пектин
гемицеллюлоза
Самые простые сахара – моносахариды, которые делятся на подгруппы: триозы ( C3H6O3 ), тетрозы ( C4H8O4 ), пентозы ( C5H10O5 ), гексозы ( C6H12O6 ) и гептозы ( C7H14O7 ) в зависимости от числа углеродных атомов в молекуле. Триозы и тетрозы относятся к промежуточным продуктам в обмене других углеводов. Моносахариды могут соединяться друг с другом (при этом теряется одна молекула воды в каждой связи), чтобы произвести ди-, три-, тетра-, или полисахариды, содержащие, соответственно, два, три, четыре и более моносахаридных единиц. В связи с потерей воды из молекулы моносахарида при образовании сложных углеводов, их называют моносахаридными остатками.
Термин сахар ограничивается теми углеводами, которые содержат меньше, чем 10 моносахаридных остатков, в то время как название олигосахариды (от греч. oligos – немного) чаще всего используется, чтобы включить все другие сахара, кроме моносахаридов.
Полисахариды, называемые также гликанами, являются полимерами из моносахаридов. Их классифицируют в две группы – гомогликаны, которые состоят только из одного типа моносахаридов, и гетерогликаны, которые состоят из разных моносахаридов, и после гидролиза дают их смесь. Молекулярная масса полисахаридов варьирует как минимум от 8000 в некоторых растительных фруктанах и до 100 млн. в амилопектиновом компоненте крахмала. Гидролиз этих полимеров до их составляющих сахаров может происходить под действием специфических ферментов или кислот, в частности Н2SO4 .
Сложные углеводы являются трудно определяемой группой компонентов, которые содержат углеводы в комбинации с неуглеводными молекулами. Они включают гликолипиды и гликопротеины.
4.2. Моносахариды
Структура
Моносахариды изображают разными способами, в качестве примера ниже представлены варианты изображения D-глюкозы (рис. 4.1).
D-глюкоза L-глюкоза D-фруктоза L-фруктоза
Рисунок 4.2 – Линейное изображение глюкозы и фруктозы
Большинство встречающихся в природе моносахаридов относится к D-моносахаридам, так как они имеют при атоме С, ближайшем к первичной спиртовой группе ( CH2OH ), такое же пространственное расположение Н и ОН , как у D-глицеринового альдегида. Эти моносахариды, независимо от направления вращения поляризованного луча (вправо или влево), обозначаются символом D, который ставится перед названием моносахарида. Как глюкоза, так и фруктоза имеют конфигурацию D-глицеринового альдегида у пятого атома углерода (наиболее отдаленного от альдегидной группы в глюкозе и наиболее отдаленного от кетонной группы фруктозы). Между тем, глюкоза является правовращающимся веществом, фруктоза – левовращающимся. Это отмечается знаками «+» и «-» в скобках.
D-глюкоза может существовать в виде двух различных изомерных форм: α- D-глюкозы и β- D-глюкозы, для которых оптическое вращение составляет соответственно +112,2° и +18,7°. Оба вещества выделены в чистом виде; оказалось, что они не различаются по своему элементарному составу. При растворении α- и β- изомеров D-глюкозы в воде оптическое вращение меняется и достигает равновесного значения + 52,7°. Следовательно, α- и β- изомеры D-глюкозы не являются структурами с открытой цепью, как показано на рисунке 4.2, а представляют замкнутые шестичленные кольца, образовавшиеся в результате реакции между спиртовой гидроксильной группой С5 и углеродом альдегидной группы С1 . Такого типа шестичленные кольца сахаров называют пиранозами. Фуранозы образуются при взаимодействии кетогруппы с гидроксильной группой пятого углеродного атома.
Превращение α-глюкозы в β-глюкозу и, наоборот, сопровождается изменением угла вращения поляризованного луча света. Обычно глюкоза встречается в α-форме. Каждый из 32 изомеров альдогексоз может находиться в α и β-альдогексозах при своей циклизации.
α-D-глюкоза
β- D-глюкоза α-D-фруктоза
Форма глюкозидной связи дисахаров, например, мальтозы является α-глюкозидо-1,4-глюкозой. Это означает, что она состоит из двух остатков молекул α-глюкозы, соединенных между собой глюкозидной связью, идущей от альдегидной группы (1) одного остатка глюкозы к спиртовой группе в положении второго остатка глюкозы. Целлобиоза – это β-глюкозидо-1,4-глюкоза, она построена из молекул β-глюкозы и α- глюкозы. Сахароза – α-глюкозидо-1,2-β-фруктоза, построена из остатка молекулы α-глюкозы и остатка молекулы β-фркутозы, соединенных между собой связью, идущей от альдегидной к кетонной группе.
Каждая кольцевая структура может находиться в двух изомерных формах, обозначаемых α и β. Крахмал и гликоген являются полимерами из α-форм, в то время как целлюлоза - полимер из β-форм.
Свойства моносахаридов
Из-за присутствия активной альдегидной или кетонной групп, моносахариды действуют как редуцирующие вещества, т.е. обладают способностью восстанавливать ионы некоторых металлов, особенно меди и серебра в щелочном растворе. Альдегидная и кетонная группы могут также быть восстановлены химически или энзиматически с образованием соответствующих сахарных спиртов. Примеры оксидированных и восстановленных продуктов даны в разделе «Производные моносахаридов».
Гексозы
Глюкоза и фруктоза – наиболее важные натурально встречающиеся гексозные сахара, в то время как манноза и галактоза встречаются в растениях в полимерной форме как маннаны и галактаны.
D-глюкоза , виноградный сахар, или декстроза существует в свободном состоянии, а также в комбинированной форме. Сахар находится в растениях, фруктах, меде, крови, лимфе и цероброспинальной жидкости и является единственным и главным компонентом многих олигосахаридов, полисахаридов и глюкозидаз. В чистом состоянии глюкоза – белое кристаллическое вещество и, подобно всем сахарам, растворима в воде.
