Биохимия

Биоорганическая химия


Моносахариды. Глюкоза и фруктоза.


Общие сведения


Моносахариды – 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:



Глюкоза


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:



Альдозы и кетозы


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:



Глюкоза и фруктоза


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.



Образование циклической формы глюкозы


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 D-алдопиранозы


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.



Фуран и пиран


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.


Глюкоза


Глюкоза (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


Глюкоза получается при гидролизе полисахаридов (крахмала и целюлозы) под действием ферментов и минеральных кислот. В природе глюкоза образуется растениями в процессе фотосинтеза.


Фруктоза


Фруктоза или плодовый сахар С6Н12О6моносахарид, 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:


Фруктоза


В отличие от глюкозы и других альдоз, фруктоза неустойчива как в щелочных, так и кислых растворах; разлагается в условиях кислотного гидролиза полисахаридов или гликозидов.


Галактоза


Галактоза - 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



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.




Оглавление


Органическая химия

Косметическая химия

Коллоидная химия


Биохимия