ГЕКСОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ПРОИЗВОДНЫЕ - ГЕОГРАФИЯ - 2026

Гексозы представляет собой углевод , который имеет шесть атомов углерода , и чья эмпирическая формула представляет собой С ₆ Н ₁₂ О ₆ . Углеводы или сахариды (от греческого sakcharon = сахар) представляют собой полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны.

В природе наиболее распространенным моносахаридом является глюкоза, шестиуглеродный сахар, также называемый декстрозой. Биосинтез глюкозы происходит из углекислого газа и воды посредством фотосинтеза.

Источник: NEUROtiker

В растениях из глюкозы происходит синтез целлюлозы, структурного полисахарида, и крахмала, резервного полисахарида. У гетеротрофных организмов окисление глюкозы является центральным метаболическим путем для производства энергии.

характеристики

Гексозы могут быть двух типов: 1) альдозы (или альдогексозы), в которых углерод 1 (C-1) является альдегидной функцией; или 2) кетозы (или альдоцетозы), в которых углерод 2 (C-2) является кето-функцией. Остальные атомы углерода - это вторичные или первичные спирты.

В альдогексозах все атомы углерода хиральны, за исключением углерода 1 (C-1) и углерода 6 (C-6), то есть они имеют четыре асимметричных центра. В кетогексозах есть три асимметричных центра: С-3, С-4 и С-5.

В природе сахара, такие как гексозы с L-конфигурацией, менее распространены, чем сахара с D-конфигурацией.

Альдегидная функция или кето-функция гексоз реагирует с вторичной гидроксильной группой во внутримолекулярной реакции с образованием циклических полуацеталей или гемикеталей. Шестичленные циклические сахара представляют собой пиранозы, а пятичленные сахара - фуранозы.

В циклическом сахаре карбонильный углерод альдегидной и кетогруппы становится новым хиральным центром, называемым аномерным углеродом. Конфигурация этого углерода может быть альфа или бета, то есть он производит два аномера.

Гексозы имеют разные формы.

Шесть атомов, составляющих пиранозы, не являются плоскими, но имеют две конформации типа кресла, в которых объемные заместители занимают: а) экваториальные положения или б) аксиальные положения. Эти конформации могут быть взаимно преобразованы без разрыва ковалентных связей.

Стереохимические взаимодействия между заместителями кольца влияют на относительную стабильность этих конформаций. Таким образом, наиболее устойчивая конформация - это та, в которой наибольшая группа занимает экваториальное положение.

На химическую реакционную способность определенной группы влияет ее конформационное расположение. Примером является гидроксильная группа (-ОН), которая, занимая экваториальное положение, более легко этерифицируется, чем когда занимает аксиальное положение.

Β-D-глюкоза, альдогексоза, имеет все заместители в экваториальном положении, что делает их более восприимчивыми к этерификации. Эта реакция важна для образования ковалентных связей между сахарами. Это могло бы объяснить, почему β-D-глюкоза является самым распространенным сахаром в природе.

Гексозы могут образовывать гликозидные связи

Моносахаридные единицы, такие как гексозы, могут быть связаны ковалентно через О-гликозидные связи, образованные, когда аномерный углерод одной молекулы сахара реагирует с гидроксильной группой другой молекулы сахара. Результатом этой реакции является образование ацеталя из полуацеталя.

Примером является реакция C-1, аномерного углерода α-D-глюкопиранозы с гидроксильной группой C-4 другой β-D-глюкопиранозы. Из него образуется α -D-глюкопиранозил- (1®4) -D-глюкопираноза.

Реакция гликозидной связи включает удаление молекулы воды, называемое реакцией конденсации. Обратная реакция - гидролиз и разрыв гликозидной связи.

Гексозы и окислительно-восстановительные реакции

Сахара, у которых аномерный атом углерода не образовал гликозидных связей, называют восстанавливающими сахарами. Все моносахариды, такие как гексозы глюкоза, манноза и галактоза, являются восстанавливающими сахарами. Это связано с тем, что альдозы или кетозы могут отдавать электроны или восстанавливать окислитель.

Классический тест на восстанавливающий сахар выполняется с реагентами Фелинга (или Бенедикта) и Толленса. Например, редуцирующий сахар может восстанавливать Ag ^+, присутствующий в растворе аммония (реактив Толленса). В результате этой реакции на дне сосуда, в котором протекала реакция, образуется металлическое серебро.

В результате реакции, катализируемой ферментом глюкозооксидазой, аномерный углерод D-глюкозы окисляется за счет потери одной пары электронов, а кислород восстанавливается за счет получения пары электронов. В этой реакции есть два продукта: D-глюконо-d-лактон и перекись водорода.

В настоящее время концентрация глюкозы в крови определяется с помощью теста, в котором используются глюкозооксидаза и пероксидаза. Последний фермент катализирует окислительно-восстановительную реакцию.

Субстратами пероксидазы являются перекись водорода и хромогенное вещество, которое окисляется. Эта реакция может быть определена количественно с помощью спектрофотометра.

Производные гексоз

Есть много производных гексоз, гидроксильная группа которых заменена другим заместителем. Например, гидроксильная группа C-2 глюкозы, галактозы и маннозы заменяется аминогруппой, образуя глюкозамин, галактозамин и маннозамин соответственно.

Часто аминогруппа конденсируется с уксусной кислотой, образуя N-ацетилглюкозамин. Это производное глюкозамина содержится в клеточной стенке бактерий.

Производным N-ацетилманнозамина является N-ацетилнейраминовая кислота, известная как сиаловая кислота. Последний присутствует в гликопротеинах и гликолипидах на поверхности клеток, играя роль в распознавании другими клетками.

Специфическое окисление основной спиртовой группы C-6 альдогексоз глюкозы, галактозы и маннозы дает уроновые кислоты. Эти продукты представляют собой D-глюкуроновую кислоту, D-галактуроновую кислоту и D-маннуроновую кислоту, которые входят в состав многих полисахаридов.

Уроновые кислоты могут подвергаться внутримолекулярной этерификации. Он образует лактоны из пяти или шести атомов. Например, аскорбиновая кислота (витамин С) синтезируется растениями.

Замещение гидроксильной группы (-ОН) атомом водорода у C-6 L-галактозы или L-маннозы дает L-фукозу или L-рамнозу соответственно. L-фукоза содержится в гликопротеинах и гликолипидах. L-рамноза содержится в полисахаридах растений.

Гексозы, наиболее распространенные в природе, и их функции

глюкоза

Символ: Glc. Это альдогексоза или глюкогексоза. Энантиомер D-глюкозы (обозначение D-Glu) встречается чаще, чем энантиомер L-Glc. D-Glc присутствует в растениях, меде, винограде и в крови животных. Это источник энергии для живых существ. Он служит прекурсором для синтеза гликогена, целлюлозы, крахмала и лактозы.

фруктоза

Символ: Fru. Это кетогексоза или фруктогексоза. Энантиомер D-фруктозы широко известен как фруктоза. Этот сахар содержится, например, во фруктах, меде и семени.

галактоза

Символ гал. Это альдогексоза или галатогексоза. D-галактоза встречается чаще, чем L-галактоза. D-галактоза - это сахар мозга. Это редко бывает бесплатно. Обычно он содержится в растениях, животных и микроорганизмах в форме олигосахаридов и полисахаридов.

манноза

Символ: Человек. Это альдогексоза или манногексоза. Форма D-маннозы широко распространена в манне и гемицеллюлозе. Он обнаружен как N-связанный олигосахарид с гликопротеинами, образующими ответвления.

Ramnosa

Символ: Ра. Это альдогексоза, которая содержится в гликозидах растений, в полисахаридах камедей и слизи, а также в клеточной стенке растений и флавоноидах.

Ссылки

1. Cui, SW 2005. Пищевые углеводы: химия, физические свойства и применение. CRC Press, Бока-Ратон.
2. Нельсон, Д.Л., Кокс, М.М. 2017. Принципы биохимии Ленингера. WH Freeman, Нью-Йорк.
3. Расталл Р.А. 2010. Функциональные олигосахариды: применение и производство. Ежегодный обзор пищевой науки и технологий, 1, 305–339.
4. Синнотт, ML 2007. Структура и механизм химии и биохимии углеводов. Королевское химическое общество, Кембридж.
5. Стик, Р. В., Уильямс, С. Дж. 2009. Углеводы: основные молекулы жизни. Эльзевир, Амстердам.
6. Томасик П. 2004. Химические и функциональные свойства пищевых сахаридов. CRC Press, Бока-Ратон.
7. Воет, Д., Воет, Дж. Г., Пратт, К. В. 2008. Основы биохимии - жизнь на молекулярном уровне. Уайли, Хобокен.