Karbohidátok

Monoszacharidok

Izomerek
Stereoizomerek
A szénatomok számozása
Aszimmetrikus szénatomok
Triózok és pentózok
Hexózok

Izomerek

A monoszacharidokat a molekulák szénatomjainak száma alapján csoportokra oszthatjuk, így: A triózok 3-C atomot tartalmaznak, a tetroszok 4-C atomot, a pentózok 5-C atomot, a hexózok pedig 6-C atomot. E csoportok mindegyikén belül különböző vegyületek léteznek, mindegyiknek ugyanaz a molekuláris képlete. Például a glükóz és a fruktóz egyaránt hexóz (C6H12O6), de eltérő kémiai és fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ilyen típusú vegyületeket izomereknek nevezzük.

Vissza a tetejére

Sztereoizomerek

Néhány izomer csak abban különbözik, hogy az atomok hogyan helyezkednek el a háromdimenziós térben, vagyis az atomok ugyanúgy kapcsolódnak egymáshoz, de másképp helyezkednek el a háromdimenziós térben. Ezért a cukrok létezhetnek sztereoizomerek vagy enantiomerek párjaként, amelyek egymás tükörképei. A glicerin központi C-atomját aszimmetrikus C-atomnak nevezzük, mivel térben átrendeződve két különböző szerkezetet hozhat létre. Ezek a különbségek nem befolyásolják a fizikai tulajdonságokat, de a molekula alakjának megváltozása miatt befolyásolhatják a biokémiai tulajdonságokat. Az L-izomerben az OH a központi szénatomtól balra van:

és a D-izomerben az OH a központi szénatomtól jobbra van.

Az izomerek megkülönböztetése érdekében L és D izomerrel jelöljük őket. Az L a latin balra, Laever, a D pedig a latin jobbra, Dexter szóból származik.

Vissza a tetejére

A szénatomok számozása

Számozási átirat:

A szénatomok számozása a molekula reaktív végétől, a CHO (aldehid) vagy a “C” kettős kötésű “O” (karbonil) végétől kezdve történik. Ezután az egyes szénatomokat a lánc végéig sorszámozzuk. A háromnál több szénatomot tartalmazó sztereoizomerek számozásakor az utolsó előtti vagy utolsó előtti szénatomon lévő OH-csoport helyzetét nézzük, mert ez határozza meg, hogy L vagy D sztereoizomerről van-e szó. Ebben a példában a D-glükóz számozását fogjuk megvizsgálni. Először meg kell találnunk a molekula reaktív végét, és annak szénatomját az egyes számmal kell ellátnunk. Ezután a lánc végén végig sorszámozzuk a többi szénatomot.

Vissza a tetejére

Aszimmetrikus szénatomok

A glükózban elméletben az egyes aszimmetrikus szénatomokon lévő OH-csoport helyzete, a kettes, hármas, négyes és ötös szám felcserélhető, így minden alkalommal egy külön sztereoizomer keletkezik, összesen 16 vagy 24 sztereoizomer. Ezek közül azonban nem mindegyik létezik ténylegesen a természetben. A fruktóz esetében csak három aszimmetrikus szénatom van, így csak 8 vagy 23 sztereoizomer keletkezhet.

A glükóznak az egyes szénatomon egy aldehidcsoport (-CHO) van, ezért “aldóznak” nevezik, továbbá hat szénatomja van (hexóz), ezért “aldihexóznak” is nevezhető. A fruktóz reaktív csoportja azonban egy ketoncsoport (-C=0) a kettes szénatomon. Ezért “ketóznak” vagy “ketohexóznak” nevezik.”

A monoszacharidok közül csak néhány létezik szabadon a természetben. Többségük általában cukoregységként található meg poliszacharidokban vagy összetettebb molekulákban. Ilyenkor az összetett CHO-k hidrolízisével (lebontásával) nyerhetők. A monoszacharidokat gyakran nevezik egyszerű cukroknak, és a C-atomok száma szerint osztják fel őket.

Vissza a tetejére

Triózok és pentózok

1. Triózisok: (C3H6O3)
Glicerin- két izomerje van, a gliceraldehid, amely aldehidcsoportot (-CHO) és a dihidroxiaceton, amely ketoncsoportot (-C=0) tartalmaz. Ezek a vegyületek fontos metabolikus köztes termékek a glükóz oxidációjában az energiatermelés érdekében. A gliceróz konfigurációját más cukrok D & L alakjainak megállapításához használják.

2. Pentózok (C5H10O5)
Három fontos pentóz a következő:

D-ribóz – az RNS, a ribonukleinsav, a vitaminok (riboflavin) és a koenzimek alkotórésze. A nagy energiájú vegyületekben, az ATP-ben és az ADP-ben is fontos szerepet játszik. Redukált formájában, dezoxiribózban a DNS alkotórésze.

L-arabinóz – a tűlevelűek szívfájában fordul elő, és a hemicellulózok alkotórésze, ahol a xilózzal együtt fordul elő. A pektin alkotórésze is, és a gumik (gumiarábikum) egyik fő összetevője lehet. A szilázs készítése során a baktériumok hatására szabad arabinóz keletkezhet. Az arabánok az arabinóz polimerjei.

D-xilóz – a gyümölcsökben kis mennyiségben van szabad D-xilóz, de főleg hemicellulózban fordul elő, xilánok és hetero-xilánok formájában. A hemicellulóz egy xilózból és arabinózból (heteroxilán) álló poliszacharid. Úgy tűnik, hogy a xilóz és az arabinóz aránya befolyásolja az emészthetőséget, mivel a xilóz arányának növekedésével csökken az emészthetőség.

A hemicellulózok a növények sejtfalának jelentős részét alkotják, ezért a növényevők nagy mennyiségben fogyasztják őket. Ezek a cukrok mind aldopentózok.

Vissza a tetejére

Hexózok

3. Hexózok (C6H12O6)

D-glükóz – egy aldihexóz, amelynek különböző közismert nevei vannak, többek között szőlőcukor, dextróz, kukoricacukor (kukoricakeményítőből készül). Szabadon fordul elő növényekben, gyümölcsökben, mézben, testnedvekben, beleértve a liquor, vér, nyirok. A nem kérődző állatok CHO emésztésének fő végterméke, ezért a nem kérődzők elsődleges energiaformája. Számos oligoszacharid (a galaktózzal együtt laktózt alkot) és poliszacharid (pl. keményítő és cellulóz) fő összetevője.

D-glükóz gyűrűs átirat:

A D-glükóz oldatban az egyenes láncú forma és két piranóz gyűrűs forma egyensúlyi keverékeként létezik. Tulajdonképpen az egyes számú szénatom az ötös számú szénatommal reagál gyűrűt alkotva. Valójában a szerkezetnek két formája létezik, amelyeket anomereknek nevezünk. Ha a hidrogénatom az egyes szénatom felett van, akkor alfa-anomernek nevezzük, ha viszont a hidrogénatom a szénatom alatt van, akkor béta-anomernek.

Ez a szerkezeti információ nagyon fontos, mert ez szabályozza, hogy a glükóz molekulái hogyan kapcsolódnak össze nagyobb molekulákká. A keményítő az a-forma polimerje, vízben oldódik és állati enzimek által emészthető. A cellulóz a b-forma polimerje, nem oldódik és az állati enzimek által nem emészthető.

A nyílt láncszerkezeten keresztül a-ról b-re történő váltást mutarotációnak nevezzük, és ehhez az O-C kötésnek meg kell szakadnia, hogy a C a H-t és az OH-t fejjel lefelé forgatni tudja. Ezután a kötés újra létrejön. A többi monoszacharid is képez gyűrűs formákat.

Vissza a tetejére

D-fruktóz – ketohexóz, megtalálható a mézben, számos növény zöld levelében, magjában és szárában, a fiatal fűfélékben gyakori fruktánok fő egységeként, a gyökerekben az inulin tároló poliszacharidként, valamint a diszacharid szacharóz alkotórészeként (glükózzal együtt).

Piranózgyűrűket is képez, de amikor oligo- vagy poliszacharidokká reagál, akkor ezt FURANÓZ gyűrűszerkezetként teszi (mint a FURAN). Ebben az esetben az anomer szénatom a C-2, és a CH2OH vagy az anomer szénatom felett van (alfa-anomer), mint a szacharózban, vagy alatta, mint a FRUCTANOK-ban (béta-anomer).

D-Galaktóz – aldihexóz, szabadon nem fordul elő, legfontosabb összetevője a diszacharid laktóz, a tejcukor (glükózzal együtt). Más komplex CHO-kban és az agy- és idegszövetben lévő komplex lipidekben is előfordul (galaktogliceridek és cerebrozidok).

D-Mannóz – Főleg mannánok formájában élesztőkben, penészgombákban és baktériumokban.

Vissza a tetejére

Hexóz reakciók

A hexózvegyületek számos kémiai reakción mehetnek keresztül.

1. Oxidáció savakká
   • pl. glükóz, a CH2OH oxidációja COOH-vá glükuronsavat eredményez, amely a heteropoliszacharidok, például a pektinek fontos összetevője.
2. NH3-mal kombinálódva hexoszaminokat, például glükozamint – a kitin egyik összetevőjét.
3. Alkoholok képződése, például a glükózból szorbit képződik.
4. Foszforiláció hexóz-foszfátokká, például glükóz-l-foszfát és glükóz-6-foszfát; ezek fontos köztes termékek a glükóz CO2 + H2O-ra történő oxidációjában, hogy energiát nyerjenek.
5. Glikozidképződés di-, tri-, tetra-, oligo- és poliszacharidok előállítására.

Glikozidképződés

A cukor H hidroxilcsoportjának egy alkoholcsoporttal vagy egy másik hidroxilcsoporttal való kombinálása észteresítési vagy kondenzációs reakciót okoz, hogy glikozidot kapjunk. Ez az egyes C-atomnál, az anomer C-atomnál történik.

Mivel a cukrok alkoholcsoportokat és hidroxilcsoportokat tartalmaznak, más cukrokkal egyesülve diszacharidokat, tri-, tetra- stb. alkothatnak. és poliszacharidokat, amelyek mind glikozidos kötésekkel kapcsolódnak össze.

Példák:

• Gluc-Gluc, a-1-4 a maltóz
• A vagy b formában reagálhat a vagy b kötések kialakulásához
• A 6-os pozícióban is reagálhat a-1, 6 kötéseket eredményezve. Ez egy elágazási pont a polimerekben.

Vissza a tetejére