Carbohydrates
Woo-Sik Jeong
Carbohydrates
• 식물 건조물의 90% 이상
• Human energy sources, providing 70-80% of the calories in the hum an diet worldwide
• 미국인은 총칼로리의 37% 를 지방에서 섭취
• 일반적 조성 Cx(H2O)y
• 천연 당질 중 이 포뮬러를 따르지 않는 것도 많음
• 대부분의 천연 탄수화물은 단당류 (monosaccharides) 의 oligomers (ol igosaccharides) 또는 polymers (polysaccharides) 로 존재
• 단당류란 가수분해에 의해 더 낮은 분자량의 탄수화물로 분해될 수 없는 것들 (simple sugar)
• 단당류는 통상적으로 sugars( 당 ) 으로 언급됨
• 그러나 Table sugar (sucrose) 는 단당이 아님
Monosaccharides
• Chiral carbon atoms ( 부제탄소원자 ) or asymmetric carbon ( 비대칭탄소원자 ) : 2 개의 다른 공간배열로 존재할 수 있음 , 4 개의 다른 그룹이 공유결합
• 겹치지 않는 거울상 대칭
• D-glucose
- 가장 풍부한 탄수화물 , 가장 풍부한 유기화합물 ( 결합형 포함 ) - polyalcohol, aldehyde
- aldose (ald: aldehyde, -ose: sugar)
Monosaccharides의 분류
탄소원자수 carbonyl그룹의 종류 aldehyde ketone 3 triose triulose
4 tetrose tetrulose
5 pentose pentulose
6 hexose hexulose
7 heptoe heptulose
8 octose octulose
9 nonose nonulose
Monosaccharides
• D-glucose
- 열린 수직의 직쇄로 표현할 경우 (open-chain) : CHO 를 맨 위 , 1 차알콜은 맨아래에 표 시
- 4 개의 chiral carbon atoms (c-2, c-3, c-4, c-5) - 천연 glucose 는 D form
- mirror image: L form
- 각 chiral carbon 당 1 개의 거울상 24=16개의 이성체 (8 D & 8 L)
- 마지막 chiral carbon 의 -OH 방향에 따라 D or L 결정 (D: -OH 가 오른쪽 , L: -OH 가 왼쪽 )
- Fisher projection: open chain structure (Fisher 투영식 ) ( 쇄상구조 )
- 6 carbon sugars including D-glucose are called hexose 가장 흔한 aldose
aldehyde 를 가진 aldose -> aldohexose 라고도 불림
C-2 C-3 C-4 C-5 C-6 C-1
Fisher Projection of D-Aldose
공통점 찾기 ~
Triose Tetrose
Pentose
Hexose
D-glycerose
Monosaccharides
• L-sugars
- 자연계에서 D- 형보다 훨씬 적음
- 식품 중 중요한 L- 형 단당 : L-arabinose, L-galatose ( 다당류의 구성성분 )
L-arabinose L-galactose
Monosaccharides
• Ketose
- Ket : keto group, -ose : sugar
- Fructose
- sucrose ( 설탕 , disaccharide) 의 한 unit - 벌꿀의 40%
- 3 chiral carbon atoms - 23=8 개의 배열
- 천연식품에서 유일하게 유리형으로 발견되는 ketose cf) D-glucose in case of aldose
Ketoses
Monosaccharide Isomerization
- 같은 수의 탄소원자를 보유한 aldose 와 ketose 는 서로 isomer ( 이성체 ) - hexose, hexulose 의 실험식 : C6H12O6
- carbonyl group 과 인접한 hydroxyl group 이 관여 - 염기 또는 효소에 의해 이성질화 가능
Monosaccharide Isomerization
H OH HO H
H OH H OH CH2OH H O
OH HO H
H OH H OH CH2OH H O
base:
OH HO H
H OH H OH CH2OH H O
HO H HO H H OH H OH CH2OH H O
H+
epimer
OH HO H
H OH H OH CH2OH H O
HOH
OH HO H
H OH H OH CH2OH H OH
OH
O HO H H OH H OH CH2OH H OH
O HO H
H OH H OH CH2OH H OH HOH
O HO H H OH H OH CH2OH H OH
D-fructose D-glucose enolate
D-glucose
Monosaccharide Ring Forms ( 환상구조 )
- Aldehyde의 carbonyl group 은 reactive, HO- 의 산소원자와 결합 , hemiacetal 생성 - hemiacetal 의 HO- 는 알코올의 HO- 와 축합반응하여 acetal 생성
- Ketone의 carbonyl group 역시 유사하게 반응
- 결과적인 6 탄당의 고리를 pyranose ring 이라 함 (Haworth projection)
Haworth projection α-
β-
Monosaccharide Ring Forms ( 환상구조 )
- pyranose ring은 평면상태가 아님
- chair conformation ( 의자형 구조 ); C-2, C-3, C-5 and O 는 같은 평면 , C-4 up, C-1 down
α-D-glucopyranose
β-D-glucopyranose
Pyranose and furanose
- D-glucose의 변환
- pyranose: 6-membered ring - furanose: 5-membered ring
α-D-glucopyranose β-D-glucopyranose
α-D-glucofuranose β-D-glucofuranose
aldehydo-D-glucose
Glycosides ( 배당체 )
- hemiacetal 결합으로 인한 – OH 는 reactive 하여 다른 OH 기를 가진 화합물과 반응하여 et her 결합 -> 생성된 화합물 glycoside
- aglycone : 배당체의 비당질 부분 - glucose: glucoside
galactose: galactoside
rhamnose: rhamnoside, etc
