معلومة

أ 1. تراكيب السكريات الأحادية - علم الأحياء

أ 1. تراكيب السكريات الأحادية - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يمكن تعريف السكريات البسيطة على أنها بولي هيدروكسي ألدهيدات أو كيتونات. الأكثر شيوعًا هي ألدو- وكيتو-تريوز ، تتروس ، بينتوز ، و hexoses. أبسط سكريات 3C هي glyceraldehye و dihydroxyacetone.

الجلوكوز هو سكر مركزي في عملية التمثيل الغذائي. يمكن للسكريات 5 و 6 C الأخرى أن تدور من خلال هجوم نووي داخل الجزيئي لأحد OH على الكربونيل C للألدهيد أو الكيتون. تحدث مثل هذه التفاعلات داخل الجزيئية إذا أمكن تشكيل حلقات مستقرة من 5 أو 6 أعضاء. تسمى الحلقات الناتجة فورانوز (5 أعضاء) أو بيرانوز (6 أعضاء) بناءً على تشابهها مع الفوران وبايران. عند هجوم محبة النواة لتشكيل الحلقة ، يتحول الكربونيل O إلى OH الذي يشير إما أسفل الحلقة (شذوذ) أو فوق الحلقة (ب anomer).

الشكل: تشكيل حلقات السكر والتمثيلات

توجد السكريات الأحادية في المحلول كمخاليط توازن من الأشكال المستقيمة والدائرية. في المحلول ، يكون الجلوكوز (Glc) في الغالب على شكل بيرانوز ، والفركتوز 67٪ بيرانوز و 33٪ فيورانوز ، والريبوز 75٪ فيورانوز و 25٪ بيرانوز. ومع ذلك ، في السكريات ، فإن Glc عبارة عن بيرانوز حصريًا والفركتوز والريبوز عبارة عن فيورانوز.

يمكن استخلاص السكريات في شكل السلسلة المستقيمة إما كإسقاطات فيشر أو كصيغ هيكلية للمنظور.

في إسقاط فيشر ، تشير الروابط العمودية إلى أسفل في مستوى الورقة. من السهل تصور ذلك لجزيئات 3C. لكنها أكثر تعقيدًا بالنسبة للجزيئات الأكبر. بالنسبة لأولئك الذين يرسمون خط إسفين واندفاعة للجزيء. عند تحديد اتجاه OHs على كل C ، قم بتوجيه الإسفين والشرطة في عقلك بحيث تشير ذرات C المجاورة للذرات التي تهمك إلى الأسفل. عند النظر نحو الكربونيل C ، إذا كان OH يشير إلى اليمين في مشروع فيشر ، فيجب أن يشير إلى اليمين في رسم الإسفين والشرطة ، كما هو موضح أدناه لـ D-erthyrose و D-glucose.

الشكل: توجيه مجموعات OH في رسومات إسفين ومتقطعة لسكريات السلسلة المستقيمة البسيطة

يمكن رسم الأشكال الدورية إما على شكل إسقاطات هاوورث ، والتي تُظهر الجزيء على أنه دائري ومستوٍ مع بدائل أعلى أو أسفل الحلقة) أو الأشكال المنحنية الأكثر منطقية (تظهر Glc في الكرسي أو مطابقة القارب ، على سبيل المثال). ب- D-glucopyranose هو الألدوهكسوز الوحيد الذي يمكن استخلاصه بجميع بدائله الضخمة (OH و CH2OH) في المواضع الاستوائية ، وهو ما يفسر على الأرجح انتشاره الواسع في الطبيعة.

  • مطابقة الكرسي والقارب من الهكسان الحلقي (لا يعمل في العديد من المتصفحات)

تعد توقعات Haworth أكثر واقعية من توقعات Fisher ، ولكن يجب أن تكون قادرًا على رسم كلا الهيكلين. بشكل عام ، إذا كان البديل يشير إلى اليمين في هيكل فيشر ، فإنه يشير إلى أسفل في هاوورث. إذا كان يشير إلى اليسار ، فإنه يشير. بشكل عام ، يشير OH على a-anomer لأسفل (النمل لأسفل) بينما على b-anomer يشير (الفراشات لأعلى).

جمول: فيشر لحلقة هياكل الجلوكوز

الشكل: نظرة أكثر صرامة للعلاقة بين شذوذ OH و OH على آخر C حلزوني من السكر.

في إسقاطات Haworth ، فإن المجموعة R الضخمة من الكربون التالي بعد الكربون الذي انخرطت مجموعته OH في ربط nucleop hilic على الكربون الكربوني لتشكيل الحلقة O يتم توجيهها إلى الأعلى إذا كان OH المنخرط في المرفق على الجانب الأيمن في مخطط فيشر للسلسلة المستقيمة (كما في aD-glucopyranose أعلاه عندما تكون مجموعة CH2OH لأعلى) ولكن يتم توجيهها لأسفل إذا كان OH المنخرط في المرفق على الجانب الأيسر في مخطط فيشر للسلسلة المستقيمة (كما في aD-galactofuranose أعلاه عندما تكون مجموعة (CHOH) CH2OH معطلة). لا تزال بقية مجموعات OH تتبع القاعدة البسيطة المتمثلة في أنها إذا كانت تشير إلى اليمين في شكل سلسلة فيشر المستقيمة ، فإنها تشير إلى الأسفل في نموذج هاوورث.

Jmol: تم تحديث b-D-glucopyranose Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)

فيما يلي أكثر السكريات الأحادية شيوعًا (بخلاف غليسرالدهيد وداي هيدروكسي أسيتون) التي تحتاج إلى معرفتها.

الصورة المعكوسة لـ D-Glc هي L-Glc. بالنسبة للسكريات الشائعة ، تشير البادئة D و L إلى مركز عدم التناسق الأبعد عن الألدهيد أو الكيتون. وفقًا للاتفاقية ، ترتبط جميع المراكز اللولبية بـ D- glyceraldehyde ، لذا فإن أيزومرات السكر المرتبطة بـ D-glyceraldehyde في آخر مركز غير متماثل لها هي سكريات D.


السكريات الأحادية

العمود الفقري للسكريات الأحادية الشائعة هي سلاسل كربون غير متفرعة تتراوح من ثلاث إلى سبع ذرات كربون حيث يُعرف أكثرها شيوعًا باسم الجلوكوز. ترتبط ببعضها البعض عن طريق روابط واحدة. عند النظر إلى السكاريد الأحادي في سلسلة مفتوحة ، توجد مجموعة كربونيل حيث تكون إحدى ذرات الكربون مرتبطة بالأكسجين (C = O) وذرات الكربون الأخرى عبارة عن مجموعة هيدروكسيل (C-OH). تنتهي اللاحقة الشائعة لأسماء السكريات الأحادية بـ -ose. تُعرف مجموعة الكربونيل الموجودة في نهاية سلسلة الكربون بمجموعة الألدهيد ويُعرف السكاريد الأحادي باسم ألدوز بينما إذا كانت مجموعة الكاربونيل داخل السلسلة ، فإن أي موضع آخر يطلق عليه مجموعة كيتون الآن والسكار الأحادي هو كيتوز. يشار إلى وجود الألدهيد بالبادئة ألدو- والكيتون له بادئة من a كيتو- (شكل 1).

السكريات الأحادية الشائعة الأخرى التي تحتوي على جزيء سكر واحد فقط هي الفركتوز و زاللاكتوز. لديهم نفس الصيغ الكيميائية مثل الجلوكوز 6ح12ا6) ومع ذلك ، تختلف في صيغتها الهيكلية بسبب الترتيبات المختلفة للمجموعات الوظيفية التي تحيط بذرة الكربون المركزية غير المتماثلة (الشكل 1). تحتوي جميع هذه السكريات الأحادية الثلاثة على أكثر من كربون واحد غير متماثل. يوجد الفركتوز في سكر الفاكهة بينما يوجد الجالاكتوز في سكريات الحليب. السكريات الشائعة المكونة من خمسة كربون (ن = 5 درجة مئوية5ح10ا5) معروفة باسم ريبوز و ديوكسيريبوز وتوجد في العديد من الجزيئات البيولوجية المهمة مثل الحمض النووي الريبي (RNA) و ATP.

انظر الشكل 1 للحصول على رسم توضيحي لهيكل السكريات الأحادية الشائعة:

عدد ذرات الكربون فئة السكريات الأحادية
3 ثلاثي
4 تتروز
5 بنتوز
6 سداسي

السكريات

سكاريدان أحاديان مرتبطان معًا في تفاعل تكثيف يشكلان أ سكر ثنائي. ثنائي السكاريد هو أي كربوهيدرات مكونة من اثنين من السكريات الأحادية التي يتم ربطها تساهميًا بواسطة رابطة O-glyosidic. أثناء تفاعل التكثيف هذا ، تتحد مجموعة هيدروكسيل من أحادي السكاريد مع ذرة هيدروجين أخرى ، مكونة وإطلاق جزيء ماء (الشكل 2). تشمل المركبات السكرية الشائعة اللاكتوز والمالتوز والسكروز. هضم النشا إلى وحدتين من الجلوكوز بواسطة إنزيم الأميليز مالتوز. السكروز هو ثنائي السكاريد وهو سكر النقل الرئيسي في النباتات و اللاكتوز يوجد فقط في حليب الثدييات. (الشكل 3).

الشكل 2 الشكل 2. تشكيل السكاريد ، المالتوز

السكريات الأحادية التركيب الكيميائي والخصائص والأمثلة وتصنيف أمبير

السكريات الأحادية هي الأبسط الكربوهيدرات. هم انهم بولي هيدروكسي الألدهيدات أو الكيتونات مع العمود الفقري الكربون. يتكون العمود الفقري للكربون في السكريات الأحادية عادةً من 3 – 6 ذرات الكربون. أبسط السكريات الأحادية غليسرالدهيد و ثنائي هيدروكسي أسيتون (مع 3 ذرات كربون). أكثر السكريات الأحادية وفرة في الطبيعة هو 6 سكر كربون يسمى الجلوكوز. تتبع غالبية السكريات الأحادية الصيغة التجريبية ج (H2س)ن.

يمكن أن يوجد السكاريد الأحادي الذي يحتوي على خمسة كربون أو أكثر في الغالب كتركيبات دورية في الحالة المائية. جميع السكريات الأحادية هي مواد صلبة بلورية عديمة اللون وقابلة للذوبان في الماء بسهولة ولكنها غير قابلة للذوبان في المذيبات غير القطبية. معظم السكريات الأحادية حلوة المذاق.

التركيب الكيميائي للسكريات الأحادية

Ø جميع السكريات الأحادية عبارة عن بولي هيدروكسي (تحتوي على العديد من مجموعات الهيدروكسيل) الألدهيدات أو الكيتونات.

Ø مجموعات الهيدروكسيل متصلة بالعمود الفقري للكربون.

Ø يختلف عدد ذرات الكربون في العمود الفقري للسكريات الأحادية من 3 إلى 6.

Ø العمود الفقري للكربون للسكريات الأحادية غير ممنوح وذرات الكربون الفردية متصلة بواسطة روابط مفردة.

Ø تصنف السكريات الأحادية على نطاق واسع إلى الدوسس و الكيتوز.

Ø في تشكيل السلسلة المفتوحة للسكريات الأحادية ، ترتبط إحدى ذرات الكربون في العمود الفقري بشكل مزدوج بذرة أكسجين لتشكيل مجموعة الكربونيل (C = O).

Ø إذا كانت مجموعة الكاربونيل في نهاية سلسلة الكربون ، فستكون مجموعة ألدهيد (R - COH) وبالتالي فإن السكر المتكون سيكون سكر الدوز.

Ø وبالمثل ، إذا كانت مجموعة الكاربونيل داخل سلسلة الكربون ، فستكون مجموعة كيتو (C = O) والسكر المتكون سيكون سكر الكيتوز.

Ø بناءً على عدد ذرات الكربون في العمود الفقري ، يمكن أن تكون سكريات الألدوز ألدوتريوز (3 درجة مئوية) ، ألدوتيتروز (4 درجة مئوية) ، ألدوبنتوز (5 درجة مئوية) أو ألدوهكسوز (6 درجة مئوية).

أمثلة على الدوتيتروز (4 سكريات كربون)

أمثلة على Aldopentose (سكريات 5C)

أمثلة على Aldohexoses (6C sugar)

Ø وبالمثل ، بناءً على عدد ذرات الكربون في سكريات الكيتوز ، يمكن أن تكون كيتوتريوز (3 درجة مئوية) ، كيتوتروز (4 درجة مئوية) ، كيتوبنتوز (5 درجات مئوية) وكيتوهكسوز (6 درجة مئوية).

أمثلة على كيتوبنتوز (سكريات كيتوز 5C)

أمثلة على كيتوهكسوز (6C سكريات كيتو)

Ø أبسط سكر في الطبيعة يحتوي على ثلاثة ذرات كربون. (مثال: Glyceraldehyde و Dihydroxyacetone).

Ø غليسرالدهيد هو ألدوتريوز (أبسط سكر ألدوز مع 3 درجات مئوية).

Ø ثنائي هيدروكسي أسيتون هو كيتوتريوز (أبسط سكر كيتوز مع 3 درجات مئوية).

Ø السكريات الهكسوز (مع 6 درجات مئوية) هي السكريات الأحادية الأكثر وفرة في الطبيعة. مثال: الجلوكوز (ألدوهكسوز) والفركتوز (كيتوهكسوز)

تحتوي السكريات الأحادية على مراكز غير متماثلة:

Ø تحتوي جميع السكريات الأحادية باستثناء ثنائي هيدروكسي أسيتون على واحد أو أكثر من المراكز غير المتماثلة (مراكز مراوان).

Ø نظرًا لوجود المراكز اللولبية ، فإن جميع السكريات الأحادية (باستثناء ثنائي هيدروكسي أسيتون) نشطة بصريًا ويمكن أن توجد في العديد من الأشكال المجسمة الأيزومرية.

Ø يحتوي أبسط أحادي السكاريد & # 8211 Glyceraldehyde على مركز مراوان واحد وبالتالي ينتج أيزومرين بصريين.

Ø تم تحديد هذين الأيزومرين البصريين على أنهما D-isomer و L-isomer.

Ø تسمى الأيزومرات D و L في أحادي السكاريد معًا Enantiomers.

Ø لتمثيل أيزومرات D و L لأحادي السكاريد في الورقة ، نستخدم عادةً صيغة الإسقاط فيشر (كما في الرسم البياني).

Ø سكاريد أحادي معنيمكن أن تحتوي المراكز اللولبية على 2 n من الأيزومرات الفراغية.

يحتوي Glyceraldehyde على مركز مراوان واحد ، وبالتالي ينتج 2 1 = 2 أيزومرات.

@ يحتوي الجلوكوز على 4 مراكز مراوية ، وبالتالي ينتج 2 4 = 16 مكوّنًا فراغيًا.

Ø في الكيمياء الحيوية الكلاسيكية ، يتم تقسيم الأيزومرات الفراغية للسكريات الأحادية إلى فئتين بناءً على تكوين المركز اللولبي الأبعد (شكل كربونيل الكربون).

Ø هذه الأيزومرات ذات التكوين في هذا الكربون المرجعي مماثلة لتلك الموجودة في D-glyceraldehyde تم تصنيفها على أنها D-isomers.

Ø وبالمثل ، فإن أولئك الذين لديهم تكوين في هذا الكربون المرجعي مشابه لتكوين L-glyceraldehyde يتم تعيينهم على أنهم L-isomers.

Ø حسب الاصطلاح ، إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل على النقطة المرجعية للكربون على الجانب الأيمن في صيغة Fischer الإسقاط ، فإن السكر هو D-isomer (D-sugar).

Ø وبالمثل ، إذا كانت مجموعة الهيدروكسيل على الجانب الأيسر ، يتم تحديد السكر على أنه L-isomer (L-sugar).

Ø من بين إجمالي الأيزومرات الفراغية في أحادي السكاريد ، سيكون نصفها من أيزومرات D والباقي سيكون L-isomers.

@ في أبسط أنواع السكر glyceraldehyde ، من بين الأيزومرين ، أحدهما على شكل D والآخر هو شكل L.

@ وبالمثل ، يمتلك aldohexose 16 متجاورًا مجسمًا ، من بين هذه 8 ستكون أشكال D و 8 المتبقية ستكون أشكال L.

Ø معظم السداسيات التي تحدث بشكل طبيعي في الطبيعة هي أيزومرات D.

Ø توجد أيزومرات L لبعض السكريات أيضًا في الطبيعة.

Ø مثال: L- أرابينوز هو أحادي السكاريد الذي يحدث بشكل طبيعي.

Ø توجد أيزومرات L أيضًا في مشتقات السكر و glycoconjugates.

Ø يتم ترقيم ذرات الكربون في السكاريد الأحادي من النهاية بالقرب من الكربونيل الكربوني.

Ø كل من الدوهكسوسيات الثمانية التي تختلف في الكيمياء الفراغية في C2 أو C3 أو C4 أو C5 لها أسمائها الخاصة.

Ø على سبيل المثال ، في حالة aldohexose ، تم تسميتها باسم Allose و Altrose و Glucose و Mannose و Gulose و Idose و Galactose و Talose.

Ø كل هذه يمكن أن توجد في كل من الأشكال D و L ، ومع ذلك ، فإن الأشكال D هي السائدة في الطبيعة.

Ø من بين الأشكال الثمانية المذكورة أعلاه من الألدوهكسوز ، D- الجلوكوز ، D- مانوز ، D- الجالاكتوز شائعة في الطبيعة. الباقي نادر أو يمكن إنتاجه بشكل مصطنع.

ما هي Epimers؟

Ø نوعان من السكريات (زوج من السكر) يختلفان فقط في التكوين حول ذرة كربون واحدة epimers.

@ D- الجلوكوز و D- مانوز هي epimers. تختلف فقط في الكيمياء الفراغية لـ C2.

@ وبالمثل ، فإن D-glucose و D-galactose هما epimers. وهي تختلف حول الكيمياء الفراغية لـ C4.

الهيكل الدوري للسكريات الأحادية

Ø السكريات الأحادية التي تحتوي على خمس ذرات كربون أو أكثر تحدث بشكل أساسي في شكل دوري في الحالة المائية.

Ø لتشكيل بنية دورية ، تشكل مجموعة الكاربونيل رابطة تساهمية مع ذرة الأكسجين لمجموعة الهيدروكسيل في السلسلة.

Ø يرجع تكوين بنية الحلقة إلى تفاعل الكحول (مجموعة الهيدروكسيل) ومجموعة الألدهيد (في سكر الألدوز) أو مجموعة كيتو (في سكر الكيتوز).

Ø يؤدي التفاعل بين مجموعة الكحول ومجموعة الألدهيد إلى تكوين مجموعة نصية.

Ø وبالمثل ، يؤدي التفاعل بين مجموعة الكحول والكيتو إلى تكوين مجموعة هيميكيتال.

Ø تكوين البنية الحلقية في السكاريد الأحادي نتيجة تفاعل نصفي أو نصفي معدني يخلق مركزًا لولبيًا إضافيًا (انظر الرسم التخطيطي).

Ø وهكذا ، مع تكوين مركز مراوان جديد ، يمكن للبنية الدورية أيضًا إنتاج شكلين مجسمين حول المركز اللولبي المشكل حديثًا.

Ø تم تعيين هذين الأيزومرين اللذين تم إنشاؤهما حديثًا على أنهما "α" و "β" نماذج.

Ø في حالة الألدوهكسوز ، تسمى المركبات الحلقية المكونة من ستة أعضاء "بيرانوز"لأنه يشبه مركبًا حلقيًا مكونًا من ستة أعضاء يسمى"بيران’.

Ø يمكن أن يشكل الألدوهكسوز أيضًا هياكل حلقية من خمس ذرات.

Ø تسمى الهياكل الحلقية المكونة من خمسة أعضاء "فورانوز"لأنها تشبه بنية حلقة مكونة من خمسة أعضاء تسمى"فوران’.

Ø الهياكل الحلقية المكونة من ستة أعضاء أكثر استقرارًا من الحلقات الخماسية وهي أكثر وفرة في الطبيعة.

Ø تسمى الأشكال المتساوية للسكريات الأحادية التي تختلف فقط في تكوينها في ذرات الكربون نصفي أو نصف المعدن Anomers. مثال α-D- الجلوكوز وبيتا- D- الجلوكوز

Ø تسمى ذرة الكربون النصفية أو النصفية الكربون الأيوني ذرة.

Ø أنومرات "α" و "" للجلوكوز تتحول فيما بينها إلى محلول مائي من خلال عملية تسمى الجفر.

Ø يمكن أن يشكل كيتوهكسوز أيضًا الهياكل الحلقية.

Ø في كيتوهكسوز ، يشكل كاربونيل O الرابطة التساهمية مع C5 (عادةً) أو C6 (نادرًا) لتشكيل فورانوز (عام) أو بيرانوز (نادر) هيكل.

Ø يتم تمثيل الهياكل الحلقية للسكريات الأحادية في ورقة باستخدام صيغة هاوورث المنظور.

Ø التركيب الدوري للسكريات الأحادية ليس مستويًا. يمكنهم افتراض أي من المطابقتين "الكرسي".

Ø يمكن أيضًا استبدال الشكلين عن طريق كسر الروابط التساهمية ولم شملها.

جميع السكريات الأحادية تقلل السكريات

Ø جميع السكريات الأحادية تقليص السكريات.

Ø تسمى جزيئات السكر التي يمكن أن تقلل من أيونات الحديد أو النحاسي بالسكريات المختزلة.

Ø يمكن أن تتأكسد السكريات الأحادية بعوامل مؤكسدة خفيفة مثل أيونات الحديد (Fe 3+) أو النحاسية (Cu 2+).

Ø عند معالجة السكريات الأحادية بهذه الكواشف ، يتأكسد الكربونيل الكربوني (C = O) إلى مجموعة الكربوكسيل (COOH).

مشتقات السكر من السكريات الأحادية

Ø يمكن أن تنتج السكريات الأحادية ، وخاصة السداسي ، مجموعة متنوعة من المركبات تسمى مشتقات السكر عن طريق الدمج مع مجموعات وظيفية أخرى.

Ø في مشتقات السكر ، يتم استبدال مجموعات الهيدروكسيل في العمود الفقري للكربون بمجموعات وظيفية أخرى أو مركبات أخرى.

Ø أمثلة: الجلوكوزامين ، N-acetyl glucosamine ، Muramic acid ، N-acetyl muramic acid

وظائف السكريات الأحادية

Ø تعمل بعض السكريات الأحادية مثل الجلوكوز كوقود للطاقة الأيضية.

Ø السكريات الأحادية هي اللبنات الأساسية للسكريات المعقدة.

Ø جزء من المادة الوراثية (الريبوز في RNA و deoxyribose في DNA).

Ø لتكوين مشتقات السكر: على سبيل المثال - الجلوكوزامين وحمض الموراميك إلخ.

الدراسة دون اتصال بالإنترنت (بدون إنترنت)

الآن انت تستطيع تحميل ال بي دي إف من هذا المنصب بحرية مطلقة !

الرجاء الضغط على رابط التحميل / زر أدناه لحفظ المنشور كملف PDF واحد. سيتم فتح ملف PDF في نافذة جديدة في المتصفح نفسه. انقر بزر الماوس الأيمن على ملف PDF وحدد & # 8216حفظ باسم& # 8216 خيار حفظ الملف على جهاز الكمبيوتر الخاص بك.

لو سمحت شارك ملف PDF مع أصدقائك وأقاربك وطلابك وزملائك & # 8230

راجع الأسئلة

  • 1. اشرح هيكل السكريات الأحادية.
  • 2. التفريق بين الجرعات من الكيتوز بأمثلة
  • 3. اشرح التماثل المجسم في السكريات الأحادية مع الرسوم البيانية المناسبة.
  • 4. ما هي epimers؟ أعط أمثلة
  • 5. التفريق بين الشكلين D و L للجليسرالديهايد مع رسم بياني.
  • 6. شرح تكوين الهياكل الحلقية في السكريات السداسية.
  • 7. ما هي anomers؟ أعط أمثلة
  • 8. التفريق بين أشكال ألفا وبيتا من D-glucopyranose.
  • 9. لماذا تعمل جميع السكريات الأحادية على تقليل السكريات؟
  • 10. اكتب ملاحظة قصيرة عن مشتقات السكر مع أمثلة.
  • 11. ما هي وظائف السكريات الأحادية؟

قد يعجبك ايضا…

@. الكربوهيدرات الجزء 4: السكريات

@. الكربوهيدرات الجزء 5: اقتران الجليكو (البروتينات السكرية والبروتيوغليكان)


محتويات

مع استثناءات قليلة (على سبيل المثال ، deoxyribose) ، تحتوي السكريات الأحادية على هذه الصيغة الكيميائية: (CH2س)xحيث تقليديًا x ≥ 3. يمكن تصنيف السكريات الأحادية من خلال العدد x تحتوي على ذرات الكربون: triose (3) ، tetrose (4) ، pentose (5) ، hexose (6) ، heptose (7) ، وهكذا.

الجلوكوز ، الذي يستخدم كمصدر للطاقة ولتركيب النشا والجليكوجين والسليلوز ، هو مادة سداسية. الريبوز و deoxyribose (في RNA و DNA على التوالي) من السكريات البنتوز. تشمل أمثلة حالات heptoses الكيتوز ، مانوهيبتولوز و sedoheptulose. نادرًا ما يتم ملاحظة السكريات الأحادية التي تحتوي على ثمانية ذرات كربون أو أكثر لأنها غير مستقرة تمامًا. توجد السكريات الأحادية في المحاليل المائية على شكل حلقات إذا كانت تحتوي على أكثر من أربعة ذرات كربون.

تحرير السكريات أحادية السلسلة الخطية

تحتوي السكريات الأحادية البسيطة على هيكل كربوني خطي وغير متفرع مع مجموعة وظيفية واحدة من الكربونيل (C = O) ومجموعة هيدروكسيل واحدة (OH) على كل ذرات الكربون المتبقية. لذلك ، يمكن كتابة التركيب الجزيئي للسكريات الأحادية البسيطة كـ H (CHOH)ن(C = O) (CHOH)مح ، أين ن + 1 + م = x بحيث تكون صيغته الأساسية هي Cxح2xاx.

وفقًا للاتفاقية ، يتم ترقيم ذرات الكربون من 1 إلى x على طول العمود الفقري ، بدءًا من النهاية الأقرب إلى مجموعة C = O. السكريات الأحادية هي أبسط وحدات الكربوهيدرات وأبسط أشكال السكر.

إذا كان الكربونيل في الموضع 1 (أي ، ن أو م هو صفر) ، يبدأ الجزيء بمجموعة فورميل H (C = O) - وهو من الناحية الفنية ألدهيد. في هذه الحالة ، يُطلق على المركب اسم ألدوز. بخلاف ذلك ، يحتوي الجزيء على مجموعة كيتو ، كاربونيل - (C = O) - بين ذرتين من الكربون ، فهو رسميًا كيتون ، ويطلق عليه كيتوز. تحتوي الكيتوزيات ذات الأهمية البيولوجية عادةً على الكربونيل في الموضع 2.

يمكن الجمع بين التصنيفات المذكورة أعلاه ، مما ينتج عنه أسماء مثل "ألدوهكسوز" و "كيتوتريوز".

تجمع التسمية الأكثر عمومية للسكريات الأحادية ذات السلسلة المفتوحة بين بادئة يونانية للإشارة إلى عدد الكربون (ثلاثي ، رباعي ، خماسي ، سداسي ، إلخ) مع اللواحق "-ose" للجرعات و "-ulose" لـ الكيتوز. [3] في الحالة الأخيرة ، إذا لم يكن الكاربونيل في الموضع 2 ، يُشار إلى موضعه بعد ذلك بواسطة ملازمة رقمية. لذلك ، على سبيل المثال ، H (C = O) (CHOH)4H هو بنتوز ، H (CHOH) (C = O) (CHOH)3H هو بنتولوز ، و H (CHOH)2(C = O) (CHOH)2H هو pent-3-ulose.

إيزومرات مجسمة مفتوحة السلسلة تحرير

قد يكون اثنان من السكريات الأحادية مع الرسوم البيانية الجزيئية المكافئة (نفس طول السلسلة ونفس موضع الكربونيل) لا يزالان من الأيزومرات الفراغية المتميزة ، والتي تختلف جزيئاتها في الاتجاه المكاني. يحدث هذا فقط إذا كان الجزيء يحتوي على مركز تجسيمي ، وتحديداً ذرة كربون مراوان (متصلة بأربعة هياكل فرعية جزيئية متميزة). يمكن أن تحتوي هذه الروابط الأربعة على أي من تكوينين في الفضاء يتميزان عن طريق يدهما. في السكاريد الأحادي البسيط ذو السلسلة المفتوحة ، يكون كل كربون حلزونيًا باستثناء الذرات الأولى والأخيرة من السلسلة ، و (في حالة الكيتوز) الكربون مع مجموعة الكيتو.

على سبيل المثال ، لا يحتوي التراكيتوز H (CHOH) (C = O) (CHOH) H (الجلسرين ، ثنائي هيدروكسي أسيتون) على مركز تجسيمي ، وبالتالي يوجد كإيزومر فردي. الثلاثي الآخر ، ألدوز H (C = O) (CHOH)2H (glyceraldehyde) ، يحتوي على كربون مراوان واحد - المركزي ، رقم 2 - المرتبط بمجموعات −H ، −OH ، C (OH) H2و- (C = O) H. لذلك ، فهو موجود على شكل اثنين من الأيزومرات الفراغية التي تكون جزيئاتها صورًا متطابقة لبعضها البعض (مثل القفاز الأيسر والأيمن). قد تحتوي السكريات الأحادية التي تحتوي على أربعة كربون أو أكثر على عدة كربون مراوان ، لذلك عادةً ما تحتوي على أكثر من اثنين من الأيزومرات الفراغية. ويحد عدد الأيزومرات الفراغية المتميزة التي لها نفس الرسم البياني 2 ج ، أين ج هو العدد الإجمالي للكربون اللولبي.

يُعد إسقاط Fischer طريقة منهجية لرسم الصيغة الهيكلية للسكريات الأحادية غير الحلقية بحيث يتم تحديد سهولة استخدام كل كربون حلزوني جيدًا. يمكن التعرف على كل إيزومير مجسم أحادي السكاريد بسيط مفتوح السلسلة من خلال المواضع (يمينًا أو يسارًا) في مخطط فيشر للهيدروكسيل اللولبي (الهيدروكسيل المرتبط بالكربون اللولبي).

معظم الأيزومرات الفراغية هي نفسها مراوان (تختلف عن صور المرآة الخاصة بها). في إسقاط فيشر ، يختلف أيزومران للصورة المرآة عن طريق عكس مواضع كل الهيدروكسيل اللولبي من اليمين إلى اليسار. ايزومرات الصورة المرآة متطابقة كيميائيًا في البيئات غير اللولبية ، ولكن عادةً ما يكون لها خصائص كيميائية حيوية مختلفة جدًا وتحدث في الطبيعة.

في حين أن معظم الأيزومرات الفراغية يمكن ترتيبها في أزواج من أشكال الصورة المرآة ، إلا أن هناك بعض الأيزومرات المجسمة غير اللولبية المتطابقة مع صور المرآة ، على الرغم من وجود مراكز مراوان. يحدث هذا عندما يكون الرسم البياني الجزيئي متماثلًا ، كما هو الحال في 3-ketopentoses H (CHOH)2(CO) (CHOH)2H والنصفان عبارة عن صور معكوسة لبعضهما البعض. في هذه الحالة ، الانعكاس يعادل دوران نصف دورة. لهذا السبب ، لا يوجد سوى ثلاثة إيزومرات مجسمة 3 كيتوبنتوز متميزة ، على الرغم من أن الجزيء يحتوي على كربونين مراوان.

عادة ما يكون للأيزومرات الفراغية المتميزة التي ليست صورًا معكوسة لبعضها البعض خصائص كيميائية مختلفة ، حتى في البيئات غير اللولبية. لذلك ، يمكن إعطاء كل زوج مرآة وكل ستيريو غير مراوان اسمًا محددًا للسكريات الأحادية. على سبيل المثال ، هناك 16 متسقًا مميزًا من الأيزومرات الفراغية ، ولكن اسم "الجلوكوز" يعني زوجًا معينًا من صورة المرآة ألدوهكسوز. في إسقاط Fischer ، يحتوي أحد أيزومرات الجلوكوز على الهيدروكسيل على اليسار على C3 ، وعلى اليمين على C4 و C5 بينما يحتوي الأيزومر الآخر على النمط المعكوس. تحتوي أسماء السكريات الأحادية المحددة هذه على اختصارات تقليدية مكونة من ثلاثة أحرف ، مثل "Glu" للجلوكوز و "Thr" لـ threose.

عموما ، أحادي السكاريد مع ن يحتوي الكربون غير المتماثل على 2 ن الأيزومرات الفراغية. يكون عدد الأيزومرات الفراغية ذات السلسلة المفتوحة للسكريات الأحادية الألدوز أكبر بمقدار واحد من عدد السكاريد الأحادي الكيتوز الذي له نفس الطول. سيكون لكل كيتوز 2 (ن−3) الأيزومرات الفراغية حيث ن & gt 2 هو عدد الكربون. سيحتوي كل جرعة على 2 (ن−2) الأيزومرات الفراغية حيث ن & gt 2 هو عدد الكربون. يشار إلى هذه أيضًا باسم epimers التي لها ترتيب مختلف لمجموعات −OH و H في ذرات الكربون غير المتماثلة أو اللولبية (لا ينطبق هذا على تلك الكربونات التي تحتوي على مجموعة الكربونيل الوظيفية).

تكوين تحرير السكريات الأحادية

مثل العديد من الجزيئات اللولبية ، فإن الإيزومرين الفراغيين للجليسيرالدهيد سوف يدوران تدريجيًا اتجاه الاستقطاب للضوء المستقطب خطيًا أثناء مروره عبره ، حتى في المحلول. يتم التعرف على اثنين من الأيزومرات الفراغية مع البادئات D - و L - ، وفقًا لإحساس الدوران: D -glyceraldehyde هو dextrorotatory (يدور محور الاستقطاب في اتجاه عقارب الساعة) ، بينما L -glyceraldehyde هو levorotatory (يدور عكس اتجاه عقارب الساعة).

تُستخدم البادئات D - و L - أيضًا مع السكريات الأحادية الأخرى ، لتمييز اثنين من الأيزومرات الفراغية المعينة التي تمثل صورًا متطابقة لبعضها البعض. لهذا الغرض ، يعتبر المرء الكربون اللولبي الأبعد من مجموعة C = O. يجب أن تتصل روابطه الأربعة بـ −H و −OH و C (OH) H وبقية الجزيء. إذا كان من الممكن تدوير الجزيء في الفضاء بحيث تتطابق اتجاهات تلك المجموعات الأربع مع تلك الخاصة بالمجموعات التناظرية في D -glyceraldehyde's C2 ، فإن الأيزومر يتلقى البادئة D. وإلا فإنه يتلقى البادئة L.

في إسقاط Fischer ، تحدد البادئات D - و L - التكوين عند ذرة الكربون الثانية من الأسفل: D - إذا كان الهيدروكسيل على الجانب الأيمن ، و L - إذا كان على الجانب الأيسر.

لاحظ أن البادئات D - و L - لا تشير إلى اتجاه دوران الضوء المستقطب ، وهو تأثير مشترك للترتيب في جميع المراكز اللولبية. ومع ذلك ، فإن المتماثلان سوف يدوران الضوء دائمًا في اتجاهين متعاكسين ، بنفس المقدار. انظر أيضا نظام D / L.

Cyclisation من السكريات الأحادية تحرير

غالبًا ما يتحول السكاريد الأحادي من الشكل اللاحلقي (السلسلة المفتوحة) إلى الشكل الدوري ، من خلال تفاعل إضافة محب للأنوية بين مجموعة الكربونيل وأحد الهيدروكسيل من نفس الجزيء. يخلق التفاعل حلقة من ذرات الكربون مغلقة بواسطة ذرة أكسجين واحدة. يحتوي الجزيء الناتج على مجموعة نصفية أو نصفية ، اعتمادًا على ما إذا كان الشكل الخطي عبارة عن ألدوز أم كيتوز. يتم عكس التفاعل بسهولة ، مما ينتج عنه الشكل الأصلي للسلسلة المفتوحة.

في هذه الأشكال الدورية ، تحتوي الحلقة عادة على خمس أو ست ذرات. تسمى هذه الأشكال فورانوز وبيرانوز ، على التوالي - عن طريق القياس مع فوران وبايران ، أبسط المركبات التي لها نفس حلقة الكربون والأكسجين (على الرغم من أنها تفتقر إلى الروابط المزدوجة لهذين الجزيئين). على سبيل المثال ، قد يشكل جلوكوز ألدوهكسوز ارتباطًا نصفيًا بين الهيدروكسيل على الكربون 1 والأكسجين الموجود في الكربون 4 ، مما ينتج عنه جزيء بحلقة مكونة من 5 أعضاء ، تسمى جلوكوفورانوز. يمكن أن يحدث نفس التفاعل بين الكربونات 1 و 5 لتكوين جزيء بحلقة مكونة من 6 ذرات ، تسمى جلوكوبيرانوز. تسمى الأشكال الحلقية بحلقة من سبع ذرات (نفس حلقة oxepane) ، نادرًا ما يتم مواجهتها ، باسم heptoses.


الخصائص الفيزيائية

في هذا القسم ، سنناقش الخصائص الفيزيائية الشائعة الموجودة في جميع السكريات الأحادية.

التحلل المائي هو العملية التي يتم فيها تقسيم الجزيء الأكبر إلى جزيئات أصغر باستخدام جزيء الماء. يتم شق الرابطة باستخدام جزيء الماء ويتم إضافة مكونات الهيدروجين والهيدروكسيل إلى الجزيئات الجديدة.

السكريات الأحادية هي أبسط أشكال الكربوهيدرات. لا يمكن تقسيمها إلى مركبات أبسط. لذلك ، لا يخضعون للتحلل المائي.

كما نعلم بالفعل ، تحتوي السكريات الأحادية على مجموعات هيدروكسيل وفيرة في بنيتها. يمكن لمجموعات الهيدروكسيل هذه تكوين روابط هيدروجينية مع جزيئات الماء. بسبب مجموعات الهيدروكسيل الوفيرة هذه ، يمكن أن تذوب جميع السكريات الأحادية في الماء بسهولة بالغة.

السكريات الأحادية حلوة المذاق بسبب التوجه الخاص لمجموعات الهيدروكسيل. يتم ترتيب مجموعات الهيدروكسيل في السكريات الأحادية بطريقة تتفاعل وتنشط المستقبلات الحلوة الموجودة على لساننا. وهذا هو نفس سبب تسميتها بالسكريات.

السكر المختزل هو الذي يمكن أن يعمل كعامل مختزل. يمكنه التبرع بإلكترون وتقليل المركب المتلقي وبالتالي يتأكسد نفسه. لكي يتصرف السكر كعامل مختزل ، يجب أن يحتوي على مجموعة ألدهيدية أو كيتونية حرة بحيث يمكن لذرة الأكسجين من المجموعة الوظيفية الحرة التبرع بالإلكترونات للمركبات المتلقية.

تحتوي جميع السكريات الأحادية على مجموعة ألدهيدية أو كيتونية حرة وبالتالي يمكن أن تتصرف كعامل مختزل. هذا هو السبب في أنها تسمى أيضًا تقليل السكريات.

باستثناء ذرة الكربون الأخيرة والذرة التي هي جزء من المجموعة الوظيفية ، فإن جميع ذرات الكربون الأخرى في السكريات الأحادية مرتبطة بأربع مجموعات مختلفة ، وبالتالي تسمى الكربون اللولبي.

نظرًا لظاهرة ذرات الكربون ، يمكن أن يكون لكل سكاريد هيكلين يمثلان صورًا معكوسة لبعضهما البعض. تُعرف باسم الأيزومرات الفراغية أو المتشابهة.

يشتمل المتماثلان على شكل L وصيغة D. في L-isomer ، يتم ترتيب جميع مجموعات الهيدروكسيل على الجانب الأيسر من ذرات الكربون بينما في D-isomer ، يتم ترتيبها على الجانب الأيمن.

جميع السكريات الأحادية لها متماثلان ، D-isomer و L-isomer. على سبيل المثال ، يوجد الجلوكوز في شكلين ، D- الجلوكوز و L- الجلوكوز. تعتبر D-isomers أكثر شيوعًا في الطبيعة.

هيكل الحلقة

يمكن أن توجد السكريات الأحادية التي تحتوي على أكثر من ثلاث ذرات كربون في شكلين هيكليين ، هيكل مفتوح السلسلة أو غير دائري وحلقة مغلقة أو هيكل دوري.

عندما يتم إذابة السكاريد الأحادي في الماء ، فإنه يخضع لتفاعل محب للعدلات بين مجموعة الكربونيل (C = O) وإحدى مجموعات الهيدروكسيل مما يؤدي إلى تكوين حلقة تتضمن سد ذرة أكسجين.


الكربوهيدرات

ثيودور تي كوزلوفسكي ، ستيفن جي بالاردي ، في فسيولوجيا النباتات الخشبية (الطبعة الثانية) ، 1997

السكريات الأحادية

تشمل السكريات الأحادية السكريات البسيطة ومشتقاتها. إنها وحدات الكربوهيدرات الأساسية التي تتكون منها مركبات أكثر تعقيدًا. تتكون السكريات الأحادية من ذرات الكربون التي ترتبط بها ذرات الهيدروجين ، ومجموعة هيدروكسيل واحدة على الأقل ، وإما مجموعة ألدهيد (RCHO) أو مجموعة كيتون (RCOR). يختلف عدد ذرات الكربون في السكريات الأحادية من ثلاثة إلى ثمانية ، ولكن الأرقام الأكثر شيوعًا هي خمسة (على سبيل المثال ، البنتوز ، C5ح10ا5) وستة (على سبيل المثال ، hexoses ، C6ح12ا6). لا تنتج السكريات الأحادية سكريات ذات وزن جزيئي أصغر في التحلل المائي.

توجد العديد من السكريات البسيطة في النباتات الخشبية ولكن بكميات صغيرة جدًا ، ربما بسبب اندماجها السريع في السكريات. الاستثناءات هي السكريات المكونة من ستة كربون مثل الجلوكوز والفركتوز. يوجد الجلوكوز بكميات كبيرة ، خاصة في بعض الفواكه ، وربما يحدث في كل خلية حية. كما أن الفركتوز شائع ووفير ، على الرغم من أن تركيزه عادة ما يكون أقل من تركيز الجلوكوز. لا يحدث الجلوكوز والفركتوز فقط في الخلايا الحية ولكن أيضًا في نسغ نسيج الخشب لبعض الأشجار مثل القيقب والبتولا (انظر الفصل 3 من Kozlowski and Pallardy ، 1997). تشكل مشتقات الجلوكوز والفركتوز التي تم فسفرتها ، أي التي تحتوي على مجموعات فوسفات مرتبطة بها ، نقطة البداية للعديد من التحولات الأيضية للكربوهيدرات (انظر الشكل 6.20). تحدث بعض السكريات السداسية بشكل رئيسي كبوليمرات على سبيل المثال ، الجالاكتوز والمانوز هما مكونان من الجالاكتان والمانان.

على الرغم من وجود آثار من سكر البنتوز فقط في النباتات ، فإن منتجات التكثيف ، البنتوزان ، هي مكونات مهمة لجدران الخلايا. نادرًا ما توجد سكريات البنتوز أرابينوز وزيلوز مجانًا ولكنها غالبًا ما تكون موجودة كأجزاء من بوليمرات جدار الخلية والعربان والزيلان. كما يوجد ريبوز ، وهو سكر خماسي آخر ، في شكل مركب كمكوِّن لأنزيمات النوكليوتيدات المساعدة مثل ATP و NAD + و NADP + و FAD و coenzyme A. كما تم العثور على الريبوز كجزء من الحمض النووي الريبي (RNA). يحدث Deoxyribose في النيوكليوتيدات التي تشكل حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA).

ترتبط العديد من السكريات الأحادية بدورة كالفين-بنسون لعملية التمثيل الضوئي وفي التحويلة الخماسية البديلة للتنفس (الفصل 6). الجلوكوز هو المركب الرئيسي المنتج في الأول ويعمل كركيزة لهذا الأخير. يتفاعل البنتوز ريبولوز 1،5-ثنائي الفوسفات (RuBP) مع ثاني أكسيد الكربون2 في التمثيل الضوئي. Both cycles, but especially the pentose shunt, are the source of pentoses and many other monosaccharides found as parts of more complex molecules present in plants.


شاهد الفيديو: Biochem Second - dr. Nisreen -- Carbohydrate 1 الجزء الأول (أغسطس 2022).