Karbohydráty

Monosacharidy

Izomery
Stereoizomery
Počet atomů uhlíku
Asymetrické atomy uhlíku
Triosy a pentosy
Hexosy

Izomery

Monosacharidy lze rozdělit do skupin podle počtu atomů uhlíku v molekulách, tedy: triózy mají 3-C atomy, tetrózy mají 4-C atomy, pentózy mají 5-C atomů a hexózy mají 6-C atomů. V každé z těchto skupin jsou různé sloučeniny se stejným molekulovým vzorcem. Jako příklad lze uvést, že glukóza i fruktóza jsou hexózy (C6H12O6), ale mají různé chemické a fyzikální vlastnosti. Tyto typy sloučenin se nazývají izomery.

Zpět na začátek

Stereoizomery

Některé izomery se liší pouze způsobem uspořádání atomů v trojrozměrném prostoru, to znamená, že atomy jsou k sobě vázány stejným způsobem, ale jsou jinak uspořádány v trojrozměrném prostoru. Proto mohou cukry existovat jako dvojice stereoizomerů nebo enantiomerů, které jsou navzájem zrcadlovými obrazy. Centrální C-atom glycerosy se nazývá asymetrický C-atom, protože může být v prostoru uspořádán tak, že vytváří dvě různé struktury. Tyto rozdíly nemají vliv na fyzikální vlastnosti, ale mohou ovlivnit biochemické vlastnosti v důsledku změny tvaru molekuly. Izomer L má OH vlevo od středního uhlíku:

a izomer D má OH vpravo od středního uhlíku.

Pro rozlišení izomerů se označují jako L a D izomery. L je převzato z latinského slova pro levou stranu, Laever, a D je převzato z latinského slova pro pravou stranu, Dexter.

Zpět na začátek

Číslování atomů uhlíku

Přepis číslování:

Atomy uhlíku se číslují od reaktivního konce molekuly, CHO (aldehyd) nebo „C“ s dvojitou vazbou „O“ (karbonyl) na konci molekuly. Každý atom uhlíku je pak číslován v pořadí až do konce řetězce. Při číslování stereoizomerů, které mají více než tři atomy uhlíku, sledujeme polohu OH skupiny na předposledním nebo předposledním atomu uhlíku, protože ta určuje, zda se jedná o L nebo D stereoizomer. V tomto příkladu se budeme zabývat číslováním D-glukosy. Nejprve musíme najít reaktivní konec molekuly a přiřadit jeho uhlíku číslo jedna. Poté očíslujeme zbývající uhlíky v pořadí až do konce řetězce.

Zpět na začátek

Asymetrické atomy uhlíku

Teoreticky lze u glukózy přehodit polohu OH skupiny na každém z asymetrických atomů uhlíku, tedy čísla dva, tři, čtyři a pět, čímž vznikne pokaždé jiný stereoizomer, celkem 16 nebo 24 stereoizomerů. Ne všechny z nich však v přírodě skutečně existují. U fruktózy jsou pouze tři asymetrické uhlíky, takže může vzniknout pouze 8 nebo 23 stereoizomerů.

Glukóza má na atomu uhlíku číslo jedna aldehydovou skupinu (-CHO), a proto se nazývá „aldóza“, také má šest atomů uhlíku (hexóza), takže se může nazývat „aldohexóza“. Reaktivní skupinou fruktózy je však ketonová skupina (-C=0) na uhlíku číslo dvě. Proto se nazývá „ketóza“ nebo „ketohexóza“.

Pouze několik monosacharidů existuje v přírodě volně. Většina z nich se obvykle vyskytuje jako cukerné jednotky v polysacharidech nebo ve složitějších molekulách. Lze je pak získat hydrolýzou (rozkladem) složitých CHO. Monosacharidy se často nazývají jednoduché cukry a dělí se podle počtu atomů C.

Zpět na začátek

Triózy a pentózy

1. Triózy: (C3H6O3)
Glyceróza – má dva izomery, glyceraldehyd, který obsahuje aldehydovou skupinu (-CHO), a dihydroxyaceton, který obsahuje ketonovou skupinu (-C=0). Tyto sloučeniny jsou důležitými metabolickými meziprodukty při oxidaci glukózy za účelem získání energie. Konfigurace glycerózy se používá pro stanovení D & L forem ostatních cukrů.

2. Pentózy (C5H10O5)
Tři důležité pentózy jsou:

D-ribóza – součást RNA, ribonukleové kyseliny, vitaminů (riboflavin) a koenzymů. Je také důležitá ve vysokoenergetických sloučeninách, ATP a ADP. V redukované formě, deoxyribóze, je součástí DNA.

L-arabinóza – vyskytuje se v jádru jehličnanů a je součástí hemicelulóz, kde se vyskytuje s xylózou. Je také součástí pektinu a může být hlavní složkou gum (arabské gumy). Působením bakterií při výrobě siláže může vznikat volná arabinóza. Arabany jsou polymery arabinózy.

D-xylóza – v ovoci se vyskytuje malé množství volné D-xylózy, ale vyskytuje se hlavně v hemicelulóze jako xylany a hetero-xylany. Hemicelulóza je polysacharid xylózy a arabinózy (heteroxylan). Zdá se, že poměr xylózy a arabinózy ovlivňuje stravitelnost, protože se zvyšujícím se podílem xylózy se stravitelnost snižuje.

Hemicelulózy tvoří značnou část buněčných stěn rostlin, takže býložravci jich konzumují velké množství. Všechny tyto cukry jsou aldopentózy.

Zpět na začátek

Hexózy

3. Hexózy (C6H12O6)

D-glukóza – aldohexóza s různými běžnými názvy, včetně hroznového cukru, dextrózy, kukuřičného cukru (z kukuřičného škrobu). Vyskytuje se volně v rostlinách, ovoci, medu, tělních tekutinách, včetně mozkomíšního moku, krve, lymfy. Je hlavním konečným produktem trávení CHO u nepřežvýkavců, a proto je primární formou energie pro nepřežvýkavce. Je hlavní složkou mnoha oligosacharidů (s galaktózou tvoří laktózu) a polysacharidů (např. škrobu a celulózy).

Přepis kruhu D-glukózy:

V roztoku existuje D-glukóza jako rovnovážná směs formy přímého řetězce se dvěma pyranózovými kruhy. Účinně reaguje atom uhlíku číslo jedna s atomem uhlíku číslo pět za vzniku kruhu. Ve skutečnosti existují dvě formy struktury, nazývané anomery. Pokud je atom vodíku nad atomem uhlíku jedna, nazývá se alfa anomer, ale pokud je atom vodíku pod atomem uhlíku, nazývá se beta anomer.

Tato strukturní informace je velmi důležitá, protože řídí, jak se molekuly glukózy spojují do větších molekul. Škrob je polymer formy a, je rozpustný ve vodě a stravitelný živočišnými enzymy. Celulóza je polymer formy b, není rozpustná a není stravitelná živočišnými enzymy.

Změna z formy a na b prostřednictvím struktury otevřeného řetězce se nazývá mutarotace a vyžaduje přerušení vazby O-C, aby se C mohl otočit H a OH vzhůru nohama. Pak se vazba znovu vytvoří. Ostatní monosacharidy také vytvářejí kruhové formy.

Zpět na začátek

D-fruktóza – ketohexóza, která se vyskytuje v medu, zelených listech, semenech a stoncích mnoha rostlin, jako hlavní jednotka ve fruktanech, které jsou běžné v mladých travách, v kořenech jako zásobní polysacharid inulin a jako součást disacharidu sacharózy (s glukózou).

Tvoří také pyranosové kruhy, ale když reaguje za vzniku oligo- nebo polysacharidů, děje se tak jako kruhová struktura FURANOSY (jako FURAN). V tomto případě je anomerní atom uhlíku C-2 a CH2OH je buď nad anomerním uhlíkem (alfa anomer) jako u sacharosy, nebo pod ním jako u FRUKTANŮ (beta anomer).

D-Galaktosa – aldohexosa, volná se nevyskytuje, nejdůležitější jako součást disacharidu laktosy, mléčného cukru (s glukosou). Vyskytuje se také v dalších složitých CHO a složitých lipidech v mozku a nervové tkáni (galaktoglyceridy a cerebrosidy).

D-manóza – hlavně jako manany v kvasinkách, plísních a bakteriích.

Zpět na začátek

Reakce hexózy

Sloučeniny hexózy mohou podléhat řadě chemických reakcí.

1. Oxidací na kyseliny
   • např. glukóza, oxidací CH2OH na COOH vzniká kyselina glukuronová, která je důležitou složkou heteropolysacharidů, např. pektinů.
2. Spojením s NH3 vznikají hexosaminy, např. glukosamin – složka chitinu.
3. Tvorba alkoholů, například glukóza tvoří sorbitol.
4. Fosforylace na hexosafosfáty, například glukóza-l-fosfát a glukóza-6-fosfát; které jsou důležitými meziprodukty při oxidaci glukózy na CO2 + H2O za vzniku energie.
5. Tvorba glykosidů za vzniku di, tri, tetra, oligo a polysacharidů.

Tvorba glykosidů

Spojením H hydroxylové skupiny na cukru s alkoholovou skupinou nebo jinou hydroxylovou skupinou dochází k esterifikační nebo kondenzační reakci za vzniku glykosidu. K tomu dochází na atomu C jedna, anomerním atomu C.

Protože cukry obsahují alkoholové skupiny a hydroxylové skupiny, mohou se spojovat s jinými cukry za vzniku disacharidů, tri, tetra atd. a polysacharidy, které jsou spojeny glykosidickými vazbami.

Příklad:

• Glukóza-Glukóza, a-1-4 je maltóza
• Může reagovat ve formě a nebo b za vzniku a nebo b vazeb
• Může také reagovat v poloze 6 za vzniku a-1, 6 vazeb. Jedná se o větvený bod v polymerech.

Zpět na začátek