Οι υδατάνθρακες βιοσυντίθενται στα πράσινα φυτά από CO2 και H2O παρουσία ηλιακής ακτινοβολίας με τη φωτοσύνθεση.

Δομές Υδατανθράκων Εναντιωμέρεια Κυκλοποίηση-Ανωμέρεια α-D-γλυκόζη β-D-γλυκόζη Δομή Fischer L-γλυκερυναλδεύδη D-γλυκερυναλδεύδη Δομές Haworth Αν το -ΟΗ του μεγαλύτερου σε αρίθμηση χειρόμορφου άνθρακα είναι: Δεξιά D-σάκχαρο Αριστερά L-σάκχαρο Δομή Ανακλίντρου

Κατάταξη υδατανθράκων 1. Μέγεθος της βασικής ανθρακικής αλυσίδας 2. Θέση του C=O τριόζη τετρόζη πεντόζη εξόζη αλδόζη κετόζη 4. Στερεοχημεία 3. Αριθμός μονάδων σακχάρου Εναντιομέρεια: D- και L- Κυκλοποίηση: κυκλικοί και άκυκλοι Ανωμέρεια: α- και β- Απλοί και σύνθετοι Μονοσακχαρίτες: μια μονάδα σακχάρου Δισακχαρίτες: δυο μονάδες σακχάρου Ολιγοσακχαρίτες: 2-10 μονάδες σακχάρου Πολυσακχαρίτες: >10 μονάδες σακχάρου 5. Δραστικότητα Αναγωγικά: Οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Tollen’s Μη Αναγωγικά: Δεν οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Tollen’s

Επίπεδα της γλυκόζης στο αίμα Στο σώμα τα επίπεδα της γλυκόζης κυμαίνονται από 70-90 mg/dL. Σε μια δοκιμή ανοχής γλυκόζης, η γλυκόζη αίματος μετριέται για αρκετές ώρες μετά από τη λήψη της.

D- και L- ισομέρεια Σχηματίζονται από την διάταξη υποκαταστατών, του πιο απομακρυσμένου ατόμου άνθρακα από το καρβονύλιο. Όταν το —OH του άνθρακα αυτού βρίσκεται δεξιά έχουμε την D –μορφή και όταν βρίσκεται αριστερά την L.

Σχηματισμός κυκλικής δομής μονοσακχαριτών Οι κυκλικές ημιακετάλες σχηματίζονται με ενδομοριακή πυρηνόφιλη προσθήκη του οξυγόνου του υδροξυλίου του πιο απομακρυσμένου στερεογονικού κέντρου από το καρβονύλιο στον άνθρακα του καρβονυλίου.

Κυκλική δομή της φρουκτόζης -D-Fructose -D-Fructose

- και β-ανωμερή της D-γλυκόζης Ο σχηματισμός δακτυλίου συνεπάγεται τη δημιουργία ενός νέου ασύμμετρου άνθρακα του άνθρακα της ημιακετάλης και επομένως την ύπαρξη δύο οπτικών ισομερών. Η ισομέρεια αναφέρεται στην θέση του ημιακεταλικού υδροξυλίου (πάνω η κάτω από το επίπεδο του δακτυλίου). -D-Glucose -D-Glucose  

Ισορροπία Κυκλικών άκυκλων δομών

Ισορροπία Κυκλικών άκυκλων δομών. Σε διαλύματα, η -D-γλυκόζη είναι σε ισορροπία με την β-D-γλυκόζη. Σε κάθε χρονική στιγμή υπάρχει μόνο μια μικρή ποσότητα σε άκυκλη μορφή. -D-γλυκόζη D-γλυκόζη β-D-γλυκόζη (36%) (ίχνη) (64%)

Οι υδροξυλικές οµάδες βρίσκονται κατά προτίµηση σε ισηµερινές θέσεις. ∆ιαµόρφωση ανακλίντρου D-γλυκόζη H OH H OH OH H H H O OH H O HO HO HO HO OH HO O HO H H OH H OH H OH H H H H H OH β-D-ανωµερές α-D-ανωµερές Οι υδροξυλικές οµάδες βρίσκονται κατά προτίµηση σε ισηµερινές θέσεις. CH2OH CH2OH CH2OH O OH OH O OH OH O OH Τύποι Haworth OH OH OH OH OH OH OH

Μονοσακχαρίτες Πεντόζες D-ξυλόζη D-αραβινόζη D-ριβόζη Άχυρα, ξύλο, φρούτα Πηκτινικές ύλες, φρούτα Νουκλεϊνικά οξέα

Μονοσακχαρίτες Εξόζες Γλυκόζη Φρουκτόζη Γαλακτόζη Μαννόζη Παρασκευάζεται από υδρόλυση του αμύλου Φρουκτόζη Μέλι, φρούτα Γαλακτόζη Συστατικό της λακτόζης Μαννόζη εσπεριδοειδή

Η Μαλτόζη (α-D-γλυκοπυρανοζυλο-(1-4)-α-D-γλυκοπυρανόζη) λαμβάνεται με ενζυμική υδρόλυση αμυλούχων πρώτων υλών π.χ. κριθάρι. Το υδροξύλιο του δεύτερου μονοσακχαρίτη που συμμετέχει στο γλυκοζιτικό δεσμό δεν είναι το ημιακεταλικό. Άρα η ένωση διαθέτει ανάγον άκρο.

Λακτόζη (β-D-γλυκοπυρανοζυλο-(1-4)-α-D-γλυκοπυρανόζη) Το υδροξύλιο του δεύτερου μονοσακχαρίτη που συμμετέχει στο γλυκοζιτικό δεσμό δεν είναι το ημιακεταλικό. Άρα η ένωση διαθέτει ανάγον άκρο.

Σουκρόζη (α-D-γλυκοπυρανοζυλο-(1-2)-β-D-φρουκτοφουρανόζη) Στο γλυκοζιτικό δεσμό συμμετέχουν τα συμμετέχουν τα ημιακεταλικά υδροξύλια των δυο μονοσακχαριτών. Έτσι εξαφανίζονται οι αναγωγικές ιδιότητες του δισακχαρίτη, αφού δεν έχει πια αναγωγική ομάδα.

Ολιγοσακχαρίτες Σουκρόζη (σακχαρόζη) Μαλτόζη Λακτόζη Κελλοβιόζη

Κυκλοδεξτρίνες Δεξτρίνες • Μερική υδρόλυση αμύλου • Χρήση ως κόλλες (glues) • Σε βρεφικές τροφές αποτρέπουν την πήξη (σβώλιασμα) του γάλακτος στο στόμαχο

Πολυσακχαρίτες D-Glucose Κύριοι πολυσακχαρίτες είναι: Άμυλο Γλυκογόνο Κυτταρίνη D-Glucose

Δομές αμυλόζης και αμυλοπηκτίνης Το άμυλο μπορεί να διαχωριστεί σε δύο συστατικά : την αμυλόζη (κατά 20%) και την αμυλοπηκτίνη (κατά 80%). Και τα δύο συστατικά έχουν ως δομικό υλικό την α-γλυκόζη, διαφέρουν όμως μεταξύ τους ως προς τη σύνταξη και το μοριακό βάρος. Στην αμυλόζη τα μόρια της γλυκόζης συνδέονται γραμμικά, ενώ στην αμυλοπηκτίνη διακλαδίζονται.

Κυτταρίνη

Η Κυτταρίνη, απαντά σε όλα τα φυτικά τρόφιμα, δεν μπορεί όμως να αφομοιωθεί από τον άνθρωπο και πολλά σαρκοβόρα ζώα, γιατί τα ένζυμα του στομαχιού τους δεν μπορούν να διασπάσουν τους β-1,4 γλυκοζιτικούς δεσμούς που ενώνουν τα μόρια της γλυκόζης στο μόριο της.

Η ευεργετική δράση της κυτταρίνης εξηγείται με βάση τις ακόλουθες ιδιότητες των διαιτητικών ινών: Προσροφούν μεγάλες ποσότητες ύδατος, αυξάνουν τον όγκο των προς αποβολή υπολειμμάτων των τροφών στο παχύ έντερο και, κατά συνέπεια, μειώνουν τη συγκέντρωση ορισμένων επικίνδυνων ουσιών σε αυτό. Ερεθίζουν (με μηχανική δράση) τα εσωτερικά τοιχώματα του παχέος εντέρου, συμβάλλοντας έτσι στην ελάττωση του χρόνου παραμονής σ' αυτό και άρα επαφής των επικινδύνων ουσιών με τα κύτταρα του εντέρου. Μειώνουν τη διάρκεια δράσης ορισμένων βακτηρίων στα υπολείμματα τροφών του εντέρου, που ενδέχεται να παράγουν μεταλλαξιγόνες ουσίες.

Γλυκογόνο Με την επίδραση οξέων ή ενζύμων υδρολύεται προς δεξτρίνες, μαλτόζη ή γλυκόζη. Με την επίδραση Ι2 δίνει καστανοϊώδες χρώμα. Το γλυκογόνο διαλύεται στο νερό και μετατρέπεται στον άνθρωπο και τα ζώα σε γλυκόζη, διατηρώντας έτσι την ισορροπία της στο αίμα. Τα αποθέματα των υδατανθράκων παραμένουν κυρίως, στο συκώτι και τους μύες, απ' όπου και ''ανακαλούνται'' ανάλογα με τις ανάγκες του κάθε οργανισμού.

Γλυκογόνο

Πολυσακχαρίτες - Άμυλο Αμυλόζη (α-D-1,4) Αμυλόκοκκοι Αμυλοπηκτίνη ευθεία (α-D-1,4) - διακλάδωση (α-D-1,6)

Πολυσακχαρίτες - Άμυλο

Ανίχνευση αμύλου Το ιώδιο μπορεί να εισέλθει στην έλικα αμυλόζης δίνοντας ένωση εγκλεισμού μπλέ χρώματος ενδεικτική της παρουσίας αμύλου.

Άμυλο Ζελατινοποίηση Επαναβάθμιση - Σχηματισμός Gel

Κυτταρίνη

Αντιδράσεις Υδατανθράκων 1. Οξείδωση Με αντιδραστήρια Benedict’s, Tollen’s, Fellings Αλδονικά, Ουρονικά και Αλδαρικά οξέα Ενζυμική οξείδωση Εφαρμογές στην ανάλυση γλυκόζης στα τρόφιμα, αίμα Βιοαισθητήρες 2. Αναγωγή Γλυκαντικές ύλες χαμηλής θερμιδικής αξίας Χρήση από ασθενείς με διαβήτη Δεν προκαλούν τερηδόνα D-γλυκιτόλη (σορβιτόλη) D-φρουκτόζη D-μαννιτόλη

Αντιδράσεις Υδατανθράκων 3. Σχηματισμός εστέρα 4. Σχηματισμός αιθέρα (Σύνθεση Williamson) 5. Κυκλοποίηση (Σχηματισμός ημιακετάλης)

Αντιδράσεις Υδατανθράκων 6. Σχηματισμός γλυκοζιτών Ο-γλυκοζίτες: ανθοκυανίνες και φλαβονοειδή φυσικές χρωστικές Ν-γλυκοζίτες: νουκλεοτίδια S-γλυκοζίτες: σινάπι, λάχανο, κουνουπίδι

Παρασκευή ακεταλών και κεταλών

Αντιδράσεις υδατανθράκων Αντιδράσεις C=O Οξείδωση σε -COOH Αναγωγή σε -OH Αντιδράσεις -ΟΗ Σχηματισμός εστέρα Σχηματισμός αιθέρα Οξείδωση σε C=O Αναγωγή σε δεοξυ Αντικατάσταση με NH2, SH, X Αντιδράσεις ανωμερικού -ΟΗ Σχηματισμός γλυκόσυλο-αλογονιδίων Οξείδωση σε λακτόνες Αντιδράσεις C=O και -ΟΗ Κυκλικές ημιακετάλες (πυρανόζη/φουρανόζη) Σχηματισμός ακεταλών (γλυκοζίτες) Ισομερείωση αλδόζης/κετόζης

Οξείδωση των Μονοσακχαριτών Οι αναγωγικές ιδιότητες των σακχάρων προσδιορίζονται με την ικανότητά τους να ανάγουν αλκαλικά διαλύματα ιόντων δισθενούς χαλκού. Η γλυκόζη οξειδώνεται προς γλυκονικό οξύ.

Οξείδωση – Αναγωγή Oxidation (LEO) Loss of electrons Gain of O Loss of H (H+ & e) Αύξηση του αριθμού οξείδωσης Reduction Gain of electrons Loss of O Gain of H (H+ & e) Μείωση του αριθμού οξείδωσης

Οξείδωση των αλδεϋδών προς καρβοξυλικά οξέα. Οξείδωση των αλδεϋδών προς καρβοξυλικά οξέα. R – C = O → R – C = O (οξείδωση) | | H OH (+1) (+3) Cu2+ + 1e → Cu1+ (αναγωγή) (+2) (+1)

Οξείδωση των Μονοσακχαριτών Όλες οι αλδόζες ανήκουν στα ανάγοντα σάκχαρα. Αντίθετα μόνο μερικές από τις κετόζες είναι ανάγοντα σάκχαρα. Η φρουκτόζη, που παρόλο που διαθέτει κετονομάδα και όχι αλδεϋδομάδα στο μόριό της, λόγω των αλκαλικών συνθηκών των αντιδραστηρίων Fehling και Benedict, ισομερειώνονται ταχύτατα προς αλδόζη μέσω αντιδράσεων ταυτομερισμού κετόνης-ενόλης και -στη συνέχεια- οξειδώνεται.

Οξείδωση των Μονοσακχαριτών Η αντίδραση απαιτεί συνδυασμένη καταλυτική δράση βάσης και οξέος, προκειμένου να επιτευχθεί αφ’ ενός η αποπρωτονίωση της ασθενούς όξινης υδροξυλομάδας και αφ’ ετέρου η πρωτονίωση της καρβονυλικής ομάδας.

Μηχανισµός ισοµερίωσης κετόζης σε αλδόζη Τα κετοσάκχαρα αρχικά δίνουν την ανοικτή µορφή και στη συνέχεια η κετονοµάδα µε το HOH2C O CH2OH γειτονικό υδροξύλιο ισοµεριώνονται. H OH H OH OH H α-D-(+)-φρουκτόζη HOH2C O O CH2OH H CH2OH OH H OH OH H OH OH H OH H OH H HOH2C O OH D-(+)-φρουκτόζη α-υδροξυ-αλδεΰδη H OH H CH2OH OH H Άρα η D-(+)-φρουκτόζη είναι ανάγον σάκχαρο β-D-(+)-φρουκτόζη

Αναγωγή σακχάρων Οι καρβονυλικές ομάδες μπορούν να αναχθούν, σχηματίζοντας πολυαλκοόλες. Με αναγωγή της D-γλυκόζης προκύπτει σορβιτόλη.

Υδρόλυση Υδατανθράκων. Οι πολυσακχαρίτες ανάγουν το φελίγγειο υγρό μόνο μετά από μερική υδρόλυσή τους, οπότε δημιουργούνται αναγωγικές ομάδες (ημιακεταλικά υδροξύλια).

Αντιδράσεις αμαύρωσης Οξειδωτική αμαύρωση Μη οξειδωτική αμαύρωση Μελανοϊδίνες Καραμελοποίηση παρασκευή σιροπιών αναψυκτικά τύπου Cola Αντιδράσεις Maillard

Αντιδράσεις συμπύκνωσης (αφυδάτωσης) Η πληθώρα των υδροξυλίων που υπάρχουν στα σάκχαρα (ξεκινώντας από τους μονοσακχαρίτες), παρέχει τη δυνατότητα αντιδράσεων αφυδάτωσης των μορίων. Έτσι, εάν τα υδροξύλια από τα οποία αποσπώνται ένα ή περισσότερα μόρια νερού βρίσκονται στο ίδιο το μόριο του μονοσακχαρίτη, τότε οδηγούμεθα σε προϊόντα ενδομοριακής αφυδάτωσης.

Καραμελοποίηση

Διαμοριακή συμπύκνωση Υπάρχει και η περίπτωση της διαμοριακής συμπύκνωσης, της απόσπασης δηλαδή μορίων ύδατος από δύο ή περισσότερους μονοσακχαρίτες. Σχηματισμός των δισακχαριτών, ολιγοσακχαριτών ή πολυσακχαριτών, αναλόγως του αριθμού των μονοσακχαριτών (ιδίων ή διαφορετικών) από τα υδροξύλια των οποίων (συνήθως των θέσεων 1 και 4) αποσπώνται τα μόρια ύδατος.

Καραμελοποίηση Έχει ως αποτέλεσμα αλλαγή: Όταν τα σάκχαρα σε στερεή μορφή ή πυκνά υδατικά τους διαλύματα θερμαίνονται σε Θ υψηλότερη από 1000C (απουσία αμινοξέων και πρωτεϊνών) λαμβάνουν χώρα πολύπλοκες αντιδράσεις γνωστές ως καραμελλοποίηση. Η καραμελοποίηση προχωρεί κάτω από όξινες ή αλκαλικές συνθήκες. Έχει ως αποτέλεσμα αλλαγή: στη γεύση το άρωμα και το χρώμα του προιόντος.

Καραμελοποίηση

Καραμελοποίηση

Το μεγαλύτερο μέρος της γλυκόζης οξειδώνεται αερόβια προς CO2 και Η2Ο αποδίδοντας μεγάλα ποσά ενέργειας. CO2 O2 Bloodstream Muscle cells carrying out Αναερόβια Οξείδωση Αναπνοή Glucose + O2 CO2 +H2O +ATP Lungs

Μεταβολισμός Υδατανθράκων Η πέψη των υδατανθράκων αρχίζει από το στόμα με το ένζυμο α-αμυλάση. Συνεχίζει στο στομάχι για λίγη ώρα ακόμη, μέχρι να γίνει πλήρης ανάμιξη της τροφής με το γαστρικό υγρό. Στο έντερο δρα η παγκρεατική αμυλάση που είναι συστατικό του παγκρεατικού υγρού. Με την επίδραση των αμυλασών το άμυλο μετατρέπεται αρχικά σε δεξτρίνες ενώ στο έντερο δίνει μόρια μαλτόζης. Κατά το μεγαλύτερο μέρος της οξειδώνεται αναερόβια δίνοντας μεγάλα ποσά ενέργειας. C6H12O6 CO2 6 H2O ATPs Γλυκόζη Οξυγόνο Νερό Ενέργεια O2 + Πολλές χημικές αντιδράσεις καταλύονται από ένζυμα.