skrob

Amilopektin

7.1. Monosaharidi i njihovi derivati

7.2. Disaharidi i oligosaharidi

7.3. Polisaharidi 7.3.1. Homopolisaharidi 7.3.2. Heteropolisaharidi

7.4. Funkcija ugljenih hidrata u biljkama i primena

7. Ugljeni hidrati7. Ugljeni hidrati

UvodUvod Ugljeni hidrati su polihidroksikarbonilna jedinjenja (aldehidi ili ketoni) ili Ugljeni hidrati su polihidroksikarbonilna jedinjenja (aldehidi ili ketoni) ili

slosložženija jedinjenja koja hidrolizom daju polihidroksilna jedinjenja. enija jedinjenja koja hidrolizom daju polihidroksilna jedinjenja. IzgraIzgrađđeni su od ugljenika, kiseonika i vodonika (C, O, H) kao osnovnih eni su od ugljenika, kiseonika i vodonika (C, O, H) kao osnovnih

elemenata, u odnosu izraelemenata, u odnosu izražženom kroz openom kroz opšštu formulu Cn(Htu formulu Cn(H22O)n. Kod O)n. Kod veveććine je odnos izmeine je odnos izmeđđu vodonika i kiseonika 2:1 (glukoza, Cu vodonika i kiseonika 2:1 (glukoza, C66HH1212OO66), ), ali ima i odstupanja (ramnoza, Cali ima i odstupanja (ramnoza, C66HH1212OO55). ).

Oni su najrasprostranjeniji primarni biomolekuli biljaka, buduOni su najrasprostranjeniji primarni biomolekuli biljaka, budućći da se i da se svake godine svake godine fotosintezomfotosintezom sintetizuju 100 miliona tona ugljenih sintetizuju 100 miliona tona ugljenih hidrata. Nalaze se u svim organima i tkivima u razlihidrata. Nalaze se u svim organima i tkivima u različčitim koliitim količčinama inama zavisno od biljne vrste. Nakupljaju se u listovima, stabljikama, zavisno od biljne vrste. Nakupljaju se u listovima, stabljikama, krtolama, semenu, plodovima i drugim delovima biljaka. krtolama, semenu, plodovima i drugim delovima biljaka.

Neophodni su za normalan tok metabolizma pre svega kao supstrati u Neophodni su za normalan tok metabolizma pre svega kao supstrati u reakcijama u kojima se stvara reakcijama u kojima se stvara energijaenergija i kao i kao strukturni elementistrukturni elementi ććelijske membrane. elijske membrane.

Imaju raznovrsna i Imaju raznovrsna i ččesto veoma razliesto veoma različčita fiziita fiziččko-hemijska svojstva. ko-hemijska svojstva. Mogu biti kristalni i amorfni, rastvorljivi i nerastvorljivi u vodi, podloMogu biti kristalni i amorfni, rastvorljivi i nerastvorljivi u vodi, podložžni ni oksidaciji i stabilni, sposobni da hidrolizuju ili ne itd oksidaciji i stabilni, sposobni da hidrolizuju ili ne itd ..

U zavisnosti od sastava, sloU zavisnosti od sastava, složženosti strukture i osobina ugljeni enosti strukture i osobina ugljeni hidrati se klasifikuju u tri strukturne grupe:hidrati se klasifikuju u tri strukturne grupe:

monosaharidi i njihovi derivatimonosaharidi i njihovi derivati - karbohidratne jedinice koje - karbohidratne jedinice koje ne podlene podležžu hidrolizi,u hidrolizi, disaharidi i oligosaharididisaharidi i oligosaharidi – hidrolizom daju nekoliko (2‑10) – hidrolizom daju nekoliko (2‑10) monosaharidnih jedinica monosaharidnih jedinica polisaharidipolisaharidi - hidrolizom daju vi - hidrolizom daju višše/mnogo monosaharidnih e/mnogo monosaharidnih jedinica: jedinica: 1. homopolisaharidi1. homopolisaharidi - hidrolizom daju vi- hidrolizom daju višše strukturno identie strukturno identiččnih nih prostih ugljenih hidrata (monosaharida) i prostih ugljenih hidrata (monosaharida) i 2. heteropolisaharidi2. heteropolisaharidi - - hidrolizom daju vi hidrolizom daju višše strukturno razlie strukturno različčitih itih monosaharida.monosaharida.

Termin Termin prostiprosti ugljeni hidrati ili prosti ugljeni hidrati ili prosti ššeeććeri koristi se kao eri koristi se kao zajednizajedniččki naziv za monoki naziv za mono-- i disaharide. Termin i disaharide. Termin slosložženieni ššeeććeri eri odnosi se na polisaharide i glikokonjugate. odnosi se na polisaharide i glikokonjugate. ČČesto se za sve esto se za sve polimere ugljenih hidrata koristi termin polimere ugljenih hidrata koristi termin glikaniglikani..

7.1. Monosaharidi i njihovi derivati 7.1. Monosaharidi i njihovi derivati

MonosaharidiMonosaharidi (prosti (prosti ššeeććeri) - su primarni oksidacioni eri) - su primarni oksidacioni proizvodi polihidroksilnih alkohola, kojima se jedna proizvodi polihidroksilnih alkohola, kojima se jedna hidroksilna grupa (-OH) dehidrira u hidroksilna grupa (-OH) dehidrira u karbonilnukarbonilnu aldoaldo- (-- (-HC=O) ili HC=O) ili keto-grupu keto-grupu (( C=O). C=O).

po hemijskom sastavu mogu biti bifunkcionalna po hemijskom sastavu mogu biti bifunkcionalna jedinjenja: jedinjenja: polihidroksialdehidipolihidroksialdehidi ( (aldozealdoze ) i ) i polihidroksiketonipolihidroksiketoni ( (ketozeketoze). ).

Svi monosaharidi su lako rastvorljivi u vodi, Svi monosaharidi su lako rastvorljivi u vodi, ššto je to je uslovljeno prisutnim -OH grupama i imaju sladak ukus. uslovljeno prisutnim -OH grupama i imaju sladak ukus. U prirodi se reU prirodi se ređđe nalaze slobodni, a e nalaze slobodni, a ččeešćšće su sastojci e su sastojci oligo- i polisaharida. Svi monosaharidi imaju oligo- i polisaharida. Svi monosaharidi imaju nerazgranat unerazgranat uggljovodoniljovodoničnični lanac. lanac.

Strukture monosaharidaStrukture monosaharida Sa biohemijskog aspekta monosaharidi Sa biohemijskog aspekta monosaharidi

su znasu značčajni kao ajni kao 1) 1) supstrati za reakcije u supstrati za reakcije u metabolizmu jemetabolizmu jerr oslobadjaju ene oslobadjaju enerrgiju, kao giju, kao 2) 2) strukturni elementi nukleotida i strukturni elementi nukleotida i nukleinskih kiselinanukleinskih kiselina,, i kao i kao 3) 3) jedinjenja jedinjenja vezana za proteine (glikoproteini) i lipide vezana za proteine (glikoproteini) i lipide (glikolipidi).(glikolipidi).

Najprostiju strukturu imaju monosaharidi Najprostiju strukturu imaju monosaharidi glikolaglikolalldehiddehid sa dva ugljenikova atoma sa dva ugljenikova atoma (aldobioza), (aldobioza), glicergliceralaldehiddehid sa tri C-atoma sa tri C-atoma (aldotrioza) i (aldotrioza) i dihidroksiacetondihidroksiaceton,, tako takođđe sa e sa tri C-atoma (ketotrioza):tri C-atoma (ketotrioza):

Strukture nekih Strukture nekih monosaharidamonosaharida

C glikolaldehid gliceraldehid dihidroksiaceton

H2OH

CHOCH2OH

CHOH

CHO

CH2OH

C

CH2OH

O

SStereoizomeri (enantiomeri) tereoizomeri (enantiomeri) Kao i neki drugi biomolekuliKao i neki drugi biomolekuli,, i prosti i prosti ššeeććeri sadreri sadržže e

najmanje jedan najmanje jedan asimetriasimetriččanan (hiralan) C-atom. Prema (hiralan) C-atom. Prema prostornom poloprostornom položžaju supaju supstitustituenata vezanih za enata vezanih za asimetriasimetriččan ugljenikov atom u prirodi su prisutni razlian ugljenikov atom u prirodi su prisutni različčiti iti optioptiččki aktivni ki aktivni stereoizomeri (enantiomeristereoizomeri (enantiomeri) pojedinih ) pojedinih monosaharidnih jedinica. monosaharidnih jedinica.

Enantiomeri gliceraldehida D- i L- predstavljaju osnovni Enantiomeri gliceraldehida D- i L- predstavljaju osnovni model za stereohemijsko odremodel za stereohemijsko određđivanjeivanje opti optiččkih izomerakih izomera svih drugih monosaharida (slika 7-1). svih drugih monosaharida (slika 7-1).

StereoizomeriStereoizomeri aldotetrozaaldotetroza Stereoizomeri aldotetroza. (Stereoizomeri aldotetroza. (aa) Diastereoizomeri: D-) Diastereoizomeri: D-

EritrozaEritroza i D-Treoza, (i D-Treoza, (bb) Enantiomeri: D- i L-Treoza) Enantiomeri: D- i L-Treoza

C

H O

C H 2 O H

O H

O H

C

C H 2 O H

H O

O H

O H

D-Eritroza D-Treoza

(a) 1

2

3

4

C H O

C H 2 O H

O H

O H

C H

C H 2 O H

H O

H O

O 1

2

3

4

C H

C H 2 O H

H O

O H

O ravan ogledala

C H

C H 2 O H

O H

H O

O 1

2

3

4

(b) 1

2

3

4

ravan ogledala

D-Eritroza L-Eritroza D-Treoza L-Treoza

Stereohemijska povezanost nekih Stereohemijska povezanost nekih monosaharida monosaharida

Formiranje hemiacetala i hemiketala Formiranje hemiacetala i hemiketala ššeeććeraera

Piranozne i furanozne strukture Piranozne i furanozne strukture monosaharidamonosaharida

Piranozne i furanozne strukture Piranozne i furanozne strukture monosaharidamonosaharida (sl.7-7.) (sl.7-7.)

CikliCikliččni oblici se grade ni oblici se grade reakcijama alkoholne i reakcijama alkoholne i aldehidne odnosno keto aldehidne odnosno keto grupe monosaharida (kada se grupe monosaharida (kada se dovoljno priblidovoljno približže), a proizvod e), a proizvod reakcije se naziva reakcije se naziva poluacetal poluacetal odn. odn. poluketalpoluketal. U prvom . U prvom slusluččaju gradi se aju gradi se ššestoestoččlani lani prsten piranprsten piranaa - - piranozapiranoza, a u , a u drugom struktura petodrugom struktura petoččlanog lanog prstena furana - prstena furana - furanoza furanoza (slika 7-7). (slika 7-7).

Furanoza

Piranoza

C C

C

O

CCH2OH

OH

OOH

HOCH21

5 2H

66

H 25

1HOCH2

C C

C

OH

CCH2OH

O

OH

O

5

1

CH2OH

OOH

OH

O OH

HHC

C CC

CCH2OH

OOH

OH

H

OOH

Građenje Građenje -- i i --anomeranomeraa

GradjenjeGradjenjem m navedenih prstenastih strukturanavedenih prstenastih struktura CC--atom u atom u polopoložžaju C-1 postaje asimetriaju C-1 postaje asimetriččan usled an usled ččega se javljaega se javljaju ju kaokao nova vrsta izomerije nova vrsta izomerije -- i i --anomerianomeri ( ( i i -izomeri). -izomeri).

Anomeri se medjusobno razlikuju u konfiguraciji na Anomeri se medjusobno razlikuju u konfiguraciji na C-C-11 atomu. Zaklju atomu. Zaključčeno je da eno je da -- i i -izomeri D-glukoze nisu -izomeri D-glukoze nisu strukture otvorenog lanca vestrukture otvorenog lanca većć ššestoestoččlane ciklilane cikliččne ne strukture koje nastaju reakcijama hidroksilne grupe na strukture koje nastaju reakcijama hidroksilne grupe na C-5 atomu, sa aldehidnom grupom ugljenika na C-5 atomu, sa aldehidnom grupom ugljenika na C-C-1. 1.

Strukture ovih anomera prikazane su na slici 7-8. I Strukture ovih anomera prikazane su na slici 7-8. I ketoze se mogu naketoze se mogu naćći u i u -- i i izomernom obliku. izomernom obliku.

Strukturni anomeri D-GlukozeStrukturni anomeri D-Glukoze((ciklizovanaciklizovana struktura) struktura)

, , -Glu-Glu

()

-D-glukopiranoza -D-glukopiranoza

CH2OH

OOH

OH

O

OHH

CH2OH

OOH

OH

O OH

H ()

23

45

6

Strukturni anomeri D-glukoze Strukturni anomeri D-glukoze (tipa (tipa stolicestolice))

-,-,-Glu -Glu

Numerisanje C-skeletaNumerisanje C-skeleta ObeleObeležžavanje C atoma vravanje C atoma vršši i

se na taj nase na taj naččin in ššto je C-atom to je C-atom aldehidne grupe kod aldoza, aldehidne grupe kod aldoza, kao atom sa najvikao atom sa najviššim im oksidacionim nivoom oksidacionim nivoom obeleobeležžen sa 1, a kod ketoza en sa 1, a kod ketoza C-atom keto grupe obeleC-atom keto grupe obeležžen en je sa 2. je sa 2.

Primer obelePrimer obeležžavanja aldoza avanja aldoza (D-glukoza) i ketoza (D-(D-glukoza) i ketoza (D-fruktoza) dat je u fruktoza) dat je u FiFiššerovomerovom projekcionom formulomprojekcionom formulom na na slici 7-9. slici 7-9.

Numerisanje C-Numerisanje C-skeleta skeleta (sl.7.9)(sl.7.9)

CHO

CH2OH

OH

HO

OH

OH

1

2

3

4

5

6 6

5

4

3

2

1CH2OH

CH2OH

HO

OH

OH

O

D-glukoza D-fruktoza

Aldopentoze i ketopentozeAldopentoze i ketopentoze U biljkama se od pentoza U biljkama se od pentoza

nalaze mnoge aldopentoze nalaze mnoge aldopentoze kao npr. kao npr. ksilozaksiloza, , arabinoza,arabinoza, riboza, apiozariboza, apioza i dr. i dr. a od keto a od keto--pentoza od posebnog znapentoza od posebnog značčaa--ja su ja su ribulozaribuloza ii ksilulozaksiluloza..

D-KsilozaD-Ksiloza (D-Xyl) je (D-Xyl) je aldopentoza, sastojak polisaaldopentoza, sastojak polisa--harida - harida - ksilanaksilana kojih ima u kojih ima u slami, drveslami, drvećću, semenu i dr. u, semenu i dr. Ona je sastojak nekih glikoziOna je sastojak nekih glikozi--da u biljkama, a u maloj kolida u biljkama, a u maloj koli--ččini se nalazi u slobodnom ini se nalazi u slobodnom stanju. Dobija se kiselom stanju. Dobija se kiselom hidrolizom iz hidrolizom iz ššapurika kukuapurika kuku--ruza i upotrebljava se u ruza i upotrebljava se u konduktorskoj industriji. konduktorskoj industriji. Oksidacijom daje polihidroOksidacijom daje polihidro--ksilni alkohol - ksilni alkohol - ksilitolksilitol

L-ArabinozaL-Arabinoza (L-Arab) je (L-Arab) je aldopentoza koja je u aldopentoza koja je u biljkama (za razliku od ostalih biljkama (za razliku od ostalih monosaharida) nadjena u L-monosaharida) nadjena u L-obliku. Retko se nalazi obliku. Retko se nalazi slobodna veslobodna većć je sastojak je sastojak glikozida, hemiceluloze, glikozida, hemiceluloze, pentopentozzana, biljne gume, ana, biljne gume, pektina, biljnih sluzi, melase, pektina, biljnih sluzi, melase, smole tresmole treššnjevog drveta, njevog drveta, poliglikozida arabana i drugih poliglikozida arabana i drugih visokomolekularnih polivisokomolekularnih poli--saharida saharida pentozana. pentozana.

CHO

CH2OH

OHHO

OH

CHO

CH2OH

OHHO

HO

D-Ksiloza L-A rabinoza

D-ribozaD-riboza (D-Rib) je (D-Rib) je aldopentoza koja je univerzalni aldopentoza koja je univerzalni sastojak sastojak ććelije, jer ulazi u elije, jer ulazi u sastav nukleotida sastav nukleotida ribonukleinskih kiselina, a u ribonukleinskih kiselina, a u --D-furanoznom obliku koenzima D-furanoznom obliku koenzima (ATP, ADP, GTP, NAD, FAD, (ATP, ADP, GTP, NAD, FAD, CoA i dr.). SadrCoA i dr.). Sadržži tri i tri asimetriasimetriččna ugljenika, a stvara na ugljenika, a stvara se iz D-glukoze kao se iz D-glukoze kao intermedijer u pentozo-intermedijer u pentozo-fosfatnom ciklusu. Struktura D-fosfatnom ciklusu. Struktura D-riboze data je na slici 7-11.riboze data je na slici 7-11.

Redukcijom riboze dobija se Redukcijom riboze dobija se alkohol alkohol ribitolribitol koji ulazi u sastav koji ulazi u sastav mnogih biolomnogih biološški aktivnih ki aktivnih jedinjenja. jedinjenja.

Slika 7-11. Slika 7-11. (a) Lan(a) Lanččasta i (b) asta i (b) ciklicikliččna struktura D-Riboze na struktura D-Riboze

(a)

CH

OH

OH

OH

CH2OH

O

D-apiozaD-apioza (D-Api) je (D-Api) je aldoaldopepentoza sa razgranatim ntoza sa razgranatim ugljovodoniugljovodoniččnim lancem. Ovaj nim lancem. Ovaj monosaharid je namonosaharid je nađđen u en u mnogim biljnim vrstama. Ulazi mnogim biljnim vrstama. Ulazi u sastav flavonskog glikozida u sastav flavonskog glikozida apiinaapiina koji je nadjen u koji je nadjen u perperššunuunu ((ApiumApium petroselinpetroselinum)um)

D-ribulozaD-ribuloza (D-Ribul) i (D-Ribul) i D-D-ksilulozaksiluloza (D-Ksilul) su (D-Ksilul) su ketopentoze ketopentoze ččije su strukture ije su strukture prikazane na slici 7-13. prikazane na slici 7-13. Veoma su znaVeoma su značčajni njihovi ajni njihovi fosfatni estri (ribuloza-5-fosfat fosfatni estri (ribuloza-5-fosfat i ribuloza-1,5-difosfat) kao i ribuloza-1,5-difosfat) kao intermedijeri u fotosintetiintermedijeri u fotosintetiččkim kim procesima biljaka.procesima biljaka.

CHOC OHHC OH

CH2OHHOH2C D-ribuloza Ribuloza-5- Ribuloza-1,5- D-ksiluloza -fosfat -difosfat

CH2O P

CH2O P

O

OH

OH

CH2OH

CH2O P

O

OH

OH

CH2OH

CH2OH

O

OH

OH

CH2OH

CH2OH

O

OH

HO

AldoheksozeAldoheksoze D-glukozaD-glukoza (D-Glc) ili gro (D-Glc) ili grožđžđani ani

ššeeććer je najznaer je najznaččaajnijnija i najrasja i najras--prostranjenija aldoheksoza. U prostranjenija aldoheksoza. U biljkama se nalazi slobodna u biljkama se nalazi slobodna u biljnim sokovima ili vezana u biljnim sokovima ili vezana u saharozi, maltozi, skrobu, saharozi, maltozi, skrobu, hemicelulozi i drugim hemicelulozi i drugim ššeeććerimaerima

SluSlužži za dobii za dobijjanje vitamina B2 i anje vitamina B2 i B15, riboze i glukonske kiseline. B15, riboze i glukonske kiseline. Struktura ovog monosaharida Struktura ovog monosaharida prikazana prikazana Fisherovom Fisherovom projekcionomprojekcionom i i Haworthovom Haworthovom perspektivnomperspektivnom formulom data je formulom data je na slici 7-14. Biohemijska na slici 7-14. Biohemijska funkcija glukoze sastoji se u funkcija glukoze sastoji se u tome tome ššto je ona kao i veto je ona kao i veććina ina drugih drugih ššeeććera mataboliera mataboliččko ko gorivo jer razgradnjom i gorivo jer razgradnjom i oksidacijom oslobaoksidacijom oslobađđa energiju.a energiju.

Sa aspekta biohemije od Sa aspekta biohemije od posebposebnog nog je zna je značčaja fosfatni aja fosfatni estar glukoze koji sluestar glukoze koji služži kao i kao energetski materijal u energetski materijal u ććelijama elijama (glukoza-6-fosfat), i prekursor u (glukoza-6-fosfat), i prekursor u biosintezama di-, oligo- i biosintezama di-, oligo- i polisaharida. Industrijski se polisaharida. Industrijski se glukoza proizvodi hidrolizom glukoza proizvodi hidrolizom skroba iz krompira i kukuruza, a skroba iz krompira i kukuruza, a u novije vreme i pomou novije vreme i pomoćću u imobilizovanih enzima u imobilizovanih enzima u biotehnolobiotehnološškim procesima iz kim procesima iz celuloze.celuloze.

D-glukoza6

5

4

3

2

1 CHO

CH2OH

OH

HO

OH

OH

O

CH2OH

OHOH

OH

OH

1 1

O

CH2OH

OH

OH

OH

OH

-D-glukoza -D-glukoza

6 6(a) (b)

D-galaktozaD-galaktoza (D-Gal) se (D-Gal) se razlikuje od glukoze po razlikuje od glukoze po konfiguraciji samo na C4 konfiguraciji samo na C4 (slika 7-15).(slika 7-15).

Galaktoza je znaGalaktoza je značčajna kao ajna kao gragradivnadivna jedinica oligo- i jedinica oligo- i polisaharida biljaka polisaharida biljaka galaktanagalaktana i i heterogalaktanaheterogalaktana, kao , kao rezervnih i strukturnih ugljenih rezervnih i strukturnih ugljenih hidrata. hidrata.

Ulazi u sastav trisaharida Ulazi u sastav trisaharida rafinoze, rafinoze, ččitavog niza itavog niza glikozida i polisaharida glikozida i polisaharida semena, nekih biljnih smola i semena, nekih biljnih smola i sluzi, kao i glikolipida i sluzi, kao i glikolipida i glikoproteina. U prirodi se ne glikoproteina. U prirodi se ne nalazi slobodna.nalazi slobodna.

Slika 7-15.Slika 7-15. LanLanččasta (a) i asta (a) i ciklicikliččna (b) strukturana (b) struktura D-D-ggalaktozealaktoze

CHO

OH

HO

HO

OH

CH2OH

(a)

O

CH2OH

OHOH

OHOH

4

4

(b)

D-ManozaD-Manoza (D-Man) kao (D-Man) kao aldoheksoza je sastojak aldoheksoza je sastojak visokomolekularnih biljnih visokomolekularnih biljnih polisaharida (hemiceluloze, polisaharida (hemiceluloze, mono- i heteromanana, i mono- i heteromanana, i biljnih sluzi). U toku biljnih sluzi). U toku metabolizma mometabolizma možže se e se transformisati u D-glukozu. transformisati u D-glukozu. Retko se nalazi slobodna. Retko se nalazi slobodna. ČČesto se sreesto se srećće u obliku e u obliku polihidroksilnog alkohola polihidroksilnog alkohola manitolamanitola. Dobija se hidrolizom . Dobija se hidrolizom hemiceluloze. hemiceluloze.

Sl.7-16. Sl.7-16. Strukturni oblici D-manozeStrukturni oblici D-manoze

CHOHOHO

OHOH

CH2OH

OOH OH

OH

CH2OH

OH

Fisherova struktura Haworthova struktura

KetoheksozeKetoheksoze D-fruktozaD-fruktoza (D-Fru) je (D-Fru) je

najznanajznaččajnija ketoheksoza ajnija ketoheksoza poznata pod nazivom vopoznata pod nazivom voććni ni ššeeććer i moer i možže se transfoe se transformirmi--sati u D-glukozu. Struktura sati u D-glukozu. Struktura ove ketoheksoze data je na ove ketoheksoze data je na slici 7-17.slici 7-17.

D-sedoheptulozaD-sedoheptuloza (D-Sed) - (D-Sed) - je ketoheptoza koja se retko je ketoheptoza koja se retko sresrećće u slobodnom obliku u e u slobodnom obliku u biljkama. Struktura ovog biljkama. Struktura ovog monosaharida data je na slici monosaharida data je na slici 7-18.7-18.

6

5

4

3

2

1CHO

CH2OH

HO

OH

OH

O

O CH2OH

OH

OH

HOH2C

HO

1

2

3

45

6

(a) (b)

CH2OH

O

HO

OH

OH

OH

CH2OH

1

2

3

4

5

6

7

Deoksi šećeriDeoksi šećeri

DeoksiDeoksi šećerišećeri su redukcioni su redukcioni proizvodi monosaharida. Oni proizvodi monosaharida. Oni su vasu važžan strukturni element an strukturni element deoksiribonukleinskih kiselina deoksiribonukleinskih kiselina zbog zbog ččega se 2-deoksi-D-ega se 2-deoksi-D-riboza (riboza (-D--D-ddeoksiriboza) eoksiriboza) smatra najvasmatra najvažžnijim deoksinijim deoksi ššeeććerom. Strukture nekih erom. Strukture nekih deoksideoksi š šeeććera iz grupe C-5 era iz grupe C-5 ((-D--D-ddeoksiriboza) i C-6 (eoksiriboza) i C-6 (-L--L-ffukoza) monosaharida date ukoza) monosaharida date su na slici 7-19.su na slici 7-19.

SSlilikaka 7-19. 7-19.

O

O H

O H

H O H 2 C

2

Slika 7-19. Struktura dva deoksišećera.

O

O H

O H

O H O H

C H 3 1

2 3

4

5

6

-D-Deoksiriboza -L-Fukoza

Polioli Polioli

PolioliPolioli ((ššeeććerni alkoholi) su erni alkoholi) su derivati derivati mmonosaharida D- i L- onosaharida D- i L- niza koji nastaju redukcijom niza koji nastaju redukcijom karbonilne grupe monosaharida karbonilne grupe monosaharida sa NADsa NAD++-- odnosno NADP odnosno NADP++-- zavisnim reduktazama. Imena zavisnim reduktazama. Imena su izvedena tako su izvedena tako ššto se to se monosaharidu odbije sufiksmonosaharidu odbije sufiks --ozaoza i doda sufiks i doda sufiks - -itolitol

Strikture eritrola (a), ribitola Strikture eritrola (a), ribitola (b), sorbitola (c) i dulcitola (d)(b), sorbitola (c) i dulcitola (d)

(b) (c) (d) CH2OH

CH2OH

OH

HO

HO

OH

CH2OH CH2OH

CH2OH

OH

OH

OH

CH2OH

OH

HO

OH

OH

CH2OH

CH2OH

OHOH

(a)

Šećerne kiselineŠećerne kiseline Šećerne kiselineŠećerne kiseline su oksida su oksidacicioni oni

proizvodi monosaharida. U proizvodi monosaharida. U zavisnosti od mesta oksidacije zavisnosti od mesta oksidacije izvedena je njihova nomenklatuizvedena je njihova nomenklatu--ra. Tako ako je oksidacija ra. Tako ako je oksidacija izvedena na hemiacetalnom ili izvedena na hemiacetalnom ili aldehidnom C-atomu onda se aldehidnom C-atomu onda se umesto nastavkaumesto nastavka --ozaoza dodaje dodaje sufikssufiks --onskaonska, ako je oksidovana , ako je oksidovana terminalna -CHterminalna -CH22OH grupa sufiksOH grupa sufiks --uronskauronska, a ako oksida, a ako oksidacijcijom om nastaje dikarbonska kiselina nastaje dikarbonska kiselina dodaje se nastavakdodaje se nastavak --arinskaarinska. . ŠŠeeććerne kiseline su jake erne kiseline su jake kiseline, a njihove soli su kiseline, a njihove soli su rastvorljive u vodi. rastvorljive u vodi.

Sl.7-21. Sl.7-21. (a)(a) D-GlukonskD-Glukonskaa,, (b)(b) D-GlukuronskD-Glukuronskaa (c)(c) D-GlukarinskD-Glukarinskaa kiseline kiseline

(a) (b) (c)COOH CHO COOH

OHHO

OHOH

CH2OH COOH

OHHO

OHOH

COOH

OHHO

OHOH

Estri monosaharida Estri monosaharida Estri monosaharidaEstri monosaharida - -

Alkoholne i poluacetalne Alkoholne i poluacetalne grupe monosaharida grade sa grupe monosaharida grade sa neorganskim i organskim neorganskim i organskim kiselinama estre, kao veoma kiselinama estre, kao veoma reaktivna jedinjenja. reaktivna jedinjenja. U U metabolizmu najznametabolizmu najznaččajniji su ajniji su estri sa Hestri sa H33POPO4 4 i Hi H22SOSO44. Kao . Kao memeđđuproizvod u metabolizmu uproizvod u metabolizmu ugljenih hidrata posebno su ugljenih hidrata posebno su znaznačajni čajni estri monosaharida estri monosaharida sa fosfornom kiselinom (slika sa fosfornom kiselinom (slika 7-22).7-22).

Slika 7-22.Slika 7-22. Formiranje fosfatnog estra Formiranje fosfatnog estra

(ATP je donor fosfatne grupe)(ATP je donor fosfatne grupe)

O

C H 2 O H

O H

O H

O H

O H

ATP O

C H 2 O P O 3 -2

O H

O H

O H

O H ADP

+

Glukoza Glukoza-6-fosfat

AminošećeriAminošećeri AminošećeriAminošećeri su derivati monosu derivati mono--

saharida koji nastaju supstitucisaharida koji nastaju supstituci--jom -OH grupe -jom -OH grupe -NHNH22 grupom. grupom. Oni su Oni su ččesto acetilovani i kao esto acetilovani i kao takvi su sastojci slotakvi su sastojci složženih ugljenih enih ugljenih hidrata glikolipida, glikoproteina i hidrata glikolipida, glikoproteina i polisaharida. polisaharida.

Najrasprostranjeniji su Najrasprostranjeniji su glukozaminglukozamin (hitozamin - GlcN), (hitozamin - GlcN), galaktogalakto--zaminzamin (hondrozamin - (hondrozamin - GalN) i GalN) i manozaminmanozamin (ManN), koji (ManN), koji su sastojci strukturnih su sastojci strukturnih polisaharida ili glikoproteina, a polisaharida ili glikoproteina, a glukozamin ulazi joglukozamin ulazi jošš i u sastav i u sastav hitinahitina ( (slislikaka 7-23 7-23):):

Strukture D-glukozamina (a), Strukture D-glukozamina (a), D-galaktozamina (b) i D-D-galaktozamina (b) i D-manozamina (c).manozamina (c).

CHO CHO CHO

CH2OH

NH2

HO

OH

OH

CH2OH

NH2

HO

HO

OH

CH2OH

H2N

HO

OH

OH

(a) (b) (c)

GlikozidiGlikozidi GlikozidiGlikozidi su acetali su acetali ššeeććera i era i

alkohola medjusobno povezani alkohola medjusobno povezani glikozidnom vezom. Ako je glikozidnom vezom. Ako je alkohol povezan za alkohol povezan za monosaharid “kiseonimonosaharid “kiseoniččnim nim mostmostomom, onda su to , onda su to O-glikozidiO-glikozidi, , ako je povezan direktno na C ako je povezan direktno na C atom to su atom to su C-glikozidiC-glikozidi, odnosno , odnosno za atom azota za atom azota N-glikozidiN-glikozidi ili pak ili pak za atom sumpora za atom sumpora S-glikozidiS-glikozidi. . Po analogiji sa izomerizaPo analogiji sa izomerizacicijom jom na anomena anomerrnom C-atomu nom C-atomu postoje postoje - i - i -glikozidi (odnosno -glikozidi (odnosno - i - i -glikozidna veza koja -glikozidna veza koja uslovljava njihovu hidrolizu uslovljava njihovu hidrolizu specifispecifiččnim enzimima) (slika 7-nim enzimima) (slika 7-25).25).

Slika 7-25. StruktureSlika 7-25. Strukture - (a) i - (a) i -glikozida (b)-glikozida (b)

R R - nešećerna komponenta - nešećerna komponenta (aglikon)(aglikon)

O

O ROH

OHOH

CH2OHO

OHOH

OH

CH2OHO R

(a) (b)

GlikozidiGlikozidi imaju izvesna fiziolo imaju izvesna fiziološška dejstva na ka dejstva na ččoveka i oveka i žživotinje te ivotinje te su nasu naššli primenu u medicini. Poznati biljni glikozidi su li primenu u medicini. Poznati biljni glikozidi su amigdalinamigdalin iz iz gorkog badema i gorkog badema i indikanindikan iz indigofere (slika 7-26), zatim iz indigofere (slika 7-26), zatim salicinsalicin koji je ustanovljen u kori vrbe i topole u kojem je alkohol koji je ustanovljen u kori vrbe i topole u kojem je alkohol hidroksibenzil vezan za D-glukozu.hidroksibenzil vezan za D-glukozu.

OCH2O

OH

OHOH

CH2OHO

OHOH

OH

O CC N

H1

6

OCH2OH

OHOH

OH

O

NH

Amigdalin Indikan

Neuobičajeni monosaharidiNeuobičajeni monosaharidi Neuobičajeni monosaharidiNeuobičajeni monosaharidi

- nalaze se redje u biljkama i - nalaze se redje u biljkama i to obito običčno vezani u no vezani u glikozidima. glikozidima.

Najrasprostranjeniji su Najrasprostranjeniji su D-D-kumarozakumaroza i i D-D- i i L-L-oleandrozaoleandroza. . Strukture navedenih Strukture navedenih monosaharida date monosaharida date su na slici 7-27. su na slici 7-27.

Sl.7-27. Strukture Sl.7-27. Strukture neuobičejenih monosaharidaneuobičejenih monosaharida

CHO

CH3

OHOH

HOHO

CHO

CH3

HH3CO

OHOH

HCHO

CH3

HOCH3

HOHO

HCHO

CH3

HOCH3OHOH

H

L-Ramnoza D-Kumaroza D-Oleandroza L-Oleandroza

7.2. Disaharidi i oligosaharidi7.2. Disaharidi i oligosaharidi S obzirom da molekul monosaharida sadrS obzirom da molekul monosaharida sadržži vei većći broj i broj

OH-grupa, koje su veoma reaktivne u prirodi se javljaju OH-grupa, koje su veoma reaktivne u prirodi se javljaju oblici meoblici međđusobnog poveziusobnog povezivavanja dve i vinja dve i višše jedinica u e jedinica u di-, oligo- i polisaharide. Veza koja se stvara izmedi-, oligo- i polisaharide. Veza koja se stvara izmeđđu u dve ili vidve ili višše ugljikohidratnih jedinica naziva se e ugljikohidratnih jedinica naziva se glikozidnaglikozidna veza veza. .

U zavisnosti u kojem se poloU zavisnosti u kojem se položžaju i konfiguraciji nalaze aju i konfiguraciji nalaze OH-grupe, OH-grupe, oneone ((uz izdvajanje Huz izdvajanje H22OO)) stvaraju razli stvaraju različčite ite tipove glikozidnih veza kao npr. tipove glikozidnih veza kao npr. (1(14), 4), (1(16), 6), (1(13), 3), (1(14)4) i dr. (slika 7-28). i dr. (slika 7-28).

Slika 7-28. Neki oblici glikozidnih veza u molekulima Slika 7-28. Neki oblici glikozidnih veza u molekulima ššeeććeraera

(1 4) (16)

(13

OCH2OH

O

OH

OH

O

OCH2OH

OH

OHOHH

CH2OH

OH

OH

O

OO

OOH

OHO

CH2

OHHH

1

6

1 4

OCH2OH

O OH

OH

O OCH2OH

OHOH

OO

CH2OH

OH

OH

O1 4

3

1

DisaharidiDisaharidi DisaharidiDisaharidi su glikozidi izgra su glikozidi izgrađđeni iz dve iste ili razlieni iz dve iste ili različčite ite

monosaharidne jedinice. Hidrolizom daju monosaharide. monosaharidne jedinice. Hidrolizom daju monosaharide. Zavisno od naZavisno od naččina graina građđenja glikozidne veze razlikujenja glikozidne veze razlikujeemo mo redukujuredukujuććee i i neredukuju neredukujućće disaharidee disaharide. .

Redukujući disaharidiRedukujući disaharidi nastaju u slu nastaju u sluččajevima kada u ajevima kada u gragrađđenju glikozidne veze ne uenju glikozidne veze ne uččestvuje poluacetalna estvuje poluacetalna grupa osnovnog grupa osnovnog ššeeććera, odnosno kada se poluacetalna era, odnosno kada se poluacetalna (redukuju(redukujućća) grupa jednog monosaharida vezuje za bilo a) grupa jednog monosaharida vezuje za bilo koju neredukujukoju neredukujućću hidroksilnu grupu drugog u hidroksilnu grupu drugog monosaharida. Zbog toga oni imaju slobodnu redumonosaharida. Zbog toga oni imaju slobodnu redukuj-kuj-uućću grupu i zbog toga pokazuju redukciona i mutarotau grupu i zbog toga pokazuju redukciona i mutarota--ciona svojstva. Od redukujuciona svojstva. Od redukujuććih disaharida u biljkama su ih disaharida u biljkama su najvinajvišše zastupljene e zastupljene maltoza,celobiozamaltoza,celobioza i i gentiobiozagentiobioza..

mmaltozaaltoza i celobioza i celobioza MaltozaMaltoza je izgra je izgrađđena iz dva ena iz dva

molekula D-glukoze povezamolekula D-glukoze poveza--nih nih (1(14) glikozidnom 4) glikozidnom vezom (slika 7-29). Ona je vezom (slika 7-29). Ona je stereoizomer celobioze i stereoizomer celobioze i jedan je od najrasprostrajedan je od najrasprostra--njenjenijih disaharida. Nalazi se nijih disaharida. Nalazi se u listovima, krtolama i u listovima, krtolama i semenu biljaka slobodna ili semenu biljaka slobodna ili kao gradkao gradiivna jedinica skrobavna jedinica skroba

CelobiozaCelobioza je takodje je takodje redukujuredukujućći disaharid i disaharid maltoznog tipa u kojem je maltoznog tipa u kojem je glukoza povezana glukoza povezana (1(14) 4) glikozidnom vezom (slika 7-glikozidnom vezom (slika 7-30). U biljkama se ne nalazi 30). U biljkama se ne nalazi slobodna veslobodna većć kao sastojak kao sastojak celuloze i nekih glikozidaceluloze i nekih glikozida..

OCH2OH

OH

OHOH

OCH2OH

OHOH

OHO

OCH2OH

OHOH

OHO O

CH2OH

OH

OH

OH

1 4

ggentiobiozaentiobioza

GentiobiozaGentiobioza je redukuju je redukujućći i disaharid sastojak raznih disaharid sastojak raznih biljnih glikozida kao npr. biljnih glikozida kao npr. amigdalinaamigdalina. Hidrolizom daje . Hidrolizom daje dva molekula D-glukoze. dva molekula D-glukoze. Nastaje povezivanjem Nastaje povezivanjem glukoze glukoze (1(16)6)--glikozidnomglikozidnom vezom (slika 7-31). Napred vezom (slika 7-31). Napred navedeni redukujunavedeni redukujućći i disaharidi prema vrsti disaharidi prema vrsti glikozidne veze svrstavaju glikozidne veze svrstavaju se use u maltozni tip maltozni tip jer je njihov jer je njihov prototip maltoza.prototip maltoza.

Struktura Struktura gentiobioze (gentiobioze (-oblik)-oblik)

OCH2OH

OHOH

OHO CH2

OOH

OH

OH

OH

61

NeredukujuNeredukujućći disaharidii disaharidi NeredukujućiNeredukujući

disaharididisaharidi - sadr - sadržže e glikozidnu vezu izmeglikozidnu vezu izmeđđu u dve glikozidne -OH dve glikozidne -OH grupe i grade tipigrupe i grade tipiččne ne acetaleacetale. Oni nisu . Oni nisu redukciona sredstva i redukciona sredstva i nemaju svojstvo nemaju svojstvo mutarotacije te pripadaju mutarotacije te pripadaju trehaloznom tiputrehaloznom tipu disaharida. disaharida. SaharozaSaharoza je je najrasprostranjeniji najrasprostranjeniji neredukujuneredukujućći disaharid.i disaharid.

SaharozaSaharoza je je neredukujućineredukujućidisaharid izgradisaharid izgrađđen od en od -D--D-Glu Glu i i -D-fruktoze (Fru).-D-fruktoze (Fru). Glikozidna Glikozidna veza ova dva monosaharida se veza ova dva monosaharida se uspostavlja izme|u uspostavlja izme|u CC--1 1 uglje-uglje-nika glukoze i nika glukoze i C-2 C-2 ugljenikaugljenikafruktoze dajufruktoze dajući ći tako tako ,,(1(12) 2) odnosno odnosno 112 tip glikozidne 2 tip glikozidne veze (slika 7-32). veze (slika 7-32).

O

CH2OH

O

OH

OH

O

OCH2

CH2OH

O

OH

HO

H

H

1

6

1 2

6

TrisaharidiTrisaharidi TrisaharidiTrisaharidi su oligosaharidi izgrasu oligosaharidi izgrađđeni iz tri iste ili razlieni iz tri iste ili različčite ite

monosaharidne jedinice. Rastvorljivi su u vodi kao i disaharidi smonosaharidne jedinice. Rastvorljivi su u vodi kao i disaharidi s tim tim ššto se rastvorljivost smanjuje proporcionalno sa poveto se rastvorljivost smanjuje proporcionalno sa poveććanjem anjem molske mase. Biljke sintetizuju razlimolske mase. Biljke sintetizuju različčite strukturne tipove ite strukturne tipove trisaharida od kojih su najznatrisaharida od kojih su najznaččajniji ajniji rafinozarafinoza i i gentianozagentianoza. .

RafinozaRafinoza je neredukuju je neredukujućći trisaharidi trisaharid.. Sastoji se iz galaktoze (Gal), Sastoji se iz galaktoze (Gal), glukoze (Glc) i fruktoze (Fru) meglukoze (Glc) i fruktoze (Fru) međđusobno vezane usobno vezane (1(16) i 6) i ,,(1(12) glikozidnom vezom (slika 7-33).2) glikozidnom vezom (slika 7-33).

Rafinoza je posle saharoze najrasprostranjeniji oligosaharid. Rafinoza je posle saharoze najrasprostranjeniji oligosaharid. Nalazi se u znatnim koliNalazi se u znatnim količčinama u inama u ššeeććernoj repi (1.5-4%), jeernoj repi (1.5-4%), ječčmu i mu i pamuku naropamuku naroččito za vreme cvetanja. ito za vreme cvetanja. Biohemijska funkcija rafinoze Biohemijska funkcija rafinoze se sastoji u tome se sastoji u tome ššto je ona transportni trisaharid.to je ona transportni trisaharid.

(1 6)

(1 2 )

O

OH

O

CH2OH

CH2

O

OH

OHO

CH2OHO O

O

OH

OH

O

CH2

H

H HOH

1

6

1 2

GentianozaGentianoza je rezervni trisaharid rizoma mnogih je rezervni trisaharid rizoma mnogih GentianaGentiana vrsta. vrsta. Pripada grupi neredukujuPripada grupi neredukujuććih ugljenih hidrata u kojoj su monomeri ih ugljenih hidrata u kojoj su monomeri (dve glukoze i fruktoza) povezani (dve glukoze i fruktoza) povezani (1(16) i 6) i (1(12) glikozidnim 2) glikozidnim vezama (slvezama (sl.. 7-34). 7-34).

Rasprostranjena je u biljkama kao rezervni oligosaharid, a najviRasprostranjena je u biljkama kao rezervni oligosaharid, a najvišše e je ima u lincuri (je ima u lincuri (GentianaGentiana luteluteaa).).

OCH2OH

OHOH

OH

OO

CH2

OHOH

OHO

OCH2OH

OH

OCH2OH

H1

6

1 2

1

(Glc) (Glc) (Fru)

TetrasaharidiTetrasaharidi TetrasaharidiTetrasaharidi su ologosaharidi izgradjeni iz su ologosaharidi izgradjeni iz ččetiri monosaharida etiri monosaharida

medjusobno povezani glikozidnim vezama medjusobno povezani glikozidnim vezama - i - i -tipa. -tipa. U biljkama U biljkama je je stahiozastahioza najrasprostranjeniji tetrasaharid. najrasprostranjeniji tetrasaharid.

StahiozaStahioza je tetrasaharid izolovana iz biljaka. Nastaje je tetrasaharid izolovana iz biljaka. Nastaje sjedinjavanjem dva ostatka galaktoze i glukoze i jednog ostatka sjedinjavanjem dva ostatka galaktoze i glukoze i jednog ostatka fruktoze (slika 7-35).fruktoze (slika 7-35).

OOCH2OO

OH

CH2OHO O

OH

O OO

CH2OHOH

OCH2

OH

OHO O

CH2OH

OH

HH

H

HH

1

211

6

1

6

(Gal) (Gal) (Glc) (Fru)

.. stepen slasti ..?.. stepen slasti ..? Saharidi poseduju jednu Saharidi poseduju jednu

specifispecifiččnu osobinu, a to nu osobinu, a to je slast. Ukoliko se kao je slast. Ukoliko se kao stepen slasti saharoze stepen slasti saharoze uzme broj 100 onda je uzme broj 100 onda je stepen slasti ostalih stepen slasti ostalih monosaharida i nekih monosaharida i nekih oligosaharida veoligosaharida većći ili i ili manji od ovog broja manji od ovog broja (tabela 7-1).(tabela 7-1).

Tab. 7-1. Stepen slasti u Tab. 7-1. Stepen slasti u odnosu na saharozuodnosu na saharozu

Naziv šećera Stepeslasti

SaharozaFruktozaInvertni šećerGlukozaSorbitol i glicerolKsilozaMaltoza i

galaktozaRafinoza

100173130 75 48 40 38 23

7.3. 7.3. PolisaharidiPolisaharidi PolisaharidiPolisaharidi (glukani) su kvantitativno veoma velika (glukani) su kvantitativno veoma velika

grupa ugljenih hidratagrupa ugljenih hidrata -- polimera monosaharida ili polimera monosaharida ili njihovih derivata povezanih njihovih derivata povezanih - ili - ili -glikozidnom vezom -glikozidnom vezom u razgranate i nerazgrau razgranate i nerazgrananate lance. te lance.

Lanci polisaharida mogu biti izgraLanci polisaharida mogu biti izgrađđeni od 10 pa do eni od 10 pa do 1000 i vi1000 i višše istih ili razlie istih ili različčitih ostaitih ostatataka monosaharida ka monosaharida slosložženih linearno, sferno i spiralno. enih linearno, sferno i spiralno.

Oni se razlikuju od monosaharida po mnogim Oni se razlikuju od monosaharida po mnogim osobinama: nemaju sladak ukus, obiosobinama: nemaju sladak ukus, običčno su no su nerastvorljivi u vodi, a kada se rastvore u vodi, grade nerastvorljivi u vodi, a kada se rastvore u vodi, grade koloidne rastvore. koloidne rastvore.

Prema vrsti monosaharida koje sadrPrema vrsti monosaharida koje sadržže dele se na e dele se na homopolihomopolisahride sahride i i heteropolisaharideheteropolisaharide. . Vrsta polisaharida nije Vrsta polisaharida nije uslovljena samo strukturom monomernih jedinica veuslovljena samo strukturom monomernih jedinica većć i njihovim i njihovim brojem kao i stepenom rabrojem kao i stepenom raččvanja. Polisaharidi ne prolaze kroz vanja. Polisaharidi ne prolaze kroz membrane membrane ććelije.elije.

Medjusobno se razlikuju, ne samo po vrsti monomera koji ih Medjusobno se razlikuju, ne samo po vrsti monomera koji ih izgradjuje, veizgradjuje, većć i stepenu polimerizacije kao i prirodi veze izmedju i stepenu polimerizacije kao i prirodi veze izmedju monomera. Hemijska i fizimonomera. Hemijska i fiziččka svojstva polisaharida uslovljena su ka svojstva polisaharida uslovljena su monosaharidnim i oligosaharidnim jedinicama. monosaharidnim i oligosaharidnim jedinicama.

PPolisaharidi se razlaolisaharidi se razlažžu hidrolizom prvo do oligosaharida a potom u hidrolizom prvo do oligosaharida a potom do monosaharida. Veoma su rasprostranjeni u biljkama a do monosaharida. Veoma su rasprostranjeni u biljkama a strukture mnogih jostrukture mnogih jošš nisu odredjene jer se veoma te nisu odredjene jer se veoma tešško izoluju u ko izoluju u ččistom stanju. Znaistom stanju. Značčajni su u metabolizmu biljaka, ishrani ajni su u metabolizmu biljaka, ishrani ččoveka i oveka i žživotinja kao i sirovine u raznim granama industrije. Prema ivotinja kao i sirovine u raznim granama industrije. Prema funkcijama koje obavljaju u organizmu polisaharidi se dele na funkcijama koje obavljaju u organizmu polisaharidi se dele na rezervnerezervne i i strukturnestrukturne polisaharide. polisaharide.

7.3.1. Homopolisaharidi7.3.1. Homopolisaharidi Polimeri izgra|eni iz samo Polimeri izgra|eni iz samo jednog tipa monosaharidajednog tipa monosaharida nazivaju se nazivaju se

homopolisaharidi. Najvahomopolisaharidi. Najvažžniji su niji su skrobskrob i i celulozaceluloza kod biljaka odnosno kod biljaka odnosno glikogenglikogen i i hitinhitin kod kod žživotinja.ivotinja.

SkrobSkrob je osnovni rezervni homopolisaharid biljaka molekulske mase je osnovni rezervni homopolisaharid biljaka molekulske mase oko 500.000. Obioko 500.000. Običčno je deponovan u citoplazmi no je deponovan u citoplazmi ććelija u obliku velikih elija u obliku velikih granula. Nastaje u zelenim biljkama asimilacijom COgranula. Nastaje u zelenim biljkama asimilacijom CO22 u procesu u procesu fotosinteze i akumulira se u semenu i krtolama u kolifotosinteze i akumulira se u semenu i krtolama u količčini 40-70%, a u ini 40-70%, a u drugim delovima 4-25%. Najbogatiji izvori skroba su krtole krompira i drugim delovima 4-25%. Najbogatiji izvori skroba su krtole krompira i seme seme žžitariitaricca. Skrob se koristi u ishrani lja. Skrob se koristi u ishrani ljuudi i di i žživotinja pa je zato ivotinja pa je zato najvanajvažžniji biljni polisaharid. niji biljni polisaharid.

Kiselom hidrolizom skroba dobija se D-glukoza. Utvrdjeno je da se Kiselom hidrolizom skroba dobija se D-glukoza. Utvrdjeno je da se glukoza u skrobu nalazi u obliku glukoza u skrobu nalazi u obliku -D-glukopiranoze. U biljkama se -D-glukopiranoze. U biljkama se nakuplja u hloroplastima u obliku skrobnih zrnaca koja se razlikuju nakuplja u hloroplastima u obliku skrobnih zrnaca koja se razlikuju medjusobno u morfolomedjusobno u morfološškim osobinama. Utvrdjeno je da broj, oblik i kim osobinama. Utvrdjeno je da broj, oblik i svojstva granula skroba zavise od vrste biljaka jer se sintetizuju pod svojstva granula skroba zavise od vrste biljaka jer se sintetizuju pod kontrolom gena. kontrolom gena.

Zrno skroba moZrno skroba možže imati ovalni, sferni ili nepravilni oblik. Dimenzije se e imati ovalni, sferni ili nepravilni oblik. Dimenzije se krekrećću 0.002-0.15 nm. Eksperimentalna istrau 0.002-0.15 nm. Eksperimentalna istražživanja su pokazala da je ivanja su pokazala da je svaka granula skroba u populaciji jedinstvena i razlikuje se od susednih svaka granula skroba u populaciji jedinstvena i razlikuje se od susednih po strukturi i svojstvima. Oblici skrobnih zrna se razlikuju pod po strukturi i svojstvima. Oblici skrobnih zrna se razlikuju pod mikroskopom (slika 7-36).mikroskopom (slika 7-36).

Slika 7-36. Oblik Slika 7-36. Oblik skrobnihskrobnih zrna iz raznih kultura: zrna iz raznih kultura: ppššenice (a), ovsa (b) i enice (a), ovsa (b) i krompira krompira (c)(c)

Prirodni skrob je smePrirodni skrob je smešša a dva polimera (dve dva polimera (dve subjedinice) koji se subjedinice) koji se mogu razdvojiti jer se mogu razdvojiti jer se razlikuju u strukturnim razlikuju u strukturnim svojstvima. Prvi polimer svojstvima. Prvi polimer se naziva se naziva amilozaamiloza (ulazi (ulazi u sastav skroba u koliu sastav skroba u količčini ini 15-25%), a drugi je 15-25%), a drugi je amilopektinamilopektin (ulazi u (ulazi u sastav skroba u kolisastav skroba u količčini ini 75-85%). Udeo ovih 75-85%). Udeo ovih polimera skroba varira polimera skroba varira sa biljnom vrstom.sa biljnom vrstom.

AmilozaAmiloza AmilozaAmiloza je nerazgranat polisaharid rastvoran u toploj vodi. je nerazgranat polisaharid rastvoran u toploj vodi.

Izgradjen je od Izgradjen je od 200-2.000200-2.000 ostataka glukoze u piranoznom obliku ostataka glukoze u piranoznom obliku medjusobno povezanih medjusobno povezanih (1(14) glukozidnim vezama te se naziva 4) glukozidnim vezama te se naziva jojošš i i (1(14) 4) glukanglukan. Ako je . Ako je -D-glukoza ponavljaju-D-glukoza ponavljajućći monosahai monosaha--rid onda je maltoza ponavljajurid onda je maltoza ponavljajućći disaharid u molekulu amiloze. i disaharid u molekulu amiloze. Struktura dela molekula amiloze prikazana je na slici 7-37Struktura dela molekula amiloze prikazana je na slici 7-37

O

CH2OH

OH

OHOO

O

CH2OH

OH

OHO

O

CH2OH

OH

OHO

1 4 1 4

O

CH2OH

OH

OH

O

1 4

Savremeni podaci o Savremeni podaci o gradji amiloze zasnovani gradji amiloze zasnovani su na pretpostavci da su na pretpostavci da --D-glukopiranozni ostaci D-glukopiranozni ostaci imaju konformaimaju konformaciciju tipa ju tipa ladje te se ladje te se konfokonformrmaciacioona formula na formula amiamiloloze moze možže prikazati e prikazati slslikom ikom 7-38.7-38.

Slika 7-38. Konformaciona Slika 7-38. Konformaciona formula molekula amilozeformula molekula amiloze

OHOHO

H

CH2O

H

H

H

OH

H H

HOHH

OH

CH2O O O

H H

OHH

HOH

OHCH2OHOH OH

n

SStrukturtrukturaa amiloze sa nagra amiloze sa nagrađđenim enim skrob-jod kompleksomskrob-jod kompleksom

Enzimskom Enzimskom hidrolizom amiloze hidrolizom amiloze sa sa -amilazom-amilazom (EC (EC 3.2.1.1) dobijaju se 3.2.1.1) dobijaju se manji fragmenti tzv. manji fragmenti tzv. “dekstrin” (tipa “dekstrin” (tipa eritrodekstrina, eritrodekstrina, ahrodekstrina itd) a ahrodekstrina itd) a kao krajnji proizvodi kao krajnji proizvodi najnajččeešćšće maltoza e maltoza (90%) i ne(90%) i neššto to glukoze (10%).glukoze (10%).

AmilopektinAmilopektin AmilopektinAmilopektin je druga podjedinica nativnog je druga podjedinica nativnog

skroba, a razlikuje se od amiloze jer ima skroba, a razlikuje se od amiloze jer ima razgranatu strukturu. Izgrarazgranatu strukturu. Izgrađđen je od 10.000-en je od 10.000-20.000 ostataka 20.000 ostataka -D-glukoze sa Mr koja se -D-glukoze sa Mr koja se krekrećće i do 4e i do 4xx101066 . Na glavnom lancu, glukozil-. Na glavnom lancu, glukozil-ostaci su povezani ostaci su povezani (1(14)4) vezama, razmevezama, razmeššteni teni su bosu boččni lanci sa ni lanci sa (1(16) gl6) gluukozidnim vezama kozidnim vezama u tau taččkama granjanja. Lanac se grana u kama granjanja. Lanac se grana u proseku nakon svakih 25 jedinica glukoze. Deo proseku nakon svakih 25 jedinica glukoze. Deo strukture razgranatog lanca amilopektina strukture razgranatog lanca amilopektina skroba dat je na slici 7-skroba dat je na slici 7-4040..

Slika 7-Slika 7-4040. . Fragment strukture razgranatog lanca amilopektina skroba sa Fragment strukture razgranatog lanca amilopektina skroba sa

naznanaznaččenim enim (1(14) i 4) i (1(16) glikozidnim vezama.6) glikozidnim vezama.

OCH2OH

OH

OHOO

OCH2OH

OH

OHO

1 4

CH2

OOH

OH

CH2OHO

O

OH

OH

O O

1

6

OCH2OH

OH

OH

O

1 4

(16)

n

1 4

(1 4)

... sadržaj skroba ...... sadržaj skroba ... U biljkama se skrob nalazi U biljkama se skrob nalazi

pretepretežžno u obliku skrobnih no u obliku skrobnih zrna u kojima je njegova zrna u kojima je njegova kolikoliččina uslovljena biljnom ina uslovljena biljnom vrstom (tabela 7-2).vrstom (tabela 7-2).

VeVeććina biljaka sintetizuju ina biljaka sintetizuju skrobna zrna koja se sastoje skrobna zrna koja se sastoje iz 15% amiloze i 85% iz 15% amiloze i 85% amilopektina. Medjutim neke amilopektina. Medjutim neke vrste kukuruza i pirinvrste kukuruza i pirinčča a poznate kao “vopoznate kao “vošštane” imaju tane” imaju iskljuisključčivo amilopektinivo amilopektin””

Postoje i tzv. amilo-kukuruz Postoje i tzv. amilo-kukuruz koji sadrkoji sadržži 50-80% amiloze. i 50-80% amiloze. RazliRazliččiti odnosi amiloze i iti odnosi amiloze i amilopektina su pod amilopektina su pod genetigenetiččkom kontrolom i utikom kontrolom i utičču u na fizina fiziččko-hemijske osobine ko-hemijske osobine skrobnih zrna. Skrobna zrna skrobnih zrna. Skrobna zrna sa manje amiloze imaju sa manje amiloze imaju amorfnu, a sa viamorfnu, a sa višše kristalnu e kristalnu strukturu.strukturu.

Biljna vrsta Sadržaj skroba

(%)

PšenicaRaž

JečamKukuruzPirinačSirak

KrompirGrašak

756055-7270-808051-8114-4234-48

Hidroliza i dobijanje ...Hidroliza i dobijanje ...

SkrobSkrob se industrijski proizvodi iz p se industrijski proizvodi iz pššenice, kukuruza i raenice, kukuruza i ražži i nai i naššao ao je vije viššestruku primenu u prehrambenoj industriji. Totalna hidroliza estruku primenu u prehrambenoj industriji. Totalna hidroliza skroba se moskroba se možže izvre izvrššiti imobilizacijom tri enzima i to iti imobilizacijom tri enzima i to -amilaze, -amilaze, --amilaze i amilaze i (1(16) glukozidaze6) glukozidaze..

Hidroliza skroba u dekstrine se oHidroliza skroba u dekstrine se odvijadvija po shemi datoj jedna po shemi datoj jednaččinom inom 7-1.7-1.

H O ( C 6 H 10 O 5 ) x H n H O ( C 6 H 10 O 5 ) y H

H 2 O + H 2 O +

S k r o b E r i t r o d ek s t r i n

H 2 O + m H O ( C 6 H 10 O 5 ) z H x C 6 H 12 O 6 (x y z) H 2 O +

A h r o d ek s t r i n G l u k o z a

-1,3-Kaloza-1,3-Kaloza

-1,3-Kaloza-1,3-Kaloza je homomerni polisaharid sitastih cev je homomerni polisaharid sitastih cevččica biljaka. ica biljaka. Izgradjen je iz oko 100 ostataka Izgradjen je iz oko 100 ostataka -D-glukopiranoze povezanih -D-glukopiranoze povezanih (1(13) gl3) gluukozidnim vezama (slika 7-42).kozidnim vezama (slika 7-42).

Slika 7-42. Struktura kaloze Slika 7-42. Struktura kaloze (1(13).3).

OCH2OH

OHOH

OH

OO

O

OHOH

CH2OHO

CH2OH

OHOH

OH1

3

n

13

FruktaniFruktani FruktaniFruktani su pored skroba i saharoze najzastupljeniji rezervni su pored skroba i saharoze najzastupljeniji rezervni

ugljeni hidrati u biljkama. Polimeri familije fruktana se nakupljaju u ugljeni hidrati u biljkama. Polimeri familije fruktana se nakupljaju u korenu, stablu, semenu ili lukovici brojnih biljnih vrsta izmekorenu, stablu, semenu ili lukovici brojnih biljnih vrsta izmeđđu u ostalog u familijama ostalog u familijama AlliaceaeAlliaceae, , LiliaceaeLiliaceae,, PoaceaePoaceae i itd.td.

Fruktani su takoFruktani su takođđe zastupljeni i u velikom broji gljiva i bakterija. e zastupljeni i u velikom broji gljiva i bakterija. Fruktani su linearni ili razgranati polimeri Fruktani su linearni ili razgranati polimeri -D-fruktofuranozil--D-fruktofuranozil-fura-fura-

noze nastali njihovim povezivanjem sa noze nastali njihovim povezivanjem sa (2(21) ili 1) ili (2(26) gliko6) glikozid-zid-nim vezama. nim vezama.

U biljkama ova grupa obuhvata oligosaharide i polisaharide sa U biljkama ova grupa obuhvata oligosaharide i polisaharide sa stepenom polimerizacije 3-6 u stepenom polimerizacije 3-6 u kestonskomkestonskom, kao i polisaharide sa , kao i polisaharide sa dudužžim lancima i veim lancima i veććim stepenom polimerizacije oko 50 u im stepenom polimerizacije oko 50 u inulinskominulinskom ili oko 200 u ili oko 200 u levanskomlevanskom tipu polisaharida. U biljnoj tipu polisaharida. U biljnoj ććeliji eliji fruktani se nakupljaju u vakuolama. fruktani se nakupljaju u vakuolama.

.. Inulinski tip .... Inulinski tip ..

Inulinski tip fruktanaInulinski tip fruktana

O

CH2OHH

OH

OH

H OH

HH

O

OCH2

H

OH

O

H

CH2OH

H

OH

OCH2

H

OH

O

H

CH2OH

H

O

OCH2OH

H

OH

O

H

CH2OH

H

H1 2

1 2

(a) Inulinski tip (linearan lanac inulina; n=20-30)

n

1 2

Levanski i kestonski tip..Levanski i kestonski tip..

HOCH2

H

OH

O

H

CH2

H

O

OH

O

CH2OHH

OH

OH

H OH

HH

O

OCH2

H

OH

O

H

CH2

H

O

OH

OCH2

H

OH

O

H

CH2OH

H

OH

n

(b) Levanski tip (linearan lanac fleina; n=200)

2

6

2

6

1 2

O

CH2OHH

OH

OH

H OH

HH

O

OCH2

H

OH

O

H

CH2

H

O

O

OCH2

H

OH

O

H

CH2OH

H

OH

OCH2

H

OH

O

H

CH2OH

H

OH

(c) Kestonski tip (razgranat lanac tetrasaharida - bifukoze)

6

22

1

CelulozaCeluloza CelulozaCeluloza je najrasprostranjeniji strukturni polisaharid je najrasprostranjeniji strukturni polisaharid

biljaka jer se godibiljaka jer se godiššnje sintetizuje oko 1nje sintetizuje oko 10000 milijardimilijardi tona tona ovog jedinjenja. Smatra se da se i do 50% ukupno ovog jedinjenja. Smatra se da se i do 50% ukupno vezanog COvezanog CO22 fotosintezom iz atmosfere ugradjuje u fotosintezom iz atmosfere ugradjuje u celulozu. celulozu.

Po hemijskom sastavu je linearni polimer Po hemijskom sastavu je linearni polimer -D--D-glukopiranoze koji nastaje povezivanjem glukoze glukopiranoze koji nastaje povezivanjem glukoze (1(14) gl4) gluukozidnim vezama. Molekuli celuloze imaju kozidnim vezama. Molekuli celuloze imaju linearni oblik jer su izgradjeni iz glukoznih jedinica linearni oblik jer su izgradjeni iz glukoznih jedinica povezanih u lance dupovezanih u lance dužžine oko 7ine oko 7 (1 (1 = 1/100 nm). = 1/100 nm).

SliSliččna je skrobu jer je homopolisaharid na je skrobu jer je homopolisaharid -D-glukoze -D-glukoze (8.000-72.000 glukozil-ostataka, Mr (8.000-72.000 glukozil-ostataka, Mr 1.3-21.3-2xx101066) u kojem ) u kojem su zastupljene su zastupljene (1(14) gl4) gluukozidne veze (slika 7-44). kozidne veze (slika 7-44).

Slika 7-44. Fragment strukture celuloze Slika 7-44. Fragment strukture celuloze

O

CH2OH

OH

OHO

O

OOH

OH

CH2OHO

O

CH2OH

OH

OH

O

1 4 1 4

OOH

OH

CH2OHO

1 4

OO

H

HH

HHOH2C

HOHO

HO

O

HHHO

O

HOH2C

HO

O

H

H

HHOOH

HO

CH2OH

n

CeluloznaCelulozna vlakna su u biljkama vlakna su u biljkama “uronjena” u ligninski matriks “uronjena” u ligninski matriks koji slukoji služži kao “cement” za i kao “cement” za slepljivanje fibrila celuloze te im slepljivanje fibrila celuloze te im daje odredjenu daje odredjenu ččvrstinu (zbog vrstinu (zbog koje stoletna stabla imaju snagu koje stoletna stabla imaju snagu da drda držže kroe kroššnje drvenje drvećća).a).

KoliKoliččina lignina se poveina lignina se poveććava ava starenjem biljaka te su njihova starenjem biljaka te su njihova stabla, stabljike pa i listovi stabla, stabljike pa i listovi manje elastimanje elastiččni i krhkiji u ni i krhkiji u odnosu na mladu biljku. Niti odnosu na mladu biljku. Niti celuloze u ligninskom matriksu celuloze u ligninskom matriksu date su na slici 7-47.date su na slici 7-47.

Slika 7-47. Niti celuloze Slika 7-47. Niti celuloze uronjene u ligninski matriksuronjene u ligninski matriks

Gradjenje mikrofibrilaGradjenje mikrofibrila

7.3.2. Heteropolisaharidi7.3.2. Heteropolisaharidi HeteropolisaharidiHeteropolisaharidi su izgrađeni su izgrađenii iz strukturno razlii iz strukturno različčitih itih

monosaharidnijh jedinica, specifimonosaharidnijh jedinica, specifiččnih osobina i biohemijskih nih osobina i biohemijskih funkcija. Tipifunkcija. Tipiččan predstavnik ove grupe prirodnih polimera kod an predstavnik ove grupe prirodnih polimera kod biljaka je hemicelulozabiljaka je hemiceluloza

HemicelulozaHemiceluloza je visokomolekulski, obi je visokomolekulski, običčno razgranat, heteropolino razgranat, heteropoli--saharid biljaka izgradjen pretesaharid biljaka izgradjen pretežžno od D-ksiloze, D-manoze, D-no od D-ksiloze, D-manoze, D-glukoze, D-arabinoze, D-galaktoze i uronskih kiselinaglukoze, D-arabinoze, D-galaktoze i uronskih kiselina

U njemu su heksoze i pentoze medjusobno povezane U njemu su heksoze i pentoze medjusobno povezane (1(14) 4) glikozidnim vezama. Ne rastvara se u vodi veglikozidnim vezama. Ne rastvara se u vodi većć samo u samo u razblarazblažženim alkalijama. U prostoru moenim alkalijama. U prostoru možže da zauzima oblik e da zauzima oblik uzvojnice. Nalazi se u matriksu uzvojnice. Nalazi se u matriksu ććelijskih zidova semena, slame, elijskih zidova semena, slame, kukuruzovine, drveta i mokukuruzovine, drveta i možže imati funkciju rezervnog polisaharida e imati funkciju rezervnog polisaharida ili strukturnog ukoliko se nalazi u kukuruzovini ili slami. ili strukturnog ukoliko se nalazi u kukuruzovini ili slami.

U biljkama se hemiceluloza nalazi u U biljkama se hemiceluloza nalazi u ččetiri strukturna oblika i to: - etiri strukturna oblika i to: - ksilanaksilana, , mananamanana, , arabanaarabana i i galaktanagalaktana

-1,4--1,4-mmanani anani i i -1,3--1,3-kksilani silani Slika 7-48. Struktura Slika 7-48. Struktura -1,4-manana.-1,4-manana.

Slika 7-49. Struktura Slika 7-49. Struktura -1,3-ksilana.-1,3-ksilana.

OCH2OH

OH OHO

H

OCH2OH

O

OOH OH OHOH

CH2OHO O O

CH2OH

OH OHOH

1 4 1

23

5

6

4 1 4

n

O

OOH

OH

H

OO

H

OOH

OO

H

OOH

OHO

OOH

H

O13

13

13

24

5

H H H Hn

-1,5- i -1,5- i -1,3--1,3-aarabani rabani i galaktanii galaktani

Slika 7-51. Slika 7-51. -1,5- i -1,5- i -1,3--1,3-aarabanirabani

Slika 7-52Slika 7-52 -1,4-galaktan-1,4-galaktan

OH2C

HO OH

OH

O OH2C

O

OH

O

HH

H

OHOH2C

OH

OH

H

HH n

15

1

3

OCH2OH

OH

OH

O O OCH2OH

OH

OH

O OCH2OH

OH

OHOHH

n

1 4 1 4

PektiniPektini PektiniPektini su visokomolekularni poliurinidi koji nastaju povezivanjem su visokomolekularni poliurinidi koji nastaju povezivanjem

molekula D-galakturonske kiseline molekula D-galakturonske kiseline -1,4-glikozidnim vezama. -1,4-glikozidnim vezama. VeVećći broj karboksilnih grupa esterifikovan je metil-grupama. i broj karboksilnih grupa esterifikovan je metil-grupama. Pektini koji imaju niPektini koji imaju nižži stepen esterifikacije nazivaju se i stepen esterifikacije nazivaju se pektinskimpektinskim kiselinamakiselinama. Struktura galakturonske i dela pektinske kiseline date . Struktura galakturonske i dela pektinske kiseline date su na slici 7-53.su na slici 7-53.

OCOOH

O

OH

OHOHH

H

HH H 1 4 1 4

OCOOH

OH

OH

O OCOOH

OH

OHOHO

OH

OH

COOHO

H On

H

(a) (b)

14

6

Pektinske materije imaju znaPektinske materije imaju značčajnu ulogu pri ajnu ulogu pri sazrevanju, skladisazrevanju, skladišštenju i u industrijskoj preradi tenju i u industrijskoj preradi plodova i voplodova i voćća. Kada se plod razvijaa. Kada se plod razvija,, protopektin protopektin se skladise skladiššti u ti u ććelijskim zidovima i moelijskim zidovima i možže se e se sakupljati u znasakupljati u značčajnim koliajnim količčinama u plodovima inama u plodovima jabuka, krujabuka, kruššaka, limuna, groaka, limuna, grožždja, cvekle, mrkve dja, cvekle, mrkve od 0.3-3.0%, zeljastom bilju od 0.1-0.3% i od 0.3-3.0%, zeljastom bilju od 0.1-0.3% i drvenastom bilju oko 0.1%. drvenastom bilju oko 0.1%.

U biljkama su pektinske materije znaU biljkama su pektinske materije značčajne za ajne za transport i izmenu jonova (jer slutransport i izmenu jonova (jer služže kao e kao jonoizmenjivajonoizmenjivačči), vezivanje vode (i), vezivanje vode (šštite ih od tite ih od susuššenja), a sluenja), a služže i kao lepak za biljne e i kao lepak za biljne ććelije. U elije. U ššeeććernoj repi se nalazi i do 2-5% pektina..ernoj repi se nalazi i do 2-5% pektina..