Karbohydrater
Monosackarider
Isomerer
Stereoisomerer
Kolatomernas antal
Asymmetriska kolatomer
Trioser och pentoser
Hexoser
Isomerer
Monosackariderna kan delas in i grupper utifrån antalet kolatomer i molekylerna, på så sätt: Trioser har 3-C-atomer, tetroser har 4-C-atomer, pentoser har 5-C-atomer och hexoser har 6-C-atomer. Inom var och en av dessa grupper finns olika föreningar med samma molekylformel. Till exempel är både glukos och fruktos hexoser (C6H12O6), men de har olika kemiska och fysikaliska egenskaper. Dessa typer av föreningar kallas isomerer.
Tillbaka till början
Stereoisomerer
Vissa isomerer skiljer sig endast åt i hur atomerna är arrangerade i 3D-rymden, det vill säga atomerna är bundna till varandra på samma sätt, men är arrangerade på olika sätt i 3D-rymden. Därför kan sockerarter existera som par av stereoisomerer eller enantiomerer som är spegelbilder av varandra. Den centrala C-atomen i glyceros kallas en asymmetrisk C-atom eftersom den kan omplaceras i rummet för att skapa två olika strukturer. Dessa skillnader påverkar inte de fysikaliska egenskaperna men kan påverka de biokemiska egenskaperna på grund av att molekylens form ändras. En L-isomer har OH till vänster om det centrala kolet:
och D-isomeren har OH till höger om det centrala kolet.
För att särskilja isomererna benämns de som L- och D-isomerer. L är hämtat från det latinska ordet för vänster, Laever, och D är hämtat från det latinska ordet för höger, Dexter.
Tillbaka till början
Numrering av kolatomer
Numreringstranskription:
Kolatomer numreras med början från den reaktiva änden av molekylen, CHO (aldehyd) eller den ”C”-dubbelt bundna ”O”- (karbonyl)-änden av molekylen. Varje kolatom numreras sedan i ordning genom slutet av kedjan. Vid numrering av stereoisomerer som har mer än tre kolatomer tittar vi på OH-gruppens position på den näst sista eller näst sista kolatomen, eftersom detta avgör om det är en L- eller D-stereoisomer. I detta exempel tittar vi på numreringen av D-glukos. Först måste vi hitta molekylens reaktiva ände och tilldela dess kolatom nummer ett. Därefter numrerar vi de återstående kolatomerna i ordning genom kedjans slut.
Tillbaka till början
Asymmetriska kolatomer
I teorin skulle man i glukos kunna vända på OH-gruppens position på var och en av de asymmetriska kolatomerna, nummer två, tre, fyra och fem, vilket skulle kunna ge upphov till en distinkt stereoisomer varje gång, vilket skulle ge totalt 16 eller 24 stereoisomerer. Alla dessa existerar dock inte i naturen. För fruktos finns det bara tre asymmetriska kolatomer, så endast 8 eller 23 stereoisomerer kan framställas.
Glukos har en aldehydgrupp (-CHO) på kolatom nummer ett och kallas därför för en ”aldos”, även den har sex kolatomer (en hexos) så den kan kallas för en ”aldohexos”. Den reaktiva gruppen på fruktos är dock en ketongrupp (-C=0) på kolatom nummer två. Den kallas därför en ”ketos” eller en ”ketohexos.”
Bara ett fåtal av monosackariderna finns fria i naturen. De flesta av dem finns vanligtvis som sockerenheter i polysackarider eller i mer komplexa molekyler. De kan då erhållas genom hydrolys (nedbrytning) av de komplexa CHO:erna. Monosackarider kallas ofta för enkla sockerarter och delas in efter antalet C-atomer.
Tillbaka till början
Trioser och pentoser
1. Trioser: (C3H6O3)
Glyceros- har två isomerer, glyceraldehyd, som innehåller en aldehydgrupp (-CHO) och dihydroxyaceton, som innehåller en ketongrupp (-C=0). Dessa föreningar är viktiga metaboliska intermediärer i oxidationen av glukos för att producera energi. Glycerosens konfiguration används för att fastställa D & L-formerna av andra sockerarter.
2. Pentoser (C5H10O5)
Tre viktiga pentoser är:
D-ribose – en beståndsdel i RNA, ribonukleinsyra, vitaminer (riboflavin) och koenzymer. Den är också viktig i de energirika föreningarna ATP och ADP. I sin reducerade form, deoxyribose, är den en komponent i DNA.
L-arabinos – förekommer i barrträds kärnved och är en komponent i hemicelluloser där den förekommer tillsammans med xylos. Det är också en komponent i pektin och kan vara en viktig komponent i gummi (gummi arabicum). Bakterier i ensilage kan ge fri arabinos. Arabaner är polymerer av arabinos.
D-xylos – det finns små mängder fri D-xylos i frukter, men den förekommer främst i hemicellulosa, som xylaner och hetero-xylaner. Hemicellulosa är en polysackarid av xylos och arabinos (en heteroxylan). Förhållandet mellan xylos och arabinos verkar påverka smältbarheten eftersom smältbarheten minskar när andelen xylos ökar.
Hemicellulosor utgör en betydande del av växternas cellväggar så växtätare äter stora mängder av dem. Dessa sockerarter är alla aldopentoser.
Tillbaka till början
Hexoser
3. Hexoser (C6H12O6)
D-glukos – en aldohexos med olika vanliga namn, bland annat druvsocker, druvsocker, druvsocker, majssocker (tillverkat av majsstärkelse). Förekommer fritt i växter, frukter, honung, kroppsvätskor, inklusive CSF, blod och lymfa. Det är den viktigaste slutprodukten av CHO-spjälkning hos icke idisslare och är därför en primär energiform för icke idisslare. Det är en viktig komponent i många oligosackarider (med galaktos bildar det laktos) och polysackarider (t.ex. stärkelse och cellulosa).
D-glukosringtranskription:
I lösning existerar D-glukos som en jämviktsblandning av den raka kedjeformen med två pyranosringformer. I praktiken reagerar kolatom nummer ett med kolatom nummer fem och bildar en ring. I själva verket finns det två former av strukturen, som kallas anomerer. Om väteatomen befinner sig ovanför kolatom ett kallas den för alfa-anomer, men om väteatomen befinner sig under kolatomen kallas den för beta-anomer.
Denna strukturella information är mycket viktig eftersom den styr hur molekyler av glukos går samman för att bilda större molekyler. Stärkelse är en polymer av a-formen och är vattenlöslig och smältbar av animaliska enzymer. Cellulosa är en polymer av b-formen, den är inte löslig och kan inte smältas av djurenzymer.
Att byta från a till b via en öppen kedjestruktur kallas mutarotation, och det kräver att O-C-bindningen bryts för att C ska kunna svänga H och OH upp och ner. Därefter återskapas bindningen på nytt. De andra monosackariderna bildar också ringformer.
Tillbaka till början
D-Fruktos – en ketohexos som finns i honung, gröna blad, frön och stjälkar hos många växter, som huvudenhet i fruktaner som är vanliga i unga gräs, i rötter som lagringspolysackariden inulin och som en komponent i disackariden sackaros (tillsammans med glukos).
Den bildar också pyranosringar, men när den reagerar för att göra oligo- eller polysackarider gör den det som en FURANOSE-ringstruktur (som FURAN). I detta fall är den anomeriska kolatomen C-2 och CH2OH är antingen ovanför det anomeriska kolet (alfa-anomer), som i sackaros, eller nedanför som i FRUCTANS (beta-anomer).
D-Galaktos – en aldohexos, som inte finns i fri form och som är viktigast som en beståndsdel i disackariden laktos, mjölksocker (tillsammans med glukos). Den förekommer också i andra komplexa CHO:er och komplexa lipider i hjärnan och nervvävnad (galaktoglycerider och cerebrosider).
D-Mannos – Huvudsakligen som mannaner i jäst, mögel och bakterier.
Tillbaka till början
Hexosreaktioner
Hexosföreningar kan genomgå ett antal kemiska reaktioner.
- Oxidation till syror
- Till exempel glukos, oxidation av CH2OH till COOH ger glukuronsyra som är en viktig beståndsdel i heteropolysackarider, som t.ex. pektiner.
- Kombinera med NH3 för att ge upphov till hexosaminer, till exempel glukosamin – en beståndsdel i kitin.
- Bildning av alkoholer, till exempel glukos bildar sorbitol.
- Fosforylering till hexosfosfater, till exempel glukos-l-fosfat och glukos-6-fosfat; vilka är viktiga intermediärer i oxidationen av glukos till CO2 + H2O för att ge energi.
- Glykosidbildning för att producera di-, tri-, tetra-, oligo- och polysackarider.
Glykosidbildning
Kombination av H av en hydroxylgrupp på ett socker med en alkoholgrupp eller en annan hydroxylgrupp orsakar en förestrings- eller kondensationsreaktion för att ge en glykosid. Detta sker vid C-atom ett, den anomeriska C-atomen.
Eftersom sockerarter innehåller alkoholgrupper och hydroxylgrupper kan de kombinera sig med andra sockerarter för att bilda disackarider, tri, tetra osv. och polysackarider, som alla är förenade med glykosidiska bindningar.
Exempel:
- Gluc-Gluc, a-1-4 är Maltos
- Kan reagera i a- eller b-form för att bilda a- eller b-bindningar
- Kan också reagera i 6-positionen och ge a-1, 6-bindningar. Detta är en grenpunkt i polymerer.
Tillbaka till början