Monosaharīdi: definīcija, īpašības un piemēri (glikoze, fruktoze)

Uzzini monosaharīdus: definīcija, ķīmiskās un fizikālās īpašības, izomēri un praktiski piemēri — glikoze un fruktoze saprotamā, lietišķā skaidrojumā.

Monosaharīdi ir vienkāršākā ogļhidrātu forma — to vispārīgā formula ir (CH2O)n. Tie sastāv no viena cukura molekulas un parasti ir bezkrāsainas, ūdenī šķīstošas, kristāliskas cietvielas. Dažiem monosaharīdiem ir salda garša, un tie viegli veido šķīdumus vai šķidras fāzes atkarībā no temperatūras un mitruma. Monosaharīdi ir disaharīdu, piemēram, saharozes (parastā cukura) un polisaharīdu (piemēram, celulozes un cietes) pamatelementi.

Klasifikācija un strukturālās īpašības

Monosaharīdus var klasificēt pēc oglekļa atomu skaita (triozes, tetrozes, pentozes, heksozes u. c.) un pēc karbonilgrupas atrašanās vietas:

• Aldozes — satur aldehīda grupu (piem., aldoheksozes, kam pieder glikoze un galaktoze).
• Ketozes — satur ketona grupu (piem., fruktoze kā ketoheksoze).

Katra oglekļa atoma, uz kura atrodas hidroksilgrupa (izņemot karbonilgrupas oglekļus — aldehīda vai ketona oglekli — un galīgos metilolgrupas oglekļus), var būt hirāls, tāpēc monosaharīdiem ir vairākas stereoisomēru formas. Piemēram, gan galaktoze, gan glikoze ir aldoheksozes, bet tām ir atšķirīgas ķīmiskās un fizikālās īpašības. Tāpat pastāv D- un L- konfigurācijas, kas nosaka monosaharīdu optisko aktivitāti un bioloģisko atpazīšanu.

Ringformas, mutarotācija un izomērija

Monosaharīdi bieži cikliskas formās veido četr- vai seščlenu ciklus — furanozes (piecu locekļu gredzens) vai piranozes (sešu locekļu gredzens). Šo ciklizāciju izraisa karbonilgrupas reakcija ar hidroksilgrupu, veidojot hemiacetālu vai hemiketālu. Rūpnieciskos un bioloģiskos apstākļos monosaharīdi var pāriet starp α- un β-anomēriem — šo procesu sauc par mutarotāciju, kas izpaužas kā optiskās rotācijas izmaiņas šķīdumā.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Monosaharīdi:

• ir labi šķīstoši ūdenī dēļ vairākām hidroksilgrupām;
• bieži kristalizējas (piem., d-glikoze kā dekstroze);
• rāda optisko aktivitāti (rotē polaroīdu gaismu);
• daudzi ir saldie — īpaši fruktoze, kas ir saldāka par glikozi;
• ķīmiski var oksidēties (aldosēs) vai reducēties — tāpēc īpaši aldozes darbojas kā reduktori (to pārbaudei izmanto, piemēram, Benedicta vai Fehlinga reakcijas).

Reakcijas un saites

Monosaharīdi var veidot esterus un acetālus/hemiacetālus, reaģēt ar amīn grupām (glicozilācija) un veidot glikozīdsaistes, kas savieno cukura vienības polimeros un oligosaharīdos. Tie ir reduktējošie cukuri — lielākā daļa aldožu, kā arī ketozes, kas tiek tautomerizētas uz aldoskābēm, spēj reducēt metālu jonu kompleksus.

Bioloģiskā nozīme

Monosaharīdi ir vitāli svarīgi enerģijas metabolismā un struktūrvienībās:

• Glikoze ir galvenais šūnu enerģijas avots: tā sākas glikolīzē, tiek oksidēta līdz piruvātam un tālāk metabolizēta šūnu elpošanā.
• Fruktoze atrodama augļos, medū un saharozē; to vielmaiņā ievērojami pārstrādā aknas.
• Riboze ir neatņemama nukleīnskābju (RNA) komponente, bet desoksiriboze (no ribozes atvasinājums) veido DNS karkasu.
• Monosaharīdi ir arī šūnu atpazīšanas molekulu, gļotakšu un gļotu sastāvdaļas, kā arī daudzu kofermentu (piem., NAD, FAD) daļa.

Piemēri: glikoze un fruktoze

Glikoze (dekstroze) ir D-aldoheksoze — kristālisks, ļoti ūdenī šķīstošs cukurs. Tā pastāv α- un β-piranozes formās un ir spēcīgs enerģijas avots šūnās. Glikozes līmenis asinīs (glikēmija) ir kritisks veselības rādītājs.

Fruktoze ir ketoheksoze, saldāka par glikozi un bieži sastopama augļos, medū un dzērienos. Fruktozes metaboliskā ceļa īpatnības aknās nozīmē, ka pārmērīga fruktozes uzņemšana var veicināt lipogenezi un dažkārt saistīta ar veselības riskiem, ja patērēta lielos daudzumos.

Uztura un veselības aspekti

Monosaharīdi ātri nodrošina enerģiju, tādēļ tie ir svarīgi fiziskās aktivitātes laikā. Tomēr pārmērīgs vienkāršo cukuru (īpaši šķidro cukuru un pievienoto fruktozi) patēriņš saistīts ar paaugstinātu aptaukošanās, metaboliskā sindroma un zobu kariesa risku. Kontrolējot kopējo ogļhidrātu un ārējo cukura avotu uzņemšanu, var samazināt šo risku.

Kopsavilkums

Monosaharīdi ir vienkāršākie ogļhidrāti, kas kalpo par pamata enerģijas avotu un celtniecības bloku sarežģītākiem cukuriem un biomolekulām. Tie raksturojas ar stereoisomēriju, vieglu ūdens šķīdību, spēju cikliskas pārvēršanas un dažādu ķīmisku reakciju veikšanā. Pazīstamākie piemēri ir glikoze, fruktoze, galaktoze un riboze, kurām katrai ir specifiskas īpašības un biologiska loma.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir monosaharīdi?

J: Kādas ir dažas monosaharīdu īpašības?

J: Vai vari minēt dažus monosaharīdu piemērus?

J: Kāda ir monosaharīdu loma disaharīdu un polisaharīdu veidošanā?

J: Kāda ir hirālo oglekļa atomu nozīme monosaharīdos?

J: Vai varat minēt piemēru par monosaharīdu izomēru formām?

J: Kas ir aldoheksozes?

Meklēt pēc burta