Глюконовая кислота глюкуроновая кислота глюкаровая кислота

Важными структурными аналогами гексоз являются аминосахара, у которых одна из гидроксильных групп заменена на аминогруппу, несущую ацильный остаток. Так, по типу целлюлозы из N-ацетилглюкозамина построен хитин – основа панциря членис-тоногих (насекомые, ракообразные).

Хитозан – это деацетилированный хитин. Гиалуроновая кислота, содержащаяся в тка-нях кожи, в хрящах, в синовиальной жидкости, играющей роль смазки в суставах, представляет собой сополиконденсат с чередованием фрагментов глюкуроновой кис-лоты и N-ацетилглюкозамина. Гель, структурированный гиалуроновой кислотой, обра-зует стекловидное тело глаза. В нем всего лишь 1 % гиалуроновой кислоты связывает 99 % водной среды.

Особого разговора заслуживает гепарин, состоящий в среднем из восьмидесяти саха-ридных остатков, которые представлены чередующимися молекулами глюкуроновой кислоты, которая сульфатирована по гидроксильной группе у второго атома углерода, и глюкозамина, который сульфатирован по аминогруппе и по концевой гидроксильной группе. Часть остатков глюкуроновой кислоты в гепарине заменена на остатки L-иду-роновой кислоты, это эпимер глюкуроновой кислоты по пятому атому углерода, а у некоторых глюкозаминовых остатков сульфамидная группа может быть заменена ацет-амидной, например это фрагмент формулы

Этот важный биополимер, образующийся в тучных клетках рыхлой соединительной ткани животных, выполняет ряд важных биологических функций. Более всего известна его антикоагулянтная активность, то есть он препятствует свертыванию крови, и по-этому его вводят в состав средств для лечения заболеваний, связанных с тромбо-образованием, но гепарин также участвует в развитии эмбриона, в процессе ангио-генеза (рост новых кровеносных сосудов), в развитии болезни Альцгеймера и в передаче сигналов. Было установлено, что антикоагулянтная активность гепарина сохраняется при сокращении числа сахаридных фрагментов до 10 (пять пар приведен-ной выше структуры). Более того, такие олигосахаридные гепарины оказались более избирательными антикоагулянтами, лишенными некоторых отрицательных побочных эффектов высокомолекулярного гепарина.

Еще одним натуральным антикоагулянтом является растворимый в воде белок гирудин, который выделяет в кровь медицинская пиявка. Гепарин и гирудин различаются по механизмам действия. Гепарин усиливает активность антикоагулянтного фактора крови III, тогда как гирудин блокирует фермент тромбин, участвующий в образовании белка фибрина.

Как лекарственное средство, гирудин по многим показателям превосходит гепарин, поскольку его роль ограничивается только предотвращением тромбообразования. Важ-но также, что в отличие от других белков он не вызывает иммунной реакции. Понятно, что выделение достаточного для лекарственных целей количества гирудина из меди-цинских пиявок не представляется возможным. В связи с этим были проведены опыты по получению генетически модифицированных культур дрожжей и бактерий, которые продуцируют этот белок. Однако, синтез белка в бактериях начинается с аминокислоты метионина, остаток которой добавляется к нативной структуре этого белка и делает его малоактивным, более активный белок синтезируют дрожжи. В то же время небольшой размер этого белка и хорошая растворимость в воде делает его идеальным объектом для экспрессии в системах, основанных на генетически модифицированных раститель-ных клетках. Гирудин очень стабилен и легко определяется с помощью цветных реак-ций, что облегчает проведение аналитических исследований с его участием. Во всяком случае, в арсенале лекарственных средств уже появился препарат лепиридин, который полностью идентичен натуральному гирудину.

Особый интерес среди производных сахаров представляет аскорбиновая кислота – про-тивоцинготный фактор и специфический регулятор многих окислительно-восстанови-тельных реакций. В организмах многих животных, к числу которых относятся, напри-мер морские свинки и приматы, нет биохимических систем, предназначенных для син-теза эндогенной аскорбиновой кислоты. В соответствии с этим аскорбиновая кислота обязательно должно входить в состав пищи. Считается, что для человека оптимальная доза этого вещества равна 30 мг в сутки, хотя в организме крыс, которые не нуждаются во внешнем источнике аскорбиновой кислоты, она образуется в количестве около 7,5 мг, что в пересчете на вес человека соответствует ежедневной дозе примерно в 2000 мг. Аскорбиновая кислота представляет собой циклический лактон, кислотные свойства которого определяются енольной функциональной группой:

Из представленной формулы следует, что аскорбиновая кислота является продуктом окисления сахара в L-форме. Для ее получения были разработаны многочисленные методики, использующие в качестве исходного продукта глюкозу. При гидрировании глюкозы на нейтральном медно-хромитном катализаторе с выходом до 97 % образуется только сорбит, так как продукты перегруппировки Лобри-де-Брюйна-ван-Экенштейна образуются только в присутствии оснований:

Поворот молекулы сорбита на 180 показывает, что атом углерода, находившийся око-ло карбонильной группы в молекуле глюкозы, имеет L-конфигурацию. Избирательное окисление сорбита химическими способами, при любом подборе защитных групп, не дает высокого выхода продуктов, которые могут быть использованы для получения аскорбиновой кислоты. Поэтому при производстве аскорбиновой кислоты на второй стадии используют биохимическое окисление.

Сорбит содержится в ягодах рябины, где он служит субстратом для бактерии Acetobacter suboxydans. Ферментные системы этой бактерии избирательно дегидрируют сорбит до кетосахара L-сорбозы, которая включается в метаболизм этих бактерий, но не сбраживается дрожжами.

При нагревании L-сорбозы с ацетоном в присутствии кислого катализатора защищают-ся гидроксильные группы (диоксолановый и 1,3-диоксановый циклы):

Теперь в щелочной среде можно окислить свободную гидроксиметильную группу и после снятия защитных изопропилиденовых групп получить кетокислоту, для перевода которой в аскорбиновую кислоту ее сначала этерифицируют, затем обрабатывают метилатом натрия и подкисляют:

Отсутствие в рационе аскорбиновой кислоты с такими серьезными последствиями, как цинга, сегодня практически не встречается, но ее недостаток приводит к снижению сопротивляемости организма по отношению, например, к вирусным инфекциям, к экстремальным нагрузкам и стрессам.