Monosacharide

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Monosachariden (monosacharosen, monosen) zijn de eenvoudigste koolhydraten. Het betreft aldehyd-alcoholen of keton-alcoholen met drie tot zes koolstofatomen. Suikers met 3 koolstofatomen heten triosen, die met 4, 5 en 6 resp. tetrosen, pentosen en hexosen.

Onderstaand: de Haworthprojecties (ruimtelijke structuurformules) van een viertal van de belangrijkste monosachariden, in ringvorm. De H-atomen tegenover de OH-groepen zijn voor de overzichtelijkheid weggelaten.

Aldose of Ketose[bewerken]

De monomere basissuikers worden gekenmerkt door een lineaire keten van 3, 4, 5, 6 of 7 koolstof atomen die op één na elk een hydroxylgroep dragen. Het overgebleven koolstofatoom vormt een carbonylgroep. Als de carbonylgroep aan het eerste koolstofatoom in de keten zit, spreekt men van een aldose (genoemd naar aldehyde), als één van de andere koolstofatomen de carbonyl draagt spreekt men over een ketose (genoemd naar keton).

Aldose suiker Ketose suiker
Een aldose suiker met 5 koolstofatomen
(aldo-pentose).
Een ketose suiker met 6 koolstofatomen
(keto-hexose).
In de weergave van een suikermolecuul zoals hier getoond (Fischer-projectie) steken de H en OH groepen die in het diagram opzij steken schuin naar voren uit de tekening. Dit dient om het mogelijk te maken dat de stereo-isomeer in het platte vlak kan worden herkend

Stereo-isomeren[bewerken]

Elk van de hydroxyl groepen behalve die aan het einde, en in een ketose ook die aan het begin, kan aan twee zijden van het koolstof atoom worden geplaatst. Twee-aan-twee kunnen de combinaties elkaars spiegelbeeld zijn (Ze zijn elkaars enantiomeer): een van de twee krijgt in de naam het voorvoegsel D- (van het Latijnse dexter, dat rechts betekent), de ander het voorvoegsel L- (van het Latijnse laevo, dat links betekent). De meeste in de natuur voorkomende suikers zijn D-suikers.

D-glucose D-glucose
D-glucose L-glucose
D- en L-glucose zijn elkaars spiegelbeeld. In de D-vorm zit de laatste hydroxyl groep die aan een asymmetrisch koolstofatoom zit (in dit geval nummer 5) aan de rechterkant, in een L-suiker zit die aan de linkerkant. Het patroon van de hydroxyl groepen aan de koolstofatomen 2,3,4 maakt dit molecuul tot glucose.

Buiten de spiegelbeelden ontstaat in elk van de combinaties van hydroxyl posities een verbinding met andere eigenschappen (stereo-isomeren). Als twee suikers slechts verschillen in de positie van één hydroxyl groep, spreekt men over epimeren.

D-mannose D-galactose
D-mannose D-galactose
D-mannose en D-galactose zijn de twee natuurlijk voorkomende epimeren van D-glucose. D-mannose verschilt van D-glucose in de configuratie rond C nummer 2, D-galactose verschilt van D-glucose in de configuratie rond C nummer 4. D-galactose en D-mannose zijn geen epimeren van elkaar: ze verschillen in 2 configuraties.

Aantal koolstofatomen[bewerken]

Een suiker met 3 koolstofatomen wordt triose genoemd, een met 4 tetrose, een met 5 pentose, een met 6 hexose, en een met 7 heptose.

Ringvorm of lineaire keten[bewerken]

De meeste suiker-monomeren kunnen in twee vormen voorkomen: in de open vorm zoals boven beschreven, maar ook in een ringvorm, een zogenaamde halfacetaal voor aldoses of halfketaal voor ketoses. Daarbij is de carbonyl groep opengevouwen en neemt een H atoom over van een koolstofatoom aan de andere kant van de keten. In een oplossing van de monomere suiker kan dit ringsluitingsproces en de ringopening gewoon plaatsvinden (een chemisch evenwicht), daarom worden de open en de gesloten monomeer als twee verschillende isomeren toch vaak met dezelfde naam aangeduid.

Als door de ringsluiting een ring wordt gevormd met 4 koolstofatomen en een zuurstofatoom spreekt men van een furanose (genoemd naar furaan), als de ontstane ring 5 koolstofatomen en een zuurstofatoom heeft spreekt men over een pyranose (genoemd naar pyraan). De naam voor de ringvorm wordt soms samen gebruikt met de aldose/ketose naamgeving voor de plaats van de carbonyl groep: aldo-furanose, aldo-pyranose, keto-furanose en keto-pyranose.

beta-d-glucose beta-d-fructose
Glucose in de pyranose vorm
(glucopyranose, β-vorm)
Fructose in de furanose vorm
(fructofuranose, β-vorm)
Een aantal waterstofatomen zijn hier weggelaten om de structuren leesbaar te houden. Als monomeer wordt ook fructose in de pyranose vorm gevonden, maar in disachariden en polysachariden komt de furanose vorm zoals hier getoond vaak voor.

De ringsluiting maakt van een hydroxyl groep een halfacetaal, en door de carboxy groep wordt een nieuwe hydroxyl groep gevormd; dit heet de anomere hydroxyl groep. Net als bij de andere hydroxylgroepen is er hiervoor de keuze of dit aan de linkerkant of aan de rechterkant gebeurt. Als de hydroxyl groep onder de ring ligt spreekt men van een α anomeer, als de hydroxyl groep boven de ring ligt van een β anomeer. Ook hier weer geldt dat doordat de ring in de oplossing van het monomeer regelmatig opent en weer sluit, de α en β isomeren niet als aparte biologisch actieve stoffen kunnen worden gezien.

alfa-d-glucose alfa-d-fructose
Glucose in de pyranose vorm
(glucopyranose, α-vorm)
Fructose in de furanose vorm
(fructofuranose, α-vorm)
De α-versies van de pyranose en furanose structuren waarvan boven de β-versies al staan. Let op de positie van de OH aan het anomere koolstofatoom: in de β-suikers ligt die boven de ring, en in de α-suikers onder de ring.

Gemodificeerde monomeren[bewerken]

GlcNac, N-acetylglucosamine

Ter hoogte van elk van de hydroxyl groepen kan het suiker-monomeer worden gemodificeerd. Natuurlijk voorkomende modificaties zijn onder andere:

  • het verwijderen van een hydroxyl groep (Een voorbeeld dat in de natuur voorkomt: deoxyribose zoals in DNA).
  • het vervangen van een hydroxyl groep door een aminogroep (voorbeeld: glucosamine), of door een geacetyleerde aminogroep (voorbeeld: N-acetylglucosamine, afgekort GlcNac).
  • het vervangen van de carboxyl groep door nóg een hydroxyl groep (voorbeeld: de zoetstof xylitol gebaseerd op de suiker xylose).