Karbohydraatit

Monosakkaridit

Isomeerit
Stereoisomeerit
Hiiliatomien lukumäärä
Asymmetriset hiiliatomit
Trioosit ja pentoosit
Heksoosit

Isomeerit

Monosakkaridit voidaan jakaa ryhmiin molekyyleissä olevien hiiliatomien lukumäärän perusteella, näin ollen: Trioosit sisältävät 3 C-atomia, tetroosit 4 C-atomia, pentoosit 5 C-atomia ja heksoosit 6 C-atomia. Jokaisen ryhmän sisällä on erilaisia yhdisteitä, joilla kaikilla on sama molekyylikaava. Esimerkiksi sekä glukoosi että fruktoosi ovat heksooseja (C6H12O6), mutta niillä on erilaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet. Tämäntyyppisiä yhdisteitä kutsutaan isomeereiksi.

Takaisin alkuun

Stereoisomeerit

Jotkut isomeerit eroavat toisistaan vain tavassa, jolla atomit ovat järjestäytyneet kolmiulotteisessa avaruudessa, eli atomit ovat sitoutuneet toisiinsa samalla tavalla, mutta ne ovat järjestäytyneet kolmiulotteisessa avaruudessa eri tavalla. Näin ollen sokereita voi esiintyä stereoisomeerien tai enantiomeerien pareina, jotka ovat toistensa peilikuvia. Glyseroosin keskimmäistä C-atomia kutsutaan epäsymmetriseksi C-atomiksi, koska se voidaan järjestää uudelleen avaruudessa siten, että saadaan aikaan kaksi erilaista rakennetta. Nämä erot eivät vaikuta fysikaalisiin ominaisuuksiin, mutta voivat vaikuttaa biokemiallisiin ominaisuuksiin molekyylin muodon muuttumisen vuoksi. L-isomeerin OH on keskushiilen vasemmalla puolella:

ja D-isomeerin OH on keskushiilen oikealla puolella.

Isomeerien erottamiseksi ne merkitään L- ja D-isomeereiksi. L tulee latinankielisestä sanasta, joka tarkoittaa vasemmalle, Laever, ja D tulee latinankielisestä sanasta, joka tarkoittaa oikealle, Dexter.

Takaisin alkuun

Hiiliatomien numerointi

Numerointi Transkripti:

Hiiliatomien numerointi aloitetaan molekyylin reaktiivisesta päädystä, molekyylin CHO- (aldehydi) tai C- eli C- eli C-kaksoissidoksisen O- eli O-yhdisteen (karbonyyli- eli O-hiilipitoinen hiiliatomi) päästä. Kukin hiiliatomi numeroidaan sitten järjestyksessä ketjun loppupäähän asti. Kun numeroidaan stereoisomeerejä, joissa on enemmän kuin kolme hiiliatomia, tarkastellaan OH-ryhmän sijaintia toiseksi viimeisellä tai toiseksi viimeisellä hiiliatomilla, koska se määrittää, onko kyseessä L- vai D-stereoisomeeri. Tässä esimerkissä tarkastellaan D-glukoosin numerointia. Ensin on löydettävä molekyylin reaktiivinen pää ja annettava sen hiilelle numero yksi. Sitten numeroimme loput hiilet järjestyksessä ketjun loppupäässä.

Takaisin alkuun

Epäsymmetriset hiiliatomit

Teoriassa glukoosissa kunkin epäsymmetrisen hiiliatomin OH-ryhmän asento, numerot kaksi, kolme, neljä ja viisi, voitaisiin kääntää toisin päin, jolloin syntyisi joka kerta erilainen stereoisomeeri, jolloin stereoisomeerejä olisi yhteensä 16 tai 24. Kaikkia näitä ei kuitenkaan todellisuudessa esiinny luonnossa. Fruktoosilla on vain kolme epäsymmetristä hiiliatomia, joten stereoisomeerejä voidaan tuottaa vain 8 tai 23.

Glukoosilla on aldehydiryhmä (-CHO) hiiliatomilla numero yksi, ja siksi sitä kutsutaan ”aldoosiksi”, ja lisäksi sillä on kuusi hiiliatomia (heksoosi), joten sitä voidaan kutsua ”aldoheksoosiksi”. Fruktoosin reaktiivinen ryhmä on kuitenkin ketoniryhmä (-C=0) hiiliatomilla kaksi. Siksi sitä kutsutaan ”ketoosiksi” tai ”ketoheksoosiksi.”

Vain muutama monosakkaridi esiintyy luonnossa vapaana. Useimmat niistä esiintyvät yleensä sokeriyksikköinä polysakkarideissa tai monimutkaisemmissa molekyyleissä. Niitä voidaan sitten saada monimutkaisten CHO:iden hydrolyysillä (hajottamalla). Monosakkarideja kutsutaan usein yksinkertaisiksi sokereiksi, ja ne jaetaan C-atomien lukumäärän mukaan.

Takaisin alkuun

Trioosit ja pentoosit

1. Trioosit: (C3H6O3)
Glyseroosilla- on kaksi isomeeria, glyseraldehydi, joka sisältää aldehydiryhmän (-CHO) ja dihydroksiasetoni, joka sisältää ketoniryhmän (-C=0). Nämä yhdisteet ovat tärkeitä aineenvaihdunnan välituotteita glukoosin hapettumisessa energian tuottamiseksi. Glyseroosin konfiguraatiota käytetään muiden sokerien D & L-muotojen määrittämiseen.

2. Pentoosit (C5H10O5)
Kolme tärkeää pentoosia ovat:

D-riboosi – RNA:n, ribonukleiinihapon, vitamiinien (riboflaviini) ja koentsyymien komponentti. Se on tärkeä myös korkeaenergisissä yhdisteissä, ATP:ssä ja ADP:ssä. Pelkistetyssä muodossaan, deoksiriboosina, se on DNA:n komponentti.

L-arabinoosi – esiintyy havupuiden sydänpuussa ja on hemiselluloosien komponentti, jossa se esiintyy ksyloosin kanssa. Se on myös pektiinin komponentti ja voi olla kumien pääkomponentti (arabikumi). Säilörehun valmistuksessa bakteerit voivat tuottaa vapaata arabinoosia. Arabaanit ovat arabinoosin polymeerejä.

D-ksyloosi – hedelmissä on pieniä määriä D-ksyloosia vapaana, mutta sitä esiintyy pääasiassa hemiselluloosassa ksylaaneina ja hetero-ksylaaneina. Hemiselluloosa on ksyloosin ja arabinoosin (heteroksylaani) polysakkaridi. Ksyloosin ja arabinoosin suhde näyttää vaikuttavan sulavuuteen, sillä sulavuus vähenee ksyloosin osuuden kasvaessa.

Hemiselluloosat muodostavat huomattavan osan kasvien soluseinistä, joten kasvinsyöjät syövät niitä suuria määriä. Nämä sokerit ovat kaikki aldopentooseja.

Takaisin alkuun

Heksoosit

3. Heksoosit (C6H12O6)

D-glukoosi – aldoheksoosi, jolla on useita yleisiä nimiä, mm. rypälesokeri, dekstroosi, maissisokeri (valmistettu maissitärkkelyksestä). Esiintyy vapaana kasveissa, hedelmissä, hunajassa, kehon nesteissä, mukaan lukien CSF, veri, lymfa. Se on muiden kuin märehtijöiden pääasiallinen CHO:n ruoansulatuksen lopputuote, joten se on muiden kuin märehtijöiden ensisijainen energiamuoto. Se on monien oligosakkaridien (galaktoosin kanssa muodostaa laktoosin) ja polysakkaridien (kuten tärkkelyksen ja selluloosan) pääkomponentti.

D-glukoosin rengasmuotoinen transkriptio:

Liuoksessa D-glukoosi esiintyy suoraketjuisen muodon ja kahden pyranoosirengasmuodon tasapainoseoksena. Käytännössä hiiliatomi numero yksi reagoi hiiliatomin numero viisi kanssa muodostaen renkaan. Itse asiassa rakenteesta on olemassa kaksi muotoa, joita kutsutaan anomeereiksi. Jos vetyatomi on hiiliatomin yksi yläpuolella, sitä kutsutaan alfa-anomeeriksi, mutta jos vetyatomi on hiiliatomin alapuolella, sitä kutsutaan beeta-anomeeriksi.

Tämä rakennetieto on hyvin tärkeää, koska se säätelee sitä, miten glukoosimolekyylit liittyvät yhteen muodostaen suurempia molekyylejä. Tärkkelys on a-muodon polymeeri, ja se on vesiliukoinen ja eläinten entsyymien sulattama. Selluloosa on b-muodon polymeeri, se ei ole vesiliukoinen, eivätkä eläinentsyymit sulata sitä.

Muutosta a:sta b:hen avoimen ketjurakenteen kautta kutsutaan mutarotaatioksi, ja se edellyttää O-C-sidoksen katkeamista, jotta C voi kääntää H:n ja OH:n ylösalaisin. Sitten sidos muodostetaan uudelleen. Myös muut monosakkaridit muodostavat rengasmuotoja.

Takaisin alkuun

D-fruktoosi – ketoheksoosi, jota esiintyy hunajassa, monien kasvien vihreissä lehdissä, siemenissä ja varsissa, pääyksikkönä fruktaaneissa, jotka ovat yleisiä nuorissa heinäkasveissa, juurissa varastoitavana polysakkaridina inuliinina ja disakkaridin sakkaroosin komponenttina (glukoosin kanssa).

Se muodostaa myös pyranoosirenkaita, mutta kun se reagoi muodostaakseen oligo- tai polysakkarideja, se tekee sen FURANOSE-rengasrakenteena (kuten FURAN). Tällöin anomeerinen hiiliatomi on C-2, ja CH2OH on joko anomeerisen hiilen yläpuolella (alfa-anomeeri), kuten sakkaroosissa, tai sen alapuolella, kuten FRUKTAANISSA (beeta-anomeeri).

D-Galaktoosi – aldiheksoosi, jota ei esiinny vapaana, tärkein komponentti disakkaridissa laktoosissa, maitosokerissa (glukoosin kanssa). Sitä esiintyy myös muissa kompleksisissa CHO:issa ja kompleksisissa lipideissä aivoissa ja hermokudoksessa (galaktoglyseridit ja cerebrosidit).

D-Mannoosi – Pääasiassa mannaaneina hiivoissa, homeissa ja bakteereissa.

Takaisin alkuun

Heksoosin reaktiot

Heksoosiyhdisteet voivat käydä läpi useita kemiallisia reaktioita.

1. Hapettuminen hapoiksi
   • esim. glukoosi, CH2OH:n hapettuminen COOH:ksi tuottaa glukuronihappoa, joka on tärkeä osa heteropolysakkarideja, kuten pektiinejä.
2. Yhdistyvät NH3:n kanssa tuottaen heksosamiineja, esimerkiksi glukosamiinia – kitiinin komponentti.
3. Alkoholien muodostuminen, esimerkiksi glukoosi muodostaa sorbitolia.
4. Fosforylaatio heksoosifosfaateiksi, esimerkiksi glukoosi-l-fosfaatiksi ja glukoosi-6-fosfaatiksi; jotka ovat tärkeitä välituotteita glukoosin hapettumisessa CO2:ksi + H2O:ksi energian saamiseksi.
5. Glykosidien muodostuminen di-, tri-, tetra-, oligo- ja polysakkaridien tuottamiseksi.

Glykosidien muodostuminen

Sokerin hydroksyyliryhmän H:n yhdistäminen alkoholiryhmään tai muuhun hydroksyyliryhmään saa aikaan esteröitymis- tai kondensoitumisreaktion glykosidin tuottamiseksi. Tämä tapahtuu C-atomilla yksi, anomeerisella C-atomilla.

Koska sokerit sisältävät alkoholi- ja hydroksyyliryhmiä, ne voivat yhdistyä toisten sokerien kanssa muodostaen disakkarideja, tri-, tetra- ja niin edelleen. ja polysakkarideja, jotka kaikki liittyvät toisiinsa glykosidisidoksilla.

Esimerkkejä:

• Gluc-Gluc, a-1-4 on maltoosi
• Voi reagoida a- tai b-muodossa muodostaen a- tai b-sidoksia
• Voi myös reagoida 6-asennossa tuottaen a-1, 6-sidoksia. Tämä on haarautumiskohta polymeereissä.

Takaisin alkuun