أحادي السكاريد

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق .الرجاء المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. ابحث عن المصادر:  "Monosaccharide" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( يوليو 2009 )( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة ) تسلط هذه المقالة الضوء فقط على جانب متخصص واحد من الموضوع .من فضلك ساعد في تحسين هذه المقالة بإضافة معلومات عامة ومناقشتها في صفحة المناقشة . ( سبتمبر 2013 ) تبدو هذه المقالة وكأنها كتاب مدرسي .يرجى تحسين هذه المقالة لجعلها محايدة في لهجتها وتلبية معايير الجودة في ويكيبيديا . ( ابريل 2020 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

السكريات الأحادية (من اليونانية monos : مفرد، sacchar : سكر)، وتسمى أيضًا السكريات البسيطة ، هي أبسط أشكال السكر والوحدات الأساسية ( المونومرات ) التي تُبنى منها جميع الكربوهيدرات .

إنها عادة ما تكون مواد صلبة عضوية عديمة اللون وقابلة للذوبان في الماء ومتبلورة . وعلى عكس اسمها (السكريات)، فإن بعض السكريات الأحادية فقط لها طعم حلو . معظم السكريات الأحادية لها الصيغة (CH ₂ O) _x (على الرغم من أن ليست كل الجزيئات التي لها هذه الصيغة هي سكريات أحادية).

تشمل أمثلة السكريات الأحادية الجلوكوز (الديكستروز) والفركتوز (الليفولوز) والجلاكتوز. السكريات الأحادية هي اللبنات الأساسية للسكريات الثنائية (مثل السكروز واللاكتوز والمالتوز ) والسكريات المتعددة ( مثل السليلوز والنشا ) . السكر المستخدم في اللغة العامية اليومية هو في حد ذاته سكروز ثنائي السكاريد يتكون من جزيء واحد من كل من السكريات الأحادية D- الجلوكوز و D- الفركتوز . ^[1]

كل ذرة كربون تدعم مجموعة هيدروكسيل تكون كيرالية ، باستثناء تلك الموجودة في نهاية السلسلة. وهذا يؤدي إلى ظهور عدد من الأشكال المتماثلة ، وكلها لها نفس الصيغة الكيميائية. على سبيل المثال، الجلاكتوز والجلوكوز كلاهما ألدوهكسوز ، لكن لهما هياكل فيزيائية وخصائص كيميائية مختلفة.

يلعب الجلوكوز أحادي السكاريد دورًا محوريًا في عملية التمثيل الغذائي ، حيث يتم استخراج الطاقة الكيميائية من خلال تحلل الجلوكوز ودورة حمض الستريك لتوفير الطاقة للكائنات الحية. المالتوز هو مكثف تجفيف جزيئين من الجلوكوز.

باستثناءات قليلة (على سبيل المثال، ديوكسي ريبوز )، تحتوي السكريات الأحادية على الصيغة الكيميائية التالية : (CH ₂ O) _x ، حيث تقليديا x ≥ 3. يمكن تصنيف السكريات الأحادية حسب عدد ذرات الكربون التي تحتوي عليها: ثلاثي الأكسيد (3)، رباعي الأكسيد (4)، بنتوز (5)، هكسوز (6)، هيبتوز (7)، وهكذا.

الجلوكوز، المستخدم كمصدر للطاقة ولتخليق النشا والجليكوجين والسليلوز، هو سداسي السكاريد. الريبوز والديوكسي ريبوز (في الحمض النووي الريبي والحمض النووي على التوالي) هما سكريات خماسية السكاريد. تشمل أمثلة الهبتوس الكيتوز والمانوهيبتولوز والسيدوهيبتولوز . نادرًا ما تُلاحظ السكريات الأحادية التي تحتوي على ثماني ذرات كربون أو أكثر لأنها غير مستقرة تمامًا. في المحاليل المائية توجد السكريات الأحادية على شكل حلقات إذا كانت تحتوي على أكثر من أربع ذرات كربون.

تحتوي السكريات الأحادية البسيطة على هيكل كربوني خطي وغير متفرع مع مجموعة وظيفية واحدة من ذرة الكربونيل (C=O) ، ومجموعة هيدروكسيل واحدة (OH) على كل من ذرات الكربون المتبقية . لذلك، يمكن كتابة البنية الجزيئية للسكريات الأحادية البسيطة على النحو التالي: H(CHOH) _n (C=O)(CHOH) _m H، حيث n + 1 + m = x ؛ بحيث تكون صيغتها الأولية هي C _x H _{2 x} O _x .

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

إذا كان الكاربونيل في الموضع 1 (أي أن n أو m يساوي صفرًا)، يبدأ الجزيء بمجموعة فورميل H(C=O)− وهو تقنيًا ألدهيد . في هذه الحالة، يُطلق على المركب اسم ألدوز . بخلاف ذلك، يحتوي الجزيء على مجموعة كيتون ، كربونيل −(C=O)− بين ذرتي كربون؛ عندها يكون رسميًا كيتون، ويُطلق عليه اسم كيتوز. عادةً ما يكون للكيتوزات ذات الأهمية البيولوجية الكاربونيل في الموضع 2.

يمكن دمج التصنيفات المختلفة المذكورة أعلاه، مما يؤدي إلى أسماء مثل "ألدوهيكسوز" و"كيتوتريوز".

تجمع تسمية أكثر عمومية للسكريات الأحادية مفتوحة السلسلة بين البادئة اليونانية للإشارة إلى عدد ذرات الكربون (ثلاثي، رباعي، خماسي، سداسي، إلخ) مع اللواحق "-ose" للألدوزات و"-ulose" للكيتوزات. ^[2] في الحالة الأخيرة، إذا لم يكن الكربونيل في الموضع 2، يتم الإشارة إلى موضعه بعد ذلك ببادئة رقمية. على سبيل المثال، H(C=O)(CHOH) _4H هو بنتوز، وH(CHOH)(C=O)(CHOH) _3H هو بنتولوز، وH(CHOH) ₂ (C=O)(CHOH) ₂ H هو بنت-3-أولوز.

قد يظل أحادي السكاريد مع الرسوم البيانية الجزيئية المكافئة (نفس طول السلسلة ونفس موضع الكاربونيل) متماكبين فراغيين متميزين ، تختلف جزيئاتهما في التوجه المكاني. يحدث هذا فقط إذا كان الجزيء يحتوي على مركز فراغي ، وتحديدًا ذرة كربون كيرالية ( متصلة بأربعة هياكل فرعية جزيئية مميزة). يمكن أن يكون لهذه الروابط الأربعة أي من تكوينين في الفضاء يتميزان بميلهما . في أحادي السكاريد المفتوح البسيط، يكون كل كربون كيراليًا باستثناء الذرتين الأولى والأخيرة من السلسلة، و(في الكيتوزيات) الكربون مع مجموعة الكيتو.

على سبيل المثال، لا يحتوي ثلاثي الكيتوز H(CHOH)(C=O)(CHOH)H (الجلسرين، ثنائي هيدروكسي أسيتون ) على مركز فراغي، وبالتالي يوجد كمتماكب فراغي واحد. يحتوي ثلاثي الأيزومرات الآخر، الألدوز H(C=O)(CHOH) _2H ( الجلسرين )، على ذرة كربون كيرالية واحدة - الكربون المركزي، رقم 2 - والتي ترتبط بالمجموعات −H و−OH و−C(OH)H2 _و− (C=O)H. لذلك، فهو موجود كمتماكبين فراغيين تكون جزيئاتهما صورًا معكوسة لبعضهما البعض (مثل القفاز الأيسر والقفاز الأيمن). قد تحتوي السكريات الأحادية التي تحتوي على أربع ذرات كربون أو أكثر على ذرات كربون كيرالية متعددة، لذلك عادةً ما يكون لها أكثر من متماكبين فراغيين. يقتصر عدد المتماكبين الفراغيين المميزين بنفس الرسم البياني على 2 ^c ، حيث c هو العدد الإجمالي لذرات الكربون الكيرالية.

إسقاط فيشر هو طريقة منهجية لرسم الصيغة الهيكلية لسكر أحادي غير حلقي بحيث يتم تحديد يد كل ذرة كربون كيرالية بشكل جيد. يمكن تحديد كل متماكب فراغي لسكر أحادي بسيط مفتوح السلسلة من خلال المواضع (يمينًا أو يسارًا) في مخطط فيشر للهيدروكسيل الكيرالي (الهيدروكسيل المرتبط بالكربونات الكيرالية).

معظم المتماكبات الفراغية هي في حد ذاتها متماكبات كيرالية (مختلفة عن صورها المرآوية). في إسقاط فيشر، يختلف متماكبان ...

في حين يمكن ترتيب معظم المتماكبات الفراغية في أزواج من أشكال الصورة المرآوية، فهناك بعض المتماكبات الفراغية غير الكيرالية التي تكون مطابقة لصورها المرآوية، على الرغم من وجود مراكز كيرالية. يحدث هذا كلما كان الرسم البياني الجزيئي متماثلًا، كما هو الحال في 3-كيتوبنتوز H(CHOH) ₂ (CO)(CHOH) ₂ H، والنصفان عبارة عن صورتين مرآويتين لبعضهما البعض. في هذه الحالة، يكون الانعكاس مكافئًا للدوران نصف دورة. لهذا السبب، لا يوجد سوى ثلاثة متماكبات فراغية مميزة من 3-كيتوبنتوز، على الرغم من أن الجزيء يحتوي على ذرتي كربون كيراليتين.

عادةً ما يكون للمتماكبات الفراغية المميزة التي لا تكون صورًا معكوسة لبعضها البعض خصائص كيميائية مختلفة، حتى في البيئات غير الكيرالية. لذلك، يمكن إعطاء كل زوج مرآوي وكل متماكب فراغي غير كيرالي اسمًا محددًا لأحادي السكاريد . على سبيل المثال، يوجد 16 متماكب فراغي ألدوهكسوز مميز، لكن اسم "جلوكوز" يعني زوجًا محددًا من متماكبات ألدوهكسوز ذات الصور المعكوسة. في إسقاط فيشر، يحتوي أحد متماكبي الجلوكوز على الهيدروكسيل على اليسار في C3، وعلى اليمين في C4 وC5؛ بينما يحتوي المتماكب الآخر على النمط المعكوس. تحتوي أسماء أحاديات السكاريد المحددة هذه على اختصارات تقليدية مكونة من ثلاثة أحرف، مثل "Glu" للجلوكوز و"Thr" للثريوز .

بشكل عام، يحتوي أحادي السكاريد الذي يحتوي على n ذرة كربون غير متماثلة على 2 ⁿ متماكب فراغي. يكون عدد المتماكب الفراغي ذي السلسلة المفتوحة لأحادي السكاريد الألدوز أكبر بمقدار واحد من عدد المتماكب الفراغي لأحادي السكاريد الكيتوني بنفس الطول. سيكون لكل كيتوز متماكب فراغي ^{( n −3)} حيث n > 2 هو عدد ذرات الكربون. سيكون لكل ألدوز متماكب فراغي ^{( n −2)} حيث n > 2 هو عدد ذرات الكربون. يشار إليها أيضًا باسم المتماكب الفراغي الذي له ترتيب مختلف لمجموعات −OH و−H عند ذرات الكربون غير المتماثلة أو الكيرالية (هذا لا ينطبق على ذرات الكربون التي تحتوي على المجموعة الوظيفية الكاربونيل).

مثل العديد من الجزيئات الكيرالية، فإن المتماكبين الفراغيين للغليسرالدهيد سوف يدوران تدريجيًا في اتجاه استقطاب الضوء المستقطب خطيًا أثناء مروره من خلاله، حتى في المحلول. يتم تحديد المتماكبين الفراغيين بالبادئتين D - و L -، وفقًا لمعنى الدوران: D - غليسرالدهيد هو يمين (يدور محور الاستقطاب في اتجاه عقارب الساعة)، بينما L - غليسرالدهيد هو يسار (يدور عكس اتجاه عقارب الساعة).

تُستخدم البادئتان D - و L - أيضًا مع أحاديات السكاريد الأخرى، للتمييز بين متزامرين فراغيين معينين يكونان صورتين متطابقتين لبعضهما البعض. لهذا الغرض، يجب أن نأخذ في الاعتبار الكربون الكيرالي الأبعد عن المجموعة C=O. يجب أن ترتبط 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 اتجاهات المجموعات التناظرية في C2 لـ D -glyceraldehyde، فإن المتزامر يتلقى البادئة D -. وإلا فإنه يتلقى البادئة L -.

في إسقاط فيشر، تحدد البادئتان 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 البادئتين D و L لا تشيران إلى اتجاه دوران الضوء المستقطب، وهو تأثير مشترك للترتيب في جميع المراكز الكيرالية. ومع ذلك، فإن المتماثلين الضوئيين سوف يدوران الضوء دائمًا في اتجاهين متعاكسين، بنفس المقدار. انظر أيضًا نظام D/L .

غالبًا ما يتحول أحادي السكاريد من الشكل غير الحلقي (السلسلة المفتوحة) إلى الشكل الحلقي ، من خلال تفاعل إضافة نوكليوفيلي بين مجموعة الكربونيل وواحدة من مجموعات الهيدروكسيل لنفس الجزيء. يخلق التفاعل حلقة من ذرات الكربون مغلقة بواسطة ذرة أكسجين جسرية واحدة . يحتوي الجزيء الناتج على مجموعة نصف أسيتال أو نصف كيتال ، اعتمادًا على ما إذا كان الشكل الخطي ألدوز أو كيتوز. يمكن عكس التفاعل بسهولة، مما ينتج عنه الشكل الأصلي للسلسلة المفتوحة.

في هذه الأشكال الدورية، تحتوي الحلقة عادةً على خمس أو ست ذرات. تسمى هذه الأشكال بالفورانوز والبيرانوز ، على التوالي - قياسًا على الفوران والبيران ، أبسط المركبات التي لها نفس حلقة الكربون والأكسجين (على الرغم من أنها تفتقر إلى الروابط المزدوجة لهاتين الجزيئين). على سبيل المثال، قد يشكل الجلوكوز الألدهيد ارتباطًا نصف أسيتال بين مجموعة الألدهيد على الكربون 1 والهيدروكسيل على الكربون 4، مما ينتج عنه جزيء بحلقة مكونة من 5 أعضاء، تسمى جلوكوفورانوز . يمكن أن يحدث نفس التفاعل بين الكربون 1 و 5 لتكوين جزيء بحلقة مكونة من 6 أعضاء ، تسمى جلوكوبيرانوز . تسمى الأشكال الدورية ذات الحلقة المكونة من سبع ذرات (مثل أوكسيبان )، والتي نادرًا ما توجد، بالهبتوز .

بالنسبة للعديد من السكريات الأحادية (بما في ذلك الجلوكوز)، تسود الأشكال الحلقية، في الحالة الصلبة وفي المحاليل، وبالتالي يتم استخدام نفس الاسم بشكل شائع للمتزامرات ذات السلسلة المفتوحة والمغلقة. على سبيل المثال، قد يشير مصطلح "جلوكوز" إلى جلوكوفورانوز أو جلوكوبيرانوز أو الشكل ذي السلسلة المفتوحة أو مزيج من الثلاثة.

يؤدي التكوُّن الحلقي إلى إنشاء مركز فراغي جديد عند الكربون الحامل للكربونيل. وقد تنتهي المجموعة −OH التي تحل محل أكسجين الكربونيل في موضعين متميزين بالنسبة للمستوى الأوسط للحلقة. وبالتالي، ينتج عن كل أحادي السكاريد مفتوح السلسلة متزامرين حلقيين ( أنوميرين )، يُشار إليهما بالبادئات α- وβ-. ويمكن للجزيء أن يتغير بين هذين الشكلين من خلال عملية تسمى الدوران الطفري ، والتي تتكون من عكس تفاعل تكوين الحلقة متبوعًا بتكوين حلقة أخرى. ^[3]

يمكن تمثيل التركيب الكيميائي الفراغي للسكريات الأحادية الحلقية في إسقاط هاورث . في هذا الرسم التخطيطي، يحتوي أيزومر ألفا لشكل البيرانوز من ألدوهكسوز D على −OH للكربون الأنوميري أسفل مستوى ذرات الكربون، بينما يحتوي أيزومر بيتا على −OH للكربون الأنوميري فوق المستوى. عادةً ما يتبنى البيرانوز تكوينًا كرسيًا، مشابهًا لتكوين الهكسان الحلقي . في هذا التكوين، يحتوي أيزومر ألفا على −OH للكربون الأنوميري في وضع محوري، بينما يحتوي أيزومر بيتا على −OH للكربون الأنوميري في وضع استوائي (مع مراعاة سكريات ألدوهكسوز D ). ^[4]

• 
  ألفا- د -جلوكوبيرانوز
• 
  β- D- جلوكوبيرانوز

يوجد عدد كبير من السكريات الأحادية المعدلة ذات الأهمية البيولوجية:

• السكريات الأمينية مثل:
  • الجلاكتوزامين
  • الجلوكوزامين
  • حمض السياليك
  • ن -أسيتيل الجلوكوزامين
• السكريات الكبريتية مثل:
  • سلفوكوينوفوز
• أخرى مثل:
  • حمض الاسكوربيك
  • مانيتول
  • حمض الجلوكورونيك

• تسمية السكريات الأحادية
• تقليل السكر
• حمض السكر
• كحول السكر

• ماكموري، جون. الكيمياء العضوية. الطبعة السابعة. بلمونت، كاليفورنيا: تومسون بروكس/كول، 2008. مطبوعة.

• تسمية الكربوهيدرات