Monosacharid Definice

Monosacharid je nejzákladnější forma sacharidů. Monosacharidy se mohou spojovat pomocí glykosidických vazeb za vzniku větších sacharidů, známých jako oligosacharidy nebo polysacharidy. Oligosacharid obsahující pouze dva monosacharidy se nazývá disacharid. Když se více než 20 monosacharidů spojí glykosidickými vazbami, stává se oligosacharid polysacharidem. Některé polysacharidy, například celulóza, obsahují tisíce monosacharidů. Monosacharid je typ monomeru neboli molekuly, která se může spojovat s podobnými molekulami a vytvářet větší polymer.

Funkce monosacharidu

Monosacharidy mají v buňkách mnoho funkcí. Především monosacharidy slouží k výrobě a uchovávání energie. Většina organismů vytváří energii rozkladem monosacharidu glukózy a získává energii uvolněnou z vazeb. Jiné monosacharidy se používají k tvorbě dlouhých vláken, která mohou sloužit jako forma buněčné struktury. Rostliny vytvářejí celulózu, která slouží k této funkci, zatímco některé bakterie mohou vytvářet podobnou buněčnou stěnu z mírně odlišných polysacharidů. I živočišné buňky se obklopují složitou matricí polysacharidů, které se všechny skládají z menších monosacharidů.

Struktura monosacharidů

Všechny monosacharidy mají stejný obecný vzorec (CH2O)n, který označuje centrální molekulu uhlíku vázanou na dva vodíky a jeden kyslík. Kyslík se také váže na vodík, čímž vzniká hydroxylová skupina. Protože uhlík může tvořit 4 vazby, může se několik těchto molekul uhlíku vázat dohromady. Jeden z uhlíků v řetězci vytvoří dvojnou vazbu s kyslíkem, která se nazývá karbonylová skupina. Pokud se tento karbonyl vyskytuje na konci řetězce, patří monosacharid do skupiny aldóz. Pokud se karboxylová skupina nachází uprostřed řetězce, patří monosacharid do skupiny ketóz.

Nahoře je obrázek glukózy. Glukóza je jedním z nejběžnějších monosacharidů v přírodě, který využívají téměř všechny formy života. Tento jednoduchý monosacharid se skládá ze 6 uhlíků, z nichž každý je na obrázku označen. První uhlík je karbonylová skupina. Protože se nachází na konci molekuly, patří glukóza do skupiny aldóz. Monosacharidy s více než 5 uhlíky obvykle existují ve formě kruhů v roztocích vody. Hydroxylová skupina na pátém uhlíku bude reagovat s prvním uhlíkem. Hydroxylová skupina odevzdá svůj atom vodíku, když vytvoří vazbu s prvním uhlíkem. Kyslík s dvojnou vazbou na prvním uhlíku se při přerušení druhé vazby s uhlíkem spojí s novým vodíkem. Vznikne tak plně propojený a stabilní kruh uhlíků.

Příklady monosacharidů

Glukóza

Glukóza je důležitý monosacharid, protože poskytuje energii i strukturu mnoha organismům. Molekuly glukózy mohou být rozkládány při glykolýze, což poskytuje energii a prekurzory pro buněčné dýchání. Pokud buňka momentálně nepotřebuje další energii, lze glukózu uskladnit spojením s jinými monosacharidy. Rostliny tyto dlouhé řetězce ukládají jako škrob, který lze později rozložit a použít jako energii. Živočichové ukládají řetězce glukózy do polysacharidu glykogenu, který může uchovávat velké množství energie.

Glukóza může být také spojena do dlouhých řetězců monosacharidů, které tvoří polysacharidy připomínající vlákna. Rostliny je obvykle produkují jako celulózu. Celulóza je jednou z nejrozšířenějších molekul na planetě, a kdybychom ji mohli celou najednou zvážit, vážila by miliony tun. Každá rostlina používá celulózu k obklopení každé buňky, čímž vytváří pevné buněčné stěny, které pomáhají rostlinám stát vysoko a zůstat v klidu. Bez schopnosti monosacharidů spojovat se do těchto dlouhých řetězců by rostliny byly ploché a křehké.

Fruktóza

Ačkoli je téměř totožná s glukózou, fruktóza je trochu jiná molekula. Vzorec ((CH2O)6) je stejný, ale struktura je mnohem odlišnější. Níže je obrázek fruktózy:

Všimněte si, že místo toho, aby byla karbonylová skupina na konci molekuly jako u glukózy, je to druhý uhlík dole. To z fruktózy dělá ketózu namísto aldózy. Stejně jako glukóza má fruktóza stále 6 uhlíků, každý s připojenou hydroxylovou skupinou. Protože se však kyslík s dvojnou vazbou ve fruktóze nachází na jiném místě, vzniká trochu jinak tvarovaný kruh. V přírodě je to velký rozdíl v tom, jak se cukr zpracovává. Většina reakcí v buňkách je katalyzována specifickými enzymy. Každý z různě tvarovaných monosacharidů potřebuje ke svému rozkladu specifický enzym.

Fruktóza, protože je monosacharid, se může kombinovat s jinými monosacharidy a vytvářet oligosacharidy. Velmi častým disacharidem vytvářeným rostlinami je sacharóza. Sacharóza je jedna molekula fruktózy spojená s molekulou glukózy glykosidickou vazbou.

Galaktóza

Galaktóza je monosacharid produkovaný v mnoha organismech, zejména savcích. Savci používají galaktózu v mléce, aby dodali energii svým potomkům. Galaktóza se spojuje s glukózou za vzniku disacharidu laktózy. Vazby v laktóze obsahují velké množství energie a novorozenci savců vytvářejí speciální enzymy, které tyto vazby rozbíjejí. Po odstavení od mateřského mléka se enzymy, které štěpí laktózu na monosacharidy glukózu a galaktózu, ztrácejí.

Člověk jako jediný druh savce, který konzumuje mléko v dospělosti, má vyvinuty některé zajímavé funkce enzymů. U populací, které pijí hodně mléka, je většina dospělých jedinců schopna trávit laktózu po většinu života. V populacích, které mléko po odstavení nepijí, trpí intolerancí laktózy téměř celá populace. Monosacharidy by sice mohly být štěpeny jednotlivě, ale molekulu laktózy již nelze strávit. Příznaky intolerance laktózy (křeče v břiše a průjem) jsou způsobeny toxiny, které produkují bakterie ve střevě trávící přebytečnou laktózu. Toxiny a nadbytek živin, které vytvářejí, zvýšily celkové množství rozpuštěných látek ve střevech, což je nutí zadržovat více vody k udržení stabilního pH.

• Disacharid – dva monosacharidy spojené glykosidickou vazbou.
• Oligosacharid – 3-20 monosacharidů spojených glykosidickou vazbou, obvykle se používá k přesunu monosacharidů a jejich krátkodobému skladování.
• Polysacharid – mnoho (více než 20) monosacharidů, obvykle spojených do dlouhých řetězců, slouží k uskladnění nebo jako strukturní podpora.
• Sacharid – cukry a škroby, všechny jsou tvořeny monosacharidy.

Kvíz

1. Sukralóza, běžné umělé sladidlo, má podobný tvar jako sacharóza, cukr produkovaný rostlinami. Místo hydroxylových skupin (OH) vázaných na všechny uhlíky má však sukralóza ve své struktuře několik atomů chloru (Cl). Studie prokázaly, že zatímco většina zkonzumované sukralózy projde člověkem, 2-8 % z ní je metabolizováno. Proč by to mohlo představovat problém pro člověka, který sukralózu tráví?
A. Neposkytuje tolik kalorií jako sacharóza.
B. Bez hydroxylových skupin nemůže tělo fungovat.
C. Tělesné enzymy nejsou přizpůsobeny metabolismu sukralózy.

2. Aminokyselina je jednotlivá molekula, kterou lze přidat do řetězce a vytvořit tak bílkovinu. Aminokyselina není sacharid. Které z následujících pojmů popisují aminokyseliny?
A. Monomer
B. Monosacharid
C. Polymer

3. Jak již bylo uvedeno, monosacharidy sestávající z více než 5 uhlíků mají v přírodě často tendenci vytvářet kruhy. Interakce, které způsobují jejich tvorbu kruhů, jsou způsobeny silami polárních molekul vody působících na monosacharidy. Pokud jsou monosacharidy umístěny v nepolárním roztoku, co vytvoří?
A. Spirály
B. Lineární molekuly
C. Prstence

.