Monosacharid

[right|250px|thumb|Monosacharid α-D-[fruktóza v Haworthovej projekcii.]]
**Monosacharidy** sú jednoduché sacharidy, ktoré môžu vytvárať polymérne zlúčeniny zvané polysacharidy. 

V ich molekulách je niekoľko hydroxylových skupín (funkčných skupín alkoholov) a buď aldehydová alebo ketónová funkčná skupina. Na základe toho sa rozdeľujú na aldózy a ketózy.

Aldózy a ketózy s rovnakým počtom atómov uhlíka v molekule majú rovnaký molekulový vzorec, preto sa používajú na ich zobrazenie štruktúrne vzorce (Tollensova projekcia). V roztoku okrem toho pentózy a vyššie monosacharidy vytvárajú vnútromolekulovú kovalentnú väzbu za vzniku furánového alebo pyránového heterocyklu. Ide o vnútromolekulovú reakciu medzi karbonylovou skupinou a hydroxylovou skupinou na poslednom chirálnom uhlíku molekuly, pričom vzniká *[[hemiacetál]]* alebo *[[hemiketál]]*.

V prírode sú najrozšírenejšie monosacharidy so šiestimi atómami uhlíka (hexózy) glukóza a fruktóza.

## Názvoslovie
Ak chceme vytvoriť kompletný názov monosacharidu, musíme uviesť v názve tieto skutočnosti:
* anomériu (α/β)
* rad (D/L)
* názov monosacharidu (napríklad glukóza)
* typ cyklickej formy (furanozid/pyranozid)

Kompletný názov môže vyzerať napríklad takto: *α-D-glukopyranozid*. Pretože niekedy sú tieto názvy príliš dlhé, hlavne pri pomenovaní oligosacharidov, používamé často pri zápise skratky. Potom názov vyzerá takto: *α-D-glc-p*.

## Význam monosacharidov
Monosacharidy často mávajú sladkú chuť. Za chemickú podstatu vnímanie sladkej chuti je možno považovať zoskupenie -O-CH-CH-OH, ktoré sa okrem niektorých monosacharidov vyskytuje napríklad aj u alkoholu glycerolu, čo je pravdepodobne príčina sladkej chuti.

Rastliny často využívajú monosacharidy, často i sekundárne, k lákaniu hmyzu, napríklad pre opeľovanie, pre roznos semien, ... Sekundárne monosacharidy sú prekurzormi karboxylových kyselín, cukrových alkoholov a glykozidov.

Monosacharidy sú priame produkty fotosyntézy a je v nich nahromadená energia slnečného žiarenia. D-glukóza je teda pre väčšinu organizmov primárnym zdrojom energie.

## Rozdelenie
### Podľa smerovania funkčných skupín
Uhlík susediaci s uhlíkom s primárnou alkoholickou skupinou (`HO-CH<sub>2</sub>-C<sup>*</sup>-`) sa vyznačuje tým, že na každej zo svojich štyroch väzieb má naviazaný iný atóm, alebo inú skupinu atómov. Takýto uhlík sa nazýva *asymetrický* alebo *chirálny*, pretože môže mať dve odlišné konformácie (usporiadanie v priestore), ktorú sú navzájom ako predmet a jeho zrkadlový obraz. Tieto dve konformácie sa nazývajú *stereoizoméry*. Asymetrický uhlík sa vyznačuje takzvanou *optickou aktivitou*, pretože otáča rovinu polarizovaného svetla doľava alebo doprava.

frame|right|L- a D- stereoizomér monosacharidu.
Tieto dve vlastnosti (1. chiralita a 2. optická aktivita) sú súčasťou úplného názvu molekuly sacharidu:
* Sacharid s hydroxylovou skupinou orientovanou vľavo na asymetrickom uhlíku sa označuje ako *L-* (lat. *laevus* - ľavý); jeho zrkadlový stereoizomér sa označuje *D-* (lat. *dexter* - pravý).
* Sacharid otáčajúci rovinu polarizovaného svetla doľava sa označuje znamienkom (−), jeho optický protipól znamienkom (+).
Tetrózy a vyššie monosacharidy majú viac než jeden asymetrický uhlík. Pre ich zaradenie do radu D- alebo L- je rozhodujúci práve uhlík susediaci s uhlíkom s primárnou alkoholickou skupinou.

### Podľa druhu skupín
Monosacharidy sú chemické monooxopolyhydroxy zlúčeniny. Patria medzi ne:
* polyhydroxyaldehydy, takzvané aldózy, ktoré obsahujú aldehydovú skupinu -CHO a niekoľko skupín -OH.
* polyhydroxyketóny, takzvané ketózy, ktoré obsahujú CO skupinu a niekoľko skupín -OH.

### Podľa uhlíkatého reťazca
Základom molekuly sacharidu je uhlíkový reťazec s 3 až 9 atómami uhlíka. Na základe toho rozoznávame:
* triózy (`C-C-C`)
* tetrózy (`C-C-C-C`)
* pentózy (`C-C-C-C-C`)
* hexózy (`C-C-C-C-C-C`)
* heptózy (`C-C-C-C-C-C-C`)
* októzy (`C-C-C-C-C-C-C-C`)
* nonózy (`C-C-C-C-C-C-C-C-C`)

### Furanozidy a pyranozidy
[frame|right|D-[glukóza (D-aldohexóza) tvorí D-glukopyranozid. (Tollensov vzorec)]]
Pri vyšších monosacharidoch, ako sú pentózy a hexózy, reaguje aldehydická alebo ketónová skupina s hydroxy skupinou na opačnom konci molekuly a uzatvára cyklus. Vznikajú tak 5-členné alebo 6-členné heterocyklické zlúčeniny, ktoré môžeme považovať za deriváty furánu alebo pyránu. Takéto sacharidy sa preto nazývajú tiež *[[furanóza|furanozidy]]*, respektíve *[[pyranóza|pyranozidy]]*.

Pri vzniku hemiacetálu alebo hemiketálu sa z aldehydického alebo ketonického uhlíka vytvára ďalšie asymetrické centrum, pretože vzniknutá hydroxylová skupina môže byť orientovaná nad alebo pod rovinu heterocyklu. Pri D-monosacharidoch sa α-forma vyznačuje tým, že jej hemiacetálová (hemiketálová) hydroxyskupina smeruje v Haworthovej projekcii hore, u β-formy je tomu naopak. V závislosti od toho rozoznávame *α-* a *β-* formu sacharidu, ktoré sa opäť odlišujú svojou optickou aktivitou. Molekuly, ktoré sa líšia len svojou *α-* alebo *β-* konformáciou sa nazývajú *anoméry*. Oba anoméry sa líšia svojimi fyzikálnymi vlastnosťami. V roztoku sú prítomné väčšinou oba anoméry.

## Primárne monosacharidy
Medzi primárne monosacharidy, ktoré sú prítomné ako metabolické produkty vo väčšine organizmov patrí iba pomerne malý počet monosacharidov.

; Triózy
: Z trióz sú to D-glyceraldehyd a dihydroxyacetón, ktoré sú súčasťou životne nevyhnutnej glykolytickej dráhy.

; Tetrózy
: Z tetróz sa v organizme bežne vyskytuje iba D-erytróza. Jej forma erytróza-4-fosfát je medziproduktom pri pentózovom cykle, v rastlinách tiež pri Calvinovom cykle, ktorý je súčasťou fotosyntézy.

; Pentózy
: Pre primárny metabolizmus sú dôležité tri pentózy. D-ribóza, zložka kyseliny ribonukleovej a D-2-deoxyribóza, zložka kyseliny deoxyribonuklovej. Okrem týchto dvoch je tiež dôležitá D-ribulóza, jej deriváty sú dôležité pri premenách sacharidov a pri fotosyntéze.

; Hexózy
: Z hexóz sú dôležité D-glukóza (hroznový cukor, dextróza), často sa vyskytujúca v plodoch a D-fruktóza (ovocný cukor, levulóza). Tieto hexózy sú reaktantami glykolýzy a sú často základnou stavebnou jednotkou mnohých oligosacharidov, polysacharidov a glykozidov.

## Sekundárne monosacharidy
Sekundárne monosacharidy sú monosacharidy, ktoré nie sú súčasťou základného metabolizmu väčšiny organizmov a ich prítomnosť nie je pre bunku nevyhnutná.

Význam týchto monosacharidov je veľmi rozmanitý. Môžu tvoriť súčasť niektorých polysacharidov, glykozidov alebo glykolipidov. Aminosacharidy sú súčasťou bunečnej steny baktérií, sacharidy s rozvetveným reťazcom môžu byť súčasťou antibiotík.

Sekundárne monosacharidy tvoria širokú a rozmanitú skupinu látok. Radíme sem:

### Monosacharidy s netypickou konfiguráciou
Do tejto skupiny radíme niekoľko základných monosacharidov, ktoré nie sú súčasťou základných metabolických dráh. Patria sem aj monosacharidy neobvyklej L-rady. Je to hlavne L-arabinóza, D-xylóza, D-manóza, D-galaktóza a D-gulóza.

Tieto monosacharidy sú v organizme syntetizované zvláštnou reakciou zvanou epimerácia, ktorú katalyzujú enzým y zvané epimerázy. Pri epimerácii dochádza ku zmene konfigurácie na jedinom chirálnom uhlíku. Príkladom môžu byť epimerácie na uhlíku C-2 a C-4 glukózy, pri ktorých vzniká D-manóza a D-galaktóza.

### Deoxysacharidy
Je častým javom, že určitý monosacharid je deoxymonosacharidom, ktorý je zároveň O-metylovaný. Radíme sem primárne metabolické D-2-deoxyribózu, ale patrí sem mnoho ďalších sekundárnych metabolických monosacharidov. Zástupcami tejto skupiny sú deoxymonosacharidy L-ramóza, L-fukóza alebo D-digitoxóza.

### Aminomonosacharidy
Aminosacharidy obsahujú na niektej hydroxylovej skupine aminoskupinu. Patrí sem D-glukozamín alebo D-manozamín. Vznikajú z príslušných ketóz po ich reakcii s aminačným činidlom, najčastejšie amoniakom alebo glutamínom. Skratku vytvoríme pridaním písmena N za skratku monosacharidu, napríklad glcN je glukozamín, GalNAc je N-acetylgalaktozamín. D-glukozamín má hlavný biochemický význam. V prírode sa vyskytuje viazaný vo forme polysacharidu chitínu, ktorý je základnou stavebnou jednotkou kostry hmyzu a bunkovej steny húb. Ďalej je tiež zložkou glykolipidov a glykoproteínov.

### Monosacharidy s rozvetveným reťazcom
Niektoré menej typické sacharidy nemajú základný reťazec lineárny, ale rozvetvený. Napríklad D-kladinóza, L-mykaróza, D-apióza, L-streptóza, D-hamamelóza. Tieto monosacharidy sú tvorené dvoma základnými spôsobmi:
* C-metylácia – metylová skupina určitých vetvených monosacharidov, ako napríklad D-kladinózy, L-mykarózy, pochádza z metylovej skupiny metionínu
* prestavba uhlíkatého reťazca – prídavné CH2OH- alebo CHO- skupiny D-apiózy a L-streptózy sú odvodené od tretieho uhlíka glukózy

## Iné projekty