Monosaxaridlar

Monosaxaridlar (yunoncha monos-bitta, saxar-shakar), oddiy shakar deb ham ataladi, shakarning eng oddiy shakli va barcha uglevodlar hosil boʻlgan eng asosiy birligi (monomerlar).

Ular odatda rangsiz, suvda eriydigan kristall qattiq moddalardir. Ularning nomidan farqli oʻlaroq, faqat baʼzi monosaxaridlar shirin taʼmga ega. Monosaxaridlar CnH2nOn formulasiga ega.

Monosaxaridlarga glyukoza, fruktoza va galaktozalar kiradi. Monosaxaridlar, disaxaridlar (masalan, saxaroza va laktoza) va polisaxaridlarning (sellyuloza va kraxmal) asosi hisoblanadi. Xalq tilida ishlatiladigan shakarining oʻzi ikki monosaxarid D-glyukoza va D-fruktozaning har birining bir molekulasini oʻz ichiga olgan disaxarid, saxaroza hisoblanadi. Gidroksil guruhini qoʻllab-quvvatlaydigan har bir uglerod atomi bir xil kimyoviy formulaga ega boʻlib, bir qancha izomerik shakllarni keltirib chiqaradi. Masalan, galaktoza va glyukoza ikkalasi ham aldogeksozalardir, ammo ular turli xil fizik tuzilmalarga va kimyoviy xususiyatlarga ega.

Monosaxarid glyukoza metabolizmda hal qiluvchi rol oʻynaydi, u yerda kimyoviy energiya glikoliz va limon kislotasiga aylanishi orqali tirik organizmlarni energiya bilan taʼminlashi uchun olinadi.

 Tuzilishi va nomenklaturasi 
Bir nechta istisnolardan tashqari (masalan, deoksiriboza), monosaxaridlar quyidagi kimyoviy formulaga ega. (CH2O)x, bu yerda anʼanaviy ravishda x≥3. Monosaxaridlarni tarkibidagi uglerod atomlarining x soniga koʻra tasniflash mumkin. Trioza (3), tetroza (4), pentoza (5), geksoza (6), geptoza (7) va boshqalar.

Energiya manbai sifatida kraxmal, glikogen va sellyuloza sintezi uchun ishlatiladigan glyukoza geksoza hisoblanadi. Riboza va deoksiriboza (mos ravishda RNK va DNKda) pentoza shakarlaridir. Geptozlar ketozlar va manogeptozalarni oʻz ichiga oladi. Sakkiz yoki undan ortiq uglerodli monosaxaridlar kamdan-kam kuzatiladi, chunki ular juda beqaror. Suvli eritmalarda monosaxaridlar boʻlsa, halqa shaklida boʻladi.

Oddiy monosaxaridlar bitta karbonil (C=O) funktsional guruhi va qolgan uglerod atomlarining har birida bitta gidroksil (OH) guruhiga ega boʻlgan chiziqli va tarmoqlanmagan uglerod skeletiga ega. Shuning uchun oddiy monosaxaridning molekulyar tuzilishi H (CHOH)n (C=O)(CHOH)mH shaklida yozish mumkin, bunda n+1+m=x, shuning uchun uning elementar formulasi CxH2xOx boʻladi.

Anʼanaga koʻra, uglerod atomlari C=O guruhiga eng yaqin boʻlgan uchidan boshlab,1 dan x gacha raqamlangan. Monosaxaridlar uglevodlarning eng oddiy birligi va shakarning eng oddiy shaklidir.

Agar karbonil 1-pozitsiyada boʻlsa, molekulasi H (C=O) — formil guruhidan boshlanadi va texnik jihatdan aldegiddir. Bunday holda, birikma aldoz deb ataladi. Aks holda, molekula keton guruhiga ega, ikki uglerod orasida karbonil −(C=O)− keyin u rasmiy ravishda keton boʻlib, ketoz deb ataladi. Biologik ahamiyatga ega ketozlar odatda 2-pozitsiyada karbonilga ega.

Yuqoridagi turli tasniflarni birlashtirib, natijada „aldogeksoza“ va „ketotrioz“ kabi nomlari hosil qilish mumkin.

Ochiq zanjirli monosaxaridlar uchun umumiy nomenklatura yunoncha prefiksni birlashtirib, uglerodlar sonini (tri-, tetr-, pent-, hex- va boshqalar) aldozalar uchun „-ose“ va „-uloza“ qoʻshimchalari bilan ifodalaydi. Ikkinchi holda, agar karbonil 2-pozitsiyada boʻlmasa, uning pozitsiyasi raqamli infiks bilan koʻrsatiladi. Demak, masalan, H (C=O)(CHOH)4H pentoza, H (CHOH)(C=O)(CHOH)3H pentuloza va H (CHOH)2 (C=O)(CHOH)2H 3-pentuloza hisoblanadi.

 Ochiq zanjirli stereoizomerlar 
Ekvivalent molekulyar grafiklarga ega boʻlgan ikkita monosaxarid (bir xil zanjir uzunligi va bir xil karbonil pozitsiyasi) hali ham aniq stereoizomerlar boʻlishi mumkin, ularning molekulalari fazoviy yoʻnalishda farqlanadi. Bu faqat molekulada stereogen markaz, xususan, uglerod atomi boʻlsa sodir boʻladi. Ushbu toʻrtta bogʻlanish kosmosdagi ikkita konfiguratsiyadan istalganiga ega boʻlishi mumkin, ular qoʻli bilan ajralib turadi. Oddiy ochiq zanjirli monosaxaridda zanjirning birinchi va oxirgi atomlari (ketozlarda) keto guruhi bilan farq qiladi.

Masalan, triketoza H (CHOH)(C=O)(CHOH)H (glitseron, dihidroksiaseton) sterogen markazga ega emas va shuning uchun bitta stereoizomer sifatida mavjud. Boshqa trioza H (C=O)(CHOH)2H (glitseraldegid) aldozasi bitta uglerodga ega, markaziy -H, -OH, -C (OH)H guruhlari bilan bogʻlangan va −(C=O)H. Shuning uchun u molekulalari bir-birining oyna tasviri (chap va oʻng qoʻlqop kabi) boʻlgan ikkita stereoizomer sifatida mavjud. Toʻrt yoki undan ortiq uglerodli monosaxaridlar bir nechta chiral uglerodlarni oʻz ichiga olishi mumkin, shuning uchun ular odatda ikkitadan ortiq stereoizomerlarga ega. Xuddi shu diagrammaga ega boʻlgan aniq stereoizomerlar soni 2c bilan chegaralangan, bu yerda c-chiral uglerodlarning umumiy soni.

Fisher proyeksiyasi asiklik monosaxaridning skelet formulasini chizishning sistematik usuli boʻlib, har bir uglerodning qoʻllanish qobiliyati yaxshi aniqlanadi. Oddiy ochiq zanjirli monosaxaridning har bir stereoizomeri gidroksillarini Fisher diagrammasidagi pozitsiyalari (oʻng yoki chap) bilan aniqlash mumkin.

Koʻpgina stereoizomerlari Fisher proektsiyasida ikkita oyna tasvir izomeri barcha gidroksillarning joylashuvini oʻngdan chapga yaʼni teskari boʻlishi bilan farqlanadi. Koʻzgu tasvir izomerlari boʻlmagan muhitda kimyoviy jihatdan bir xil boʻladi, odatda tabiatda juda boshqacha biokimyoviy xususiyatlarga va hodisalarga ega.

Koʻpgina stereoizomerlar juft-juft koʻzgu tasvir shakllarida joylashishi mumkin boʻlsa-da, ularning oyna tasvirlari bilan bir xil stereoizomerlar mavjud. Bu molekulyar grafik simmetrik boʻlganda sodir boʻladi, chunki 3-ketopentoz H (CHOH)2 (CO) (CHOH)2 H va ikkala yarmi bir-birining oyna tasviri. Bunday holda, aks ettirish yarim burilish aylanishiga teng. Shu sababli, molekulada ikkita chiral uglerod boʻlsa ham, faqat uchta aniq 3-ketopentoza stereoizomerlari mavjud.

Alohida muhitda boʻlmagan stereoizomerlar ham turli xil kimyoviy xususiyatlarga ega boʻladi. Shuning uchun har bir jufti va har bir stereoizomerlarga oʻziga xos monosaxarid nomi berish mumkin. Misol uchun, aldogeksozada 16 ta alohida stereoizomer mavjud, ammo „glyukoza“ nomi aldogeksozalarning oʻziga xos juftligini anglatadi. Fisher proyeksiyasida glyukozaning ikkita izomeridan birida gidroksil C3 da chapda, C4 va C5 da oʻngda, boshqa izomer esa teskari naqshga ega. Ushbu oʻziga xos monosaxarid nomlari glyukoza uchun „Glu“ va treoza uchun „Thr“ kabi anʼanaviy uch harfli qisqartmalarga ega.

Odatda, n ta assimetrik uglerodli monosaxarid 2n ta stereoizomerga ega. Aldoz monosaxarid uchun ochiq zanjirli stereoizomerlar soni bir xil uzunlikdagi ketoz monosaxaridnikiga qaraganda bitta kattaroqdir. Har bir ketoza 2(n −3) stereoizomerga ega boʻladi, bunda n>2 uglerodlar soni. Har bir aldozda 2(n −2) stereoizomer boʻladi, bunda n>2 uglerodlar soni. Ular, shuningdek, assimetrik yoki chiral uglerod atomlarida -OH va -H guruhlari turlicha joylashishga ega boʻlgan epimerlar deb ham ataladi.

 Monosaxaridlarning konfiguratsiyasi 
Koʻpgina molekulalar singari, glitseraldegidning ikkita izomeri, hatto eritmada ham, u orqali oʻtayotganda chiziqli qutblangan yorugʻlikning polarizatsiya yoʻnalishini asta-sekin aylantiradi. Ikki stereoizomer aylanish tuygʻusiga koʻra D va L prefikslari bilan aniqlanadi.
link=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/06/DL-Glucose.svg/300px-DL-Glucose.svg.png|right|thumb|300x300px|D va L glyukoza
D va L prefikslari boshqa monosaxaridlar bilan ham bir-birining oyna tasviri boʻlgan, ikkita maxsus stereoizomerlarni ajratish uchun ishlatiladi. Shu maqsadda C=O guruhidan eng uzoqda joylashgan uglerod atomi koʻrib chiqiladi. Uning toʻrtta atomi H, OH, C (OH)H molekulaning qolgan qismiga ulanishi kerak. Agar molekula fazoda toʻrtta guruhning yoʻnalishi, D-gliseraldegidning C2 dagi analog guruhlariga mos kelishi uchun, izomer D-prefiksini oladi. Aks holda, u L-prefiksi boʻladi.

Fisher proektsiyasida D va L prefikslari pastdagi ikkinchi uglerod atomidagi konfiguratsiyani belgilaydi. D agar gidroksil oʻng tomonda boʻlsa L chap tomonda boʻladi.

D va L prefikslari polarizatsiyalangan yorugʻlikni, aylanish yoʻnalishini koʻrsatmaydi, balki barcha markazlarni tartibga solib kombinatsiyalanadi. Biroq, ikkita enantiomer yorugʻlikni har doim bir xil miqdorda qarama-qarshi yoʻnalishga aylantiradi.

 Monosaxaridlarning aylanishi (gemiatsetal hosil boʻlishi) 
Monosaxarid koʻpincha siklik (ochiq zanjirli) shakldan siklik shaklga, karbonil guruhi va bir xil molekula gidroksillaridan biri oʻrtasida nukleofil qoʻshilish reaksiyasi orqali oʻtadi. Reaksiya bitta kislorod atomi bilan yopilgan uglerod atomlari halqasini hosil qiladi. Olingan molekulaning chiziqli shakli ketoza boʻlganiga qarab, reaksiya osongina teskari boʻlib qoladi va dastlabki ochiq zanjirli shaklni beradi.

Ushbu siklik shakllarda halqa odatda besh yoki olti atomga ega. Bu shakllar furanozlar va piranozlar deb ataladi. Furan va piranga oʻxshab, bir xil uglerod-kislorod halqasiga ega boʻlgan eng oddiy birikmalar. Masalan, aldogeksoza glyukozadagi 1-ugleroddagi aldegid guruhi va 4-ugleroddagi gidroksil oʻrtasida yarimatsetal bogʻlanish hosil qilib, glyukofuranoza deb atalib, 5 halqali molekulani hosil qilishi mumkin. Xuddi shu reaksiya birinchi va beshinchi uglerodlar orasida sodir boʻlib, glyukopiranoza deb ataladi va halqali molekula hosil qilishi mumkin. Kamdan-kam uchraydigan yetti atomli halqali siklik shakllar geptozlar deb ataladi.
center|thumb|500x500px| D-glyukozaning furanoz, siklik va piranoz shakllari oʻrtasidagi konversiya.
center|thumb|500x500px| Ayrim pentoza qandlarining piranoz shakllari
center|thumb|500x500px| Ayrim geksoza qandlarining piranoz shakllari
Koʻpgina monosaxaridlar uchun qattiq holatdagi eritmalarda siklik shakllar ustunlik qiladi, shuning uchun ochiq va yopiq zanjirli izomerlar uchun odatda bir xil nom ishlatiladi. Masalan, „glyukoza“ atamasi glyukofuranoza yoki glyukopiranoza, ochiq zanjirli shakl yoki uchtasining aralashmasini anglatishi mumkin.

Siklizatsiya karbonili uglerodda yangi stereogen markazini yaratadi. Karbonil kislorodining oʻrnini bosuvchi −OH guruhi halqaning oʻrta tekisligiga nisbatan ikki xil holatda boʻlishi mumkin. Shunday qilib, har bir ochiq zanjirli monosaxarid ikkita siklik izomerni beradi, a va b prefikslari bilan belgilanadi. Molekula bu ikki shakl oʻrtasida mutarotatsiya deb ataladigan jarayon orqali oʻzgarishi mumkin, bu halqa hosil qilish reaksiyasining teskari aylanishidan keyingi jarayon, boshqa halqa hosil boʻlishidan iborat.

 Xavort proyeksiyasi 
Monosaxaridlarning siklik stereokimyoviy tuzilishini quyidagi formula orqali ifodalanish mumkin. Ushbu diagrammada D-aldogeksozaning piranoz shakli uchun a-izomer, uglerod atomlari, tekisligi ostidagi anomerik uglerodning -OH ga ega, b-izomer esa tekislik ustidagi anomerik uglerodning -OH ga ega. Piranozlar stul konformatsiyasini qabul qiladi. Ushbu konformatsiyada a-izomer eksenel holatda anomerik uglerodning −OH qiymatiga ega boʻladi, b-izomer esa ekvator holatida anomerik uglerodning −OH ga ega boʻladi.

 Hosilalari 
Koʻp sonli biologik muhim modifikatsiyalangan monosaxaridlar mavjud.

 Amino shakarlar, masalan.
 galaktozamin
 glyukozamin
 sial kislotasi
 N-atsetilglyukozamin
 Sulfozagarlar, masalan.
 sulfoquinovoza
 Boshqalar, masalan.
 askorbin kislotasi
 mannitol
 glyukuron kislotasi

 Yana qarang 

 Monosaxaridlar nomenklaturasi
 Shakarni kamaytirish
 Shakar kislotasi
 Shakar spirti

 

 

 Makmeri, Jon. Organik kimyo. 7-nashr. Belmont, Kaliforniya: Tomson Bruks/Koul, 2008-yil. Chop etish.

 

 Uglevodlar nomenklaturasi

Turkum:Monosaxaridlar