D-манноза: свойства и применение¶

D-манноза — моносахарид (гексоза) из группы альдогексоз, стереоизомер глюкозы, входящий в состав ряда природных полисахаридов и гликопротеинов. В свободном виде встречается в некоторых растениях и микроорганизмах; в организме человека участвует в процессах гликозилирования белков и распознаётся лектинами иммунной системы. Благодаря способности связывать бактериальные адгезины применяется в медицине и пищевой промышленности.

¶Химические свойства и строение

Молекулярная формула D-маннозы — C₆H₁₂O₆, молярная масса 180,16 г/моль. По строению она отличается от D-глюкозы положением гидроксильной группы при втором углеродном атоме (C2): у маннозы она ориентирована вверх в проекции Фишера, тогда как у глюкозы — вниз. Это делает маннозу C2-эпимером глюкозы.

В водном растворе манноза существует в виде равновесной смеси циклических форм (пиранозной и фуранозной) и небольшой доли открытой альдегидной формы. Преобладают α- и β-аномеры пиранозного цикла. Как восстанавливающий сахар, манноза даёт характерные реакции с реактивом Фелинга и Толленса, образует озазоны и гликозиды.

Кристаллическая D-манноза хорошо растворима в воде, сладкая на вкус (примерно 60 % от сладости сахарозы), оптически активна.

¶Природные источники

В свободном состоянии D-манноза встречается редко. Основные её формы в природе:

Маннаны — полисахариды, построенные из остатков маннозы; содержатся в клеточных стенках дрожжей, в некоторых водорослях и грибах.
Гемицеллюлозы — растительные полисахариды, включающие маннозные звенья (например, в древесине хвойных пород).
Гликопротеины — маннозные остатки входят в состав N-связанных олигосахаридов многих белков эукариот.
Плоды — небольшие количества обнаруживаются в ананасах, ягодах, кожуре цитрусовых.
Манна — застывший сок ясеня и некоторых других растений, исторически служивший источником маннозы (отсюда название).

Промышленно D-маннозу получают гидролизом растительного сырья (например, копры, семян гуара) или ферментативным путём, а также изомеризацией глюкозы.

¶Биологическая роль

В организме человека манноза не является основным энергетическим субстратом, но играет важную роль в биосинтезе гликопротеинов и гликолипидов. Остатки маннозы — обязательный компонент олигосахаридных цепей, присоединяемых к белкам в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи. Эти структуры обеспечивают правильное сворачивание белков, их транспорт и межклеточное узнавание.

Маннозные остатки на поверхности клеток распознаются лектинами, в том числе маннозосвязывающим лектином (MBL) — белком врождённого иммунитета, запускающим лектиновый путь активации комплемента. Нарушения метаболизма маннозы связаны с редкими наследственными заболеваниями — например, с дефектами ферментов гликозилирования (CDG-синдромы).

¶Применение

¶Медицина

Основное практическое применение D-маннозы связано с её способностью блокировать адгезию бактерий к эпителию мочевыводящих путей. Уропатогенные штаммы Escherichia coli используют фимбрии (пили) типа 1, связывающиеся с маннозными рецепторами на клетках мочевого пузыря. Приём маннозы создаёт конкуренцию: бактерии связываются с молекулами сахара в моче и выводятся, не закрепляясь на стенках. На этом основано использование маннозы как вспомогательного средства при профилактике рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей.

Также манноза применяется:

как компонент растворов для инфузий при некоторых состояниях;
в лабораторной диагностике — для тестов агглютинации с маннозосвязывающими лектинами;
в составе сред для культивирования микроорганизмов.

¶Пищевая промышленность

D-манноза используется как низкокалорийный подсластитель и добавка в диетических продуктах, поскольку усваивается медленнее глюкозы и меньше влияет на уровень сахара в крови. Она входит в состав некоторых пребиотических смесей.

¶Биотехнология

Манноза служит субстратом в микробиологических средах, применяется для синтеза маннанов и маннитола, а также в исследованиях гликобиологии.

¶Безопасность и ограничения

D-манноза в умеренных дозах обычно хорошо переносится. Возможны побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта: вздутие, диарея, тошнота. При сахарном диабете и беременности приём следует согласовывать с врачом. Клиническая эффективность маннозы при инфекциях мочевыводящих путей изучается; данные исследований неоднородны, и препарат не заменяет антибактериальную терапию.

¶Интересные факты

Название «манноза» происходит от «манны» — сладкого сока, упоминаемого в библейских текстах.
Маннозные рецепторы присутствуют на макрофагах и дендритных клетках, участвуя в захвате патогенов.
Именно маннозные остатки придают дрожжевым клеточным стенкам их антигенные свойства.
В аналитической химии маннозу определяют методами ВЭЖХ и газовой хроматографии после дериватизации.

Источники: учебники по органической и биологической химии; материалы по гликобиологии; обзоры по маннозе и инфекциям мочевыводящих путей; справочные данные по свойствам моносахаридов.