5.2. Моносахариды

Моносахариды – углеводы, которые не могут быть гидролизованы до более простых форм. Их можно подразделить на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и октозы в зависимости от числа содержащихся в их молекуле атомов углерода. В зависимости от присутствия альдегидной или кетонной группы моносахариды делятся на альдозы и кетозы (табл. 5)

Таблица 5

Моносахариды

Моносахариды	Альдозы	Кетозы
Триозы (С3Н6О3)	Глицероза	Дигидрооксиацетон
Тетрозы (С4Н8О4)	Эритроза	Эритрулоза
Пентозы (С5Н10О5)	Рибоза	Рибулоза
Гексозы (С6Н12О6)	Глюкоза	Фруктоза

Моносахариды – оптически активные соединения, так как в их молекулах имеются асимметричные атомы углерода, связанные с различными заместителями. Таких атомов углерода может быть (за исключением производного трисахарида – дигидрооксиацетона) один или несколько. Простейшим моносахаридом, проявляющим оптическую активность, является глицеральдегид. В его молекуле находится один асимметричный углеродный атом, а сам моносахарид существует в двух формах:

Все стереоизомеры (соединения, имеющие одну и ту же структурную формулу, но различающиеся по пространственной конфигурации, называются стереоизомерами) моносахаридов определяют по отношению к выбранному в качестве стандарта веществу – глицеральдегиду. Различают D- и L-формы (D- и L-конфигурации) по сходству расположения групп атомов у последнего центра асимметрии с расположением групп у D- и L-глицералььдегида. Общее число стереоизоизомеров для любого моносахараида выражается формулой N = 2ⁿ, где N – число стереоизомеров, а n – число асимметричных атомов углерода.

Моносахариды способны вращать плоскость поляризованного луча вправо – это правовращающие (+), или влево – левовращающие сахара (–).

Моносахариды – кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. В водных растворах, в том числе в клетке, моносахариды, содержащие не менее 5 атомов углерода, из ациклических форм переходят в циклические (фуранозные или пиранозные) формы и обратно, подвергаясь динамической изомерии – таутомерии. Если гликозидный гидроксил расположен под плоскостью пиранозного или фуранозного кольца, то моносахариды находятся в -форме, если же над плоскостью кольца, то образуется -форма сахаров:

Пиранозное кольцо может принимать две конфигурации – форму кресла и форму лодки (конформационные формулы):

а  аксиальное положение (под плоскостью или над плоскостью);

б  экваториальное положение (в плоскости листа).

Существование - и -изомеров обеспечивает большое химическое разнообразие полисахаридов. Так, в крахмале глюкоза представлена -, а в целлюлозе -формой.

Изомерные формы моносахаридов, отличающихся друг от друга конфигурацией полуацетального углеродного атома, такие как -D-глюкоза, -D-глюкоза, называются аномерами.

Значение моносахаридов велико. Пятиуглеродные моносахариды, пентозы, являются важными компонентами нуклеотидов, нуклеиновых кислот и многих коферментов. Из гексоз наиболее важное физиологическое значение имеет глюкоза, галактоза, фруктоза и манноза (табл. 6; 7)

Таблица 6

Физиологически важные пентозы

Сахар	Местонахождение	Биохимическое значение
D-Рибоза	Нуклеиновые кислоты	Структурный элемент нуклеиновых кислот и коферментов (например, АТФ, NAD, NADP, флавопротеинов)
D-Рибулоза	Образуются в ходе метаболизма	Промежуточное соединение пентозофосфатного пути
D-Арабиноза	Гуммиарабик, сливовая и вишневая мякоть	Компонент гликопротеинов
D-Ксилоза	Древесная смола, протеогликаны, гликозаминогликаны	Компонент гликопротеинов
D-Ликсоза	Сердечная мышца	Компонент ликсофлавина, выделяемого из сердечной мышцы человека

Таблица 7

Физиологически важные гексозы

Сахар	Источник	Биохимическая роль	Клиническое значение
D-Глюкоза	Фруктовые соки. Гидролиз крахмала, тростникового сахара, мальтозы и лактозы	«Сахар» организма. Переносится кровью, эффективно используется тканями	Появляется в моче (гликозурия) у больных сахарным диабетом из-за повышенного содержания глюкозы в крови (гипергликемия)
D-Фруктоза	Фруктовые соки. Мед. Гидролиз тростникового сахара и инулина	Может превращаться в глюкозу в печени и кишечнике, с последующим использованием в этой форме	Наследственная нетолерантность к фруктозе приводит к накоплению фруктозы и гипогликемии
D-Галактоза	Гидролиз лактозы	Может превращаться в глюкозу в печени и затем использоваться в процессах метаболизма. Синтезируется в молочных железах, входит в состав лактозы молока. Компонент гликолипидов и гликопротеинов	Нарушение метаболитических превращений галактозы приводит к развитию галактоземии и образованию катаракты