Karbohydaten

Monosacchariden

Isomeren
Stereoisomeren
Aantal Koolstofatomen
Asymmetrische Koolstofatomen
Triosen en Pentosen
Hexosen

Isomeren

De monosacchariden kunnen in groepen worden verdeeld op basis van het aantal koolstofatomen in de moleculen, dus: triosen hebben 3-C atomen, tetrossen hebben 4-C atomen, pentosen hebben 5-C atomen, en hexosen hebben 6-C atomen. Binnen elk van deze groepen zijn er verschillende verbindingen, elk met dezelfde molecuulformule. Zo zijn bijvoorbeeld glucose en fructose beide hexosen (C6H12O6), maar ze hebben verschillende chemische en fysische eigenschappen. Dit soort verbindingen worden isomeren genoemd.

Terug naar boven

Stereoisomeren

Sommige isomeren verschillen alleen in de manier waarop de atomen in de 3-D ruimte zijn gerangschikt, dat wil zeggen dat de atomen op dezelfde manier aan elkaar zijn gebonden, maar in de 3-D ruimte anders zijn gerangschikt. Daarom kunnen suikers bestaan als paren van stereoisomeren of enantiomeren die spiegelbeelden van elkaar zijn. Het centrale C-atoom van glycerose wordt een asymmetrisch C-atoom genoemd omdat het in de ruimte kan worden herschikt om twee verschillende structuren te verkrijgen. Deze verschillen hebben geen invloed op de fysische eigenschappen, maar kunnen wel de biochemische eigenschappen beïnvloeden doordat de vorm van het molecuul verandert. Een L-isomeer heeft de OH links van de koolstof in het midden:

en de D-isomeer heeft de OH rechts van de koolstof in het midden.

Om onderscheid te maken tussen de isomeren, worden ze aangeduid met L- en D-isomeer. De L komt van het Latijnse woord voor links, Laever, en de D komt van het Latijnse woord voor rechts, Dexter.

Terug naar boven

Nummering van koolstofatomen

Nummering Transcript:

Koolstofatomen worden genummerd beginnend bij het reactieve uiteinde van het molecuul, het CHO (aldehyde) of “C” dubbel gebonden “O” (carbonyl) uiteinde van het molecuul. Elk koolstofatoom wordt vervolgens in volgorde genummerd tot aan het einde van de keten. Bij de nummering van stereo-isomeren met meer dan drie koolstofatomen kijken we naar de plaats van de OH-groep op het voorlaatste of op één na laatste koolstofatoom, omdat dit bepaalt of het een L- of een D-stereo-isomeer is. In dit voorbeeld zullen we kijken naar de nummering van D-Glucose. Eerst moeten we het reactieve uiteinde van het molecuul vinden en de koolstof daarvan het nummer één geven. Vervolgens nummeren we de resterende koolstofatomen in volgorde door naar het einde van de keten.

Terug naar boven

Asymmetrische koolstofatomen

In theorie zou in glucose de positie van de OH groep op elk van de asymmetrische koolstofatomen, de nummers twee, drie, vier en vijf, kunnen worden omgedraaid, waardoor telkens een verschillende stereoisomeer ontstaat, voor een totaal van 16 of 24 stereoisomeren. Deze bestaan echter niet allemaal in de natuur. Voor fructose zijn er slechts drie asymmetrische koolstofatomen, zodat er slechts 8 of 23 stereoisomeren kunnen worden geproduceerd.

Glucose heeft een aldehydegroep (-CHO) op koolstofatoom nummer één en wordt daarom een “aldose” genoemd, ook heeft het zes koolstofatomen (een hexose), zodat het een “aldohexose” kan worden genoemd. De reactieve groep op fructose is echter een ketongroep (-C=0) op koolstofatoom nummer twee. Daarom wordt het een “ketose” of een “ketohexose” genoemd.”

Nauwelijks enkele van de monosacchariden bestaan vrij in de natuur. De meeste worden gewoonlijk aangetroffen als suikereenheden in polysacchariden of in complexere moleculen. Zij kunnen dan worden verkregen door hydrolyse (afbraak) van de complexe CHO’s. Monosacchariden worden vaak enkelvoudige suikers genoemd, en worden onderverdeeld naar het aantal C-atomen.

Terug naar boven

Triosen en Pentosen

1. Triosen: (C3H6O3)
Glycerose- heeft twee isomeren, glyceraldehyde, dat een aldehydegroep bevat (-CHO) en dihydroxyaceton, dat een ketongroep bevat (-C=0). Deze verbindingen zijn belangrijke metabolische tussenproducten bij de oxidatie van glucose om energie te produceren. De configuratie van glycerose wordt gebruikt om de D & L vormen van andere suikers te bepalen.

2. Pentosen (C5H10O5)
Drie belangrijke pentosen zijn:

D-ribose – een bestanddeel van RNA, ribonucleïnezuur, vitamines (riboflavine), en co-enzymen. Het is ook belangrijk in de hoge-energieverbindingen ATP en ADP. In zijn gereduceerde vorm, deoxyribose, is het een bestanddeel van DNA.

L-arabinose – komt voor in het kernhout van coniferen en is een bestanddeel van hemicelluloses waar het samen met xylose voorkomt. Het is ook een bestanddeel van pectine en kan een belangrijk bestanddeel van gommen (Arabische gom) zijn. Bacteriële inwerking bij het maken van kuilvoer kan vrije arabinose opleveren. Arabanen zijn polymeren van arabinose.

D-xylose – er zijn kleine hoeveelheden D-xylose vrij in fruit, maar het komt vooral voor in hemicellulose, als xylanen en hetero-xylanen. Hemicellulose is een polysacharide van xylose en arabinose (een heteroxylan). De verhouding tussen xylose en arabinose lijkt van invloed te zijn op de verteerbaarheid: de verteerbaarheid neemt af naarmate het aandeel xylose toeneemt.

Hemicelluloses vormen een aanzienlijk deel van de celwanden van planten, zodat herbivoren er grote hoeveelheden van eten. Deze suikers zijn alle aldopentoses.

Terug naar boven

Hexoses

3. Hexoses (C6H12O6)

D-glucose – een aldohexose met verschillende gangbare namen, waaronder druivensuiker, dextrose, maïssuiker (gemaakt van maïszetmeel). Komt vrij voor in planten, vruchten, honing, lichaamsvloeistoffen, waaronder CSF, bloed, lymfe. Het is het belangrijkste eindproduct van de vertering van CHO door niet-herkauwers en is daarom een primaire energievorm voor niet-herkauwers. Het is een belangrijk bestanddeel van veel oligosacchariden (met galactose vormt lactose) en polysacchariden (zoals zetmeel en cellulose).

D-Glucose Ring Transcript:

In oplossing bestaat D-glucose als een evenwichtsmengsel van de rechte ketenvorm met twee pyranose ringvormen. Feitelijk reageert koolstofatoom nummer één met koolstofatoom nummer vijf en vormt een ring. In feite bestaan er twee vormen van de structuur, anomeren genoemd. Als het waterstofatoom zich boven koolstofatoom één bevindt, wordt het een alfa-anomeer genoemd, maar als het waterstofatoom zich onder het koolstofatoom bevindt, wordt het een bèta-anomeer genoemd.

Deze structurele informatie is zeer belangrijk omdat zij bepaalt hoe moleculen van glucose zich samenvoegen om grotere moleculen te vormen. Zetmeel is een polymeer van de a-vorm en is wateroplosbaar en verteerbaar door dierlijke enzymen. Cellulose is een polymeer van de b-vorm, het is niet oplosbaar en niet verteerbaar door dierlijke enzymen.

Het veranderen van a naar b via een open ketenstructuur wordt mutarotatie genoemd, en het vereist dat de O-C binding wordt verbroken zodat de C de H en OH op zijn kop kan zetten. Daarna wordt de binding opnieuw gemaakt. De andere monosachariden maken ook ringvormen.

Terug naar boven

D-Fructose – een ketohexose, gevonden in honing, groene bladeren, zaden en stengels van veel planten, als de belangrijkste eenheid in fructanen die veel voorkomen in jonge grassen, in wortels als de opslag polysacharide inuline, en als een component van de disacharide sucrose (met glucose).

Het vormt ook pyranose ringen, maar wanneer het reageert om oligo- of polysacchariden te maken, doet het dit als een FURANOSE ringstructuur (zoals FURAN). In dit geval is het anomere koolstofatoom C-2, en de CH2OH is ofwel boven de anomere koolstof (alfa anomeer), zoals in sucrose of eronder zoals in FRUCTANS (beta anomeer).

D-Galactose – een aldohexose, niet vrij te vinden, het belangrijkst als een component van de disacharide lactose, melksuiker (met glucose). Het komt ook voor in andere complexe CHO’s en complexe lipiden in de hersenen en het zenuwweefsel (galactoglyceriden en cerebrosiden).

D-Mannose – Voornamelijk als mannanen in gisten, schimmels en bacteriën.

Terug naar boven

Hexosereacties

Hexoseverbindingen kunnen een aantal chemische reacties ondergaan.

1. Oxidatie tot zuren
   • bijv. glucose, oxidatie van CH2OH tot COOH levert glucuronzuur op, dat een belangrijk bestanddeel is van heteropolysacchariden, zoals pectinen.
2. Combinatie met NH3 om hexosaminen te produceren, bijvoorbeeld glucosamine – een bestanddeel van chitine.
3. Vorming van alcoholen, bijvoorbeeld glucose vormt sorbitol.
4. Fosforylering tot hexosefosfaten, bijvoorbeeld glucose-l-fosfaat en glucose-6-fosfaat; dit zijn belangrijke tussenproducten bij de oxidatie van glucose tot CO2 + H2O om energie op te leveren.
5. Glycoside vorming om di, tri, tetra, oligo en polysacchariden te produceren.

Glycoside Vorming

Het combineren van de H van een hydroxylgroep op een suiker met een alcoholgroep of een andere hydroxylgroep veroorzaakt een Esterificatie of Condensatiereactie om een glycoside te verkrijgen. Dit gebeurt bij C-atoom één, het anomere C-atoom.

Aangezien suikers alcoholgroepen en hydroxylgroepen bevatten, kunnen ze zich met andere suikers combineren tot disachariden, tri-, tetra-, enz. en polysacchariden, alle verbonden door glycosidebindingen.

Voorbeelden:

• Gluc-Gluc, a-1-4 is Maltose
• Kan reageren in de a- of b-vorm om a- of b-bindingen te maken
• Kan ook reageren op de 6-positie waardoor a-1, 6-bindingen ontstaan. Dit is een vertakkingspunt in polymeren.

Terug naar boven