International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) määrittelee hiilihydraatteja kuin luokka orgaanisia yhdisteitä, jotka sisältävät yhden karbonyyliryhmä ryhmä ( aldehydi tai ketoni ), ja vähintään kaksi hydroksyyli- ryhmää (-OH). Tässä luokassa ovat aineita, jotka on johdettu monosakkarideista , jonka alentaminen on karbonyyliryhmä, mukaan hapettamalla ainakin yksi funktionaalinen ryhmä on ketjun päässä on karboksyylihappo tai korvaamalla yksi tai useampia hydroksyyliryhmiä jota vetyatomia , amino- ryhmä , joka on tioli- ryhmä tai vastaava atomi.
Hiilihydraatit perinteisesti kutsutaan hiilihydraatteja (tai hiilihydraatteja), koska niiden kemiallinen kaava katsottiin perustuen C n (H 2 O) p malli . Tällä hetkellä määritelmä on kehittynyt, ja tämä termi on vanhentunut ranskaksi, mutta ei englanninkielisessä, jossa käytetään termiä " hiilihydraatit " hyvin laajasti, tai saksankielisessä, joka käyttää " Kohlenhydrate " -tuotetta .
Ne tulevat yleensä valkoisten kiteiden muodossa, koska ne eivät absorboi UV-spektrin eikä näkyvän spektrin säteilyä.
Hiilihydraatit, yhdessä proteiinien ja lipidien kanssa , ovat yksi elävien olentojen ja niiden ravitsemuksen tärkeimmistä ainesosista , koska ne ovat yksi tärkeimmistä biologisista välituotteista energian varastoinnissa ja kulutuksessa . Autotrofisissa organismeissa , kuten kasveissa , sokerit muuttuvat tärkkelykseksi varastointia varten. Heterotrofisissa organismeissa , kuten eläimissä , ne varastoidaan glykogeenin muodossa ja käytetään sitten energialähteenä aineenvaihduntareaktioissa , jolloin niiden hapettuminen hiilihydraattien hajotuksen aikana tuottaa noin 17 kJ / g kalorimetrisen pommin tutkimuksen mukaan .
Hiilihydraatit jaetaan yleensä osien ( monosakkaridit kuten glukoosi , galaktoosi tai fruktoosi ) ja osidien välillä , jotka ovat oosin polymeerejä ( oligosakkaridit ja polysakkaridit ). Disakkaridit ( disakkaridit ), kuten sakkaroosi , The laktoosi tai maltoosi kuuluvat tähän jälkimmäiseen ryhmään. Mutta vain monosakkarideilla ja disakkarideilla on makeutusvoima . Polysakkaridit, kuten tärkkelys, ovat mauttomia.
Kaikilla osioilla on karbonyylifunktio, mutta tämä voi esiintyä "vastaavassa" muodossa, jolla on sama hapettumisaste kuin asetaalilla tai puoliasetaalilla , erityisesti syklisissä muodoissa. Odeja, joilla on aldehydifunktio, naamioitu tai ei, kutsutaan aldooseiksi . Saat ketoni toiminto , niitä kutsutaan ketoosi .
Niille on ominaista hiiliatomien lukumäärä , aina suurempi kuin kolme:
Oot ovat läsnä asyklisessä ja syklisessä muodossa (5 tai 6 atomin rengas), jotka kuvataan jäljempänä.
Lineaarinen esitys: Fischer-malliKaikkien osien pyörimisvoima johtuu epäsymmetrisen hiilen läsnäolosta , osien sanotaan olevan kiraalisia lukuun ottamatta dihydroksiasetonia.
Kahdella enantiomeerillä (optisilla antipodeilla) on samat ominaisuudet paitsi yksi: niiden vastakkainen pyörimisvoima. Kuvio 1 esittää glukoosin kaksi enantiomeeriä , D- glukoosimuoto on luonnollinen muoto. On huomattava, että Fischerin esityksessä yleisesti hapetettu hiili asetetaan huipulle, mikä mahdollistaa yksiselitteisesti hiiliketjun substituenttien vasemman / oikean suunnan määrittelemisen.
On myös stereoisomeerejä, jotka ovat optisia isomeerejä. Kaikki enantiomeerit ovat stereoisomeerejä.
SyklisointiSokereita, riippuen siitä, hydroksyyli- funktio iskujen karbonyyli toisella puolella tai muut (katso kuva), joka on (yleensä) asymmetrinen hiili on muodostunut kutsutaan anomeerinen keskus . Sykli koostuu viidestä ( furanoosi ) tai kuudesta ( pyranoosi ) atomista. Tasossa esitys, jossa -CH 2 OH- ryhmä tason yläpuolelle muodostuu rengas, anomeeriasemassa sanotaan olevan "α", jos funktionaalinen hydroksyyliryhmä on takana tasossa, tai "β", jos se on yli suunnitelma. Jos kokoonpanoa ei tunneta, käytämme kreikkalaista kirjainta ξ (xi).
Syklinen esitys: Haworth-malliKun glukoosi on jäljellä ennen kiteyttämistä vesiliuoksessa, optinen kiertokulma nousee + 112 ° - + 52,5 °. Kun aiemmin etikkahaposta kiteytynyt glukoosi jätetään vesiliuokseen , optinen kierto on välillä + 19 ° - + 52,5 °.
Tämä selitetään sillä, että (lineaarinen) glukoosi vesiliuoksessa tasapainottuu kahden syklisen muodon välillä. Tämä johtuu siitä, että glukoosin aldehydifunktio reagoi jonkin alkoholifunktion ( hiilen 5 ) kanssa. Sitten glukoosista tulee syklinen, ja se on peräisin pyranista (vastapäätä), josta se saa nimen "glukopyranoosi". Tässä syklisaatiossa , kuten edellisessä kappaleessa on kuvattu, alkoholifunktio voidaan lisätä aldehydifunktioon toisella tai toisella puolella, mikä aiheuttaa kahden yhdisteen: a- ja P- anomeerien ulkonäön .
Haworthin mallissa katsomme, että rengas on tasainen endosyklisen hapen kanssa ylöspäin ja anomeerisen hiilen oikealla puolella: jos anomeerisen hiilen hydroksyyliryhmä on renkaan tason alapuolella, sen sanotaan olevan α, muuten se on sanoi β.
Vesiliuoksessa glukoosi on tautomeerisessä tasapainossa : 65% P-D- glukopyranoosimuodossa, 0,1% D- glukoosimuodossa (lineaarinen) ja 35% a- D- glukopyranoosissa. Sokerien syklisointi mahdollistaa kaksinkertaisen määrän isomeerejä.
Jotkut sokerit pyrkivät kuitenkin syklisoitumaan ei "pyraanisessa" muodossa (6-atominen rengas), vaan pikemminkin "furaanisessa" muodossa ( 5-atominen rengas ). Näiden sokerien joukossa yksi tärkeimmistä on riboosi, joka D-p- muodossaan on olennainen osa nukleiinihappoja , kuten deoksiribonukleiinihappo (DNA) ja ribonukleiinihappo (RNA).
Dare on syklisoidaan in furaani muodossa ( furanoosi- ) ovat:
Pyraanisessa muodossa ( pyranoosi ) syklisoituvat oseet ovat:
Osides ovat polymeerit ja käyttöjärjestelmät toisiinsa liittyneistä osidic sidos. Ne ovat hydrolysoituvia, ja niitä kutsutaan myös monimutkaisiksi hiilihydraateiksi.
Kaksi osidimuotoa voidaan nimetä. Toisaalta löydämme oligosakkarideista määrätyn määrän monosakkarideja (oseja). Niiden nimeämiseksi voimme sitten käyttää termejä: disakkaridit ( esim. Sakkaroosi), trisakkaridit ( esim. Raffinoosi) jne. Toisaalta polysakkaridit koostuvat tuntemattomasta määrästä monosakkarideja. Niiden nimeämiseksi käytämme termiä polysakkaridit ( esim. Selluloosa).
Osoidisen sidoksen muodostuminenOsidic sidos on kovalenttinen sidos tuotetaan välisen reaktion hemiasetaalin alkoholin toiminto (-OH muodostettu anomeerinen hiili ) ja toisen molekyylin (hiilihydraatti- tai ei).
Diholosides tai disakkarideja tai diosides ovat sokerit koostuvat kahdesta monosakkaridimolekyylistä ( dimeeri ).
Ei pelkistäväSanotaan, että disakkaridi ei ole pelkistävä, jos hemiasetaali-OH: ta kantava hiili on sitoutunut sidokseen (puoliasetaalifunktio ei ole vapaa). Toisin sanoen lopullinen sidos on ”osidityyppiä”.
Se on ei- pelkistävä disakkaridi , sen systemaattinen nimi on α- D- glukopyranosyyli (1 → 2) β- D- fruktofuranosidi.
Se jaetaan kahteen molekyyliin: D- glukopyranoosiin ja D- fruktofuranoosiin invertaasin avulla, joka on a-glykosidaasi , ts . Tälle glykosidisidokselle spesifinen entsyymi .
Sitä löytyy sienistä, bakteereista ja jopa hyönteisten hemolymfista. Monet organismit keräävät sen vastauksena lämpöshokkiin. Sen systemaattinen nimi on α- D- glukopyranosyyli (1 → 1) α- D- glukopyranosidi.
Se on jaettu kahteen molekyyliin: kahteen D- glukopyranoosimolekyyliin invertiinin avulla.
ReduktoritSe on pelkistävä disakkaridi, koska sen hemiasetaalifunktio on vapaa, se on maidon hiilihydraatti , sen systemaattinen nimi on β- D- galaktopyranosyyli (1 → 4) - D- glukopyranoosi.
Se hydrolysoituu kahdeksi molekyyliksi: D- glukoosiksi ja D- galaktoosiksi p-galaktosidaasilla .
Se on homogeeninen pelkistävä disakkaridi, sen systemaattinen nimi on a- D- glukopyranosyyli (1 → 4) D- glukopyranoosi.
Se tulee tärkkelyksen osittaisesta hydrolyysistä . Se voi puolestaan hydrolysoitua a-glukosidaasilla kahdeksi D- glukoosimolekyyliksi.
Se on homogeeninen pelkistävä disakkaridi, sen systemaattinen nimi on β- D- glukopyranosyyli (1 → 4) D- glukopyranoosi.
Se tulee selluloosan osittaisesta hydrolyysistä ja itse hydrolysoituu β-glukosidaasilla .
Se on tärkkelyksen ja glykogeenin hajoamistuote. Sen systemaattinen nimi on α- D- glukopyranosyyli (1 → 6) D- glukopyranoosi.
Disakkaridin rakenteen määrittäminenSe koostuu kahdesta osidista, jotka on kytketty osidisidokseen, ja ne voivat olla tai eivät välttämättä pelkistäviä . Esimerkkejä: maltoosi , sakkaroosi , laktoosi , sellobioosi .
Punajuurissa esiintyvä raffinoosi poistuu sokerin puhdistamisen aikana. Se on pelkistymätön triholosidi, sen systemaattinen nimi on a- D- galaktopyranosyyli (1 → 6) a- D- glukopyranosyyli (1 → 2) P-D- fruktofuranosidi.
GentianoosiGentianose on läsnä Katkero.
Hyvin suuren määrän molekyylien assosiaatio O- glykosidisidoksilla. Lineaariset tai haarautuneet ketjut .
Se on homogeeninen pelkistymätön polyholosidia, joka koostuu kahdesta yhdisteestä:
Tärkkelys on glukoosipolymeeri; se voidaan hydrolysoida a-glukosidaasilla . Se on kasvien hiilihydraattireserviaine . Tärkkelysruoat ovat tärkeä tärkkelyksen lähde ihmisen ruokavaliossa.
Se on väriltään tyypillisesti siniviolettista lugolin läsnä ollessa .
Rakenteeltaan se on käytännöllisesti katsoen identtinen tärkkelyksen kanssa: sillä on enemmän haaroja kuin tärkkelyksellä (yksi haara jokaista kymmenen glukoositähdettä kohden), kaikki muu rakenne on identtinen tärkkelyksen kanssa. Sen moolimassa on suurempi (noin 10 6 g · mol -1 ). Se on eläinten hiilihydraattireserviaine. Toisin kuin tärkkelys, se liukenee kylmään veteen.
Glykogeeni uutettiin Claude Bernardilla vuonna 1856 maksassa. Se on ylimääräisen glukoosin varastoinnin muoto eläimissä ja sienissä. Se on myös haarautunut glukoosipolymeeri (yksi haara jokaista kuutta tai kahdeksaa glukoosiyksikköä kohti). Glykogeeni muodostuu glykogenogeneesillä ja hajoaa glykogenolyysillä .
Sitä esiintyy myös tyypin II glykogenoosin tapauksessa; sairaus, jossa ei ole happo maltase päässä lysosomeihin estää sen hajoamisen.
Glykogeeni todistetaan lugolilla (jodoitu vesi), joka johtaa mahonki-ruskeaan väriin.
Se on homogeeninen glukoosin polyholosidia, joka on kytketty P-sidoksella (1 → 4).
Kasvien tärkein rakennemolekyyli on selluloosa. Puu on osittain selluloosaa, kun taas paperi ja puuvilla ovat melkein puhdasta selluloosaa. Selluloosa on glukoosipolymeeri. Se on hyvin pitkä ja jäykkä molekyyli, jonka rakenne antaa sille mekaaniset ominaisuudet, kuten kasveissa havaitaan.
Ihmiset eivät voi omaksua sitä, mutta sen läsnäolo elintarvikkeissa edistää suoliston kulkeutumista ja suojaa kehoa paksusuolen syöpältä.
Agar-agar on sekoitettu polyholosidia, joka koostuu rikkihapolla esteröidystä D- ja L- galaktoosista . Levistä uutettuna sitä käytetään bakteriologiassa ja elintarviketeollisuudessa hyytelöimisaineena.
Dekstraaneja tuottavat tietyt bakteerit, kuten Leuconostoc mesenteroides , sokerin läsnä ollessa. Suuren molekyylipainon mukaan ne koostuvat D- glukoosiyksiköistä, jotka on kytketty a (1 → 6) -osidisidokseen .
Hyaluronihappo on mukopolysakkaridi, joka koostuu P-glukuronihaposta ja N- asetyyliglukosamiinista, jotka on kytketty P-sidoksella (1 → 3) . Se on yksi tärkeimmistä aineosien jauhettua ja sidekudoksen , johon se antaa sen viskositeetti.
Glykosidit ovat monimutkaisia molekyylejä, joiden hydrolyysi tarjoaa vähintään yhden monosakkaridin molekyyli.
NukleotiditNukleotidit koostuvat nukleoemäksen , joka on dare ( riboosi , 2- deoksiriboosi ), ja ryhmä fosfaatti . Ne ovat N- heterosidit.
Näitä ovat adenosiinimonofosfaatti ja sen johdannaiset, joita käytetään solunsisäisen energian kuljettamiseen, ribonukleiinihappo (RNA), joka on vastuussa proteiinien solusynteesin ohjaamisesta , ja deoksiribonukleiinihappo (DNA), joka kantaa perinnöllisyyttä.
ONPGOrto-nitrofenyyli-β-galaktosidi (ONPG) käytetään järjestelmällisesti bakteriologiassa, orto-nitrofenyyli-β- D- -galactopyranoside hydrolysoidaan β-galaktosidaasi .
Se on O- heterosidi.
Sokerit eivät absorboi tai UV- tai näkyvällä.
Ne ovat kestokestäviä ja karamellisoituvat korkeassa lämpötilassa.
Sokereilla on keto-enolitasapaino, joka johtuu a-protonin happamuudesta. Tämä tautomerismi on yhteistä aldooseille ja ketooseille, ketonimuoto on selvästi enemmistö.
Tämä tautomerismi synnyttää osien muunnoksen. Esimerkiksi voimakkaasti emäksisessä väliaineessa ( natriumhydroksidin liuos ) D-glukoosi isomerisoituu D-fruktoosiksi tai epimerisoituu D-mannoosiksi ohimenevän cis-enediolimuodon avulla.
Yksinkertaiset sakkaridit ja diholosidit, joissa on vapaa puoliasetaalihiili, pelkistyvät aldehyditoimintansa ansiosta . Aldehydi toiminto hapetetaan karboksyylihappofunktio . Yksi ensisijaisista alkoholifunktioista voidaan hapettaa karboksyylihappofunktioksi .
Ei-pelkistävät disakkaridit ovat niitä, joissa ei ole puolisetaalista hiiltä ; se on osoidisessa sidoksessa .
Vähentäminen kupari (II) (Cu 2+ ) ioni ja kupari (I) oksidia (Cu 2 O) ( Fehlingin liuoksen ). Tätä ominaisuutta käytetään Bertrand-menetelmässä hiilihydraattien määrittämiseen.
Esimerkiksi 3,5-dinitrosalisylaatti (DNS) pelkistetään 3-amino-5-nitrosalisylaatiksi, punaruskea yhdiste, joka mahdollistaa pelkistävien osien määrityksen kolorimetrialla .
Kun läsnä on happea , glukoosioksidaasi hapettuu glukoosi ja glukonolaktoni (sitten glukonihapon ) vapauttaa vetyperoksidia . Hapetus hiili 1 (kantaa pseudo-aldehydifunktio) johtaa glukonolaktoniin (ei-pelkistävät), että C 6 johtaa glukuronihappo (vähentäminen). Kaksinkertainen hapetus C 1 ja C- 6 johtaa glucosaccharidic happo (ei-pelkistävissä). Glukoosioksidaasia käytetään verensokerin mittaamiseen .
Kemiallinen hydrolyysi ei ole spesifinen, se johtaa pienimpään hiilihydraattien alayksikköön: oosiin . Se suoritetaan kloorivetyhapon läsnä ollessa
Entsymaattinen hydrolyysiEntsymaattinen hydrolyysi, toisin kuin kemiallinen hydrolyysi, on spesifinen. Nämä entsyymit ovat hydrolaaseja .