Иерархическая схема стереохимического родства природных кетоз D-ряда

Если принять за минимальную альдозу глицериновый альдегид и минимальную кетозу - эритрулозу, мы можем построить иерархическую схему стереохимического родства природных углеводов с учетом того факта, что, в основном, они относятся к D-ряду в проекциях Фишера.

По мере необходимости указывая в скобках знак оптического вращения: (+) – правовращающий или (-) – левовращающий. Следует заметить, что не существует какой-либо связи между знаком вращения оптического изомера и его принадлежностью к D - , так и L – формы могут быть как лево-, так и правовращающими изомерами и наоборот.

Доказательство строения и стереохимического родства восьми D - гексоз и четырех D-пентоз было основано на блестящих работах Эмиля Фишера, за которые он получил Нобелевскую премию по химии в 1901 году.

Относительно особенностей конфигураций D - и L-рядов моносахаров следует отметить два факта:

1. Обозначение D - и L - не находятся во взаимосвязи со знаком их оптического вращения.

2. Живые организмы "не узнают" и "не умеют" усваивать углеводы L-ряда, тогда как синтезировать они их могут. Свойство инертности ферментов к L - сахарам природа часто использует для построения сложных устойчивых молекулярных систем.

Углеводы были открыты до того, как стали понятны молекулярные аспекты химии.

Вначале было найдено, что они содержат только углерод, водород и кислород (причем два последних в том же соотношении, что и в воде), т. е. являются как бы соединениями угля с водой, поэтому им приписали общую формулу C_x(H₂O)_y, где х и у — целые числа. Позже стало ясно, что такое определение не является точным, так как были выделены другие соединения, которые по химическим и физическим свойствам хотя и подходят к классу углеводов, однако не содержат водорода и кислорода в соотношении 2:1.

Примером таких соединений может служить дезоксирибоза (входит в состав ДНК), имеющая общую формулу C₆H₁₀O₄. В данном соединении содержание водорода и кислорода не соответствовало отношению 2:1, но оно тем не менее, имеет свойства углеводов.

Дезоксирибоза. Этот углевод в свободном виде встречается редко. Чаще он входят в состав сложных веществ, т. е. используются в организме в пластических процессах. Дезоксирибоза участвует в биосинтезе дезоксирибонуклеотидов, которые являются структурным компонентом ДНК. Спирт рибитол, производное рибозы, входит в состав витамина В₁₂ и некоторых дыхательных ферментов.

Дезоксирибоза является альдозой. В молекуле дезоксирибозы отсутствует атом кислорода при втором атоме углерода.

С другой стороны, молочная кислота имеет общую формулу C₂H₆O₃ (оксикарбоновая кислота), однако не принадлежит к классу углеводов.

Позже были открыты углеводы, которые кроме углерода, водорода и кислорода содержали еще азот и серу.

Например гиалуроновая кислота.

К настоящему времени известно около семидесяти моносахаридов, двадцатьиз которых встречаются в природе, а остальные получены синтетически; но только некоторые из распространенных в природе сахаров представляют для нас интерес. Всем им присущ сладкий вкус, хорошая растворимость в воде, плохая растворимость (или даже нерастворимость) в органических растворителях, например в спирте или эфире.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1) Охарактеризуйте углеводы и их биологическую роль в организме.

2) Какое свойство углеводов лежит в основе их классификации на моно- ,олиго- и полисахариды. Приведите примеры в виде структурных формул.

3) Как образуется циклическая форма моносахаридов? В чем преимущество таких углеводов перед линейными?

4) Напишите формулы глюкозы, фруктозы и глицеринового альдегида, а также их фосфорные эфиры.

5) Как построены основные дисахариды? Назовите ферменты их гидролиза.

6) В чем отличие строения крахмала и гликогена?

7) Каковы особенности гидролиза углеводов в процессе пищеварения и их всасывания? Приведите схему гидролиза важнейших углеводов пищи. Какие ферменты ускоряют этот процесс в пищеварительной системе? Какие условия необходимы для действия этих ферментов?

8) Каковы механизмы поддержания постоянной концентрации глюкозы в крови?

9) Что такое гликемический индекс? Назовите примеры продуктов с низким, средним и высоким гликемическим индексом.