Reducirajući šećer

Reducirajući šećer je onaj koji je sposoban da djeluje kao redukcijsko sredstvo jer ima slobodnu aldehidnu ili slobodan ketonskiu grupa. Takvi su svi monosaharidi, zajedno s nekim disaharidima, oligosaharidima i polisaharidiima.^[1]^[2]^[3]

Monosaharidi se mogu podijeliti u dvije grupe: aldoze, koje imaju aldehidnu grupa, kao i ketoze, koje imaju keto grupu. Prije nego što oni mogu djelovati kao reducirajući šećeri, ketoze se prvo moraju tautomeriziratiu aldoze. Reducirajući šežćeri su svi uobičajeni prehrambeni monosaharidi: galaktoza, glukoza i fruktoza.^[4]^[5]

Disaharidi se formiraju iz dva monosaharida i ne mogu se jasno razvrstati ni kao reducirajući, niti nereducirajući, jer ih ima u obje kategorije Nereducirajući disaharidi poput saharoze i trehaloze, između anomernih ugljika, imaju glukozidne veze i na taj način se ne mogu pretvoriti u oblik otvorenog lanca sa aldehidnom grupom; oni prelaze u ciklične forme. Reducirajući disaharidi kao što su laktoza i maltoza imaju samo jedan od dva anomerna ugljika koji su uključeni u glikozidne veze, što znači da se mogu pretvoriti u oblik otvorenog lanca sa aldehidnom grupom.

Funkcijska grupa aldehida omogućava šećeru da djeluje kao redukcijsko sredstvo, na primjer u Tollen testu ili Benedikt testu. Ciklični hemiacetonski oblici aldoza se mogu otvoriti da izlože aldehid pa se određene ketoze mogu podvrgnuti tautomerizaciji i postati aldoze. Međutim, acetali, uključujući i one koje se nalaze u polisaharidnim vezama, ne mogu lahko postati slobodni aldehidi. Reducirajući šećeri reagiraju sa aminokiselinama u Milardovoj reakciji, sa nizom reakcija koje se javljaju u pripremanju hrane na visokim temperaturama, a to je važno u određivanju njenog okusa. Također, razini reducirajući šećeri u vinu, sokovima i šećernoj trski su pokazatelj kvaliteta ovih prehrambenih proizvoda.

Terminologija

Oksidacija-redukcija

Reducirajuči šećer je onaj koji reducira drugi spoj, a sam se oksidira; to jest, karbonilni ugljik šećera se oksidira u karboksilnu grupu.

Aldoze i ketoze

Neki šećer je klasificiran kao reducirajući šećera samo ako ima formu otvorenog lanca sa aldehidnom grupom ili slobodnu hemiacetalnu grupu. Monosaharidi koji sadrže aldehidnu grupu su poznati kao aldoze, a oni s keto grupom kao ketoze. Ovaj aldehid može se oksidirati preko redoks reakcije, u kojoj se drugi spoj reducira. Dakle, reducirajući šećer je onaj koji reducira određene hemikalije. Šećeri s keto grupama u otvorenoj formi lanca su u stanju izomerizirati preko niza tautomernih izmjena za proizvodnju aldehidnih grupa u otopini. Stoga se keto-šećeri kao što su fruktoza smatraju reducirajućim, ali su to izomeri koji sadrže aldehidnu grupu koja je reducirana od ketona i ne može se oksidirati bez razgradnje šećera. Ova vrsta izomerizacije je katalizirana prisutnom bazom u otopiniu koja se testira na prisustvo aldehida. Aldoze ili aldehidni šećeri se reduciraju i prilikom oksidacije, kada su prisutni određeni oksidanti koji su reducirani.^[1]^[2]^[3]

Reducirajući kraj

Na kraju reducirajućeg disaharida je monosaharid sa slobodnim anomernim ugljikom koji nije uključen u glikozidnu vezu i stoga sposoban za pretvaranje u oblik otvorenog lanca. Već je naglašeno da se disaharidi sastoje od dva monosaharid i da mogu biti reducirajući ili nereducirajući. Međutim, čak i reducirajući će imati samo jedan reducirajući kraj, jer se disaharidi drže zajedno glukozidnim vezama, koje se sastoje od najmanje jednog anomernog ugljika. Sa jednim anomernim ugljikom ne mogu se pretvoriti u oblik otvorenog lanca, a na raspolaganju je samo slobodan anomerni ugljik za redukciju u drugi spoj. Kod netreducirajućih disaharida oba anomerna ugljika su uključena u glikozidnu vezu. Slično tome, reducirajući polisaharidi imaju samo jedan reducirajući kraj, pod pretpostavkom da nema grananja.

Primjeri

Ravnoteža između ciklične i otvorene forme u prstenu maltoze

Reducirajući šećeri su svi monosaharidi jer svi imaju aldehidnu grupa (ako su aldoze) ili mogu tautomerizirati u otopini da se formira aldehidna grupa (ako su ketoze). To uključuje i uobičajene monosaharide kao što su galaktoza, glukoza, gliceraldehid, fruktoza , riboza i ksiloza.

Mnogi disaharidi, kao celobioza, laktoza i maltoza, također imaju reducirajući oblik, kao jednu od dva jedinice mogu imati obrazac otvorenog lanca sa aldehidnom grupom. Međutim, saharoza i trehaloza, u kojima anomerni ugljik povezuje dvije monosaharidne jedinice, su nereducirajući disaharidi jer prstenovi nemaju mogućnost otvaranja.

Ravnoteža između cikličnog oblika i otvorenog lanca u prstenu maltoze U polimerima glukoze, kao što su škrob i njegovi derivati: glukoza sirup, maltodekstring i dekstrin su makromolekule koje počinje sa reducirajućim šećerom, slobodnih aldehida. Više hidrolizirani škrob sadrži više reducirajućih šećera. Postotak reducirajućih šećera koji su prisutne u ovim derivatima škroba zove se dekstroza ekvivalent (DE).

Glikogen je veoma razgranat polimer glukoze koji služi kao glavni oblik ugljikohidratnog skladištenja u životinja. To je reducirajući šećer sa samo jednim reducirajućim krajem; bez obzira na to koliko je velika molekula glikogena ili koliko ima grana, svaki ogranak završava u nereducirajućem šećernom ostataku. Kada se glikogen razgrađuje da bi se koristio kao izvor energije, jedinice glukoze se uklanjaju jedna po jedna od enzima nereducirajućeg kraja.

Karakterizacija

Za otkrivanje prisustva reducirajućih šećera, koristi se nekoliko kvalitativnih testova. Dva od njih koriste rastvor iona bakra (II): Benedikta reagens (Cu²⁺ u vodenom natrij citratu) i Fehlingova otopina. (Cu²⁺ u vodenom natrij tartaratu) čime se reducirajući šešer reducira ione bakar (II) u bakar (I), koji potom formira ciglasto crveni talog bakar (I) oksid. Reducirajući šećer može biti otkrivena i uz dodatak Tollen reagensa, koji se sastoji od iona srebra (Ag⁺) u vodenom amonijaku. Kada se Tollen reagens doda u aldehid, taloži srebrni metal, često formirajući srebreno ogledalo na čistim staklenim predmetima (epruvetama, npr.).

3,5-Dinitrosalna kiselina je još jedan test reagens, koji omogućuje kvantitativno otkrivanje ovih šećera. Ona reagira sa reducirajućim šećerom i formiraju 3-amino-5-nitrosalicilnu kiselinu, koja se može mjeriti spektrofotometrijski, da se utvrdi iznos reducirajućeg šećera koji je bio prisutan.

Šećeri koji imaju acetal ili ketal veze ne reduciraju šećer, jer nemaju slobodan aldehidni lanac. Oni stoga ne reagirauju ni sa jednim od rastvora testa reducirajućih šećera. Međutim, nereducirajući šećer se može hidrolizirati pomoću razrijeđene hlorovodične kiseline. Nakon hidrolize i neutralizacije kiseline, proizvod može biti reducirajući šećer koji daje normalne reakcije sa test rastvorima.

Svi ugljikohidrati odgovaraju pozitivno na reagens Molisch-a, ali test daje brže rezultate kada se traže monosaharidi.

Značaj u medicini

Fehlingova otopina je korištena mnogo godina kao dijagnostički test za dijabetes, bolest kod koje su razine glukoze u krvi opasno povišene zbog poremećaja u neuspjeha u proizvednji (dijabetes tipa 1) dovoljno insulina ili nesposobnosti da odgovore na insulin (dijabetes tipa 2). Mjerenjem količineoksidacijskog sredstva (u ovom slučaju, Fehlingova otopina) redukcije glukoze, moguće je odrediti njenu koncentraciju u krvi ili u mokraći. Ovo onda omogućuje doziranje prave količine insulina koja se ubrizgava, kako bi razine glukoze u krvi natrag vratile u normalan raspon.

Značaj u prehrembenoj hemiji

Maillardova reakcija

Maillardova reakcija U ovoj reakciji, karbonilne grupe reducirajućih šećera reagiraju s amino grupama aminokiselina. Ona obuhvata složen niz reakcija koje se javljaju pri pripremi hrane. Proizvodi Maillardove reakcije (MRP) su različiti; neki su korisni za ljudsko zdravlje, a drugi su toksični. Međutim, ukupni efekt ove reakcije je da se smanji nutritivna vrijednost hrane. Jedan od primjera toksičnih proizvoda Mailardove reakcije je akrilamid, jedan neurotoksin i mogući kancerogen koji se formira iz slobodnog asparagina i reducirajućeg šećera kada se kuha skrobna hrana na visokim temperaturama (iznad 120 °C).

Kvalitet hrane

Nivo reducirajućih šećera u vinu, soku, i šećernoj trsci su pokazatelj kvaliteta tih prehrambenih proizvoda, a praćenje razine reducirajućih šećera u proizvodnji hrane je poboljšao kvalitet na tržištu. Konvencionalni put za to je Lane-Eynon način, koji uključuje titracijski reducirajući šećer bakrom (II) u Fehlingovoj oropinim, u prisustvu metilenskog plavila, općeg [[redoks|redoks- indikatora. Međutim, to je nepouzdano, skupo i osjetljivo na nečistoće.

Također pogledajte

Reference

^ ^a ^b Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ ^a ^b Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.
^ ^a ^b Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Pratt C. W., Cornely K. (2013): Essential Biochemistry, 3rd Ed.. Wiley, ISBN 978-1118083505.
^ Campbell M. K ., Farrell S. O. (2012): Biochemistry. Cengage Learning, ISBN 978-0840068583.

Vanjski linkovi

Portal Hemija

[Hunter_G._K._2000-1] Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[Nelson_D._L._2013-2] Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[Bajrović_K_2005-3] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[4] Pratt C. W., Cornely K. (2013): Essential Biochemistry, 3rd Ed.. Wiley, ISBN 978-1118083505.

[5] Campbell M. K ., Farrell S. O. (2012): Biochemistry. Cengage Learning, ISBN 978-0840068583.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]