KETOZY: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, PRZYKŁADY - BIOLOGIA - 2025

Ketoza jest terminem używanym do określenia monosacharydów, które zawierają co najmniej jedną grupę „ketonową” w swojej strukturze cząsteczkowej, to znaczy grupę określaną jako RC (= O) R ', która reprezentuje najbardziej utlenioną grupę funkcyjną cząsteczkę.

Monosacharydy to najprostsze cukry. Na ogół są to związki stałe, krystaliczne i bezbarwne; mają przeważnie słodki smak i są dobrze rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w niepolarnych rozpuszczalnikach.

Niektóre znane ketony (źródło: http://www.bionova.org.es/biocast/tema07.htm przez Wikimedia Commons)

Strukturalnie rzecz biorąc, większość monosacharydów występujących w przyrodzie występuje w jednej z dwóch form: aldozy lub ketozy; które są cząsteczkami, które wyróżniają się obecnością odpowiednio grupy aldehydowej lub grupy „keto”.

Najczęstszymi przykładami cukrów ketozowych są między innymi dihydroksyaceton, erytruloza, ksyluloza i rybuloza, fruktoza, sorboza lub izomaltuloza.

cechy

Podobnie jak w przypadku większości monosacharydów, ketozy to cząsteczki zbudowane z atomów węgla, wodoru i tlenu połączonych ze sobą pojedynczymi nierozgałęzionymi wiązaniami.

W ich „otwartej” konfiguracji łańcucha, ogólną cechą charakterystyczną wszystkich monosacharydów jest to, że mają one atom węgla podwójnie związany z atomem tlenu, tworząc grupę karbonylową.

Struktura dihydroacetonu, najprostszej ketozy (źródło: Emeldir via Wikimedia Commons)

Ketozy różnią się od innych blisko spokrewnionych monosacharydów, aldoz (które mają grupę aldehydową, R-HC = O) tym, że grupa karbonylowa nie znajduje się na końcu łańcucha węglowego, ale może znajdować się w dowolnej innej pozycji monosacharydu, więc tworzy grupę „keto”, znaną również jako RC (= O) R '.

Generalną zasadą jest, że najprostszymi monosacharydami są „triozy”, czyli te cukry, które mają tylko trzy atomy węgla. Tak więc najprostszą ketozą, jaką można znaleźć w przyrodzie, jest dihydroksyaceton ketotriozy.

Nomenklatura

W zależności od liczby atomów węgla ketozami mogą być:

- Ketotriozy: ketozy z trzema atomami węgla, takie jak dihydroksyaceton.

- Ketotetroza: ketozy z 4 atomami węgla, takie jak erytruloza.

- Ketopentozy: ketozy z pięcioma atomami węgla, takie jak rybuloza.

- Ketoheksozy: ketozy z sześcioma atomami węgla, takie jak fruktoza.

- Ketoheptozy: ketozy z siedmioma atomami węgla, takie jak sedoheptuloza.

Formy D i L.

Z wyjątkiem dihydroksyacetonu, wszystkie monosacharydy (aldozy lub ketozy) posiadają jeden lub więcej „asymetrycznych” centrów ”węgla lub atomów. Zatem można je znaleźć w dwóch formach lub izomerach, które są „optycznie czynne” i nazywane są enancjomerami, które są nienakładającymi się stereoizomerami (odbiciami lustrzanymi).

Projekcja Fishera dla sedoheptulose, a ketoheptose (Źródło: Yikrazuul via Wikimedia Commons)

Te dwie możliwe formy są zatem konwencjonalnie znane jako izomery D- i L-, a ilość tych enancjomerów, które posiada cząsteczka monosacharydu, zależy od liczby centrów chiralności lub atomów węgla (n), to znaczy, że każdy monosacharyd posiada 2 do mocy n stereoizomerów.

Formy α i β, ketofuranoza i ketopiran

W roztworze wodnym ketozy zawierające 5 lub więcej atomów węgla (również aldozy) występują jako struktury cykliczne lub pierścieniowe, w których grupa karbonylowa jest kowalencyjnie związana z atomem tlenu pewnej grupy hydroksylowej w łańcuchu węglowym, która tworzy związek pochodny znany jako „hemiketal”.

Półmetale charakteryzują się obecnością dodatkowego asymetrycznego atomu węgla, tak że dla każdej ketozy mogą występować dwa dodatkowe stereoizomery, znane greckimi literami α i β, które nazywane są anomerami.

Ponadto ketozy można znaleźć w cyklicznych formach 5 lub 6 atomów węgla, które są znane odpowiednio jako ketofuranoza i ketopiranoza.

cechy

Najczęstszymi monosacharydami w przyrodzie są heksozy, aldoheksozy lub ketoheksozy. Ważnym przykładem ketoheksozy jest fruktoza, która jest podstawowym składnikiem diety wielu zwierząt, owadów, grzybów i bakterii, gdyż występuje głównie w owocach, miodzie i warzywach.

Sacharoza, który jest cukrem spożywanym codziennie przez człowieka, jest disacharydem składającym się z cząsteczki fruktozy i innej cząsteczki glukozy.

Porównanie struktury dwóch cukrów heksozowych: glukozy (aldoheksoza) i fruktozy (ketoheksozy) (źródło: Prokaryote2 za Wikimedia Commons)

Ponieważ może wystąpić znaczna część izomeryzacji między fruktozą i glukozą, ta ketoheksoza jest bardzo ważna z komórkowego punktu widzenia metabolizmu, ponieważ glukoza jest jednym z głównych substratów wykorzystywanych przez komórki do pozyskiwania energii w postaci ATP.

W kontekście strukturalnym ketozy są również niezbędne, ponieważ niektóre ketopentozy działają jako pośrednicy lub prekursory w syntezie cukrów wykorzystywanych w szkieletach węglowych kwasów nukleinowych, które są obecne we wszystkich żywych istotach i są cząsteczkami zawierającymi ich Informacja genetyczna.

Przykłady

Fruktoza, jak już wspomniano, jest prawdopodobnie najbardziej reprezentatywnym przykładem cukrów ketozowych, ponieważ występuje niezwykle często w tkankach roślinnych i wielu przygotowywanych przez nas produktach spożywczych, które spożywamy codziennie.

Istnieją jednak inne ważne ketony, które mają pewne znaczenie z przemysłowego punktu widzenia, ponieważ są łatwe i niedrogie do uzyskania. Ponadto, podobnie jak pozostałe znane monosacharydy, są one związkami wielofunkcyjnymi, polarnymi i rozpuszczalnymi w wodzie, co oznacza, że ​​mogą podlegać wielu przemianom chemicznym.

Wśród tych monosacharydów są:

L-sorboza

Jest to ketoheksoza, która jest 5-epimerem fruktozy. Ta ketoza jest półproduktem w przemysłowej produkcji witaminy C z glukozy.

Izomaltuloza

To disacharyd będący produktem bakteryjnej fermentacji sacharozy (złożonej z glukozy i fruktozy). Jego znaczenie przemysłowe wiąże się z możliwością konwersji do D-mannitolu lub „izomaltu”, szeroko stosowanego w gastronomii.

Laktuloza

Ta ketoza jest otrzymywana jako „produkt uboczny” przemysłu mleczarskiego i może być sztucznie przekształcona w N-acetylaktozaminę, która jest disacharydem obecnym w wielu biologicznie ważnych oligosacharydach. Ponadto jest dostępny w handlu jako osmotyczny środek przeczyszczający zwany „laevulac”.

Bibliografia

1. Finch, P. (red.). (2013). Węglowodany: struktury, syntezy i dynamika. Springer Science & Business Media.
2. Mathews, CK, Van Holde, KE i Ahern, KG (2000). Biochemia. Dodaj. Wesley Longman, San Francisco.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL i Cox, MM (2008). Zasady Lehningera biochemii. Macmillan.
4. Ouellette, RJ i Rawn, JD (2014). Chemia organiczna: struktura, mechanizm i synteza. Elsevier.
5. Stenesh, J. (1989). Słownik biochemii i biologii molekularnej. John Wiley.
6. Stick, RV i Williams, S. (2010). Węglowodany: podstawowe cząsteczki życia. Elsevier.