Definicja monosacharydu

Monosacharyd jest najbardziej podstawową formą węglowodanów. Monosacharydy mogą być łączone przez wiązania glikozydowe, tworząc większe węglowodany, znane jako oligosacharydy lub polisacharydy. Oligosacharyd zawierający tylko dwa monosacharydy jest znany jako disacharyd. Kiedy więcej niż 20 monosacharydów jest połączonych wiązaniami glikozydowymi, oligosacharyd staje się polisacharydem. Niektóre polisacharydy, takie jak celuloza, zawierają tysiące monosacharydów. Monosacharyd jest rodzajem monomeru lub cząsteczki, która może łączyć się z podobnymi cząsteczkami, tworząc większy polimer.

Funkcja monosacharydu

Monosacharydy pełnią wiele funkcji w komórkach. Przede wszystkim, monosacharydy są wykorzystywane do produkcji i przechowywania energii. Większość organizmów wytwarza energię poprzez rozkład monosacharydu glukozy i zbieranie energii uwolnionej z wiązań. Inne monosacharydy są używane do tworzenia długich włókien, które mogą być wykorzystywane jako forma struktury komórkowej. Rośliny tworzą w tym celu celulozę, podczas gdy niektóre bakterie mogą wytwarzać podobną ścianę komórkową z nieco innych polisacharydów. Nawet komórki zwierzęce otaczają się złożoną matrycą polisacharydów, zbudowaną z mniejszych monosacharydów.

Struktura monosacharydów

Wszystkie monosacharydy mają ten sam wzór ogólny (CH2O)n, który oznacza centralną cząsteczkę węgla połączoną z dwoma hydrogenami i jednym tlenem. Tlen będzie również wiązał się z wodorem, tworząc grupę hydroksylową. Ponieważ węgiel może tworzyć 4 wiązania, kilka takich cząsteczek węgla może się ze sobą łączyć. Jeden z węgli w łańcuchu utworzy podwójne wiązanie z tlenem, co nazywane jest grupą karbonylową. Jeśli ten karbonyl występuje na końcu łańcucha, monosacharyd należy do rodziny aldoz. Jeśli grupa karboksylowa znajduje się w środku łańcucha, monosacharyd jest w rodzinie ketozowej.

Powyżej znajduje się rysunek glukozy. Glukoza jest jednym z najbardziej powszechnych monosacharydów w przyrodzie, wykorzystywanym przez prawie każdą formę życia. Ten prosty monosacharyd składa się z 6 węgli, z których każdy jest oznaczony na obrazku. Pierwszy węgiel to grupa karbonylowa. Ponieważ znajduje się ona na końcu cząsteczki, glukoza należy do rodziny aldoz. Zazwyczaj monosacharydy o więcej niż 5 węglach występują w postaci pierścieni w roztworach wodnych. Grupa hydroksylowa na piątym węglu reaguje z pierwszym węglem. Grupa hydroksylowa oddaje swój atom wodoru, gdy tworzy wiązanie z pierwszym węglem. Podwójnie związany tlen na pierwszym węglu łączy się z nowym wodorem, gdy drugie wiązanie z węglem zostaje zerwane. To tworzy w pełni połączony i stabilny pierścień carbons.

Przykłady Monosacharyd

Glukoza

Glukoza jest ważnym monosacharydem w tym, że dostarcza zarówno energii i struktury do wielu organizmów. Cząsteczki glukozy mogą być rozkładane w procesie glikolizy, dostarczając energii i prekursorów do oddychania komórkowego. Jeśli komórka nie potrzebuje w danej chwili więcej energii, glukoza może zostać zmagazynowana poprzez połączenie jej z innymi monosacharydami. Rośliny przechowują te długie łańcuchy jako skrobię, która może być później rozłożona i wykorzystana jako energia. Zwierzęta przechowują łańcuchy glukozy w polisacharydzie gliocogen, który może przechowywać dużo energii.

Glukoza może być również połączona w długie ciągi monosacharydów, tworząc polisacharydy, które przypominają włókna. Rośliny zazwyczaj produkują to jako celulozę. Celuloza jest jedną z najbardziej obfitych molekuł na naszej planecie i gdybyśmy mogli zważyć ją całą naraz, ważyłaby miliony ton. Każda roślina wykorzystuje celulozę do otaczania każdej komórki, tworząc sztywne ściany komórkowe, które pomagają roślinom stać wysoko i pozostawać napęczniałe. Bez zdolności monosacharydów do łączenia się w te długie łańcuchy, rośliny byłyby płaskie i gąbczaste.

Fruktoza

Ale prawie identyczna z glukozą, fruktoza jest nieco inną cząsteczką. Wzór ((CH2O)6) jest taki sam, ale struktura jest znacznie inna. Poniżej znajduje się obraz fruktozy:

Zauważ, że zamiast grupy karbonylowej znajdującej się na końcu cząsteczki, jak w glukozie, jest ona drugim węglem w dół. To sprawia, że fruktoza jest ketozą, a nie aldozą. Podobnie jak glukoza, fruktoza nadal ma 6 węgli, każdy z dołączoną grupą hydroksylową. Jednakże, ponieważ podwójne wiązanie tlenu we fruktozie znajduje się w innym miejscu, powstaje pierścień o nieco innym kształcie. W naturze ma to ogromne znaczenie dla sposobu przetwarzania cukru. Większość reakcji w komórkach jest katalizowana przez specyficzne enzymy. Monosacharydy o różnym kształcie potrzebują specyficznego enzymu, aby zostać rozłożone.

Fruktoza, ponieważ jest monosacharydem, może być łączona z innymi monosacharydami, tworząc oligosacharydy. Bardzo powszechnym disacharydem wytwarzanym przez rośliny jest sacharoza. Sacharoza to jedna cząsteczka fruktozy połączona z cząsteczką glukozy poprzez wiązanie glikozydowe.

Galaktoza

Galaktoza jest monosacharydem wytwarzanym w wielu organizmach, zwłaszcza u ssaków. Ssaki wykorzystują galaktozę w mleku, aby dostarczyć energię swojemu potomstwu. Galaktoza jest połączona z glukozą, tworząc dwucukier – laktozę. Wiązania w laktozie zawierają dużo energii, a specjalne enzymy są tworzone przez nowonarodzone ssaki, aby rozerwać te wiązania. Po odstawieniu od mleka matki enzymy, które rozbijają laktozę na monosacharydy glukozy i galaktozy, są tracone.

Ludzie, będąc jedynym gatunkiem ssaków, który spożywa mleko w dorosłości, rozwinęli kilka interesujących funkcji enzymatycznych. W populacjach, które piją dużo mleka, większość dorosłych jest w stanie strawić laktozę przez większość swojego życia. W populacjach, które nie piją mleka po odstawieniu od piersi, nietolerancja laktozy dotyka prawie całą populację. Chociaż monosacharydy mogą być rozkładane pojedynczo, cząsteczka laktozy nie może być trawiona. Objawy nietolerancji laktozy (skurcze brzucha i biegunka) są spowodowane toksynami wytwarzanymi przez bakterie w jelitach trawiące nadmiar laktozy. Toksyny i nadmiar substancji odżywczych, które wytwarzają, podniosły całkowitą ilość rozpuszczalników w jelitach, sprawiając, że zatrzymują one więcej wody w celu utrzymania stabilnego pH.

• Disacharyd – dwa monosacharydy połączone wiązaniem glikozydowym.
• Oligosacharyd – 3-20 monosacharydów połączonych wiązaniami glikozydowymi, zwykle używany do przenoszenia monosacharydów i przechowywania ich przez krótki czas.
• Polisacharyd – Wiele (20+) monosacharydów, zwykle połączonych w długie łańcuchy, używane do przechowywania lub wsparcia strukturalnego.
• Węglowodany – Cukry i skrobie, wszystkie zbudowane z monosacharydów.

Quiz

1. Sukraloza, popularny sztuczny słodzik, ma kształt podobny do sacharozy, cukru produkowanego przez rośliny. Jednak zamiast grup hydroksylowych (OH) związanych ze wszystkimi węglami, sukraloza ma w swojej strukturze kilka atomów chloru (Cl). Badania wykazały, że podczas gdy większość spożytej sukralozy przechodzi przez człowieka, 2-8% z niej jest metabolizowane. Dlaczego może to stanowić problem dla osoby trawiącej sukralozę?
A. Nie dostarcza ona tylu kalorii, co sacharoza.
B. Bez grup hydroksylowych organizm nie może funkcjonować.
C. Enzymy organizmu nie są przystosowane do metabolizowania sukralozy.

2. Aminokwas jest pojedynczą cząsteczką, która może być dodana w łańcuchu w celu utworzenia białka. Aminokwas nie jest węglowodanem. Które z poniższych terminów opisują aminokwasy?
A. Monomer
B. Monosacharyd
C. Polimer

3. Jak wspomniano, monosacharydy składające się z więcej niż 5 węgli często mają tendencję do tworzenia pierścieni w przyrodzie. Oddziaływania, które powodują, że tworzą one pierścienie, wynikają z sił polarnych cząsteczek wody działających na monosacharydy. Jeśli monosacharydy zostaną umieszczone w niepolarnym roztworze, co się z nimi stanie? Spirale
B. Cząsteczki liniowe
C. Pierścienie

.