3.2. Моносахариды

Большинство моносахаридов имеют состав C_nH_2nO_n и являются производными многоатомных спиртов, содержащими альдегидную (альдозы) или кетонную группу (кетозы). Следовательно, моносахариды яв­ляется полигидроксикарбонильными соединениями. По числу атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д. Триозы - глицериновый альдегид СН₂ОН-СНОН-СНО и диоксиацетон СН₂ОН-СО-СН₂ОН являются самыми простыми моносахарида­ми. Ряд моносахаридов, часто называемый рядом «моноз», заканчивается декозами:

альдотетрозы – СН₂ОН-(СНОН) ₂-СНО,

кетотетрозы – СН₂ОН-СНОН-СО-СН₂ОН,

альдопентозы- СН₂ОН-(СНОН)₃-СНО,

кетопентозы - СН₂ОН-(СНОН)₂-СО-СН₂ОН,

альдогексозы - СН₂ОН-(СНОН)₄-СНО,

кетогексозы - СН₂ОН-(СНОН)з-СО-СН₂ОН и т.д.

В природе распространены почти исключительно пентозы и гек­созы, однако редко встречающиеся гептозы, нонозы и другие также иг­рают важную роль в биологических процессах. Все простые углеводы - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и имеющие сладкий вкус

Оптические свойства моносахаридов

Все моносахариды, кроме диоксиацетона, содержат один или бо­лее асимметрических атомов углерода С. В связи с этим моносахариды могут существовать в виде различных стереоизомеров (или оптических изомеров). Общее число стереоизомеров для любого моносахарида оп­ределяется по формуле: N = 2ⁿ, N - число стереоизомеров, а n - число асимметрических атомов углерода. Например:

N=4	N=16		N=8

Принадлежность моносахарида к D- или L-ряду определяется расположением атома водорода и гидроксила у последнего асимметри­ческого атома углерода по сравнению с их расположением у D- и L-глицеринового альдегида. Тот изомер, у которого при проекции на плос­кость ОН-группа у асимметрического атома углерода расположена с пра­вой стороны, принято считать D - глицеральдегидом, а зеркальное отра­жение - L-глицеральдегидом:

D-глицериновый альдегид	L-глицериновый альдегид
D-ряд	L-ряд

Зеркально построенные формы моносахаридов называют оптическими антиподами, а их эквимолярные смеси - рацематами. Каждый оптический изомер имеет свое название и свои особенности свойств. Ниже приведе­ны формулы оптических изомеров гексоальдоз D-ряда:

D-аллоза		D-альтроза		D-глюкоза				D-манноза
D-гулоза	D-идоза			D-галактоза			D-талоза

Стереоизомеры, отличающиеся пространственным расположени­ем водорода и ОН групп у соседнего с альдегидной группой углеродного атома, называют эпимерами. Из приведенных примеров эпимерами яв­ляются аллоза и альтроза, глюкоза и манноза, гулоза и идоза, галактоза и талоза.

Кетозы также способны к стереоизомерии. Наиболее известные из кетоз D-рибулоза (1), D-фруктоза (2), D-седогептулоза (3):

1)	2)		3)

Для перехода от моносахарида D-ряда к L-ряду нужно изменить конфигурацию всех асимметрических атомов углерода на противополож­ную. Почему важно знать оптические свойства углеводов и аминокис­лот? Организм человека усваивает только L-аминокислоты и D-глюкозу и не может усваивать D-аминокислоты и L-глюкозу. В мышечных тканях содержится D-молочная кислота, а в кислом молоке в результате дея­тельности микроорганизмов образуется L-молочная кислота.

Природные гексозы: глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза - принадлежат, как правило, к соединениям D-ряда. Живые клетки усваивают из смеси изомеров необходимый им изомер даже в том случае, ко­гда разделение изомеров какими-либо физическими и химическими ме­тодами практически невозможно.