Конформации

Наглядные формулы Хеуорса тем не менее не отражают реальной геометрии молекул моносахаридов, поскольку пяти- и шестичленные циклы не являются плоскими. Так, шестичленный пиранозный цикл, подобно циклогексану, принимает наиболее выгодную конформацию кресла. В распространенных моносахаридах объемная первичноспиртовая группа СН₂ОН и большинство гидроксильных групп находятся в более выгодных экваториальных положениях.

Из двух аномеров d-глюкопиранозы в растворе преобладает β-аномер, у которого все заместители, включая полуацетальный гидроксил, расположены экваториально.

Высокой термодинамической устойчивостью d-глюкопиранозы, обусловленной ее конформационным строением, объясняется наибольшее распространение d-глюкозы в природе среди моносахаридов.

Конформационное строение моносахаридов предопределяет пространственное расположение полисахаридных цепей, формируя их вторичную структуру.

Строение наиболее важных представителей пентоз (рибоза, 2-дезоксирибоза, ксилоза); гексоз (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза), аминосахаров (глюкозамин, маннозамин, галактозамин), их роль.

Большинство природных моносахаридов принадлежит к D-ряду. Из альдопентоз часто встречаются D-рибоза и D-ксилоза, а из кетопентоз - D-рибулоза и D-ксилулоза. Общие названия кетоз образуются введением суффикса -ул в названия соответствующих альдоз: рибозе соответствует рибулоза, ксилозе - ксилулоза (из этого правила выпадает название «фруктоза», которое не имеет связи с названием соответствующей альдозы).

Как видно из приведенных выше формул, стереоизомерные d-альдогексозы, равно как d-альдопентозы и d-кетопентозы, являются диастереомерами. Среди них есть такие, которые отличаются конфигурацией только одного центра хиральности. Диастереомеры, различающиеся конфигурацией только одного асимметрического атома углерода, называются эпимерами. Эпимеры - частный случай диастереомеров. Например, d-глюкоза и d-галактоза отличаются друг от друга только конфигурацией атома С-4, т. е. являются эпимерами по С-4. Аналогично d-глюкоза и d-манноза - эпимеры по С-2, а d-рибоза и d-ксилоза - по С-3.

Дезоксисахара. Самый распространенный из дезоксисахаров - 2-дезокси-D-рибоза - является структурным компонентом ДНК. В природных сердечных гликозидах, применяемых в кардиологии, содержатся остатки дидезоксисахаров, например дигитоксозы (сердечные гликозиды наперстянки).

Аминосахара. Эти производные, содержащие вместо гидроксильной группы аминогруппу (обычно при С-2), обладают основными свойствами и образуют с кислотами кристаллические соли. Важнейшими представителями аминосахаров служат аналоги d-глюкозы и d-галактозы, для которых часто используют полутривиаль-

ные названия - d-глюкозамин (2-дезокси-2-амино-D-глюкоза) и d-галактозамин (2-дезокси-2-амино-D-галактоза) соответственно. Аминогруппа в них может быть ацилирована остатками уксусной, иногда серной кислоты.

Сравнительно недавно открыт D-маннозамин (2-амино-2-дезокси-D-манноза):

СОН

ОН – С - Н

ОН – С - Н

Н – С - ОН

Н – С - ОН

СН₂-ОН

Аминосахара (обычно в виде N-ацетальных производных) входят в состав мукополисахаридов (полисахаридов плазмы крови, иммунополисахаридов, хитина) и мукопротеидов (гликопротеидов).

Глюкозамин – главный аминосахар нашего организма. Именно его, либо его модификации (ацетилглюкозамин, галактозамин, маннозамин) организм использует в качестве строительного материала многих гликопротеинов соединительной ткани – гиалуроновой кислоты, хондроитин-, гепарин-, кератан- сульфатов.

D-Глюкозаминсульфат непосредственно является мономером протеогликана хрящевой ткани – хондроитинсульфата. Поэтому давно и с успехом используется в медицине как препарат, предупреждающий прогрессирование различных заболеваний суставов.
D–Глюкозамин относится к так называемым «сигнальным» молекулам, т.к.:

1. Стимулирует основной фактор роста фибробластов.

2. Способствует выработке оксида азота макрофагами, тем самым оказывая сосудорасширяющий эффект.

3. Подавляет образование фибробластами и кератиноцитами Интерлейкина–1 α одного из медиаторов острого и хронического воспаления, стимулятора матриксных металлопротеиназ – разрушителей экстрацеллюлярного матрикса кожи.

4. Подавляет образование TNF-α (фактора некроза опухолей альфа), под влиянием которого увеличивается образование макрофагами и нейтрофилами перекиси водорода и других свободных радикалов.

Галактозамин (хондрозамин) - структурный компонент хондроитинсерной кислоты, входящей в состав соединительной ткани (особенно хрящевой).

Маннозамин входит в состав сиаловых кислот.

5. Реакция фосфорилирования моносахаридов и ее биологическое значение. Гидролиз фосфатов.

В клетках глюкоза и другие моносахариды с использованием АТФ фосфорилируются до фосфорных эфиров, например: глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ

Эта реакция катализируется ферментом гексокиназой (в клеточных условиях гексокиназа неспособна осуществлять обратную реакцию).

Значение фосфорилирования промежуточных соединений:

1. Поскольку в клеточной мембране, как правило, отсутствуют белки-переносчики для фосфорилированных сахаров, фосфорилированные промежуточные соединения, а также глюкозо-6-фосфат не могут покинуть клетку. После первоначального фосфорилирования для удержания внутри клетки фосфорилированных соединений больше не нужно дополнительной энергии, несмотря на большую разницу между внутри- и внеклеточной концентрацией этих соединений.

2. Фосфатные группы необходимы для хранения метаболической энергии. Энергия, которая потенциально может быть высвобождена при гидролизе фосфоангидридных связей (например, в АТФ), частично запасается при образовании эфиров фосфорной кислоты, например, глюкозо-6-фосфата. В дальнейшем высокоэнергетические соединения, содержащие фосфатную группу и образующиеся в ходе гликолиза (1,3-дифосфоглицерат и фосфоенолпируват), выступают в качестве доноров фосфорильной группы при образовании АТФ из АДФ.

3. Энергия связывания фосфатных групп с активными центрами ферментов снижает энергию активации и увеличивает специфичность ферментативных реакций. Фосфатные группы АДФ, АТФ и промежуточных продуктов гликолиза образуют комплексы с ионами Mg²⁺. Места связывания субстрата многих ферментов специфичны к этим комплексам. Для активности большинства ферментов гликолиза необходим Mg²⁺.