθράκων

5. 2. 3 Ονοµατολογία υδατανθράκων

5. 2. 4 Μονοσακχαρίτες

5. 2. 4. 1 Τριόζες

5. 2. 4. 2 Τετραόζες

5. 2. 4. 3 Πεντόζες

5. 2. 4. 4 Εξόζες

5. 2. 5 Αναγωγικά και µη αναγωγικά σάκχαρα

5. 2. 6 α- και β- σάκχαρα

5. 2. 7 Παράγωγα υδατανθράκων

5. 2. 7. 1 Γλυκοζίτες

5. 2. 7. 1. 1 Μεθυλοσάκχαρα

5. 2. 7. 1. 2 Αµινοσάκχαρα

5. 2. 7. 1. 3 Φωσφοσάκχαρα

5. 2. 8 Εναντιοµερή σάκχαρα

5. 2. 9 Διαστερεοµερή σάκχαρα

5. 2. 10 Επιµερή σάκχαρα

5. 2. 11 Αντιδράσεις επιµερισµού και αντικατάστασης

5. 2. 12 Oξείδωση του C6 στο µόριο της γλυκόζης

5. 2. 11 Δισακχαρίτες και ολιγοσακχαρίτες

5. 2. 12 Πολυσακχαρίτες



5. 2. 12. 1 Aποθηκευτικοί πολυσακχαρίτες

5. 2. 12. 2 Άµυλο

5. 2. 12. 3 Γλυκογόνο

5. 2. 13 Δοµικοί πολυσακχαρίτες

5. 2. 13. 1 Κυτταρίνη

5. 2. 13. 2 Χιτίνη

5. 2. 14 Ετεροπολυσακχαρίτες

5. 2. 15 Γλυκοπρωτεΐνες

5. 2. 16 Σάκχαρα και οµάδες αίµατος



5. 2 Εισαγωγή-Θεωρητικό Μέρος

5. 2. 1 Γενικά περί υδατανθράκων

Με τον όρο υδατάνθρακες αναφερόµαστε σε µία οµάδα βιολογικών

ενώσεων που έχουν το κοινό γνώρισµα ότι είναι πολυ-υδροξυαλδεύδες ή πολυ-

υδροξυκετόνες και περιγράφονται µε τον γενικό χηµικό τύπο (CH2O) ή

διαφορετικά “ένυδρος άνθρακας”.

Οι υδατάνθρακες είναι βιολογικά µόρια µεγάλης σηµασίας για τους

οργανισµούς. Αποτελούν το µεγαλύτερο ποσοστό της οργανικής ύλης, λόγω των

πολλαπλών ρόλων τους σε κάθε µορφή ζωής.

• Πρώτον, οι υδατάνθρακες χρησιµεύουν ως αποθήκες ενέργειας, ως καύσιµα

και ως µεταβολικά ενδιάµεσα.

• Δεύτερον, τα σάκχαρα ριβόζη και δεοξυριβόζη αποτελούν δοµικά συστατικά

του δοµικού πλαισίου των DNA και RNA.

• Τρίτον, οι πολυσακχαρίτες αποτελούν δοµικά στοιχεία στα κυτταρικά

τοιχώµατα βακτηρίων και φυτών. Πράγµατι, η κυτταρίνη, το κύριο

συστατικό των φυτικών κυτταρικών τοιχωµάτων, είναι η πιο άφθονη

οργανική ένωση στη βιόσφαιρα.

• Τέταρτον, οι υδατάνθρακες είναι συνδεδεµένοι µε πολλές πρωτείνες και

λιπίδια, όπου παίζουν σηµαντικό µεσολαβητικό ρόλο στις αλληλεπιδράσεις

µεταξύ των κυττάρων, καθώς και µεταξύ των κυττάρων και άλλων

στοιχείων στο κυτταρικό περιβάλλον.

• Πέµπτον, µια καθοριστική ιδιότητα των υδατανθράκων στον ρόλο τους ως

µεσολαβητών των κυτταρικών αλληλεπιδράσεων είναι πιθανώς η πάρα

πολύ µεγάλη δοµική τους ποικιλότητα.

5. 2. 2 Κατηγορίες υδατανθράκων

Οι υδατάνθρακες διακρίνονται σε:

• µονοσακχαρίτες, µικρά µόρια που τυπικά περιέχουν τρία έως εννέα άτοµα

άνθρακα και ποικίλλουν στο µέγεθος και τη στερεοχηµική διαµόρφωση σε

ένα ή περισσότερα κέντρα άνθρακα. Αυτοί οι µονοσακχαρίτες µπορεί να

συνδέονται µεταξύ τους για να σχηµατίσουν µια ποικιλία δοµών

ολιγοσακχαριτών και πολυσακχαριτών. Τυπικοί µονοσακχαρίτες είναι η

γλυκόζη και φρουκτόζη.



• δισακχαρίτες, όπως η µαλτόζη και η σουκρόζη και µπορούν να υδρολυθούν

σε µονοσακχαρίτες.

• oλιγοσακχαρίτες, που περιέχουν από 2-10 µονάδες µονοσακχαριτών που

συνδέονται µε γλυκοσιδικό δεσµό (α ή β)

• πολυσακχαρίτες, που είναι µακριές αλυσίδες 100-1000 µονοσακχαριτών,

ευθείες ή διακλαδισµένες, όπως άµυλο και κυτταρίνη

• αλδόζες, είναι οι µονοσακχαρίτες µε µια αλδεϋδική οµάδα σαν ενεργό

κέντρο όπως η γλυκόζη.

• κετόζες, είναι οι µονοσακχαρίτες µε µια κετονική οµάδα σαν ενεργό κέντρο

όπως η φρουκτόζη.

• αναγωγικά σάκχαρα, σάκχαρα µε αναγωγικές ιδιότητες.

• µη αναγωγικά σάκχαρα, σάκχαρα χωρίς αναγωγικές ιδιότητες.

• υδατάνθρακες χωρίς διακλαδώσεις της υδατανθρακικής αλυσίδας και τέλος

• υδατάνθρακες µε διακλαδώσεις της υδατανθρακικής αλυσίδας.

5. 2. 3 Ονοµατολογία υδατανθράκων

Ανάλογα µε τον αριθµό των ατόµων ανθράκων των σακχάρων βάσει του

γενικού τύπου CnH2nOn, όπου η ο αριθµός των ατόµων ανθράκων. Οι άνθρακες

αριθµούνται διαδοχικά και οι άνθρακες στις αλδεύδες ή κετόνες λαµβάνουν τον

µικρότερο αριθµό.

Όταν το:

• n=3 τότε έχουµε τριόζες

• n=4 τότε έχουµε τετραόζες

• n=5 τότε έχουµε πεντόζες

• n=6 τότε έχουµε εξόζες

Ο συνδυασµός της ενεργού οµάδας και του αριθµού των ατόµων C

ονοµάζονται επίσης τα σάκχαρα ως εξής. Για παράδειγµα η γλυκόζη είναι µια

αλδοεξόζη (6 άνθρακες=εξόζη και αλδεϋδική οµάδα=αλδο). Αντίστοιχα η

φρουκτόζη είναι µια κετοεξόζη.

5. 2. 4 Μονοσακχαρίτες

Οι µονοασκαχαρίτες είναι αλδεϋδες ή κετόνες µε πολλαπλές υδροξυλικές

οµάδες. Ανάλογα µε τον αριθµό ατόµων άνθρακα που περιέχουν στο µόριο τους οι



µονοσακχαρίτες µπορούν να διακριθούν σε τριόζες (3C), τετραόζες (4C),

πενταόζες (5C) και εξόζες (6C).

Οι µονοσακχαρίτες και άλλα σάκχαρα θα παρουσιάζονται ως προβολές

Fischer. Στην προβολή Fischer ενός µορίου, τα άτοµα που ενώνονται σε ένα

ασύµµετρο άτοµο άνθρακα µε οριζόντιους δεσµούς είναι επάνω από το επίπεδο της

σελίδας και εκείνα µε κάθετους δεσµούς βρίσκονται κάτω από αυτό. Οι προβολές

Fischer είναι χρήσιµες για την απεικόνιση δοµών υδατανθράκων διότι δίνουν

καθαρές και απλές εικόνες της στερεοχηµείας σε κάθε κέντρο άνθρακα.

Οι χαρακτήρες D και L, καθορίζουν την απόλυτη διαµόρφωση ανάλογα µε

τη θέση που κατέχει το υδροξύλιο του πιο αποµακρυσµένου από την αλδευδοµάδα

ή την κετονοµάδα ασύµµετρου ατόµου άνθρακα.

• Όταν το υδροξύλιο βρίσκεται προς τα δεξιά τότε έχουµε τα D-σάκχαρα

• Όταν το υδροξύλιο βρίσκεται προς τα αριστερά έχουµε τα L-σάκχαρα.

Εδώ πρέπει να σηµειωθεί ότι ο χαρακτηρισµός ενός σακχάρου σε D ή L δεν

έχει σχέση µε τη στροφή που µπορεί να προκαλέσει το διάλυµα του σακχάρου στο

επίπεδο του πολωµένου φωτός.

Οι σηµαντικότερες από βιολογικής πλευράς αλδόζες ή κετόζες είναι εκείνες

της D µορφής, ενώ οι L µορφές απαντώνται σπανιότατα στη φύση.

5. 2. 4. 1 Τριόζες

Η τριόζη µε 3C είναι το απλούστερο σάκχαρο. Η γλυκεραλδεύδη είναι

αλδόζη (αλδοτριόζη) γιατί περιέχει µια αλδεϋδική οµάδα, ενώ η διυδροξυακετόνη

είναι µία κετόνη (κετοτριόζη), γιατί περιέχει µια κετονική οµάδα.

Η γλυκεραλδεύδη έχει ένα µόνο ασύµµετρο άτοµο άνθρακα. Έτσι,

υπάρχουν δύο στερεοϊσοµερή αυτής της αλδόζης µε τρία άτοµα άνθρακα, η D-

γλυκεραλδεύδη και η L-γλυκεραλδεύδη. Η D-γλυκεραλδευδη και η L-

γλυκεραλδευδη είναι εναντιοµερή, ή είδωλα το ένα του άλλου.

Η διυδροξυακετόνη είναι η απλούστερη κετόζη.



5. 2. 4. 2 Τετραόζες

Τα βασικότερα σάκχαρα µε 4 άνθρακες είναι η ερυθρόζη και η θρεόζη.

5. 2. 4. 3 Πεντόζες

Τα βασικότερα σάκχαρα µε 5 άνθρακες είναι η ριβόζη και δεοξυριβόζη, η

αραβινόζη, η ξυλόζη και λυζόζη. Οι πεντόζες ριβόζη και δεοξυριβόζη αποτελούν

δοµικά συστατικά των νουκλεϊνικών οξέων.



5. 2. 4. 4 Εξόζες

Οι εξόζες και τα παράγωγα τους χρησιµεύουν για την κάλυψη των

ενεργειακών αναγκών του κυττάρου καθώς επίσης και για τη δηµιουργία

εφεδρικών αποθεµάτων. Από βιολογική και βιοχηµική άποψη οι σηµαντικότερες

εξόζες είναι: η φρουκτόζη, η γλυκόζη, η µαννόζη και η γαλακτόζη.

Επισηµαίνεται ότι οι κετόζες έχουν ένα λιγότερο ασύµµετρο κέντρο από τις

αλδόζες, µε τον ίδιο αριθµό ατόµων άνθρακα. Η D-φρουκτόζη είναι η πιο άφθονη

κετοεξόζη στη φύση.



5. 2. 5 Αναγωγικά και µη αναγωγικά σάκχαρα

Αναγωγικά είναι τα σάκχαρα που περιέχουν µια ελεύθερη αλδευδική οµάδα

(πχ. γλυκόζη) ή κετονική οµάδα (πχ. φρουκτόζη) και ανάγουν δείκτες, όπως

σύµπλοκα ιόντων δισθενούς χαλκού σε µονοσθενή χαλκό.

Ανάλογα µε τη φύση της αναγωγικής οµάδας τα σάκχαρα ταξινοµούνται σε:

• αλδόζες, όταν η αναγωγική οµάδα είναι αλδευδοµάδα

• κετόζες, όταν η αναγωγική οµάδα είναι κετονοµάδα

Ο αναγωγικός παράγοντας σε αυτές τις αντιδράσεις είναι µορφή ανοικτής

αλυσίδας της αλδόζης ή της κετόζης.

Παλαιότερα έγινε η υπόθεση ότι το µόριο του σακχάρου αποτελείται από

µια ευθεία αλυσίδα ατόµων άνθρακα και ότι η αναγωγική οµάδα ήταν ελεύθερη και

ικανή να δώσει αντιδράσεις αναγωγής. Με την υπόθεση όµως αυτή δεν ήταν

δυνατόν να εξηγηθούν ορισµένες ιδιότητες των µονοσακχαριτών όπως η έλλειψη

ικανότητας να ανάγουν το αντιδραστήριο του Schiff.

Για να εξηγηθούν τα δεδοµένα αυτά, διατυπώθηκε η άποψη ότι η

αλδεϋδοµάδα ή η κετονοµάδα πρέπει να βρίσκεται καλυµένη κατά κάποιο τρόπο.

Υποτίθεται δηλαδή, ότι το µόριο του µονοσακχαρίτη εν διαλύσει βρίσκεται υπό

µορφή δακτυλίου, που σχηµατίζεται µε µια ενδοµοριακή αντίδραση ηµιακεταλικής

ή ηµικεταλικής µορφής.

Γενικά, µια αλδεϋδη µπορεί να αντιδρά µε µια αλκοόλη για να σχηµατίσει

µια ηµιακετάλη.

Αντίδραση σχηµατισµού ηµιακετάλης

Παροµοίως, µια κετόνη µπορεί να αντιδρά µε µια αλκοόλη για να

σχηµατίσει µια ηµικετάλη.

Αντίδραση σχηµατισµού ηµικετάλης



Ο επικρατέστεροι τύποι της ριβόζης, της γλυκόζης, της φρουκτόζης και

πολλών άλλων σακχάρων σε διάλυµα δεν είναι η ανοιχτή αλυσίδα. Μάλλον, οι

ανοιχτές αλυσίδες των ενώσεων αυτών κυκλοποιούνται σε δακτυλίους.

Για µια αλδοεξόζη όπως η γλυκόζη, η αλδεϋδική οµάδα C-1 του τύπου

ανοιχτής αλυσίδας αντιδρά µε το υδροξύλιο του C-5 για να σχηµατίσει µια

ενδοµοριακή ηµιακετάλη. Ο εξαµελής δακτύλιος του σακχάρου που παράγεται

ονοµάζεται πυρανόζη λόγω της οµοιότητάς του µε το πυράνιο

Χηµικός τύπος του πυρανίου

Ο εξαµελής δακτύλιος της πυρανόζης δεν είναι επίπεδος, λόγω της

τετραεδρικής γεωµετρίας των κορεσµένων ατόµων άνθρακα. Αντίθετα, οι

δακτύλιοι της πυρανόζης υιοθετούν δύο τάξεις στερεοδιατάξεων, του ανακλίντρου

(chair) και του λουτήρα (boat), λόγω της οµοιότητάς τους µε τα αντικείµενα αυτά.

Στη µορφή του ανακλίντρου, οι υποκαταστάτες των ατόµων άνθρακα του

δακτυλίου έχουν δύο προσανατολισµούς αξονικό (α) και ισηµερινό (e). Οι αξονικοί

δεσµοί είναι σχεδόν κάθετοι προς το µέσο επίπεδο του δακτυλίου, ενώ οι

ισηµερινοί δεσµοί είναι σχεδόν παράλληλοι προς το επίπεδο αυτό. Οι αξονικοί

υποκαταστάτες παρεµποδίζουν στερεοχηµικά ο ένας τον άλλον εάν προβάλλουν

από την ίδια πλευρά του δακτυλίου.

Αντίθετα, υπάρχει πολύ περισσότερος χώρος για τους ισηµερινούς

υποκαταστάτες. Η µορφή του ανακλίντρου της β-D-γλυκοπυρανόζης είναι η

επικρατέστερη, διότι όλες οι αξονικές θέσεις καταλαµβάνονται από άτοµα

υδρογόνου. Οι ογκωδέστερες οµάδες -OH και -CH20H προβάλλουν στην

περιφέρεια µε µικρή στερεοχηµική παρεµπόδιση. Η µορφή λουτήρα της γλυκόζης

δεν ευνοείται διότι στερεοχηµικά παρεµποδίζεται εντελώς.



Η κετονική οµάδα στον C-2 του τύπου ανοιχτής αλυσίδας µιας κετοεξόζης,

όπως η φρουκτόζη, µπορεί να σχηµατίσει µια ενδοµοριακή ηµικετάλη αντιδρώντας

είτε µε την υδροξυλική οµάδα του C-6 για να σχηµατίσει µια εξαµελή κυκλική

ηµικετάλη είτε µε την υδροξυλική οµάδα του C-5 για να σχηµατίσει µια πενταµελή

κυκλική ηµικετάλη.

Ο πενταµελής αυτός δακτύλιος σακχάρου ονοµάζεται φουρανόζη λόγω της

οµοιότητάς του µε το φουράνιο.

Χηµικός τύπος του φουρανίου

Η φρουκτόζη σχηµατίζει δακτυλίους πυρανόζης και φουρανόζης. Η µορφή

φουρανόζης επικρατεί όταν η φρουκτόζη είναι µόνη της στο διάλυµα, ενώ η

µορφή φουρανόζης είναι η κυριότερη για τα περισσότερα παράγωγά της.

Αυτές οι απεικονίσεις της γλυκοπυρανόζης και της φρουκτοπυρανόζης είναι

προβολές κατά Hαworth. Σε µια τέτοια προβολή τα άτοµα του άνθρακα του

δακτυλίου δεν δείχνονται καθαρά. Τo κατά προσέγγιση επίπεδο του δακτυλίου

είναι κάθετο στο επίπεδο της σελίδας, ενώ η έντονη γραµµή συµβολίζει το τµήµα

του δακτυλίου προς το µέρος του αναγνώστη. Όπως και στις προβολές Fischer, οι

προβολές κατά Haworth επιτρέπουν εύκολη απεικόνιση της στερεοχηµείας των

σακχάρων.



5. 2. 6 α- και β- σάκχαρα

Μια τελευταία ταξινόµηση των D-σακχάρων είναι σε α και β σάκχαρα

ανάλογα µε τη θέση του υδροξυλίου του πρώτου ατόµου άνθρακα (ηµιακεταλικό

υδροξύλιο) (βλ. παρακάτω σχήµα).

Όταν σχηµατίζεται µια ηµιακετάλη δηµιουργείται ένα πρόσθετο ασύµµετρο

κέντρο. Στη γλυκόζη, ο καρβονυλικός άνθρακας (C-l), στη µορφή ανοιχτής

αλυσίδας, µετατρέπεται σε ένα ασύµµετρο κέντρο. Έτσι, µπορεί να προκύψουν

δύο δοµές η α-D-γλυκοπυρανόζη και η β-D-γλυκοπυρανόζη. Για τα D-σάκχαρα,

σχεδιασµένα ως προβολές κατά Haworth, ο προσδιορισµός α σηµαίνει ότι το

υδροξύλιο που συνδέεται στον C-l βρίσκεται κάτω από το επίπεδο του δακτυλίου,

ενώ β σηµαίνει ότι βρίσκεται επάνω από το επίπεδο του δακτυλίου. Ο άνθρακας C-

1 καλείται ανωµερικό άτοµο άνθρακα και οι µορφές α και β καλούνται ανωµερή.

Ένα µείγµα ισορροπίας της γλυκόζης περιέχει περίπου ένα τρίτο α-ανωµερές, δύο

τρίτα β-ανωµερές και <1% µορφή ανοιχτής αλυσίδας.

Η ίδια ονοµατολογία εφαρµόζεται και στον δακτύλιο φουρανόζης της

φρουκτόζης, µε τη διαφορά ότι τα α και β αναφέρονται στις υδροξυλικές οµάδες

που είναι ενωµένες στον άνθρακα C-2, που είναι και ο ανωµερής.



5. 2. 7 Παράγωγα υδατανθράκων

5. 2. 7. 1 Γλυκοζίτες

Οι µονοσακχαρίτες µπορούν να τροποποιηθούν αντιδρώντας µε αλκοόλες

και αµίνες για να σχηµατίσουν προϊόντα προσθήκης. Παραδείγµατος χάριν, η

γλυκόζη αντιδρά µε µεθανόλη σε όξινο περιβάλλον: ο ανωµερής άνθρακας

αντιδρά µε το υδροξύλιο της µεθανόλης, για να σχηµατίσει δύο προϊόντα, τον

µεθυλο-α-D-γλυκοπυρανοζίτη και τον µεθυλο-β-D-γλυκοπυρανοζίτη. Αυτοί οι δύο

γλυκοπυρανοζίτες διαφέρουν στη διαµόρφωση του ανωµερικού ατόµου άνθρακα.

Ο νέος δεσµός που σχηµατίζεται µεταξύ του ανωµερικού ατόµου άνθρακα

της γλυκόζης και του ατόµου του οξυγόνου του υδροξυλίου της µεθανόλης

ονοµάζεται γλυκοζιτικός δεσµός και ειδικότερα γλυκοζιτικός δεσµός Ο (ή

γλυκοζιτικός δεσµός µέσω οξυγόνου). Το ανωµερικό άτοµο άνθρακα ενός

σακχάρου µπορεί να ενωθεί µε άτοµο αζώτου µιας αµίνης για να σχηµατίσει έναν

γλυκοζιτικό δεσµό Ν (ή γλυκοζιτικό δεσµό µέσω αζώτου).

Παραδείγµατος χάριν, ατροποποίητη γλυκόζη αντιδρά µε οξειδωτικούς

παράγοντες όπως τα ιόντα χαλκού (Cu2+) διότι η µορφή της ανοιχτής αλυσίδας

έχει µια ελεύθερη αλδεϋδική οµάδα η οποία οξειδώνεται εύκολα. Γλυκοζίτες όπως

ο µεθυλο-γλυκοπυρανοζίτης δεν αντιδρούν, διότι δεν µετατρέπονται εύκολα σε µια

µορφή που περιλαµβάνει µια ελεύθερη αλδεϋδική οµάδα. Διαλύµατα ιόντων

χαλκού (γνωστά ως διάλυµα του Fehling) αποτελούν µια απλή δοκιµασία για



σάκχαρα όπως η γλυκόζη. Τα σάκχαρα που αντιδρούν ονοµάζονται αναγωγικά

σάκχαρα εκείνα που δεν αντιδρούν ονοµάζονται µη αναγωγικά σάκχαρα.

Οι αλδόζες παράγουν τις αντίστοιχες αλκοόλες: Η D-γλυκόζη παράγει D-

σορβιτόλη, η D-Μαννόζη παράγει D-µαννιτόλη και η D-γαλακτόζη παράγει

δουλσιτόλη.

Οι κετόζες παράγουν δύο διαφορετικές αλκοόλες επειδή σχηµατίζεται ένας

νέος ασύµµετρος άνθρακας στη διαδικασία αυτή. Για παράδειγµα η D-φρουκτόζη

παράγει D-µαννιτόλη και D-σορβιτόλη.

Τα αλκολοσάκχαρα λειτουργούν κυρίως σαν ενδιάµεσα προϊόντα σε

πλάγιους µεταβολικούς δρόµους.

5. 2. 7. 1. 1 Μεθυλοσάκχαρα

Τα σάκχαρα λοιπόν ενώνονται µε αλκοόλες και αµίνες µε γλυκοζιτικούς

δεσµούς. Όταν η γλυκόζη θερµανθεί µε άνυδρη µεθανόλη παρουσία HCl, ο

ανωµερής άνθρακας αντιδρά µε το υδροξύλιο της αλκοόλης σχηµατίζοντας δύο

ακετάλες, τον α-µεθυλογλυκοζίτη και τον β-µεθυλογλυκοζίτη. Το HCl διευκολύνει

την αποµάκρυνση του υδροξυλίου από τον ανωµερή άνθρακα. Η αντίδραση αυτή

είναι κλασσικό παράδειγµα όξινης κατάλυσης.



5. 2. 7. 1. 2 Αµινοσάκχαρα

Η προσθήκη µιας αµινοµάδας στον άνθρακα 2 της γλυκόζης παράγει

γλυκοζαµίνη ενώ αντίστοιχα στη γαλακτόζη, παράγεται γαλακτοζαµίνη, όπως

φαίνεται στο παρακάτω σχήµα.

Η προσθήκη µιας Ν-ακετυλο οµάδας στον άνθρακα 2 της γλυκόζης παράγει

Ν-ακετυλο-γλυκοζαµίνη, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα.

5. 2. 7. 1. 3 Φωσφοσάκχαρα

Τα σάκχαρα µπορούν να φωσφορυλιωθούν στις θέσεις C-1 και C-6, όπως

φαίνεται στο παρακάτω σχήµα. Φωσφορικοί εστέρες των µονοσακχαριτών παίζουν

ιδιαίτερο ρόλο στην βιολογία διότι είναι οι ενεργοποιηµένες µορφές των χηµικών

ανδρανών σακχάρων για τον περαιτέρω µεταβολισµό τους.



5. 2. 8 Εναντιοµερή σάκχαρα

Οι εναντιοµερείς ενώσεις έχουν σχέση αντικειµένου προς είδωλο.

5. 2. 9 Διαστερεοµερή σάκχαρα

Η D-ερυθρόζη και D-θρεόζη είναι δύο αλδόλες µε τέσσερα άτοµα άνθρακα.

Έχουν την ίδια διαµόρφωση στο άνθρακα 3 (επειδή είναι και τα δύο D-σάκχαρα)

αλλά αντίθετη διαµόρφωση στον άνθρακα 2. Είναι λοιπόν διαστερεοµερείς ενώσεις

και όχι εναντιοµερείς διότι δεν έχουν σχέση ειδώλου προς αντικείµενο.



5. 2. 10 Επιµερή σάκχαρα

D-σάκχαρα που διαφέρουν στη διαµόρφωση µόνο ενός ασύµµετρου

κέντρου ονοµάζονται επιµερή. Η γλυκόζη και η γαλακτόζη είναι επιµερή σάκχαρα

µε κέντρο επιµερισµού τον άνθρακα 4.

5. 2. 11 Αντιδράσεις επιµερισµού και αντικατάστασης

Στο παρακάτω σχήµα συνοψίζονται οι αντιδράσεις επιµερισµού της D-

γλυκόζης στον άνθρακα 4 και δηµιουργία D-γαλακτόζης. Αντίστοιχα η

αντικατάσταση του –ΟΗ στον άνθρακα 2 της D-γλυκόζης µε ακεταµινοµάδα

παράγεται Ν-ακετυλο-D-γλυκοζαµίνη, ενώ η ίδια αντικτάσταση σε D-γαλακτόζη

παράγει Ν-ακετυλο-D-γαλακτοζαµίνη. Επιµερισµός στον άνθρακα 2 της D-

γλυκόζης έχει σαν αποτέλεσµα την παραγωγή D-µαννόζης.



5. 2. 12 Oξείδωση του C6 στο µόριο της γλυκόζης

Oξείδωση του C6 στο µόριο της γλυκόζης παράγει καρβοξυλική οµάδα και

ως εκ τούτου D-γλυκουρονικό οξύ. Αποµάκρυνση του άνθρακα 6 µετατρέπει την

D-γλυκόζη σε D-ξυλόζη. Επίσης η αποµάκρυνση του –OH από τον άνθρακα 6 της

D-γαλακτόζης παράγει L-φουκόζη.



Αναγωγή της γλυκεραλδεύδης παράγει γλυκερόλη, µια αλκοόλη. Αναγωγή

της γλυκόζης παράγει γλουσιτόλη ή σορβιτόλη



Η µαννόζη ανάγεται σε µαννιτόλη.

5. 2. 11 Δισακχαρίτες και ολιγοσακχαρίτες

Οι ολιγοσακχαρίτες διακρίνονται σε δισακχαρίτες, τρισακχαρίτες κλπ.,

ανάλογα µε τον αριθµό των µονοσακχαριτών που περιέχουν στο µοριό τους.



Στους ολιγοσακχαρίτες οι µονοσακχαρίτες συνδέονται µεταξύ τους µε

γλυκοζιδικό δεσµό και ανάλογα µε το εαν µένει ή όχι ελεύθερο το ηµιακεταλικό

υδροξύλιο διακρίνονται σε ανάγοντες και µη ανάγοντες ολιγοσακχαρίτες

αντίστοιχα.

Ένας δισακχαρίτης αποτελείται από δυο σάκχαρα ενωµένα µε έναν

γλυκοζιτικό δεσµό.

Οι γλυκοζιτικοί δεσµοί σχηµατίζονται από την συµπύκνωση δύο –ΟΗ δύο

σακχάρων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα.

H αντίδραση σχηµατισµού των γλυκοζιδικών δεσµών.



Οι διάφοροι τύποι ολιγοσκαχαριτών δηµιουργούνται από διάφορους

γλυκοζιτικούς δεσµούς σε α- ή β- διαµόρφωση οπότε λαµβάνουν αντίστοιχα την

ονοµασία α-γλυκοζιτικός και β-γλυκοζιτικός δεσµός, αντίστοιχα.

Οι τρεις πιο διαδεδοµένοι δισακχαρίτες είναι η σακχαρόζη, η λακτόζη και η

µαλτόζη. Η σακχαρόζη (η κοινή ζάχαρη) παρασκευάζεται εµπορικά από το

σακχαχαροκάλαµο ή τα σακχαχαρότευτλα. Στον δισακχαρίτη αυτόν ενώνονται τα

ανωµερικά άτοµα άνθρακα µιας µονάδας γλυκόζης και µιας φρουκτόζης. Η

διαµόρφωση αυτού του γλυκοζιτικού δεσµού είναι α- για τη γλυκόζη και β- για τη

φρουκτόζη. H σακχαρόζη ή σουκρόζη είναι µη ανάγων δισακχαρίτης. Η σακχαρόζη

µπορεί να διασπαστεί στα συστατικά της από το ένζυµο σακχαράση.

O

H

HO

H

HO

H

OHHH

OH

O

H

O

H

HOHO

CH2OHH

OH

OH

H

Σακχαροζη

Η λακτόζη, ο δισακχαρίτης του γάλακτος, αποτελείται από γαλακτόζη που

ενώνεται µε τη γλυκόζη µε έναν γλυκοζιτικό δεσµό β-1,4. Στον άνθρωπο, η

λακτόζη υδρολύεται στους µονοσακχαρίτες αυτούς από τη λακτάση και στα

βακτήρια από την β-γαλακτοζιτάση.

Χηµική δοµή της γαλακτόζης

Στη µαλτόζη, δύο µονάδες γλυκόζης ενώνονται µε έναν γλυκοζιτικό δεσµό

α-1,4. Η µαλτόζη προέρχεται από την υδρόλυση του αµύλου και υδρολύεται µε τη

σειρά της σε γλυκόζη από τη µαλτάση. Η σακχαράση, η λακτάση και η µαλτάση

εντοπίζονται στην εξωτερική επιφάνεια των επιθηλιακών κυττάρων του λεπτού

εντέρου.



Η ισοµαλτόζη είναι ένας ανάγων δισακχαρίτης που προέρχεται από την

σύνδεση δύο µορίων γλυκόζης µε α,1-6 γλυκοζιτικό δεσµό και είναι προϊόν

υδρόλυσης των δεξτρανών.

Η τρεχαλόζη είναι ένας µη ανάγων δισακχαρίτης και αποτελείται από α-1.1

γλυκοζιτικό δεσµό. Είναι αποθηκευτικός πολυσακχαρίτης στα έντοµα.

5. 2. 12 Πολυσακχαρίτες

Οι µεγάλοι πολυµερείς ολιγοσακχαρίτες που σχηµατίζονται από τη σύνδεση

πολλαπλών µονοσακχαριτών ονοµάζονται πολυσακχαρίτες.

Οι πολυσακχαρίτες παίζουν ζωτικό ρόλο στην αποθήκευση ενέργειας και

στη διατήρηση της δοµικής ακεραιότητας ενός οργανισµού. Εάν όλοι οι

µονοσακχαρίτες είναι όµοιοι, αυτά τα πολυµερή ονοµάζονται οµοπολυσακχαρίτες,

ενώ εάν οι µονοσακχαρίτες είναι διαφορετικοί ονοµάζονται ετεροπολυσακχαρίτες.

Οι πολυσακχαρίτες έχουν κατά κανόνα διαφορετικές φυσικοχηµικές

ιδιότητες από αυτές των µονοσακχαριτών από τους οποίους αποτελούνται.

Τα υδατανθρακικά πολυµερή διακρίνονται σε δοµικούς και αποθηκευτικούς

πολυσακχαρίτες.

5. 2. 12. 1 Aποθηκευτικοί πολυσακχαρίτες

Στους αποθηκευτικούς πολυσακχαρίτες περιλαµβάνονται ενώσεις µε

τεράστια βιολογική σηµασία, όπως το άµυλο και το γλυκογόνο, που ανήκουν στις



γλυκάνες, είναι δηλαδή ανυδριτικά παράγωγα της D-γλυκόζης, του τύπου

(C6H10O5)n που συνδέονται µέσω α-γλυκοζιτικών δεσµών. Οι αποθηκευτικοί

πολυσακχαρίτες όταν υπάρχει κυτταρική ανάγκη διασπώνται εύκολα σε

ολιγοσακχαρίτες ή µονοσακχαρίτες.

Η στερεοδιαµόρφωση των α-γλυκοζιτικών δεσµών έχει σαν αποτέλεσµα τα

πολυµερή αυτά να είναι ελικοειδή µε στόχο την ελαχίστη χρήση χώρου. Την ίδια

ελικοειδή διαµόρφωση έχουµε στις α-έλικες στις πρωτεΐνες και στο ελικοειδές

πακετάρισµα του DNA.

Eλικοειδής µορφή πολυµερούς σακχάρου

5. 2. 12. 2 Άµυλο

Το άµυλο αποτελεί τη θρεπτική δεξαµενή των φυτών και απαντάται στα

διάφορα φυτικά όργανα µε τη µορφή αµυλοκόκκων. Είναι µίγµα δυο µορφών, της

αµυλόζης και της αµυλοπηκτίνης

Η αµυλόζη βρίσκεται στο εσωτερικό των αµυλοκόκκων, έχει µοριακό βάρος

της τάξης 104-106 Da και είναι τύπος αµύλου χωρίς διακλαδώσεις που αποτελείται

από κατάλοιπα γλυκόζης συνδεδεµένα µε α-1,4 γλυκοζιτικό δεσµό.

Η αµυλοπηκτίνη αποτελεί το περίβληµα των αµυλοκόκκων, το µοριακό της

βάρος κυµαίνεται µεταξύ 105-107 Da και είναι τύπος αµύλου µε διακλαδώσεις,

δηλαδή ανά 20 περίπου γραµµικά ενωµένα (µε α-1,4 γλυκοζιτικούς δεσµούς)

µονοµερή, µόρια γλυκόζης ενώνονται και πλευρικά µε α-1,6 γλυκοζιτικούς

δεσµούς.



OH

HHO

H

OHH

HHO

H

HO

HHO

H

OHH

HHO

O

OH

HHO

H

OHOH

H

HHO

O

Αµυλοζη

Χηµική δοµή του άµυλου και ένζυµα αποικοδόµησης

Το άµυλο µπορεί να υδρολυθεί µε δυο τρόπους, είτε µε το ένζυµο αµυλάση,

είτε µε αραιό διάλυµα οξέος και θέρµανση. Όταν το άµυλο υδρολύεται µε ένζυµο,

στην αρχή διασπάται σε αµυλοδεξτρίνες, κατόπιν σε ερυθροδεξτρίνες, στη

συνέχεια σε αχροοδεξτρίνες και τελικά σε µαλτόζη. Όταν η υδρόλυση γίνει µε οξύ,

τότε έχουµε και πάλι τα ίδια ενδιάµεσα προϊόντα, αλλά το τελικό προϊόν της

διάσπασης είναι η γλυκόζη.

Περισσότερο από το µισό των υδατανθράκων που καταναλώνει ο άνθρωπος

αποτελούνται από άµυλο. Η αµυλοπηκτίνη και η αµυλόζη υδρολύονται ταχύτατα

από την α-αµυλάση, η οποία εκκρίνεται από τους σιελογόνους αδένες και το

πάγκρεας.

Σχήµα 5.7

Ενζυµική υδρόλυση αµύλου από διάφορα υδρολυτικά ένζυµα

5. 2. 12. 3 Γλυκογόνο

Το πιο κοινό οµοπολυµερές στα ζωικά κύτταρα είναι το γλυκογόνο, η

αποθηκεύσιµη µορφή της γλυκόζης.

Το γλυκογόνο απαντάται σαν “εφεδρική” πρώτη ύλη στο συκώτι και στους

µυς και έχει δοµή ανάλογη µε αυτή της αµυλοπηκτίνης, µε περισσότερες όµως

διακλαδώσεις και µεγαλύτερο µοριακό βάρος.



Tο γλυκογόνο είναι ένα µεγάλο, διακλαδιζόµενο πολυµερές από κατάλοιπα

γλυκόζης. Οι περισσότερες µονάδες της γλυκόζης στο γλυκογόνο είναι

συνδεδεµένες µε γλυκοζιτικούς δεσµούς α-Ι,4. Οι διακλαδώσεις σχηµατίζονται από

γλυκοζιτικούς δεσµούς α-Ι,6 περίπου ανά 10 µονάδες γλυκόζης.

5. 2. 13 Δοµικοί πολυσακχαρίτες

Βασικό χαρακτηριστικό των δοµικών πολυσακχαριτών είναι ότι τα µόρια

γλυκόζης συνδέονται µεταξύ τους µέσω β-γλυκοζιτικών δεσµών, γεγονός που

τους προσδίδει εκτεταµένη διαµόρφωση, αντίστοιχα µε τις β-πτυχωτές επιφάνειες

των πρωτεϊνών.

Η ευθεία αλυσίδα, που σχηµατίζεται από β-δεσµούς, είναι η βέλτιστη για

την κατασκευή ινών που έχουν µεγάλη αντοχή στον εφελκυσµό. Σε αντίθεση, η

ανοιχτή έλικα που σχηµατίζεται από α-δεσµούς είναι περισσότερο κατάλληλη για

τη δηµιουργία προσιτών αποθεµάτων σακχάρου. Από τα παραπάνω γίνεται σαφές

ότι οι συνέπειες αυτών των διαφορών των α- και β- γλυκοζιτικών σχετίζονται µε

τη στερεοδιαµόρφωση των σακχάρων και έχουν µεγάλη βιολογική σηµασία.

Στους δοµικούς πολυσακχαρίτες, περιλαµβάνονται η κυτταρίνη και η χιτίνη.

Η κυτταρίνη είναι το φυσικό πολυµερές στα χερσαία οικοσυστήµατα σε αντίθεση

µε την χιτίνη που επικρατεί στα υδάτινα οικοσυστήµατα.Τα δύο αυτά βιοπολυµερή

διασπώνται από µια σειρά ενζύµων, των υδρολασών χιτίνης και κυτταρίνης που



ονοµάζονται χιτινάσες και κυτταρινάσες, αντίστοιχα. Τα ένζυµα αυτά παίζουν

σηµαντικό ρόλο στην ανακύκλωση των βιοπολυµερών αυτών που παράγονται

ετησίως σε επίπεδα 1010-1020 τόννους.

5. 2. 13. 1 Κυτταρίνη

Η κυτταρίνη είναι το κύριο δοµικό πολυµερές των φυτών. Αποτελείται από

γραµµικές αλυσίδες µονάδων γλυκόζης που ενώνονται µε β-1,4 γλυκοζιτικό

δεσµό. Καθώς κάθε κατάλοιπο γλυκόζης είναι περιστραµµένο κατά 180ο σε σχέση

µε τα διπλανά του, η βασική µονάδα της κυτταρίνης είναι το διµερές σελλοβιόζη.

Στο σχήµα 5.4 παρουσιάζεται η χηµική δοµή της κυτταρίνης. Η ιδιαίτερη στερεά

δοµή της κυτταρίνης οφείλεται στο σωστό πακετάρισµα των εκτενών αλυσίδων και

των πολλαπλών δεσµών υδρογόνου.

Σχηµα: σελλοβιόζη

Σχήµα: Χηµική δοµή Κυτταρίνης



Σχήµα: το επίπεδο που φαίνονται οι δεσµοί Η ανάµεσα στις αλυσίδες των αλυσίδων

κυτταρίνης

Σχήµα: Ενζυµικές ενεργότητες κυτταρινασών

Το παραπάνω σχήµα παρουσιάζει τις ενζυµικές ενεργότητες που σχετίζονται µε την

αποικοδόµηση της κυτταρίνης. Τα σαρκοβόρα θηλαστικά δεν διαθέτουν

κυτταρινάσες, άρα δεν είναι σε θέση να πέψουν ξύλο και φυτικές ίνες.



5. 2. 13. 2 Χιτίνη

Η χιτίνη είναι το φυσικό πολυµερές στα υδάτινα οικοσυστήµατα και είναι µετά την

κυτταρίνη το πλέον άφθονο πολυµερές.

Σχήµα: καβούρι

Σχήµα: Χηµική δοµή Χιτίνης και ένζυµα αποικοδόµησης

Η χιτίνη αποικοδοµείται στη φύση ενζυµικά µέσω υδρολασών της χιτίνης, χιτινάση

και χιτοβιάση.

5. 2. 14 Ετεροπολυσακχαρίτες

Στο παρακάτω σχήµα παρουσιάζεται η πολύπλοκη χηµική δοµή σύνθετων

ετεροπολυσακχαριτών µε πλευρική διακλάδωση που σχετίζονται µε τη κυτταρική

αναγνώριση.



5. 2. 15 Γλυκοπρωτεΐνες

Οµάδες υδατανθράκων είναι οµοιοπολικά προσκολληµένες σε πολλές

διαφορετικές πρωτεΐνες για να σχηµατίσουν γλυκοπρωτεΐνες. Το ποσοστό των

υδατανθράκων στο βάρος των γλυκοπρωτεϊνών είναι πολύ µικρότερο από ότι στις

πρωτεογλυκάνες. Πολλές γλυκοπρωτεΐνες είναι συστατικά των κυτταρικών

µεµβρανών, όπου παίζουν ποικίλους ρόλους σε πορείες όπως η διακυτταρική

συνάφεια και η πρόσδεση του σπερµατοζωαρίου στο ωάριο.

Στις γλυκοπρωτεΐνες, τα σάκχαρα είναι προσκολληµένα είτε στο αµιδικό

άτοµο αζώτου στην πλευρική αλυσίδα της ασπαραγίνης (σύνδεση µέσω αζώτου, Ν)

είτε στο άτοµο οξυγόνου στην πλευρική αλυσίδα της σερίνης ή θρεονίνης

(σύνδεση µέσω οξυγόνου, Ο).



Σύνδεση σακχάρων σε θρεονίνη (σύνδεση µέσω οξυγόνου, Ο)

Ένα κατάλοιπο ασπαραγίνης µπορεί να δεχθεί έναν ολιγοσακχαρίτη µόνο

εάν το κατάλοιπο είναι µέρος µιας αλληλουχίας Asn-X-Ser ή Asn-X-Thr, στην

οποία το Χ µπορεί να είναι οποιοδήποτε κατάλοιπο. Έτσι, µπορούν να εντοπιστούν

δυνητικές περιοχές γλυκοζυλίωσης µέσα στις αλληλουχίες των αµινοξέων.

Ωστόσο, το ποιες από αυτές τις δυνητικές περιοχές είναι πραγµατικά

γλυκοζυλιωµένες εξαρτάται από τη δοµή της πρωτείνης και από τον τύπο του

κυττάρου µέσα στο οποίο παράγεται η πρωτείνη.

Όλοι οι συνδεδεµένοι µέσω αζώτου ολιγοσακχαρίτες έχουν κοινό έναν

πεντασακχαριτικό κορµό που αποτελείται από τρία κατάλοιπα µαννόζης και δύο

κατάλοιπα Ν-ακετυλογλυκοζαµίνης. Στον κορµό αυτό είναι προσκολληµένα

επιπρόσθετα σάκχαρα για να σχηµατίσουν µια ποικιλία από σχέδια

ολιγοσακχαριτών που βρέθηκαν στις γλυκοπρωτεινες.

Οι υδατάνθρακες είναι συνδεδεµένοι σε µερικές διαλυτές καθώς και σε

µεµβρανικές πρωτεΐνες. Συγκεκριµένα, πολλές από τις πρωτεΐνες που εκκρίνονται

από τα κύτταρα είναι γλυκοζυλιωµένες. Οι περισσότερες πρωτεΐνες που βρίσκονται

στον ορό του αίµατος είναι γλυκοπρωτεινες.

Διαγραµµατική παρουσίαση των υδατανθρακικών δοµών σε βακτήρια

θετικά (α) και αρνητικά (β) κατά Gram.



Στα ζώα η εξωκυττάρια ουσία, ο χόνδρος, το δέρµα περιέχουν µεγάλες ποσότητες

υδατανθράκων και χαρακτηριστικά παραδείγµατα παραθέτονται παρακάτω.



5. 2. 16 Σάκχαρα και οµάδες αίµατος

Οι οµάδες αίµατος Α, Β και Ο του ανθρώπου απεικοκονίζουν τα

αποτελέσµατα των γλυκοζυλοµεταφορασών. Στην επιφάνεια των ερυθρών

αιµοσφαιρίων, στις γλυκοπρωτεινες και τα γλυκολιπίδια είναι προσκολληµένοι

υδατάνθρακες.

Για τον έναν τύπο οµάδας αίµατος ίσως είναι παρούσα µία από τις τρεις

διαφορετικές δοµές που καλούνται Α, Β και Ο (παρακάτω εικόνα). Οι δοµές αυτές

έχουν κοινό έναν θεµελιώδη ολιγοσακχαρίτη που ονοµάζεται αντιγόνο Ο (ή

µερικές φορές Η). Τα αντιγόνα Α και Β διαφέρουν από το αντιγόνο Ο ως προς την

προσθήκη ενός επιπλέον µονοσακχαρίτη, είτε της Ν-ακετυλογαλακτοζαµίνης (για

το Α) είτε της γαλακτόζης (για το Β) µέσω ενός δεσµού α-l,3 σε µια οµάδα

γαλακτόζης του αντιγόνου Ο.

Ειδικές γλυκοζυλοµεταφοράσες προσθέτουν τον επιπλέον µονοσακχαρίτη

στο αντιγόνο Ο. Κάθε άτοµο κληρονοµεί από κάθε γονέα το γονίδιο για µία

γλυκοζυλοµεταφοράση αυτού του τύπου. Η µεταφοράση του τύπου Α προσθέτει

εξειδικευµένα Ν-ακετυλογαλακτοζαµίνη, ενώ η µεταφοράση του τύπου Β

προσθέτει γαλακτόζη. Αυτά τα ένζυµα είναι πανοµοιότυπα σε όλα, εκτός από 4

αµινοξικά κατάλοιπα από τις 354 θέσεις. Ο φαινότυπος Ο είναι το αποτέλεσµα µιας



µετάλλαξης που οδηγεί στον πρόωρο τερµατισµό της µετάφρασης και εποµένως

στην παραγωγή ανενεργού γλυκοζυλοµεταφοράσης.

Αυτές οι δοµές έχουν σηµαντικές επιπτώσεις στις µεταγγίσεις αίµατος και σε

άλλες µεταµοσχεύσεις. Εάν σε ένα άτοµο εισαχθεί ένα αντιγόνο που δεν υπάρχει

φυσιολογικά, το ανοσοποιητικό σύστηµα του ατόµου το αναγνωρίζει ως ξένο.

Μπορεί να ακολουθήσουν δυσµενείς αντιδράσεις, ξεκινώντας από την καταστροφή

των µη συµβατών ερυθρών αιµοσφαιρίων στα αγγεία.

Γιατί υπάρχουν διαφορετικοί τύποι αίµατος στον ανθρώπινο πληθυσµό; Ας

υποθέσουµε ότι ένας παθογόνος οργανισµός, όπως ένα παράσιτο, εκφράζει στην

κυτταρική επιφάνειά του ένα υδατανθρακικό αντιγόνο παρόµοιο µε ένα από τα

αντιγόνα των οµάδων αίµατος. Σε ένα άτοµο µε τύπο αίµατος που ταιριάζει µε το

αντιγόνο του παρασίτου, αυτό το αντιγόνο µπορεί να µην αναγνωριστεί αµέσως ως

ξένο και έτσι το παράσιτο θα ευδοκιµήσει. Ωστόσο, θα προστατευθούν άλλα άτοµα

µε διαφορετικούς τύπους αίµατος. Εποµένως, θα υπάρχει επιλεκτική πίεση στα

ανθρώπινα όντα να µεταβάλλουν τον τύπο αίµατος για να εµποδίσουν την

παρασιτική µίµηση και µια αντίστοιχη επιλεκτική πίεση στο παράσιτο να αυξήσει τη

µίµηση. Ο σταθερός «αγώνας ταχύτητας των όπλων» µεταξύ παθογόνων

µικροοργανισµών και των ανθρώπινων όντων οδηγεί την εξέλιξη της ποικιλότητας



των αντιγόνων επιφάνειας µέσα στον ανθρώπινο πληθυσµό.



ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚO ΤΜHΜΑ

Πείραµα 1ον

5.3 Αντίδραση Molisch

5.3.1 Σκοπός πειράµατος

H αντίδραση Molisch ονοµάσθηκε από το όνοµα του Αυστριακού Βοτανικού

που την ανέπτυξε. Είναι µια ιδιαίτερα ευαίσθητη χηµική δοκιµασία για την

παρουσία υδατανθράκων σε ένα βιολογικό δείγµα. Βασίζεται στην αφυδάτωση

υδατανθράκων από πυκνό H2SO4 και την παραγωγή αλδεϋδών, οι οποίες

συµπυκνώνονται σε δύο µόρια φαινόλης (συνήθως ναφθόλης, ρεσορκινόλης ή

θυµόλης) και δίνουν έγχρωµα παράγωγα κόκκινου ή µώβ χρώµατος, ανάλογα µε

τη φαινόλη. Εάν το δείγµα µας περιέχει επίσης ολιγοσακχαρίτες ή πολυσακχαρίτες

υδρολύονται σε µονοσακχαρίτες. Οι πεντόζες αφυδατώνονται σε φουρφουράλη και

οι εξόζες αφυδατώνονται σε 5-υδροξυ-µεθυλο-φουρφουράλη. Τα προϊόντα αυτά

συµπυκνώνονται µε α-ναφθόλη (αντιδραστήριο Molisch) δίνοντας ένα σύµπλοκο

µε ιώδες χρώµα. Η µέθοδος αυτή χρησιµοποιείται για την ανίχνευση όλων των

σακχάρων ακόµη και όταν αυτά βρίσκονται ενωµένα µε πρωτεΐνες.

Το διάλυµα Molisch είναι ναφθόλη διαλυµένη σε αιθανόλη και αφού

προστεθεί στο διάλυµα σακχάρου προστίθεται πυκνό H2SO4 αργά σε κεκλιµένο

σωλήνα. Η αντίδραση είναι θετική όταν στην µεσόφαση µεταξύ οξέος και

σακχαρικού διαλύµατος σχηµατίζεται µια µώβ στοιβάδα.

Εικόνα 5.8

Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Mοlish



Σχήµα 5.9

Χηµική αντίδρασης Mοlish

5.3.2 Εκτέλεση

Αναµείξατε τα διαλύµατα όπως φαίνεται στον παρακάτω Πίνακα 5.1.

Πίνακας Αντιδράσεων 5.1

Αριθµός

σωλήνα

Διαλύµατα

σακχάρων

Αντιδραστήριο

Molish (α-ναφθόλη)

Παρατηρήσεις

1 2 ml 1% γλυκόζη 5 σταγόνες α-

ναφθόλη

2 2 ml 1% σακχαρόζη 5 σταγόνες α-

ναφθόλη

3 2ml Η20 5 σταγόνες α-

ναφθόλη

Στη συνέχεια έχοντας τον σωλήνα ελαφρά κεκληµένο, προσθέστε αργά 1ml

πυκνό H2SO4 (στον απαγωγό) µε τη χρήση του αυτόµατου σιφωνίου έτσι ώστε να

σχηµατιστεί κάτω από το υδατικό διάλυµα του σακχάρου µια στοιβάδα οξέος και να

δηµιουργηθούν δύο φάσεις.

Στην µεσοφάση του οξέος (κάτω στοιβάδα) και του σακχάρου (άνω

στoιβάδα) σχηµατίζεται µια λεπτή στοιβάδα χρώµατος κόκκινο-µώβ, όπως φαίνεται

στην παραπάνω εικόνα 5. 8 και στην παρακάτω εικόνα 5. 9.

Η παρακάτω εικόνα παρουσιάζει τα αναµενόµενα αποτελέσµατα από τις

αντιδράσεις του πίνακα 5.1.





5.4 Αντίδραση Benedict (αντίδραση αναγωγικών σακχάρων)


Χαρακτηριστική αντίδραση για τον έλεγχο των αναγωγικών σακχάρων

(µονασακχαρίτες και ανάγοντες δισακχαρίτες λακτόζη και µαλτόζη) τα οποία

ανάγουν τα δισθενή ιόντα χαλκού σε µονοσθενή (Cu2+ σε Cu+) οδηγώντας στον

σχηµατισµό υποξειδίου του χαλκού που εµφανίζεται σαν ίζηµα καστανέρυθρου

(brick red) χρώµατος. Είναι η πλέον διαδεδοµένη αντίδραση για ποιοτικό

προσδιορισµό σακχάρων σε βιολογικά δείγµατα και το όνοµά της αντίδρασης

προέρχεται από το όνοµα του Αµερικάνου χηµικού Stanley Rossiter Benedict.

Σχήµα 5.10

Χηµική αντίδραση Benedict

Γενικότερα, η αντίδραση Benedict προσδιορίζει την παρουσία αλδεϋδών

(εκτός των αρωµατικών) και α-υδρόξυ-κετονών συµπεριλαµβανοµένων εκείνων

που υπάρχουν σε συγκεκριµένες κετόνες. Μολονότι η κετόζη φρουκτόζη δεν είναι

απολύτως ένα ανάγων σάκχαρο, είναι µια α-υδρόξυ-κετόνη, δίνει θετική

αντίδραση Benedict επειδή µετατρέπεται στις αλδόζες γλυκόζη και µαννόζη από

την βάση στο διάλυµα του αντιδραστηρίου.

1 2 3



Το διάλυµα Benedict παρασκευάζεται από 100 γρ. Άνυδρου ανθρακικού

νατρίου, 173 γρ. κιτρικού νατρίου και 17.3 γρ. θειϊκού χαλκού (ΙΙ)5Η2Ο. Κατά την

διάρκεια της επώασης του δείγµατος που είναι συνήθως 4-10 λεπτά, το διάλυµα

παίρνει χρώµα µπλέ απουσία γλυκόζης και µετά καστανέρυθρο ή καφέ παρουσία

υψηλής συγκέντρωσης γλυκόζης. Οι δισακχαρίτες λακτόζη και µαλτόζη

προσδιορίζονται επίσης από την αντίδραση Benedict επειδή περιέχουν ένα µόριο

γλυκόζης µε ελεύθερο το ανάγων άκρο, µετά τον ισοµερισµό.

Η κοινή ζάχαρη, σουκρόζη, περιέχει φρουκτόζη και γλυκόζη συνδεδεµένες

µε α-γλυκοζιτικό δεσµό µε τέτοιο τρόπο που εµποδίζει τον ισοµερισµό της

γλυκόζης σε αλδεΰδη ή της φρουκτόζης σε α-υδρόξυ-κετόνη. Η σουκρόζη είναι

λοιπόν ένα µη ανάγων σάκχαρο και δεν δίνει θετική αντίδραση Benedict. Η

σουκρόζη µπορεί να δώσει εµµέσως θετική αντίδραση Benedict εάν θερµανθεί σε

αραιό υδροχλωρικό οξύ πριν την αντίδραση, παρόλο που µετά την αντίδραση δεν

είναι πλέον σουκρόζη. Οι όξινες συνθήκες και η θέρµανση σπάνε τους

γλυκοζιτικoύς δεσµούς παράγοντας γλυκόζη και φρουκτόζη που και τα δύο δίνουν

θετική αντίδραση Benedict. Το άµυλο δεν αντιδρά ή αντιδρά πολύ λίγο µε το

αντιδραστήριο Benedict λόγω της µικρής περιεκτικότητας σε ανάγοντα σάκχαρα

που είναι στο τέλος της υδατανθρακικής αλυσίδας.


Αναµείξατε τα διαλύµατα όπως φαίνεται στον παρακάτω Πίνακα 5.2 και

τοποθετείστε τους σωλήνες σε υδατόλουτρο των 100°C για 3 λεπτά.


Αριθµός

σωλήνα

Διαλύµατα σακχάρων Αντιδραστήριο

Benedict


1 1 ml 1% γλυκόζη 1 ml

2 1 ml 1% µαλτόζη 1 ml

3 1 ml 1% σακχαρόζη 1 ml

4 1 ml Η20 1 ml





Εικόνα 5.11

Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Benedict





5.5 Αντίδραση Barfoed (τροποποιηµένη κατά Tauber-Kleiner)

(αναγωγικοί µονοσακχαρίτες)


Η αντίδραση αυτή είναι χαρακτηριστική για αναγωγικούς µονοσακχαρίτες.

Σε συνθήκες παρατεταµένου βρασµού µπορεί να οδηγήσει σε υδρόλυση των

δισακχαριτών. Η αντίδραση είναι θετική για αναγωγικούς µονοσακχαρίτες και

αρνητική για δισακχαρίτες. Παρόλα αυτά δισακχαρίτες µπορεί να δώσουν θετική

αντίδραση αλλά µε χαµηλή ταχύτητα. Οι αλδεϋδικές οµάδες των µονοσακχαριτών

οι οποίες συνήθως δηµιουργούν κυκλικές ηµικετάλες οξειδώνονται σε

καρβοξυλικές οµάδες. Θετική αντίδραση παράγει καστανέρυθρο ίζηµα υποξειδίου

του χαλκού. Η αντίδραση ανακαλύφθηκε από τον Δανό χηµικό Christen Thomsen

Barfoed και χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στη βοτανική επιστήµη.

Το αντιδραστήριο Barfoed είναι υδατικό διάλυµα οξικού χαλκού και οξικού

οξέος. Συγκεκριµένα συνίσταται από 0.33M διάλυµα οξικού χαλκού σε 1%

διαλύµατος οξικού οξέος και πρέπει να χρησιµοποιήται σχετικά φρέσκο. Το

αντιδραστήριο Barfoed σαν ασθενές οξύ ανάγεται µόνο από ανάγοντες

µονοσακχαρίτες.

Σχήµα 5.12

Χηµική αντίδραση Barfoed

Εικόνα 5.13

Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Barfoed





τοποθετείστε τους σωλήνες σε υδατόλουτρο των 100°C για 10 λεπτά.


Αριθµός

σωλήνα

Διαλύµατα σακχάρων Αντιδραστήριο

Barfoed


1 1 ml 1% γλυκόζη 1 ml

2 1 ml 1% ριβόζη 1 ml

3 1 ml 1% σακχαρόζη 1 ml

4 1 ml 1% µαλτόζη 1 ml

5 1 ml Η20 1 ml




1 2 4 3 5




5.6 Αντίδραση Seliwanoff (κετοεξόζες)


Η αντίδραση αυτή είναι χαρακτηριστική για την διάκριση αλδοζών και

κετοζών. Οι κετόζες διακρίνονται από τις αλδόζες µέσω των ιδιοτήτων κετονών-

αλδεϋδών. Η αντίδραση αυτή βασίζεται στο γεγονός ότι υπό θέρµανση οι κετόνες

αφυδατώνονται γρηγορότερα από τις αλδεΰδες. Οι αφυδατωµένες κετόνες

αντιδρούν µε ρεσορκινόλη και παράγουν ένα βαθύ βυσινή χρώµα. Οι αλδεύδες

επίσης αντιδρούν ελαφρώς και παράγουν ένα αδρό µώβ χρώµα.

Το αντιδραστήριο Seliwanoff είναι διάλυµα 0.5% ρεζορκινόλη σε 20% HCl.

Παρουσία HCl οι κετοεξόζες αφυδατώνονται δίνοντας 5-υδροξυ-φουρφουράλη ή

παράγωγά της. Τα προϊόντα αυτά συµπυκνώνονται µε τη ρεζορκινόλη και δίνουν

ίζηµα από σύµπλοκα κόκκινου (deep red) χρώµατος εντός ολίγων λεπτών. Οι

αλδοεξόζες αντιδρούν και δίνουν το ίδιο προϊόν αλλά µε χαµηλότερη ταχύτητα. Η

σακχαρόζη µπορεί να δώσει θετική δοκιµασία λόγω της µερικής υδρόλυσής της

σακχαρόζης σε γλυκόζη και φρουκτόζη. Άλλα σάκχαρα µπορεί επίσης να δώσουν

θετική αντίδραση εάν παραµείνουν σε υψηλή θερµοκρασία για αρκετό χρόνο.

Σε όξινες συνθήκες οι πολυσακχαρίτες και ολιγοσακχαρίτες διασπώνται σε

απλά σάκχαρα. Η φρουκτόζη και η σουκρόζη είναι δύο κοινά σάκχαρα που δίνουν

θετική αντίδραση. Η σουκρόζη δίνει θετική αντίδραση διότι αποτελείται από

γλυκόζη και φρουκτόζη.

Σχήµα 5.14

Χηµική αντίδραση Seliwanoff



Εικόνα 5.15

Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Seliwanoff



τοποθετείστε τους σωλήνες σε υδατόλουτρο των 100°C µέχρι να αλλάξουν χρώµα.

Συνήθως η αλλαγή του χρώµατος γίνεται σε µερικά λεπτά.


Αριθµός

σωλήνα

Διαλύµατα

σακχάρων


Seliwanoff


1 2 σταγόνες

φρουκτόζη

1 ml

2 2 σταγόνες µαλτόζη 1 ml


σακχαρόζη

1 ml

4 2 σταγόνες Η20 1 ml



Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Seliwanoff


1 2 4 3




5.7 Αντίδραση Bial


Η αντίδραση αυτή είναι χαρακτηριστική για πεντόζες (πχ. ριβόζη) και εξόζες

(πχ. γλυκόζη). Παρουσία πυκνού HCl και µε θέρµανση οι πεντόζες αφυδατώνονται

δίνοντας φουρφουράλη η οποία αντιδρά µε ορκινόλη παρουσία FeCl3 και

σχηµατίζει έγχρωµο σύµπλοκο.

Οι πεντόζες ή νουκλεοτίδια που περιέχουν πεντόζες σχηµατίζουν έγχρωµο

σύµπλοκο µπλέ-πρασίνου χρώµατος. Κριτήριο για την παρουσία πεντοζών είναι η

παρουσία έστω και ελάχιστου χρώµατος µπλέ (αναµεµειγµένο µε πράσινο), υπό τις

παραπάνω συνθήκες.

Οι εξόζες σχηµατίζουν σύµπλοκο κιτρινο-πράσινου χρώµατος και οι

δισακχαρίτες σύµπλοκα κίτρινου χρώµατος, υπό τις παραπάνω συνθήκες.

Αντιδραστήριο Bial: Αναµείξατε 1ml διαλύµατος 0.1% ορκινόλη µε µια

σταγόνα διαλύµατος 3% FeCl3.



τοποθετείστε τους σωλήνες σε υδατόλουτρο των 100°C.


Αριθµός

σωλήνα

Διαλύµατα

σακχάρων


Bial



1% γλυκόζη

1 ml 0.1% ορκινόλη

+ 1 σταγόνα FeCl3


1% ριβόζη




1% σακχαρόζη



4 Η20 1 ml 0.1% ορκινόλη




1 2 3 4

Εικόνα 5.17

Πειραµατικά αποτελέσµατα της αντίδρασης Bial



5.8 Υδρόλυση αµύλου µε HCl


Οι πολυσακχαρίτες µπορούν να υδρολυθούν χηµικά µε πυκνά οξέα, όπως

πυκνό HCl και σε υψηλές θερµοκρασίες. Το πείραµα αυτό έχει σκοπό να δείξει το

είδος των προϊόντων της χηµικής υδρόλυσης αµύλου σε διάφορα χρονικά

διαστήµατα.


• 1% διάλυµα αµύλου θα σας προµηθευτεί από τον υπεύθυνο της άσκησης

• Σε ένα δοκιµαστικό σωλήνα παραλάβετε 10 ml διαλύµατος 1% αµύλου και

προσθέσατε 10 σταγόνες πυκνού HCl. Αναδεύσατε το εναιώρηµα µε τη

βοήθεια σπάτουλας που είναι δίπλα στον απαγωγό.

• Τοποθετείστε τον σωλήνα σε ένα υδατόλουτρο που βράζει.

• Παραλάβετε δείγµατα στους χρόνους και τις ποσότητες και εκτελέσατε τις

αντιδράσεις όπως αναγράφονται στους Πίνακες 5.6 και 5.7.




Αριθµός

σωλήνα

Όγκος

δείγµατ

ος

Χρόνος

υδρόλυσης

αµύλου (min)


Benedict


1 1 ml 5 1 ml

2 1 ml 10 1 ml

3 1 ml 20 1 ml

4 1 ml 30 1 ml



Αριθµός

σωλήνα

Όγκος

δείγµατος

Χρόνος Υδρόλυσης

(min)


Barfoed


1 1 ml 5 1 ml

2 1 ml 10 1 ml

3 1 ml 20 1 ml

4 1 ml 30 1 ml




Γενική επισκόπηση των ποιοτικών αντιδράσεων σακχάρων

Molish Benedict Barfoed Seliwanoff Bial

Ριβόζη µώβ-

κόκκινο

Κόκκινο

ίζηµα

Κόκκινο

ίζηµα

- Μπλέ-

πράσινο

Φρουκτόζη µώβ-

κόκκινο

Κόκκινο

ίζηµα

Κόκκινο

ίζηµα

Κόκκινο Κίτρινο-

πράσινο

Γλυκόζη µώβ-

κόκκινο

Κόκκινο

ίζηµα

Κόκκινο

ίζηµα

- Κίτρινο-

πράσινο

Σουκρόζη µώβ-

κόκκινο

- - Κόκκινο Κίτρινο

Μαλτόζη µώβ-

κόκκινο

Κόκκινο

ίζηµα

- - Κίτρινο


5.9. Προσδιορισµός αγνώστου διαλύµατος σακχάρων


Ο σκοπός του πειράµατος αυτού είναι να χρησιµοποιηθούν οι παραπάνω

αντιδράσεις σακχάρων για τον ποιοτικό προσδιορισµό δείγµατος σακχάρου που

βρίσκεται στη θέση εργασία σας.


Η εκτέλεση των πειραµάτων θα γίνει βάσει των προηγουµένων συνθηκών

στα πειράµατα 1-5 (εάν είναι απαραίτητο) και συµπληρώστε τις παρατηρήσεις σας.



Αντίδραση Αποτέλεσµα Συµπέρασµα

Molish

Benedict

Barfoed

Seliwanoff

Bial

5.9.3 Τελικό αποτέλεσµα και αιτιολόγηση

Άσκηση 5 Σάκχαρα...Βιοχηµεία 2013-2014 Άσκηση 5η Καθηγητής...

Documents

Transcript of Άσκηση 5 Σάκχαρα...Βιοχηµεία 2013-2014 Άσκηση 5η Καθηγητής...