Biochemie
1 Koolhydraten/sachariden/suikers
1.1 Inleiding
Koolhydraten zijn veel voorkomende verbindingen in de natuur. Het zijn belangrijke bestanddelen
van ons dagelijks voedsel (aardappelen, groenten, fruit…). Sachariden zijn een belangrijke bron van
energie voor planten & dieren.
In planten worden koolhydraten via fotosynthese gesynthetiseerd. Chlorofyl (zonlicht absorberend
pigment) speelt hierbij een belangrijke rol.
Glucose/druivensuiker is de centrale verbinding van suikers, en komt het meest voor in de natuur.
Glucose speelt de hoofdrol in het metabolisme van levende organismen.
Algemene formule voor suikers: (CH2O)n met n >/= 3
Suikers zijn polyhydroxy aldehyden/ketonen, ze bevatten een hydroxylgroep op alle C-atomen,
behalve op 1 want deze bevat het aldehyde of keton.
Indeling van de suikers
Aantal suikereenheden Naam Functie Voorbeeld
1 Monosachariden Energiebron Glucose, fructose
2 Disachariden Energiebron Sucrose, lactose
3 Trisachariden Raffinose
… +/- 10 Oligosachariden
N Polysachariden Opslag van Zetmeel, cellulose
glucosemoleculen
Belangrijke functies
• Energiebron/energieopslag
o Zetmeel: belangrijkste energiereserve bij planten
o Glycogeen: energieopslag op korte termijn bij dierlijke organismen
Glucosespiegel in bloed op peil houden
50% van de calorieopname bij de mens bestaat uit suikers
75% daarvan zijn polysachariden
25% daarvan zijn mono- & disachariden
• Structuurfunctie: componenten in celwanden van micro-organismen & planten
• Ribose & desoxyribose: componenten in RNA & DNA
• Glycoproteïnen & glycolipiden: fungeren als receptoren of komen tussen bij cel-cel
herkenning
1.2 Monosachariden
Monosachariden zijn verbindingen met een vrije of potentieel vrije aldehyde of ketongroep &
minstens 2 alcoholfuncties. Ze kunnen niet meer gehydrolyseerd worden met vorming van kleine
suikereenheden. Elk C-atoom, behalve 1 draagt een hydroxylgroep.
,Carbonylgroep
• Aldehyde = aldose
• Keton = ketose
Indeling op basis van aantal C-atomen in de keten
Aantal C-atomen Naam
3 Triosen
4 Tetrosen
5 Pentosen
6 Hexosen
7 Heptosen
8 Octosen
Van al deze monosachariden bestaan keto - & aldostructuren
• Glyceraldehyde = aldotriose (intermediairen in koolhydraatmetabolisme)
• Dihydroxyaceton = ketotriose (intermediairen in koolhydraatmetabolisme)
• Glucose = aldohexose
• Fructose = ketohexose
• Ribose = aldopentose (belangrijk in nucleïnezuren & polysachariden)
D & L-configuratie bij suikers
Aldosen
Eenvoudigste aldose is glyceraldehyde, het bevat 1 asymmetrisch of
optisch actief C-atoom. Andere aldosen worden opgebouwd door D-Glyceraldehyde L-Glyceraldehyde
opeenvolgende tussenvoeging van H-C-OH groepen tussen carbonylgroep & C-atoom. Elk
bijgevoegd C-atoom is asymmetrisch & verdubbeld het aantal isomeren.
Aldosen Aantal chirale C-atomen Aantal isomeren (2n)
Triosen 1 2
Tetrosen 2 4
Pentosen 3 8
Hexosen 4 16
De helft van deze isomeren behoren tot D-reeks, de andere helft tot de L-reeks.
,Ketosen
Eenvoudigste ketose is dihydroxyaceton, het bevat geen asymmetrisch of optisch C-atoom.
Andere ketosen worden opgebouwd door tussenvoeging van H-C-OH groepen waardoor er
wel een optisch actief C-atoom aanwezig is.
Ketosen Aantal chirale c-atomen Aantal isomeren
Triosen 0 1
Tetrosen 1 2
Pentosen 2 4
Hexosen 3 8
De helft van de isomeren behoort tot de D-reeks, de andere helft tot de L-reeks.
Cyclische structuren
Suikers komen in de natuur vooral voor in de cyclische structuur. De cyclische structuren
kunnen typische eigenschappen van suikers verklaren. Vb. hemiacetal
Hemiacetal wordt gevormd door reactie van een aldehyde met een alcohol.
Als de R & R’ groepen behoren tot 1 C-keten, dan wordt
cyclische hemiacetal gevormd.
Hemiketal wordt gevormd door reactie van een keton met een alcohol.
Als de R, R’, R” groepen behoren tot 1 C-keten dan wordt
een cyclisch hemiacetal gevormd.
Bij cyclische structuren zal de vrije aldehyde of ketongroep verdwijnen = potentieel vrije aldehyde of
ketongroep. Op die manier kan de cyclische structuur terugkeren naar de lineaire Fisherprojectie.
De reactie van carbonylgroep met OH-groep kan 2 stabiele cyclische structuren opleveren
• 6-ring: pyranose ring
• 5-ring: furanose ring
Vorming van cyclische structuren vb. glucose
,Door de ringsluiting komt er 1 optisch actief C-atoom bij
• C1 bij aldosen
• C2 bij ketosen
Hierdoor zijn er 2 isomeren meer mogelijk → alfa & bèta-vormen. Dit de anomere configuratie van
de suikermoleculen.
Regels bij het toekennen van alfa & bèta
• Alfa-vorm: OH-groep op C1 of C2 aan dezelfde kant als voorlaatste OH-groep
• Bèta-vorm: OH-groep op C1 of C2 aan andere kant als voorlaatste OH-groep
Regels bij het omzetten van Fisher-projectie naar Haworth-projectie
• Groepen die links staan in de fisher-projectie zijn naar boven gericht in de Haworth-projectie
• Groepen die rechts staan in de fisher-projectie zijn naar onder gericht in de Haworth-
projectie
• Groepen die niet links of rechts liggen in de fisher-projectie
o Naar boven bij D-suikers
o Naar onder bij L-suikers
Cyclische suikers die in een 6-ring voorkomen, kunnen ook voorkomen in stoelvorm. Hoe meer
substituentien die equatoriaal voorkomen, hoe stabieler de stoelvorm.
1.2.1 Eigenschappen van monosachariden
Fysische eigenschappen
• Witte, kristalijne producten
• Geen geur
• Zeer goed oplosbaar in water
• Mutarotatie
Mutarotatie
Bij cyclische structuren zijn 2 anomere configuraties mogelijk (alfa & bèta). Deze 2anomere
configuraties hebben duidelijk verschillende fysische, chemische & biochemische
eigenschappen. Het verschil in eigenschappen is het bewijs voor het bestaan van cyclische
structuren i.p.v. open ketens.
Biochemische eigenschappen
• Zoete smaak: zoetheid van suikers kan niet uitgedrukt worden in fysische of chemische
termen, het is een subjectieve waarneming. Natuurlijke suikers hebben naast zoetkracht ook
een voedingswaarde.
,Chemische eigenschappen
• Reducerende eigenschappen: deze eigenschappen komen voor bij suikers met een vrije of
potentieel vrije carbonylgroep
In basisch midden, bij hogere temperaturen, oxideert de carbonylgroep tot een
carboxylgroep. Deze oxidatie zorgt voor de reductie van een andere verbinding.
o Voor aldose suikers is deze reactie duidelijk
o Voor ketose suikers is dit minder duidelijk. Ze reageren zoals aldosen, maar worden
niet onmiddellijk geoxideerd & ondergaan eerst een base gekatalyseerde
tautomerisatie/Lobry De Bruyn omzetting.
• Reductie van suikers: als een monosacharide behandeld wordt met H2-gas in aanwezigheid
van een metaalkatalysator dan wordt het/de overeenkomstig(e) suikeralcohol(en) gevormd.
o Aldosen: vorming 1 suikeralcohol/alditol
o Ketosen:
▪ Racemisch mengsel van 2 suikeralcoholen + ontstaan
nieuw chiraal C-atoom tijdens reductie
▪ 1 suikermolecuul door dehydrogenasen
• Oxidatie van suikers
o Zwak oxidans: aldehyde groep oxideert tot carboxylgroep
o Sterk oxidans: aldehydegroep oxideert tot carboxylgroep
Primaire hydroxylgroep oxideert tot carboxylgroep
o Enzymatische oxidatie: primaire hydroxylgroep oxideert tot carboxylgroep vb. D-
gluconzuur
, • Vorming van glycosiden: reactie van hemiacetal/hemiketal met een alcohol → acetal/ketal =
glycoside
o Suikerrest: glycosylgroep/glycondeel
o De R-groep: aglycondeel
o Binding tussen glycosylgroep & aglycondeel: glycosidische binding
Eens de glycosidische binding gevormd is, is er geen mogelijkheid meer tot mutarotatie. De
reducerende kracht is verloren, het is geen reducerend suiker meer.
Oligosachariden & polysachariden zijn ook glycosiden, het zijn ketens aan elkaar gebonden
via glycosidische bindingen
De glycosidische binding is vrij stabiel, basen hebben praktisch geen invloed, zuren
hydrolyseren de binding bij hoge temperaturen.
• Desoxy- & aminosuikers: in de natuur komen ook suiker voor waarbij op 1 van de C-atomen
de hydroxylgroep vervangen is door een waterstofatoom (desoxysuiker) of door een
aminogroep (aminosuiker).
1.3 Disachariden
Disachariden worden gevormd als 2 monosachariden door intermoleculaire waterafsplitsing aan
elkaar gebonden worden.
Reducerende disachariden hebben minstens 1 vrije of potentieel vrije aldehyde of ketongroep.
Maltose
• Disacharide-eenheid van amylose (zetmeel)
• Reducerend (alfa & bèta vorm)
• Bevat 2 glucose-eenheden in de pyranose vorm gekoppeld via alfa 1-4
bindingen
• Enzymatische hydrolyse door maltase = alfa-D-glucosidase
Cellobiose
• Disacharide-eenheid van cellulose
• Reducerend (alfa & bèta vorm)
• Bevat 2 glucose eenheden in de pryanose vorm gekoppeld via bèta 1-4 bindingen
• Enzymatische hydrolyse door cellobiase : bèta-D-glucosidase
1 Koolhydraten/sachariden/suikers
1.1 Inleiding
Koolhydraten zijn veel voorkomende verbindingen in de natuur. Het zijn belangrijke bestanddelen
van ons dagelijks voedsel (aardappelen, groenten, fruit…). Sachariden zijn een belangrijke bron van
energie voor planten & dieren.
In planten worden koolhydraten via fotosynthese gesynthetiseerd. Chlorofyl (zonlicht absorberend
pigment) speelt hierbij een belangrijke rol.
Glucose/druivensuiker is de centrale verbinding van suikers, en komt het meest voor in de natuur.
Glucose speelt de hoofdrol in het metabolisme van levende organismen.
Algemene formule voor suikers: (CH2O)n met n >/= 3
Suikers zijn polyhydroxy aldehyden/ketonen, ze bevatten een hydroxylgroep op alle C-atomen,
behalve op 1 want deze bevat het aldehyde of keton.
Indeling van de suikers
Aantal suikereenheden Naam Functie Voorbeeld
1 Monosachariden Energiebron Glucose, fructose
2 Disachariden Energiebron Sucrose, lactose
3 Trisachariden Raffinose
… +/- 10 Oligosachariden
N Polysachariden Opslag van Zetmeel, cellulose
glucosemoleculen
Belangrijke functies
• Energiebron/energieopslag
o Zetmeel: belangrijkste energiereserve bij planten
o Glycogeen: energieopslag op korte termijn bij dierlijke organismen
Glucosespiegel in bloed op peil houden
50% van de calorieopname bij de mens bestaat uit suikers
75% daarvan zijn polysachariden
25% daarvan zijn mono- & disachariden
• Structuurfunctie: componenten in celwanden van micro-organismen & planten
• Ribose & desoxyribose: componenten in RNA & DNA
• Glycoproteïnen & glycolipiden: fungeren als receptoren of komen tussen bij cel-cel
herkenning
1.2 Monosachariden
Monosachariden zijn verbindingen met een vrije of potentieel vrije aldehyde of ketongroep &
minstens 2 alcoholfuncties. Ze kunnen niet meer gehydrolyseerd worden met vorming van kleine
suikereenheden. Elk C-atoom, behalve 1 draagt een hydroxylgroep.
,Carbonylgroep
• Aldehyde = aldose
• Keton = ketose
Indeling op basis van aantal C-atomen in de keten
Aantal C-atomen Naam
3 Triosen
4 Tetrosen
5 Pentosen
6 Hexosen
7 Heptosen
8 Octosen
Van al deze monosachariden bestaan keto - & aldostructuren
• Glyceraldehyde = aldotriose (intermediairen in koolhydraatmetabolisme)
• Dihydroxyaceton = ketotriose (intermediairen in koolhydraatmetabolisme)
• Glucose = aldohexose
• Fructose = ketohexose
• Ribose = aldopentose (belangrijk in nucleïnezuren & polysachariden)
D & L-configuratie bij suikers
Aldosen
Eenvoudigste aldose is glyceraldehyde, het bevat 1 asymmetrisch of
optisch actief C-atoom. Andere aldosen worden opgebouwd door D-Glyceraldehyde L-Glyceraldehyde
opeenvolgende tussenvoeging van H-C-OH groepen tussen carbonylgroep & C-atoom. Elk
bijgevoegd C-atoom is asymmetrisch & verdubbeld het aantal isomeren.
Aldosen Aantal chirale C-atomen Aantal isomeren (2n)
Triosen 1 2
Tetrosen 2 4
Pentosen 3 8
Hexosen 4 16
De helft van deze isomeren behoren tot D-reeks, de andere helft tot de L-reeks.
,Ketosen
Eenvoudigste ketose is dihydroxyaceton, het bevat geen asymmetrisch of optisch C-atoom.
Andere ketosen worden opgebouwd door tussenvoeging van H-C-OH groepen waardoor er
wel een optisch actief C-atoom aanwezig is.
Ketosen Aantal chirale c-atomen Aantal isomeren
Triosen 0 1
Tetrosen 1 2
Pentosen 2 4
Hexosen 3 8
De helft van de isomeren behoort tot de D-reeks, de andere helft tot de L-reeks.
Cyclische structuren
Suikers komen in de natuur vooral voor in de cyclische structuur. De cyclische structuren
kunnen typische eigenschappen van suikers verklaren. Vb. hemiacetal
Hemiacetal wordt gevormd door reactie van een aldehyde met een alcohol.
Als de R & R’ groepen behoren tot 1 C-keten, dan wordt
cyclische hemiacetal gevormd.
Hemiketal wordt gevormd door reactie van een keton met een alcohol.
Als de R, R’, R” groepen behoren tot 1 C-keten dan wordt
een cyclisch hemiacetal gevormd.
Bij cyclische structuren zal de vrije aldehyde of ketongroep verdwijnen = potentieel vrije aldehyde of
ketongroep. Op die manier kan de cyclische structuur terugkeren naar de lineaire Fisherprojectie.
De reactie van carbonylgroep met OH-groep kan 2 stabiele cyclische structuren opleveren
• 6-ring: pyranose ring
• 5-ring: furanose ring
Vorming van cyclische structuren vb. glucose
,Door de ringsluiting komt er 1 optisch actief C-atoom bij
• C1 bij aldosen
• C2 bij ketosen
Hierdoor zijn er 2 isomeren meer mogelijk → alfa & bèta-vormen. Dit de anomere configuratie van
de suikermoleculen.
Regels bij het toekennen van alfa & bèta
• Alfa-vorm: OH-groep op C1 of C2 aan dezelfde kant als voorlaatste OH-groep
• Bèta-vorm: OH-groep op C1 of C2 aan andere kant als voorlaatste OH-groep
Regels bij het omzetten van Fisher-projectie naar Haworth-projectie
• Groepen die links staan in de fisher-projectie zijn naar boven gericht in de Haworth-projectie
• Groepen die rechts staan in de fisher-projectie zijn naar onder gericht in de Haworth-
projectie
• Groepen die niet links of rechts liggen in de fisher-projectie
o Naar boven bij D-suikers
o Naar onder bij L-suikers
Cyclische suikers die in een 6-ring voorkomen, kunnen ook voorkomen in stoelvorm. Hoe meer
substituentien die equatoriaal voorkomen, hoe stabieler de stoelvorm.
1.2.1 Eigenschappen van monosachariden
Fysische eigenschappen
• Witte, kristalijne producten
• Geen geur
• Zeer goed oplosbaar in water
• Mutarotatie
Mutarotatie
Bij cyclische structuren zijn 2 anomere configuraties mogelijk (alfa & bèta). Deze 2anomere
configuraties hebben duidelijk verschillende fysische, chemische & biochemische
eigenschappen. Het verschil in eigenschappen is het bewijs voor het bestaan van cyclische
structuren i.p.v. open ketens.
Biochemische eigenschappen
• Zoete smaak: zoetheid van suikers kan niet uitgedrukt worden in fysische of chemische
termen, het is een subjectieve waarneming. Natuurlijke suikers hebben naast zoetkracht ook
een voedingswaarde.
,Chemische eigenschappen
• Reducerende eigenschappen: deze eigenschappen komen voor bij suikers met een vrije of
potentieel vrije carbonylgroep
In basisch midden, bij hogere temperaturen, oxideert de carbonylgroep tot een
carboxylgroep. Deze oxidatie zorgt voor de reductie van een andere verbinding.
o Voor aldose suikers is deze reactie duidelijk
o Voor ketose suikers is dit minder duidelijk. Ze reageren zoals aldosen, maar worden
niet onmiddellijk geoxideerd & ondergaan eerst een base gekatalyseerde
tautomerisatie/Lobry De Bruyn omzetting.
• Reductie van suikers: als een monosacharide behandeld wordt met H2-gas in aanwezigheid
van een metaalkatalysator dan wordt het/de overeenkomstig(e) suikeralcohol(en) gevormd.
o Aldosen: vorming 1 suikeralcohol/alditol
o Ketosen:
▪ Racemisch mengsel van 2 suikeralcoholen + ontstaan
nieuw chiraal C-atoom tijdens reductie
▪ 1 suikermolecuul door dehydrogenasen
• Oxidatie van suikers
o Zwak oxidans: aldehyde groep oxideert tot carboxylgroep
o Sterk oxidans: aldehydegroep oxideert tot carboxylgroep
Primaire hydroxylgroep oxideert tot carboxylgroep
o Enzymatische oxidatie: primaire hydroxylgroep oxideert tot carboxylgroep vb. D-
gluconzuur
, • Vorming van glycosiden: reactie van hemiacetal/hemiketal met een alcohol → acetal/ketal =
glycoside
o Suikerrest: glycosylgroep/glycondeel
o De R-groep: aglycondeel
o Binding tussen glycosylgroep & aglycondeel: glycosidische binding
Eens de glycosidische binding gevormd is, is er geen mogelijkheid meer tot mutarotatie. De
reducerende kracht is verloren, het is geen reducerend suiker meer.
Oligosachariden & polysachariden zijn ook glycosiden, het zijn ketens aan elkaar gebonden
via glycosidische bindingen
De glycosidische binding is vrij stabiel, basen hebben praktisch geen invloed, zuren
hydrolyseren de binding bij hoge temperaturen.
• Desoxy- & aminosuikers: in de natuur komen ook suiker voor waarbij op 1 van de C-atomen
de hydroxylgroep vervangen is door een waterstofatoom (desoxysuiker) of door een
aminogroep (aminosuiker).
1.3 Disachariden
Disachariden worden gevormd als 2 monosachariden door intermoleculaire waterafsplitsing aan
elkaar gebonden worden.
Reducerende disachariden hebben minstens 1 vrije of potentieel vrije aldehyde of ketongroep.
Maltose
• Disacharide-eenheid van amylose (zetmeel)
• Reducerend (alfa & bèta vorm)
• Bevat 2 glucose-eenheden in de pyranose vorm gekoppeld via alfa 1-4
bindingen
• Enzymatische hydrolyse door maltase = alfa-D-glucosidase
Cellobiose
• Disacharide-eenheid van cellulose
• Reducerend (alfa & bèta vorm)
• Bevat 2 glucose eenheden in de pryanose vorm gekoppeld via bèta 1-4 bindingen
• Enzymatische hydrolyse door cellobiase : bèta-D-glucosidase
