Karbohydrat

Karbohydrat (l. karbo - kull; hydro - vann) - Kjede eller ring av karbonatomer hvor det er festet hydrogen og oksygen i forholdet 2:1 (CH2O), dobbelt så mange hydrogen som oksygenatomer per molekyl. Opprinnelig trodde man feilaktig at karbohydratene var hydrater av karbon C6(H2O)6, men navnet er opprettholdt. Eksempler på karbohydrater er sukker, stivelse, fruktaner, cellulose, pektin, og hemicellulose. Karbohydrater finnes i alt levende og er organiske molekyler med en karbonyl- gruppe (aldehyd eller keton) og flere hydroksylgrupper.

Til karbohydratene hører også oksiderte og reduserte derivater (uronsyrer, polyalkoholer) og deres estere og etere, samt amino-sukker. Karbohydratene er en viktig del av energimetabolismen, og i plantene finnes karbohydrater i celleveggene og er med å opprettholde styrke i planten. Karbohydrater brukes som lagringsstoff i form av stivelse; og som glykosider for en rekke kjemiske forbindelser i planten. Siden karbohydrater er produktet fra fotosyntesen tjener de som utgangsstoff for alle andre stoffer i planteriket.

Karbohydrater inndeles i grupper ut fra formelen (Cn(H2O)n. De har n-1 hydroksylgrupper og karbonylgruppen er enten et aldehyd (aldose) eller keton (ketose). Oligosakkarider og polysakkarider er monosakkarider bundet sammen med glykosid-bindinger. Glykosidene består av et ikke-sukker molekyl (aglykon) og et monosakkarid eller oligosakkarid. De kan være bundet som N-glykosider (f.eks. nukleosider), O-glykosider (f.eks. flavonoider), eller S- glykosider (f.eks. glukosinolater). Alle karbohydratene har karbonatomer som virker som stereosenter. Stereoformene kan sammenlignes med glyceraldehyd som finnes i enantiomere L- formen med hydroksylgruppen til venstre og D-formen som er den naturlige forekommende enantiomeren (R-(+)-glyceraldehyd eller D-glyceraldehyd) med hydroksylgruppen til høyre i Fischer-projeksjonen (vertikalt med aldehyd-karbonet på toppen). De fleste sukker i planteriket er D-sukker, noe som henger sammen med hvordan de lages, unntatt L-rhamnose og L-arabinose. De vanligste monosakkaridene i planter er i D-form og bestemmes ut fra hvordan hydroksylgruppen er plassert ved det assymetriske karbonatomet med høyest tall. Asymetriske karbonatomer er også optisk aktive og kan dreie planpolarisert lys mot høyre (dextrorotary, d, +) eller til venstre (levoratory, l, -). Vær oppmerksom på at det ikke er noen sammenheng mellom D-form og d-form, slik at D-glukose er d-form, mens D-fruktose er l-form. Når man skriver den kjemiske strukturformelen for et monosakkarid skrives den ofte på en lineær form, men sukker kan danne en fem-karbonring (pyran) eller fire-karbon (furan) lakton-ring. Når man tegner en slik ring skaper dette en hydroksylgruppe på karbon nummer 1 som er assymetrisk og avhengig av hvordan hydroksylgruppen er plassert har man enten a eller b. Stivelse er satt sammen av a-D-glukose, mens cellulose består av b-D-glukose. Stivelse (a-1,4-glukan) og cellulose (b-1,4-glukan) er eksempler på glukaner. Monosakkaridene eksisterer i en syklisk hemiacetal form hvor karbonylgruppen bindes til en av hydroksylgruppene i en intramolekylær nukleofil addisjon. Avhengig av om dette er en 1-4 eller 1-5 bro blir det henholdsvis enten et furan eller et pyran. Vanligvis dannes aldoheksoser pyranose ring og ketoheksoser furanose ring. Ved denne ringdannelsen blir det et nytt stereosenter ved det tidligere karbonylkarbonet. Det kan derved lages to diasteromere, kalt anomere, a og b. Konfigurasjonen er a hvis hemiacetal hydroksylgruppen er på samme side som hydroksylgruppen som bestemmer at det er D-form, b form hvis de på motsatt side. Mer perspektiv form av sukkermolekylet sees i Haworth projeksjon. a-anomeren har hydroksylgruppen ned i Haworth projeksjon (-OH på karbon 1 er i trans posisjon i forhold til -CH2OH) gruppen) og b-anomeren har den opp. I denne projeksjonen blir hydroksymetylgruppen i pyranose over planet for D-form og under planet i L-form. Ringen har også båtform med karbonatom 4 lengst til venstre over ringplanet og karbonatom 1 lengst til venstre under ringplanet med oksygenatomet øverst til høyre i Haworth projeksjon. Glukose i vann gir en blanding av de to anomerene (36% a-D-glukopyranose og 64% b- D-glukopyranose).

Deoksysukkere er spesifikke for DNA. Aldehydgruppen eller ketogruppen på sukker kan være redusert til et alkohol eller oksidert til en karboksylsyre. Man kan derved få sukkeralkoholer som f.eks. sorbitol fra glukose, og mannitol fra mannose. Syreformen av glukose blir glukuronsyre og for glakatose blir syreformen galakturonsyre. Uronsyrer kan binde mye vann og finnes i pektin. Uronsyre dannes ved oksidering av heksose katalysert av en dehydrogenase (eks. D-glukuronsyre, D-galakuronsyre). Polyalkoholer dannes fra reduksjon av karbonylgruppen til et monosakkarid (eks. D-sorbitol, D-mannitol).

Karbohydrater som har en fri aldehydgruppe eller ketogruppe kan under alkaliske betingelser redusere treverdige kopper til toverdig, og kalles derfor reduserende sukker. Aldehyd i aldose kan oksideres til den tilsvarende karboksylsyre (aldonsyre) i reaksjon med Fehling´s reagens (Cu2+ og natriumtartat løst i vann). Utfelling av rødfarget Cu2O angir positivt resultat. Brukes Tollen´s reagens med Ag+ løst i ammoniakkløsning fås et skinnene speil på overflaten av løsningen på positiv reaksjon. Type glykosid-binding avgjør om det blir et reduserende (bare den ene reduserende enden inngår i binding) eller ikke-reduserende sukker (binding mellom begge reduserende ender i de to molekylene som bindes eks. sukrose Det enkleste karbohydratet er et trekarbonsukker (triose) f.eks. glyceraldehyd, som også er et monosakkarid. Et monosakkarid med fire karbonatomer kalles en tetrose (f.eks. D-erytrose-4-fosfat), med fem karboner en pentose (f.eks. D-ribose og D-ribulose (ketose i nukleinsyrer)), seks karbonatomer en heksose (f.eks. D-glukose, D-fruktose, galaktose, mannose), og syv karbonatomer en heptose (f.eks. sedoheptulose). Karbon som bindes til fire forskjellige substituenter og som kan opptre som speilbilder av hverandre kalles asymmetriske karbonatomer og danner sukker som er enantiomere eller stereoisomere. Monosakkarider kan kobles sammen og gi oligosakkarider og disse kalles avhengig av hvor mange monosakkarider som inngår for disakkarider (2), trisakkarider (3), tetrasakkarider (4) osv. Oligosakkarider kan være satt sammen av ulike eller like monosakkarider. Disakkarider lages ved en binding mellom det anomere karbonet og en hydroksylgruppe hvilket som helst sted på det andre sukkeret. En binding mellom karbonatom 1 og karbonatom 4 i det andre sukkeret gir en 1,4-binding, og glykosidbindingen kan enten være a eller b, a i stivelse og b i cellulose. Maltose er et disakkarid som lages ved nedbrytning av stivelse og cellobiose er et disakkarid som dannes ved hydrolyse av cellulose, og begge disse er reduserende sukker.

Monosakkarider

Karbohydrater

Publisert 4. feb. 2011 10:28 - Sist endret 4. feb. 2011 10:28