Monoszacharid definíció

A monoszacharid a szénhidrátok legalapvetőbb formája. A monoszacharidok glikozidos kötésekkel nagyobb szénhidrátokat, úgynevezett oligoszacharidokat vagy poliszacharidokat alkothatnak. A csak két monoszacharidot tartalmazó oligoszacharidot diszacharidnak nevezzük. Ha több mint 20 monoszacharidot kapcsolnak össze glikozidos kötésekkel, az oligoszacharid poliszachariddá válik. Egyes poliszacharidok, mint például a cellulóz, több ezer monoszacharidot tartalmaznak. A monoszacharid egyfajta monomer, vagyis olyan molekula, amely hasonló molekulákkal egyesülve nagyobb polimert hozhat létre.

A monoszacharidok funkciója

A monoszacharidoknak számos funkciójuk van a sejtekben. Mindenekelőtt a monoszacharidokat energia előállítására és tárolására használják. A legtöbb szervezet a monoszacharid glükóz lebontásával és a kötésekből felszabaduló energia kinyerésével állít elő energiát. Más monoszacharidokból hosszú rostok képződnek, amelyek a sejtek szerkezetének egyik formájaként használhatók. A növények cellulózt hoznak létre e funkció betöltésére, míg egyes baktériumok kissé eltérő poliszacharidokból képesek hasonló sejtfalat előállítani. Még az állati sejteket is poliszacharidok összetett mátrixa veszi körül, amelyek mind kisebb monoszacharidokból állnak.

Monoszacharidok szerkezete

Minden monoszacharidnak ugyanaz az általános képlete: (CH2O)n, amely egy központi szénmolekulát jelöl, amely két hidrogénhez és egy oxigénhez kapcsolódik. Az oxigén egy hidrogénhez is kötődik, hidroxilcsoportot hozva létre. Mivel a szén 4 kötést képes kialakítani, több ilyen szénmolekula is képes egymáshoz kapcsolódni. A lánc egyik szénatomja kettős kötést képez egy oxigénnel, amit karbonilcsoportnak nevezünk. Ha ez a karbonil a lánc végén található, akkor a monoszacharid az aldózok családjába tartozik. Ha a karboxilcsoport a lánc közepén van, akkor a monoszacharid a ketóz családba tartozik.

A fenti képen a glükóz látható. A glükóz az egyik leggyakoribb monoszacharid a természetben, amelyet szinte minden életforma használ. Ez az egyszerű monoszacharid 6 szénatomból áll, amelyek mindegyike fel van jelölve a képen. Az első szénatom a karbonilcsoport. Mivel a molekula végén található, a glükóz az aldózok családjába tartozik. Általában az 5-nél több szénatomot tartalmazó monoszacharidok vízoldatokban gyűrűként léteznek. Az ötödik szénatomon lévő hidroxilcsoport reakcióba lép az első szénatommal. A hidroxilcsoport leadja a hidrogénatomját, amikor kötést képez az első szénnel. Az első szénen lévő kettős kötésű oxigén egy új hidrogénnel kötődik, amikor a második kötés a szénnel megszakad. Így egy teljesen összekapcsolt és stabil széngyűrű alakul ki.

Példák a monoszacharidokra

Glükóz

A glükóz egy fontos monoszacharid, mivel számos szervezet számára energiát és szerkezetet is biztosít. A glükózmolekulák a glikolízis során lebonthatók, energiát és prekurzorokat szolgáltatva a sejtlégzéshez. Ha egy sejtnek pillanatnyilag nincs szüksége több energiára, a glükóz más monoszacharidokkal kombinálva tárolható. A növények ezeket a hosszú láncokat keményítő formájában tárolják, amely később szétszedhető és energiaként felhasználható. Az állatok a glükózláncokat a poliszacharid glikogénben tárolják, amely sok energiát képes tárolni.

A glükóz monoszacharidokból álló hosszú láncokba is összekapcsolódhat, hogy rostokra emlékeztető poliszacharidokat alkossanak. A növények ezt jellemzően cellulóz formájában állítják elő. A cellulóz az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló molekula a bolygón, és ha egyszerre le tudnánk mérni az egészet, az több millió tonnát nyomna. Minden növény cellulózzal veszi körül az egyes sejteket, merev sejtfalakat hozva létre, amelyek segítségével a növények magasan állnak és feszesek maradnak. Ha a monoszacharidok nem tudnának ilyen hosszú láncokká egyesülni, a növények laposak és zömökek lennének.

Fruktóz

A fruktóz, bár majdnem azonos a glükózzal, egy kicsit más molekula. A képlete ((CH2O)6) ugyanaz, de a szerkezete jelentősen eltér. Az alábbiakban a fruktóz képe látható:

Figyeljük meg, hogy a karbonilcsoport nem a molekula végén van, mint a glükózban, hanem a második szénatomnál. Ezáltal a fruktóz nem aldóz, hanem ketóz. A glükózhoz hasonlóan a fruktóznak is 6 szénatomja van, mindegyikhez egy hidroxilcsoport kapcsolódik. Mivel azonban a fruktózban a kettős kötésű oxigén más helyen van, egy kissé más alakú gyűrű alakul ki. A természetben ez nagy különbséget jelent a cukor feldolgozásában. A sejtekben a legtöbb reakciót specifikus enzimek katalizálják. A különböző alakú monoszacharidok lebontásához egy-egy specifikus enzimre van szükség.

A fruktóz, mivel monoszacharid, más monoszacharidokkal kombinálódva oligoszacharidokat alkothat. Egy nagyon gyakori, növények által előállított diszacharid a szacharóz. A szacharóz egy fruktózmolekula egy glükózmolekulához kapcsolódik glikozidos kötéssel.

Galaktóz

A galaktóz egy monoszacharid, amelyet számos szervezet, különösen az emlősök termelnek. Az emlősök a galaktózt a tejben használják fel, hogy energiát adjanak utódaiknak. A galaktóz a glükózzal egyesülve a diszacharid laktózt alkotja. A laktózban lévő kötések sok energiát tartalmaznak, és az újszülött emlősök speciális enzimeket hoznak létre, amelyek ezeket a kötéseket szétbontják. Miután elválasztják őket az anyatejtől, a laktózt glükóz- és galaktóz-monoszacharidokra bontó enzimek elvesznek.

Az ember, mint az egyetlen emlősfaj, amely felnőttkorában is tejet fogyaszt, kifejlesztett néhány érdekes enzimfunkciót. Azokban a populációkban, amelyek sok tejet isznak, a legtöbb felnőtt ember élete nagy részében képes megemészteni a laktózt. Azokban a populációkban, amelyek az elválasztás után nem isznak tejet, a laktóz-intolerancia szinte az egész populációt érinti. Bár a monoszacharidok egyenként lebonthatók, a laktóz molekula már nem emészthető. A laktóz-intolerancia tüneteit (hasi görcsök és hasmenés) a bélben a felesleges laktózt megemésztő baktériumok által termelt toxinok okozzák. Az általuk létrehozott toxinok és a felesleges tápanyagok megemelték az oldott anyagok összmennyiségét a belekben, így azok több vizet tartanak vissza a stabil pH-érték fenntartása érdekében.

• Diszacharid – Két monoszacharid, amelyeket glikozidos kötés köt össze.
• Oligoszacharid – 3-20 monoszacharid, amelyeket glikozidos kötés köt össze, jellemzően monoszacharidok mozgatására és rövid ideig történő tárolására használják.
• Poliszacharid – Sok (20+) monoszacharid, általában hosszú láncokba kapcsolódva, tárolásra vagy szerkezeti támogatásra használják.
• Szénhidrát – Cukrok és keményítők, amelyek mind monoszacharidokból állnak.

Kvíz

1. A szukralóz, egy gyakori mesterséges édesítőszer, hasonló a növények által termelt cukorhoz, a szacharózhoz. Azonban az összes szénatomhoz kötött hidroxilcsoportok (OH) helyett a szukralóz szerkezetében néhány klóratom (Cl) található. Tanulmányok kimutatták, hogy míg az elfogyasztott szukralóz nagy része áthalad az emberen, 2-8%-a metabolizálódik. Miért jelenthet ez problémát a szukralózt emésztő személy számára?
A. Nem biztosít annyi kalóriát, mint a szacharóz.
B. A hidroxilcsoportok nélkül a szervezet nem tud működni.
C. A szervezet enzimei nem alkalmazkodtak a szukralóz metabolizálásához.

2. Az aminosav egy olyan egyedi molekula, amely láncba fűzve fehérjét hozhat létre. Az aminosav nem szénhidrát. Az alábbi kifejezések közül melyek írják le az aminosavakat?
A. Monomer
B. Monoszacharid
C. Polimer

3. Mint említettük, az 5-nél több szénatomból álló monoszacharidok a természetben gyakran hajlamosak gyűrűket alkotni. A gyűrűk kialakulását okozó kölcsönhatás a poláros vízmolekulák monoszacharidokra ható erőinek köszönhető. Ha a monoszacharidokat egy nem poláros oldatban helyezzük el, mit fognak alkotni?
A. Spirálok
B. Lineáris molekulák
C. Gyűrűk