|
Биоорганическая химияМоносахариды. Глюкоза и фруктоза.Общие сведенияМоносахариды – это простейшие углеводы. Они не подвергаются гидролизу – не расщепляются водой на более простые углеводы. Важнейшими из моносахаридов являются глюкоза и фруктоза. Так же хорошо известен другой моносахарид – галактоза, являющаяся частью молочного сахара. Моносахариды – твёрдые вещества, легко растворимые в воде, плохо – в спирте и совсем не растворимы в эфире. Водные растворы имеют нейтральную реакцию на лакмус. Большинство моносахаридов обладает сладким вкусом. В свободном виде в природе встречается преимущественно глюкоза. Она же является структурной единицей многих полисахаридов. Другие моносахариды в свободном состоянии встречаются редко и, в основном, известны как компоненты олиго- и полисахаридов. Тривиальные названия моносахаридов обычно имеют окончание «-оза»: глюкоза, галактоза, фруктоза. Химическое строение моносахаридов.Моносахариды могут существовать в двух формах: открытой (оксоформе) и циклической:
В растворе эти изомерные формы находятся в динамическом равновесии. Открытые формы моносахаридов.Моносахариды являются гетерофунциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся карбонильная (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных групп (ОН). Другими словами, моносахариды представляют собой альдегидоспирты (глюкоза) или кетоноспирты (фруктоза). Моносахариды, содержащие альдегидную группу называются альдозами, а содержащие кетонную – кетозами. Строение альдоз и кетоз в общем виде можно представить следующим образом:
В зависимости от длины углеродной цепи (от 3 до 10 атомов углерода) моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т.д. Наиболее распространены пентозы и гексозы. Структурные формулы глюкозы и фруктозы в их открытых формах выглядят так:
Так глюкоза является альдогексозой, т.е. содержит алдегидную функциональную группу и 6 атомов углерода. А фруктоза является кетогексозой, т.е. содержит кетогруппу и 6 атомов углерода. Циклические формы моносахаридов.Моносахариды открытой формы могут образовывать циклы, т.е. замыкаться в кольца. Рассмотрим это на примере глюкозы. Напомним, что глюкоза является шестиатомным альдегидоспиртом (гексозой). В её молекуле одновременно присутствует альдегидная группа и несколько гидроксильных групп ОН (ОН - это функциональная группа спиртов). При взаимодействии между собой альдегидной и одной из гидроксильных групп, принадлежащих одной и той же молекуле глюкозы, посленяя образует цикл, кольцо.
Атом водорода из гидроксильной группы пятого атома углерода переходит в альдегидную группу и соединяется там с кислородом. Вновь образованная гидроксильная группа (ОН) называется гликозидной. По своим свойствам она значительно отличается от спиртовых (гликозных) гидроксильных групп моносахаридов. Атом кислорода из гидроксильной группы пятого атома углерода соединяется с углеродом альдегидной группы, в результате чего образуется кольцо:
Альфа- и бета-аномеры глюкозы различаются положением гликозидной группы ОН относительно углеродной цепи молекулы. Мы рассмотрели возникновение шестичленного цикла. Но циклы, также могут быть пятичленными. Это произойдёт в том случае, если углерод из альдегидной группы соединиться с кислородом гидроксильной группы при четвёртом атоме углерода, а не при пятом, как рассматривалось выше. Получится кольцо меньшего размера. Шетичленные циклы называются пиранозными, пятичленные – фуранозными. Названия циклов происходят от названий родственных гетероциклических соединений – фурана и пирана.
В названиях циклических форм наряду с названием самого моносахарида указывается «окончание» – пираноза или фураноза, характеризующие размер цикла. Например: альфа-D-глюкофураноза, бета-D-глюкопираноза и т.д. Циклические формы моносахаридов термодинамически более устойчивы в сравнении с открытыми формами, поэтому в природе они получили большее распространение. ГлюкозаГлюкоза (от др.-греч. γλυκύς - сладкий) (C6H12O6) или виноградный сахар – важнейший из моносахаридов; белые кристаллы сладкого вкуса, легко растворяется в воде. Глюкозное звено входит в состав ряда дисахаридов (мальтозы, сахарозы и лактозы) и полисахаридов (целлюлоза, крахмал). Глюкоза содержится в соке винограда, во многих фруктах, а также в крови животных и человека. Мышечная работа совершается, главным образом, за счёт энергии, выделяющейся при окислении глюкозы. Глюкоза является шестиатомным альдегидоспиртом:
Глюкоза получается при гидролизе полисахаридов (крахмала и целюлозы) под действием ферментов и минеральных кислот. В природе глюкоза образуется растениями в процессе фотосинтеза. ФруктозаФруктоза или плодовый сахар С6Н12О6 – моносахарид, спутник глюкозы во многих плодовых и ягодных соках. Фруктроза в качестве моносахаридного звена входит в состав сахарозы и лактулозы. Фруктоза значительно слаще глюкозы. Смеси с ней входят в состав мёда. По строению фруктоза представляет собой шестиатомный кетоноспирт:
В отличие от глюкозы и других альдоз, фруктоза неустойчива как в щелочных, так и кислых растворах; разлагается в условиях кислотного гидролиза полисахаридов или гликозидов. ГалактозаГалактоза - моносахарид, один из наиболее часто встречающихся в природе шестиатомных спиртов — гексоз. Галактоза cуществует в ациклической и циклической формах. Отличается от глюкозы пространственным расположением групп у 4-го атома углерода.
Галактоза хорошо растворима в воде, плохо в спирте. В тканях растений галактоза входит в состав рафинозы, мелибиозы, стахиозы, а также в полисахариды — галактаны, пектиновые вещества, сапонины, различные камеди и слизи, гуммиарабик и др. В организме животных и человека галактоза — составная часть лактозы (молочного сахара), галактогена, группоспецифических полисахаридов, цереброзидов и мукопротеидов. Галактоза входит во многие бактериальные полисахариды и может сбраживаться так называемыми лактозными дрожжами. В животных и растительных тканях галактоза легко превращается в глюкозу, которая лучше усваивается, может превращаться в аскорбиновую и галактуроновую кислоты. |
ОглавлениеОрганическая химияКосметическая химияКоллоидная химияБиохимияБелки• Нуклеиновые кислоты - Строение нуклеиновых кислот. Нуклеотиды и нуклеозиды. - Структура и простран- ственная организация нуклеиновых кислот Углеводы. Их роль и классификация.• Моносахариды (глюкоза и фруктоза). • Полисахариды (крахмал и целлюлоза). Липиды. Классификация.• Структурные компоненты липидов - Жирные кислоты и спирты, - Полиспирты, глицерин. • Простые омыляемые липиды: - Воски, - Жиры и масла. - Стероиды - стерины, холестерин, - желчные кислоты, - стероидные гормоны, - сердечные гликозиды. - Низкомолекулярные био- регуляторы липидной природы - Жирорастворимые витамины, - Простагландины. |