تک‌قندی

تک‌قندی‌ها یا مونوساکاریدها (به انگلیسی: Monosaccharide) زیر واحدهای سازنده کربوهیدرات‌ها هستند و در اصل از آلدئیدها یا کتونهای چند کربنه تشکیل شده‌اند که گروه‌های هیدروکسیل به هر یک از کربنهای آن‌ها متصل شده‌است.
گلوکز، فروکتوز، گالاکتوز، از تک‌قندی‌های شش کربنه یا هگزوزها هستند. ریبوز یکی از تک‌قندی‌های پنج کربنه یا پنتوزها است. تک‌قندی‌ها به آلدوزها، که گروه آلدئیده بر روی اولین کربن دارند، و پنتوز است. تریوزها وتتروزها نیز به ترتیب سه و چهار کربن دارند.
مونوساکاریدها (از واژهٔ یونانی monos به معنی تک و sacchar به معنی قند) بنیادی‌ترین واحدهای تشکیل دهندهٔ کربوهیدرات‌ها هستند. مونوساکاریدها، ساده‌ترین قندها هستند و اغلب بی‌رنگ، محلول در آب و جامد کریستالی می‌باشند. برخی از مونوساکاریدها طعم شیرینی دارند. مثال‌هایی از مونوساکاریدها گلوکز (یا همان دکستروز)، گالاکتوز، مانوز هستند که هر سه دارای ۶ اتم کربن و فرمول C6H12O6 می‌باشند. فروکتوز (لوولوز)، گالاکتوز و زایلوز (گزیلوز) مثال‌های دیگری از مونوساکاریدها هستند. مونوساکاریدها واحدهای سازندهٔ دی ساکاریدها مثل ساکاروز و لاکتوز و پلی ساکاریدها مثل نشاسته و سلولز و گلیکوژن هستند.
با صرف نظر از چند مورد استثنا مثل دئوکسی ریبوز، سایر مونوساکاریدها همگی دارای فرمول شیمیایی Cx(H2O)y هستند؛ که در آن x باسید از ۳ بزرگ‌تر باشد. مونوساکاریدها بر حسب تعداد کربنی که دارند (x) طبقه‌بندی می‌شوند:
مونوساکارید سه کربنه: تریوز
مونوساکارید چهار کربنه: تتروز
مونوساکارید پنج کربنه: پنتوز
مونوساکارید شش کربنه: هگزوز
مونوساکارید هفت کربنه: هپتوز
...
مونوساکاریدهای پنج کربنه به دو دسته DNA(د اکسی ریبوز نوکلییک اسید) و RNA(ریبوز نوکلییک اسید) تقسیم می‌شوند.(ریبوزها مخصوص فقط قندهای ۵ کربنه‌اند اما فرق بین DNA و RNA این است که RNA فرمول C5H10O5 دارد ولی DNA یک اکسیژن کمتر دارد یعنی C5H10O4 است)
مونوساکاریدهای ۶ کربنه به سه دسته گلوکز (قند طبیعی C6H12O6) فرکتوز (قند میوه) و گالاکتوز (قند موجود در ساختار شیر) نیز تقسیم می‌شوند.
برای مثال مونوساکارید گلوکز یک هگزوز است. مثال‌هایی برای هپتوزها عبارتند از: مانوهپتولوز و سودوهپتولوز که هر دو کتوز هستند (یعنی دارای گروه عاملی کتون می‌باشند) مونوساکاریدهای دارای هشت اتم کربن یا بیشتر به ندرت در جانداران دیده می‌شوند چون بسیار ناپایدار هستند.

ساختار خطی مونوساکاریدها

مونوساکاریدهای ساده دارای ساختاری خطی و غیر منشعب هستند. این اسکلت کربنی خطی دارای یک گروه عاملی کربونیل (C=O) و یک گروه عاملی هیدروکسیل (OH-) روی هر کدام از کربن‌های دیگرش هست. در نتیجه فرمول ساختاری یک مونوساکارید ساده را می‌توانیم به شکل H(CHOH)n(C=O)(CHOH)mH بنویسیم؛ که در آن n+1+m =x در نتیجه فرمول شیمیایی آن CxH2xOx خواهد بود.
بر اساس قرار داد، اتم‌های کربن مونوساکاریدها به ترتیب از یک، شماره گذاری می‌شوند. کربن یک، اولین کربن از نزدیک‌ترین انتها به گروه عاملی کربونیل خواهد بود.
اگر کربونیل در موقعیت کربن شماره ۱ باشد (که در این صورت n یا m مساوی صفر است)، این مولکول با یک گروه فرمیل H(C=O)- شروع می‌شود و یک مولکول آلدهید است. این نوع مونوساکارید، آلدوز نامیده می‌شود. در غیر این صورت، منوساکارید یک کتون است و کتوز نامیده می‌شود که در آن دارای یک گروه کتو می‌باشد (کربونیلی که بین دو کربن قرار گرفته‌است) (-(C=O)-). این گروه غالباً در موقعیت کربن شماره ۲ قرار می‌گیرد.
این دو نوع دسته‌بندی (۱: بر اساس تعداد کربن و ۲: بر اساس آلدوز یا کتوز بودن) می‌توانند ترکیب شده و نام‌هایی چون آلدوهگزوز یا کتوتریوز یا ... به وجود آورند.

ایزومرهای فضایی

دو مونوساکارید داری شکل مولکولی یکسان (طول زنجیره کربنی یکسان و جایگاه کربونیل یکسان) ممکن است با هم متفاوت باشند. ایزومرهای فضایی مولکول‌هایی هستند که از لحاظ ویژگی‌هایی که بر شمردیم با هم یکسان هستند ولی از لحاظ جهت‌گیری فضایی با هم متفاوتند. این موضوع زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول دارای یک مرکز ایجاد کنندهٔ ایزومر فضایی باشد. این مرکز تقریباً همیشه یک کربن کایرال (Chira) است یعنی کربنی که با چهار گروه متفاوت پیوند کوالانسی برقرار کرده باشد. در ساختار خطی مونوساکاریدها، در آلدوزها، همهٔ کربن‌ها به جز کربن اول و آخر کایرال هستند. در کتوزها، همهٔ کربن‌ها به جز کربن اول و آخر و کربن دارای گروه کربونیل (که غالباً کربن شماره ۲ است)، کربن کایرال به‌شمار می‌روند.
برای مثال مولکول کتوتریوز (دی هیدروکسی استون) H(CHOH)(C=O)(CHOH)H فاقد کربن کایرال است و در نتیجه هیچ ایزومر فضایی نمی‌تواند داشته باشد به عبارتی دیگر فقط یک مولکول کتوتریوز داریم. یا مثلاً مولکول آلدو تریوز (گلیسرآلدهید) H(C=O)(CHOH)2H یک کربن کایرال دارد که کربن دوم آن است. در نتیجه بر اساس موقعیت H و OH- روی آن کربن می‌تواند دو حالت مختلف (دو ایزومر فضایی) داشته باشد. پس دو مولکول آلدوتریوز داریم. مونو ساکاریدهای دارای بیش از ۳ کربن، کربن کایرال بیشتر و در نتیجه تعداد انواع ایزومرهای فضایی بیشتری می‌توانند داشته باشند. تعداد انواع ایزومرهای فضایی برای یک مولکول خاص، با تعداد کربن‌های کایرال آن را بته دارد و از رابطهٔ 2c به دست می‌آید که در آن c نشان دهندهٔ تعداد کربن کایرال مولکول است. برای مثال گلوکر که یک آلدوهگزوز است دارای ۴ کربن کایرال و لذا ۲۴ یا ۱۶ ایزومر فضایی است. گالاکتوز و مانوز دو مورد از این ایزومرها هستند که هر دو دارای ساختار شیمیایی یکسان ولی جهت گذیری فضایی متفاوتی نسبت به گلوکز می‌باشند.
در بین ایزومرهای فضایی، دو مورد از آن‌ها همیشه با هم تصویر آینه ای هستند به این معنی که کاملاً قرینهٔ هم می‌باشند ولی نمی‌توان آن‌ها را برهم منطبق کرد (مانند دو دست که مشابه هم و تصویر آینه‌ای هم می‌باشند ولی نمی‌توان آن‌ها را برهم منطبق نمود به شکلی که هر دو رو به یک سمت باشند) (تصویر آینه‌ای یک شکل نامتقارن، با خود آن شکل متفاوت است و این دو را هیچ‌گاه نمی‌توان برهم منطبق نمود ولی در مورد اشیای متقارن این اصل صحت ندارد - برای اطلاعات بیشتر مقالهٔ مربوط به ایزومرهای فضایی را مطالعه کنید). دو مولکولی که تصویر آینه‌ای هم هستند را انانتیومر هم گوییم (Enantiomers). و در نامگذاری آن‌ها را بر اساس آخرین کربن کایرال نام‌گذاری می‌کنیم. در مورد مونوساکاریدها برای نام‌گذاری دو مولکول انانتیومر، به آخرین کربن کایرال که همان کرین ماقبل آخر مونو ساکارید است نگاه می‌کنیم. اگر گروه OH- در سمت راست باشد آن را با حرف D و اگر در سمت چپ باشد آن را با حرف L مشخص می‌نماییم. برای مثال در شکل زیر D-گلوکز و انانتیومر آن یعنی L-گلوکز را مشاهده می‌کنید.
توجه به این نکته ضروری است که به جز چند مورد استثنا، تقریباً تمام مونوساکاریدهای موجود در بدن موجودات زنده از نوع D- مونوساکاریدها هستند.

تک قندی ها عوامل احیا کننده هستند

تک قندی هارا می‌توان به وسیلهٔ عوامل اکسیدکننده و نسبتا ملایم، نظیر یون فریک Fe²⁺ یا کوپریک Cu²⁺، اکسید نمود. کربن کربونیل به گروه کربوکسیل اکسیده می‌شود. گلوکز و سایر قندهایی که قادر به احیای یون کوپریک می‌باشند را قندهای احیاء‌کننده می نامند. یون کوپریک گلوکز و برخی قندهای دیگر را به مجموعهٔ پیچیده ای از اسیدهای کربوکسیلیک اکسید می‌کند. این خاصیت اساس واکنش فهلینگ می‌باشد  که یک آزمون نیمه-کمّی برای جستجوی وجود قندهای احیاء‌کننده است که سال‌های زیادی برای جستجو و تعیین مقدار مقادیر افزایش یافتهٔ گلوکز در مبتلایان به دیابت قندی مورد استفاده قرار گرفته‌است . امروزه برای این منظور از روش‌های حساس تری استفاده می‌شود که متکی بر یک آنزیم ثابت شده بر روی نوار آزمایش می‌باشند و فقط نیاز به یک قطره خون دارند.