Monosacharid

Monosacharidysú jednoduchésacharidy,ktoré môžu vytvárať polymérne zlúčeniny zvanépolysacharidy.

V ichmolekuláchje niekoľko hydroxylových skupín (funkčných skupínalkoholov) a buďaldehydováaleboketónováfunkčná skupina. Na základe toho sa rozdeľujú naaldózyaketózy.

Aldózy a ketózy s rovnakým počtomatómov uhlíkav molekule majú rovnakýmolekulový vzorec,preto sa používajú na ich zobrazenieštruktúrne vzorce(Tollensova projekcia). V roztoku okrem toho pentózy a vyššie monosacharidy vytvárajú vnútromolekulovú kovalentnú väzbu za vznikufuránovéhoalebopyránového heterocyklu.Ide o vnútromolekulovú reakciu medzi karbonylovou skupinou a hydroxylovou skupinou na poslednom chirálnom uhlíku molekuly, pričom vznikáhemiacetálalebohemiketál.

V prírode sú najrozšírenejšie monosacharidy so šiestimi atómami uhlíka (hexózy)glukózaafruktóza.

Názvoslovie

Ak chceme vytvoriť kompletný názov monosacharidu, musíme uviesť v názve tieto skutočnosti:

anomériu(α/β)
rad (D/L)
názov monosacharidu (napríkladglukóza)
typ cyklickej formy (furanozid/pyranozid)

Kompletný názov môže vyzerať napríklad takto:α-D-glukopyranozid.Pretože niekedy sú tieto názvy príliš dlhé, hlavne pri pomenovaníoligosacharidov,používamé často pri zápise skratky. Potom názov vyzerá takto:α-D-glc-p.

Význam monosacharidov

Monosacharidy často mávajú sladkú chuť. Za chemickú podstatu vnímanie sladkej chuti je možno považovať zoskupenie -O-CH-CH-OH, ktoré sa okrem niektorých monosacharidov vyskytuje napríklad aj u alkoholu glycerolu, čo je pravdepodobne príčina sladkej chuti.

Rastliny často využívajú monosacharidy, často i sekundárne, k lákaniu hmyzu, napríklad pre opeľovanie, pre roznos semien,... Sekundárne monosacharidy sú prekurzormi karboxylových kyselín, cukrových alkoholov a glykozidov.

Monosacharidy sú priame produkty fotosyntézy a je v nich nahromadená energia slnečného žiarenia. D-glukóza je teda pre väčšinu organizmov primárnym zdrojom energie.

Rozdelenie

Podľa smerovania funkčných skupín

Uhlík susediaci s uhlíkom s primárnou alkoholickou skupinou (HO-CH₂-C^*-) sa vyznačuje tým, že na každej zo svojich štyroch väzieb má naviazaný iný atóm, alebo inú skupinu atómov. Takýto uhlík sa nazývaasymetrickýalebochirálny,pretože môže mať dve odlišné konformácie (usporiadanie v priestore), ktorú sú navzájom ako predmet a jeho zrkadlový obraz. Tieto dve konformácie sa nazývajústereoizoméry.Asymetrický uhlík sa vyznačuje takzvanouoptickou aktivitou,pretože otáča rovinupolarizovanéhosvetla doľava alebo doprava.

Tieto dve vlastnosti (1. chiralita a 2. optická aktivita) sú súčasťou úplného názvu molekuly sacharidu:

Sacharid s hydroxylovou skupinou orientovanou vľavo na asymetrickom uhlíku sa označuje akoL-(lat.laevus- ľavý); jeho zrkadlový stereoizomér sa označujeD-(lat.dexter- pravý).
Sacharid otáčajúci rovinu polarizovaného svetla doľava sa označuje znamienkom (−), jeho optický protipól znamienkom (+).

Tetrózy a vyššie monosacharidy majú viac než jeden asymetrický uhlík. Pre ich zaradenie do radu D- alebo L- je rozhodujúci práve uhlík susediaci s uhlíkom s primárnou alkoholickou skupinou.

Podľa druhu skupín

Monosacharidy sú chemické monooxopolyhydroxy zlúčeniny. Patria medzi ne:

polyhydroxyaldehydy, takzvanéaldózy,ktoré obsahujú aldehydovú skupinu -CHO a niekoľko skupín -OH.
polyhydroxyketóny, takzvanéketózy,ktoré obsahujú CO skupinu a niekoľko skupín -OH.

Podľa uhlíkatého reťazca

Základom molekuly sacharidu je uhlíkový reťazec s 3 až 9atómamiuhlíka. Na základe toho rozoznávame:

triózy (C-C-C)
tetrózy (C-C-C-C)
pentózy (C-C-C-C-C)
hexózy (C-C-C-C-C-C)
heptózy (C-C-C-C-C-C-C)
októzy (C-C-C-C-C-C-C-C)
nonózy (C-C-C-C-C-C-C-C-C)

Furanozidy a pyranozidy

D-glukóza(D-aldohexóza) tvorí D-glukopyranozid. (Tollensov vzorec)

Pri vyšších monosacharidoch, ako sú pentózy a hexózy, reaguje aldehydická alebo ketónová skupina s hydroxy skupinou na opačnom konci molekuly a uzatvára cyklus. Vznikajú tak 5-členné alebo 6-člennéheterocyklické zlúčeniny,ktoré môžeme považovať za derivátyfuránualebopyránu.Takéto sacharidy sa preto nazývajú tiežfuranozidy,respektívepyranozidy.

Pri vznikuhemiacetálualebohemiketálusa z aldehydického alebo ketonického uhlíka vytvára ďalšie asymetrické centrum, pretože vzniknutá hydroxylová skupina môže byť orientovaná nad alebo pod rovinu heterocyklu. Pri D-monosacharidoch sa α-forma vyznačuje tým, že jej hemiacetálová (hemiketálová) hydroxyskupina smeruje vHaworthovej projekciihore, u β-formy je tomu naopak. V závislosti od toho rozoznávameα-aβ-formu sacharidu, ktoré sa opäť odlišujú svojou optickou aktivitou. Molekuly, ktoré sa líšia len svojouα-aleboβ-konformáciou sa nazývajúanoméry.Oba anoméry sa líšia svojimi fyzikálnymi vlastnosťami. V roztoku sú prítomné väčšinou oba anoméry.

Primárne monosacharidy

Medzi primárne monosacharidy, ktoré sú prítomné ako metabolické produkty vo väčšine organizmov patrí iba pomerne malý počet monosacharidov.

Triózy: Z trióz sú to D-glyceraldehydadihydroxyacetón,ktoré sú súčasťou životne nevyhnutnejglykolytickej dráhy.

Tetrózy: Z tetróz sa v organizme bežne vyskytuje iba D-erytróza.Jej formaerytróza-4-fosfátje medziproduktom pripentózovom cykle,v rastlinách tiež priCalvinovom cykle,ktorý je súčasťoufotosyntézy.

Pentózy: Pre primárny metabolizmus sú dôležité tri pentózy. D-ribóza,zložkakyseliny ribonukleoveja D-2-deoxyribóza,zložkakyseliny deoxyribonuklovej.Okrem týchto dvoch je tiež dôležitá D-ribulóza,jej deriváty sú dôležité pri premenách sacharidov a prifotosyntéze.

Hexózy: Z hexóz sú dôležité D-glukóza(hroznový cukor, dextróza), často sa vyskytujúca v plodoch a D-fruktóza(ovocný cukor, levulóza). Tieto hexózy sú reaktantami glykolýzy a sú často základnou stavebnou jednotkou mnohýcholigosacharidov,polysacharidovaglykozidov.

Sekundárne monosacharidy

Sekundárne monosacharidy sú monosacharidy, ktoré nie sú súčasťou základného metabolizmu väčšiny organizmov a ich prítomnosť nie je prebunkunevyhnutná.

Význam týchto monosacharidov je veľmi rozmanitý. Môžu tvoriť súčasť niektorýchpolysacharidov,glykozidovaleboglykolipidov.Aminosacharidysú súčasťou bunečnej stenybaktérií,sacharidy s rozvetveným reťazcom môžu byť súčasťouantibiotík.

Sekundárne monosacharidy tvoria širokú a rozmanitú skupinu látok. Radíme sem:

Monosacharidy s netypickou konfiguráciou

Do tejto skupiny radíme niekoľko základných monosacharidov, ktoré nie sú súčasťou základných metabolických dráh. Patria sem aj monosacharidy neobvyklej L-rady. Je to hlavne L-arabinóza,D-xylóza,D-manóza,D-galaktózaa D-gulóza.

Tieto monosacharidy sú v organizme syntetizované zvláštnou reakciou zvanouepimerácia,ktorú katalyzujúenzýmy zvanéepimerázy.Pri epimerácii dochádza ku zmene konfigurácie na jedinom chirálnom uhlíku. Príkladom môžu byť epimerácie na uhlíku C-2 a C-4 glukózy, pri ktorých vzniká D-manóza a D-galaktóza.

Deoxysacharidy

Je častým javom, že určitý monosacharid je deoxymonosacharidom, ktorý je zároveň O-metylovaný. Radíme sem primárne metabolické D-2-deoxyribózu, ale patrí sem mnoho ďalších sekundárnych metabolických monosacharidov. Zástupcami tejto skupiny sú deoxymonosacharidy L-ramóza,L-fukózaalebo D-digitoxóza.

Aminomonosacharidy

Aminosacharidy obsahujú na niektej hydroxylovej skupine aminoskupinu. Patrí sem D-glukozamínalebo D-manozamín.Vznikajú z príslušných ketóz po ich reakcii s aminačným činidlom, najčastejšieamoniakomaleboglutamínom.Skratku vytvoríme pridaním písmena N za skratku monosacharidu, napríklad glcN je glukozamín, GalNAc je N-acetylgalaktozamín. D-glukozamín má hlavný biochemický význam. V prírode sa vyskytuje viazaný vo forme polysachariduchitínu,ktorý je základnou stavebnou jednotkou kostry hmyzu a bunkovej steny húb. Ďalej je tiež zložkou glykolipidov a glykoproteínov.

Monosacharidy s rozvetveným reťazcom

Niektoré menej typické sacharidy nemajú základný reťazec lineárny, ale rozvetvený. Napríklad D-kladinóza,L-mykaróza,D-apióza,L-streptóza,D-hamamelóza.Tieto monosacharidy sú tvorené dvoma základnými spôsobmi:

C-metylácia – metylová skupina určitých vetvených monosacharidov, ako napríklad D-kladinózy, L-mykarózy, pochádza z metylovej skupinymetionínu
prestavba uhlíkatého reťazca – prídavné CH₂OH- alebo CHO- skupiny D-apiózy a L-streptózy sú odvodené od tretieho uhlíka glukózy

Iné projekty

Commons ponúka multimediálne súbory na témuMonosacharid
Wikislovník ponúka hesloMonosacharid

Chemický portál