7.1.3. Важнейшие представители моносахаридов и их производных
D-Глюкоза (виноградный сахар) – самый распространённый моносахарид. В свободном виде содержится во фруктовых соках, в качестве составной части входит в состав многих дисахаридов и полисахаридов. В кристаллическом состоянии можно получить оба аномера: - и -пиранозные формы; в водном растворе содержание -пиранозной формы 36%. Температура плавления безводной ,D-глюкопиранозы 419 К, -D-глюкопиранозы 421 423 К.
Глюкозу используют в пищевой промышленности, медицине, в качестве исходного вещества для получения глюконовой и аскорбиновой кислот, а также для получения этилового спирта. Этанол образуется в результате ферментативного расщепления. (Этот процесс, протекающий в клетке, называется гликолизом и является одним из путей окисления глюкозы.) В промышленном производстве этанола используется процесс спиртового брожения под действием смеси ферментов — зимазы. Эту смесь ферментов вырабатывают дрожжевые грибы. Суммарно процесс превращения D-глюкозы в этанол можно выразить уравнением:
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
Помимо D-глюкозы процессу спиртового брожения с участием ферментов дрожжевых грибов подвержены D-манноза и D-фруктоза.
D-Галактоза встречается в природе в свободном виде сравнительно редко, в виде гликозидов, дисахаридов (лактоза), полисахаридов (галактаны, агар-агар, растительные клеи), гликопротеинов, гликолипидов. В кристаллическом состоянии получены оба аномера: - и -пиранозные формы; в водном растворе содержание -пиранозной формы 27%. Температура плавления безводной ,D-галактопиранозы 440 К, ,D-галактопиранозы 426 428 К.
D-Фруктоза (плодовый сахар, левулоза) встречается в природе в свободном виде в пчелином мёде, в помидорах, яблоках, в виде дисахаридов (сахароза), некоторых полисахаридов, гликопротеинов. В кристаллическом состоянии существует в виде -пиранозы с температурой плавления 375 377 К; в водном растворе содержание фуранозных форм 23—42% в зависимости от температуры. В сахарозе и других производных присутствует в форме -фуранозы.
D-Ксилоза (древесный сахар) входит в состав полисахаридов ксиланов. Ксиланы содержатся в древесине, лузге подсолнуха, кукурузной кочерыжке, соломе. D-ксилоза имеет температуру плавления 418 К; в кристаллическом состоянии существует в -пиранозной форме, в водном растворе содержание -пиранозной формы 33%.
D-Рибоза входит в состав рибонуклеиновой кислоты, нуклеотидов, витаминов, коферментов. Температура плавления 360 К; в кристаллическом состоянии существует в -пиранозной форме, а в водном растворе содержание -пиранозной формы 26%, -пиранозной формы 50%, -фуранозной формы 6% и -фуранозной формы 13%. Производные D-рибозы имеют -фуранозную форму.
Дезоксисахара, такие как 2-дезокси-D-рибоза (2-дезокси-,D-рибофураноза), L-фукоза, L-рамноза, – моносахариды, содержащие в молекуле один или несколько атомов водорода вместо гидроксильных групп.
2-дезокси-,D-рибофураноза L-фукоза L-рамноза
2-Дезокси-D-рибофураноза является структурным компонентом ДНК. L-Фукоза и L-рамноза – структурные компоненты гликозидов и полисахаридов наземных растений. L-Фукоза содержится также в составе биологически важных гликопротеинов и гликолипидов животных.
Аминосахара (или, правильнее, аминодезоксисахара), такие как D-глюкозамин и N-ацетил-D-галактозамин и др., — производные моносахаридов, содержащие в молекуле вместо одной или нескольких гидроксильных групп незамещённые и замещённые аминогруппы.
(),D-глюкозамин N-ацетил-(),D-галактозамин
(2-амино-2-дезокси-D-глюкопираноза) (2-ацетиламино-2-дезокси-D-галактопираноза)
Аминосахара входят в состав многих сахаросодержащих биополимеров, а также антибиотиков.
Нейраминовая и сиаловые кислоты можно рассматривать как производные маннозы.
|
нейраминовая, или 3,5-дидезокси-5-амино- нонулозоновая, кислота |
сиаловые кислоты, или N-ацетил-3,5-дидезокси-5-аминононулозоновая кислота и N-гидроксиацетил-3,5-дидезокси-5-аминононулозоновая кислота |
Нейраминовая кислота в свободном состоянии содержится в спинномозговой жидкости. Сиаловые кислоты служат компонентами специфических веществ крови и тканей, входят в состав ганглиозидов мозга, участвующих в проведении нервных импульсов.
L-Аскорбиновая кислота (витамин С) – -лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты.
Она содержится во многих фруктах и овощах. Необходима для жизнедеятельности организма человека и животных, катализирует окислительно-восстановительные процессы в организме, например окисление (гидроксилирование) -аминокислоты пролина.
Применение L-аскорбиновой кислоты в медицинских целях способствует быстрому заживлению ран, срастанию костей, излечению язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, а также рекомендуется при тромбофлебите, артеросклерозе, гепатите и т.д.
По структуре аскорбиновая кислота является фиксированным ендиолом, за счёт чего проявляет сильные восстановительные и кислотные свойства (рКа = 4.17).
Промышленное применение нашёл метод синтеза L-аскорбиновой кислоты на использовании доступного сырья (D-глюкозы):
D-глюкозаD-глюцит (L-сорбит)
L-сорбоза
2-оксо-L-гулоновая кислота
-лактон-2-оксо-L-гулоновой кислотыL-аскорбиновая кислота
(-лактон-2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты)
Кроме чистой L-аскорбиновой кислоты, её соли (аскорбинаты натрия, кальция и железа) и эфиры (пальмитат аскорбиновой кислоты) применяются как в медицинской практике, так и для витаминизации пищевых продуктов.
D-галактуроновая кислота является структурным компонентом пектиновых веществ плодов и ягод. D-глюкуроновая и L-идуроновая кислоты являются структурными единицами гетерополисахарида гепарина.
D-галактуроновая кислота L-идуроновая кислота.
Сложные эфиры фосфорной кислоты содержатся во всех растительных и животных организмах. Прежде всего это ,D-глюкопиранозидофосфат, получающийся при фосфоролизе полисахарида гликогена. Из глюкозы в организме образуется D-глюкозо-6-фосфат, который изомеризуется в D-фруктозо-6-фосфат и затем превращается в D-фруктозо-1,6-дифосфат.
,D-глюкопиранозидофосфат D-глюкозо-6-фосфат
D-фруктозо-6-фосфат ,D-фруктозо-1,6-дифосфат