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.
D-фруктоза – фруктовый сахар или ливулоза, находится в свободном состоянии в зеленых листьях, фруктах и меде. Она также есть в дисахариде сахарозе и во фруктанах. Зеленые листья, как правило, содержат значительное количество этого сахара как в свободном виде, так и в полимерных формах. Свободная фруктоза – это белое кристаллическое вещество, имеет более сладкий вкус, чем сахароза. Особенно сладкий вкусу меда благодаря этим сахарам. D-манноза – не встречается в свободном виде в природе, но существует в полимеризированной форме в маннанах, а также как компонент гликопротеинов. Маннаны широко распространены в дрожжах, грибах, бактериях.
D-галактоза – не встречается в свободном виде в природе, за исключением, как продукт ферментации. Присутствует как компонент дисахарида лактозы, которая есть в молоке. Галактоза встречается также как компонент антоцианового пигмента в галактолипидах, смолах и растительных клеях.
Пентозы
Наиболее значимыми членами этой группы простых сахаров являются альдозы: L-арабиноза, D-ксилоза и D-рибоза и кетозы: D- ксилулоза и D-рибулоза.
α-D-арабиноза
α-D-ксилоза
α-D-рибоза
L-арабиноза встречается, как пентозан в арабинанах. Она является компонентом гемицеллюлоз и найдена в силосе, как результат их гидролиза. Она является также компонентом гуммиарабика и других камедей клеточных выделений. D-ксилоза встречается в качестве пентозанов в ксиланах. Эти вещества образуют основные цепи в травяных гемицеллюлозах. Ксилоза и арабиноза образуются в значительных количествах в результате гидролиза растений нормальной серной кислотой. D-рибоза присутствует во всех живых клетках как компонент рибонуклеиновых кислот (РНК), она является также компонентом некоторых витаминов и коэнзимов.
