Открыть сервисСервис

Моносахариды — класс углеводов

Моносахариды — простейшие углеводы, не гидролизующиеся до более простых сахаров; представляют собой полигидроксилальдегиды или полигидроксикетоны с общей формулой CₙH₂ₙOₙ (n ≥ 3). Являются структурными единицами всех более сложных углеводов — олиго- и полисахаридов. Растворимы в воде, сладки на вкус, кристаллизуются. Основной источник энергии для живых организмов.

Классификация

По числу атомов углерода моносахариды делятся на:

По функциональной группе различают альдозы (альдегидная группа, например глюкоза) и кетозы (кетонная группа, например фруктоза). Глюкоза и фруктоза — структурные изомеры с формулой C₆H₁₂O₆.

Стереохимия и циклические формы

Моносахариды содержат один или несколько асимметричных (хиральных) атомов углерода. Глюкоза имеет четыре таких атома, поэтому существует 2⁴ = 16 стереоизомеров гексозных альдоз. В водных растворах моносахариды существуют преимущественно в циклических формах — гемиацетальных или гемикетальных — за счёт внутримолекулярного взаимодействия гидроксильной и карбонильной групп. Образуются пятичленные (фуранозные) и шестичленные (пиранозные) кольца. Переход между линейной и циклической формой сопровождается изменением оптического вращения — явлением мутаротации.

Физические и химические свойства

Моносахариды — кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус (фруктоза слаще глюкозы примерно в 1,7 раза). Характерные химические реакции:

  • Реакция с фелинговой жидкостью и реактивом Бенедикта — восстановление ионов Cu²⁺ до Cu⁺ с образованием красного осадка Cu₂O (проба на «сахара»);
  • Реакция с озоном — окисление;
  • Брожение — под действием дрожжевых ферментов глюкоза превращается в этanol и CO₂;
  • Реакция Майяра — взаимодействие с аминокислотами при нагревании, лежащая в основе образования корочки хлеба;
  • Гидролиз — при кислотном или ферментативном расщеплении олиго- и полисахаридов.

Биологическая роль

Моносахариды — центральные метаболиты живых организмов. Глюкоза — основной источник энергии: в процессе гликолиза и цикла Кребса одна молекула глюкозы даёт до 38 молекул АТФ. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав РНК и ДНК соответственно. Галактоза участвует в синтезе лактозы у млекопитающих. Манноза входит в состав гликопротеинов. В растениях глюкоза полимеризуется в крахмал и целлюлозу, у животных — в гликоген.

Получение и промышленное значение

Основные источники промышленного получения моносахаридов — гидролиз крахмала (картофель, кукуруза), сахарной тростниковой и свёклы сахарной. Глюкозу получают ферментативным гидролизом крахмала с помощью амилаз. Фруктозу — изомеризацией глюкозы. Моносахариды применяются в пищевой промышленности (подсластители), фармацевтичике (растворы для инфузий), микробиологии (питательные среды) и биотехнологии.

Моносахариды в организме человека

В крови здорового человека концентрация глюкозы поддерживается в узком диапазоне (3,3–5,5 ммоль/л) благодаря инсулину и глюкагону. Нарушение этого баланса лежит в основе сахарного диабета. Пентозы участвуют в пентозофосфатном пути, обеспечивая синтез НАДФ и рибозы для нуклеотидов.

Интересные факты

  • Фруктоза содержится в мёде и фруктах, отсюда её второе название — «фруктовый сахар».
  • Глюкоза впервые была выделена из виноградного сока в 1747 году немецким химиком Андреасом Марграфом.
  • Термин «моносахарид» ввёл немецкий химик Эмиль Фишер в конце XIX века.

Источники

  • Биохимия: учебник / под ред. В. П. Скулачёва. — М.: Изд-во МГУ.
  • Структурная биохимия / А. Л. Тихонов, Е. Н. Пименова. — СПб.: Химиздат.
  • Lehninger Principles of Biochemistry / D. L. Nelson, M. M. Cox. — W. H. Freeman.
Заметили ошибку или не согласны с информацией в статье? Напишите нам support@bfometr.ru