Monosacharid

Monosacharidy sú jednoduché sacharidy, ktoré môžu vytvárať polymérne zlúčeniny zvané polysacharidy.

V ich molekulách je niekoľko hydroxylových skupín (funkčných skupín alkoholov) a buď aldehydová alebo ketónová funkčná skupina. Na základe toho sa rozdeľujú na aldózy a ketózy.

Aldózy a ketózy s rovnakým počtom atómov uhlíka v molekule majú rovnaký molekulový vzorec, preto sa používajú na ich zobrazenie štruktúrne vzorce (Tollensova projekcia). V roztoku okrem toho pentózy a vyššie monosacharidy vytvárajú vnútromolekulovú kovalentnú väzbu za vzniku furánového alebo pyránového heterocyklu. Ide o vnútromolekulovú reakciu medzi karbonylovou skupinou a hydroxylovou skupinou na poslednom chirálnom uhlíku molekuly, pričom vzniká hemiacetál alebo hemiketál.

V prírode sú najrozšírenejšie monosacharidy so šiestimi atómami uhlíka (hexózy) glukóza a fruktóza.

Názvoslovie

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

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

Kompletný názov môže vyzerať napríklad takto: α-D-glukopyranozid. Pretože niekedy sú tieto názvy príliš dlhé, hlavne pri pomenovaní oligosacharidov, 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 nazýva asymetrický alebo chirálny, pretože môže mať dve odlišné konformácie (usporiadanie v priestore), ktorú sú navzájom ako predmet a jeho zrkadlový obraz. Tieto dve konformácie sa nazývajú stereoizoméry. Asymetrický uhlík sa vyznačuje takzvanou optickou aktivitou, pretože otáča rovinu polarizovaného svetla 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 ako L- (lat. laevus - ľavý); jeho zrkadlový stereoizomér sa označuje D- (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, takzvané aldózy, ktoré obsahujú aldehydovú skupinu -CHO a niekoľko skupín -OH.
polyhydroxyketóny, takzvané ketózy, ktoré obsahujú CO skupinu a niekoľko skupín -OH.

Podľa uhlíkatého reťazca

Základom molekuly sacharidu je uhlíkový reťazec s 3 až 9 atómami uhlíka. 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-členné heterocyklické zlúčeniny, ktoré môžeme považovať za deriváty furánu alebo pyránu. Takéto sacharidy sa preto nazývajú tiež furanozidy, respektíve pyranozidy.

Pri vzniku hemiacetálu alebo hemiketálu sa 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 v Haworthovej projekcii hore, u β-formy je tomu naopak. V závislosti od toho rozoznávame α- a β- formu sacharidu, ktoré sa opäť odlišujú svojou optickou aktivitou. Molekuly, ktoré sa líšia len svojou α- alebo β- konformáciou sa nazývajú anoméry. 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-glyceraldehyd a dihydroxyacetón, ktoré sú súčasťou životne nevyhnutnej glykolytickej dráhy.

Tetrózy: Z tetróz sa v organizme bežne vyskytuje iba D-erytróza. Jej forma erytróza-4-fosfát je medziproduktom pri pentózovom cykle, v rastlinách tiež pri Calvinovom cykle, ktorý je súčasťou fotosyntézy.

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

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 mnohých oligosacharidov, polysacharidov a glykozidov.

Sekundárne monosacharidy

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

Význam týchto monosacharidov je veľmi rozmanitý. Môžu tvoriť súčasť niektorých polysacharidov, glykozidov alebo glykolipidov. Aminosacharidy sú súčasťou bunečnej steny baktérií, sacharidy s rozvetveným reťazcom môžu byť súčasťou antibiotík.

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-galaktóza a D-gulóza.

Tieto monosacharidy sú v organizme syntetizované zvláštnou reakciou zvanou epimerácia, ktorú katalyzujú enzým y zvané epimerázy. 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-fukóza alebo D-digitoxóza.

Aminomonosacharidy

Aminosacharidy obsahujú na niektej hydroxylovej skupine aminoskupinu. Patrí sem D-glukozamín alebo D-manozamín. Vznikajú z príslušných ketóz po ich reakcii s aminačným činidlom, najčastejšie amoniakom alebo glutamínom. 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 polysacharidu chitínu, 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 skupiny metionínu
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 tému Monosacharid
Wikislovník ponúka heslo Monosacharid

Chemický portál