Definiție monosaccharide
Un monosaccharide este cea mai de bază formă de carbohidrați. Monozaharidele pot fi combinate prin legături glicozidice pentru a forma carbohidrați mai mari, cunoscuți sub numele de oligozaharide sau polizaharide. O oligozaharidă cu doar două monosacaride este cunoscută sub numele de dizaharidă. Atunci când mai mult de 20 de monosacaride sunt combinate cu legături glicozidice, o oligozaharidă devine o polizaharidă. Unele polizaharide, cum ar fi celuloza, conțin mii de monosacaride. O monosacaridă este un tip de monomer sau o moleculă care se poate combina cu molecule asemănătoare pentru a crea un polimer mai mare.
Funcția monosacaridelor
Monosacaridele au multe funcții în cadrul celulelor. În primul rând, monosacaridele sunt folosite pentru a produce și stoca energie. Majoritatea organismelor creează energie prin descompunerea glucozei monosacaridice și prin recoltarea energiei eliberate din legături. Alte monosacaride sunt folosite pentru a forma fibre lungi, care pot fi folosite ca formă de structură celulară. Plantele creează celuloză pentru a îndeplini această funcție, în timp ce unele bacterii pot produce un perete celular similar din polizaharide ușor diferite. Chiar și celulele animale se înconjoară cu o matrice complexă de polizaharide, toate realizate din monosaharide mai mici.
Structura monosaharidelor
Toate monosaharidele au aceeași formulă generală de (CH2O)n, care desemnează o moleculă centrală de carbon legată de doi hidrogeni și un oxigen. Oxigenul se va lega, de asemenea, de un hidrogen, creând o grupare hidroxil. Deoarece carbonul poate forma 4 legături, mai multe dintre aceste molecule de carbon se pot lega între ele. Unul dintre carbonii din lanț va forma o legătură dublă cu un oxigen, ceea ce se numește grupare carbonil. Dacă acest grup carbonil apare la capătul lanțului, monosacarida face parte din familia aldozelor. Dacă gruparea carboxil se află în mijlocul lanțului, monosaharidul face parte din familia cetoselor.
Acesta este o imagine a glucozei. Glucoza este una dintre cele mai comune monosacaride din natură, folosită de aproape toate formele de viață. Această monosacaridă simplă este compusă din 6 carboni, fiecare fiind etichetat în imagine. Primul carbon este grupul carbonil. Deoarece se află la capătul moleculei, glucoza face parte din familia aldozelor. În mod obișnuit, monosacaridele cu mai mult de 5 carboni există sub formă de inele în soluții de apă. Grupul hidroxil de pe al cincilea carbon va reacționa cu primul carbon. Grupul hidroxil renunță la atomul său de hidrogen atunci când formează o legătură cu primul carbon. Oxigenul cu dublă legătură de pe primul carbon se leagă cu un nou hidrogen atunci când se rupe cea de-a doua legătură cu carbonul. Se formează astfel un inel de atomi de carbon complet conectat și stabil.
Exemple de monosacaride
Glucoza
Glucoza este o monosacaridă importantă prin faptul că furnizează atât energie, cât și structură pentru multe organisme. Moleculele de glucoză pot fi descompuse în glicoliză, furnizând energie și precursori pentru respirația celulară. Dacă o celulă nu mai are nevoie de energie pe moment, glucoza poate fi stocată prin combinarea ei cu alte monosacaride. Plantele stochează aceste lanțuri lungi sub formă de amidon, care poate fi dezasamblat și utilizat ulterior ca energie. Animalele stochează lanțuri de glucoză în polizaharidul glicogen, care poate stoca multă energie.
Glucoza poate fi, de asemenea, conectată în șiruri lungi de monosaharide pentru a forma polizaharide care se aseamănă cu fibrele. Plantele produc de obicei acest lucru sub formă de celuloză. Celuloza este una dintre cele mai abundente molecule de pe planetă și, dacă am putea să o cântărim pe toată deodată, ar cântări milioane de tone. Fiecare plantă folosește celuloza pentru a înconjura fiecare celulă, creând pereți celulari rigizi care ajută plantele să stea în picioare și să rămână turgescente. Fără capacitatea monosacaridelor de a se combina în aceste lanțuri lungi, plantele ar fi plate și ghemuite.
Fructoza
Deși aproape identică cu glucoza, fructoza este o moleculă ușor diferită. Formula ((CH2O)6) este aceeași, dar structura este mult diferită. Mai jos este o imagine a fructozei:
Observați că, în loc ca grupul carbonil să fie la sfârșitul moleculei, ca în cazul glucozei, acesta este al doilea carbon în jos. Acest lucru face ca fructoza să fie o cetoză, în loc de o aldoză. Ca și glucoza, fructoza are în continuare 6 atomi de carbon, fiecare cu o grupare hidroxil atașată. Cu toate acestea, deoarece oxigenul cu dublă legătură din fructoză se află într-un loc diferit, se formează un inel cu o formă ușor diferită. În natură, acest lucru face o mare diferență în modul în care este procesat zahărul. Majoritatea reacțiilor din celule sunt catalizate de enzime specifice. Monozaharidele cu forme diferite au nevoie fiecare de o enzimă specifică pentru a fi descompuse.
Fructoza, deoarece este o monosacaridă, poate fi combinată cu alte monosacaride pentru a forma oligozaharide. O dizaharidă foarte frecventă produsă de plante este zaharoza. Zaharoza este formată dintr-o moleculă de fructoză conectată la o moleculă de glucoză printr-o legătură glicozidică.
Galactoza
Galactoza este o monosacaridă produsă în multe organisme, în special la mamifere. Mamiferele folosesc galactoza în lapte, pentru a da energie urmașilor lor. Galactoza este combinată cu glucoza pentru a forma dizaharidul lactoză. Legăturile din lactoză dețin o cantitate mare de energie, iar mamiferele nou-născute creează enzime speciale pentru a rupe aceste legături. Odată ce sunt înțărcați din laptele mamei, enzimele care descompun lactoza în monosacaridele glucoză și galactoză se pierd.
Omul, fiind singura specie de mamifere care consumă lapte la vârsta adultă, a dezvoltat câteva funcții enzimatice interesante. La populațiile care beau mult lapte, majoritatea adulților sunt capabili să digere lactoza în cea mai mare parte a vieții lor. La populațiile care nu beau lapte după ce au fost înțărcați, intoleranța la lactoză afectează aproape întreaga populație. Deși monosacaridele ar putea fi descompuse individual, molecula lactoză nu mai poate fi digerată. Simptomele intoleranței la lactoză (crampe abdominale și diaree) sunt cauzate de toxinele produse de bacteriile din intestin care digeră lactoza în exces. Toxinele și excesul de nutrienți pe care acestea îl creează au crescut cantitatea totală de soluturi din intestine, făcându-le să rețină mai multă apă pentru a menține un pH stabil.
- Disaccharide – Două monosacaride conectate printr-o legătură glicozidică.
- Oligozaharide – 3-20 de monosacaride conectate prin legături glicozidice, utilizate de obicei pentru a muta monosacaridele și a le stoca pentru perioade scurte de timp.
- Polizaharide – Mai multe (20+) monosaharide, de obicei conectate în lanțuri lungi, folosite pentru depozitare sau suport structural.
- Carbohidrați – Zaharuri și amidon, toate realizate din monosaharide.
Quiz
1. Sucraloza, un îndulcitor artificial obișnuit, are o formă asemănătoare cu zaharoza, un zahăr produs de plante. Cu toate acestea, în loc de grupe hidroxil (OH) legate de toți carbonații, sucraloza are în structura sa câțiva atomi de clor (Cl). Studiile au arătat că, în timp ce majoritatea sucralozei consumate a trecut printr-o persoană, 2-8% din ea este metabolizată. De ce ar putea acest lucru să reprezinte o problemă pentru persoana care digeră sucraloza?
A. Nu furnizează la fel de multe calorii ca zaharoza.
B. Fără grupele hidroxil, organismul nu poate funcționa.
C. Enzimele organismului nu sunt adaptate pentru a metaboliza sucraloza.
2. Un aminoacid este o moleculă singulară care poate fi adăugată într-un lanț pentru a crea o proteină. Un aminoacid nu este un carbohidrat. Care dintre următorii termeni descriu un aminoacid?
A. Monomer
B. Monosaccharide
C. Polimer
3. După cum s-a menționat, monozaharidele care constau din mai mult de 5 atomi de carbon au adesea tendința de a forma inele în natură. Interacțiunea care le determină să formeze inele se datorează forțelor moleculelor polare de apă care acționează asupra monosacaridelor. Dacă monosacaridele sunt plasate într-o soluție nepolară, ce vor forma?
A. Spirale
B. Molecule liniare
C. Inele
.