ХЕКСОЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, ПРОИЗВОДНИ - GEOGRAFÍA - 2025

А хексозна е въглехидрат, който има шест въглеродни атоми и чийто емпирична формула е C ₆ H ₁₂ O ₆. Въглехидратите или захаридите (от гръцки език sakcharon = захар) са полихидрокси-алдехиди или полихидрокси-кетони.

В природата най-разпространеният монозахарид е глюкозата, шест въглеродна захар, наричана още декстроза. Биосинтезата на глюкозата се осъществява от въглероден диоксид и вода чрез фотосинтеза.

Източник: NEUROtiker

В растенията от глюкозата се получава синтеза на целулоза, структурен полизахарид и нишесте, резервен полизахарид. В хетеротрофните организми окисляването на глюкозата е централният метаболитен път за производството на енергия.

характеристики

Хексозите могат да бъдат от два вида: 1) алдози (или алдохексози), при които въглеродът 1 (С-1) е алдехидна функция; или 2) кетози (или алдоцетози), в които въглерод 2 (С-2) е кето функция. Останалите въглероди са вторични или първични алкохоли.

В алдохексозите всички въглеродни атоми са хирални, с изключение на въглерод 1 (С-1) и въглерод 6 (С-6), тоест имат четири асиметрични центъра. В кетохексозите има три асиметрични центъра, които са С-3, С-4 и С-5.

В природата захари като хексози с L конфигурация са по-малко изобилни от захарите с D конфигурация.

Алдехидната функция или кето функцията на хексозите реагират с вторична хидроксилна група, при вътремолекулна реакция, за да образуват циклични хемиацетали или хемикетали. Шестчленните циклични захари са пирани, а петчленните захари са фураноза.

В цикличната захар карбониловият въглерод от алдехидните и кето групи се превръща в нов хирален център, наречен аномерен въглерод. Конфигурацията на този въглерод може да бъде алфа или бета, тоест той произвежда два аномера.

Хексозите имат различни форми

Шестте атома, които изграждат пиранози, не са равни, но имат две подобни на стол конформации, в които обемистите заместители заемат: а) екваториални позиции или б) аксиални положения. Тези конформации могат да бъдат взаимосвързани, без да се нарушават ковалентните връзки.

Стереохимичните взаимодействия между заместителите на пръстена влияят на относителната стабилност на тези конформации. По този начин най-стабилната конформация е тази, в която най-голямата група заема екваториална позиция.

Химическата реактивност на определена група се влияе от нейното конформационно местоположение. Пример е хидроксилната група (-OH), която, когато заема екваториалното положение, се естерифицира по-лесно, отколкото когато заема аксиално положение.

Β-D-глюкозата, алдохексоза, има всички заместители в екваториално положение, което ги прави по-податливи на естерификация. Тази реакция е важна за образуването на ковалентни връзки между захарите. Това би могло да обясни защо β-D-глюкозата е най-обилната захар в природата.

Хексозите могат да образуват гликозидни връзки

Монозахаридните единици, като хексози, могат да бъдат свързани ковалентно чрез О-гликозидни връзки, образувани, когато аномерен въглерод от една захарна молекула реагира с хидроксилната група на друга захарна молекула. Резултатът от тази реакция е образуването на ацетал от хемиацетал.

Пример е реакцията на С-1, аномерен въглерод на α-D-глюкопираноза с хидроксилната група на С-4 на друга β-D-глюкопираноза. От него се образува α -D-глюкопиранозил- (1®4) -D-глюкопираноза.

Реакцията на гликозидно свързване включва отстраняване на водна молекула, наречена реакция на кондензация. Обратната реакция е хидролиза и разрушаване на гликозидната връзка.

Хексози и окислително-редукционни реакции

Захари, чийто аномен въглероден атом не е образувал гликозидни връзки, се наричат ​​редуциращи захари. Всички монозахариди, като хексозата глюкоза, маноза и галактоза, намаляват захарите. Това е така, защото алдозите или кетозите могат да дарят електрони или да се намалят на окислител.

Класически тест за намаляване на захарите се провежда с реагенти Fehling (или Benedict) и Tollens. Например, редуциращата захар може да намали съдържанието на Ag ⁺ в амониев разтвор (реактив на Толенс). Тази реакция произвежда метално сребро на дъното на съда, където е протекла реакцията.

Чрез реакция, катализирана от ензима глюкоза оксидаза, аномерният въглерод от D-глюкоза се окислява, като губи една двойка електрони, а кислородът се редуцира, като получава двойка електрони. Тази реакция има два продукта: D-глюконо-d-лактон и водороден пероксид.

Понастоящем концентрацията на глюкоза в кръвта се определя чрез тест, който използва глюкоза оксидаза и пероксидаза. Този последен ензим катализира окислително-редукционна реакция.

Субстратите на пероксидаза са водороден пероксид и хромогенно вещество, което се окислява. Тази реакция може да се определи количествено, като се използва спектрофотометър.

Производни на хексозите

Има много производни на хексози, чиято хидроксилна група е заместена с друг заместител. Например, С-2 хидроксилната група на глюкоза, галактоза и маноза се заменя с амино група, образувайки съответно глюкозамин, галактозамин и манозамин.

Често аминогрупата кондензира с оцетна киселина, образувайки N-ацетилглюкозамин. Това производно на глюкозамин се намира в клетъчната стена на бактериите.

Производно на N-ацетилманозамин е N-ацетилневраминова киселина, известна като сиалова киселина. Последното присъства в гликопротеините и гликолипидите на повърхността на клетките, като имат роля в разпознаването от други клетки.

Специфичното окисляване на първичната алкохолна група С-6 на алдохексозите глюкоза, галактоза и маноза произвежда уронови киселини. Тези продукти са D-глюкуронова киселина, D-галактуронова киселина и D-мануронова киселина, които са част от много полизахариди.

Уроновите киселини могат да бъдат подложени на вътремолекулна естерификация. Образува лактони с пет или шест атома. Например, аскорбиновата киселина (витамин С) се синтезира от растенията.

Заместването на хидроксилната група (-ОН) за водороден атом при С-6 на L-галактоза или L-маноза произвежда съответно L-фукоза или L-рамноза. L-фукозата се намира в гликопротеините и гликолипидите. L-рамнозата се намира в полизахаридите в растенията.

Хексози най-често срещани в природата и техните функции

гликоза

Символ: Glc. Това е алдохексоза или глюкохексоза. D-глюкозният енантиомер (символ D-Glu) е по-често срещан от L-Glc енантиомера. D-Glc присъства в растенията, меда, гроздето и в кръвта на животни. Той е източник на енергия за живите същества. Той служи като прекурсор за синтеза на гликоген, целулоза, нишесте и лактоза.

Фруктоза

Символ: Fru. Това е кетохексоза или фруктохексоза. D-фруктозният енантиомер е известен като фруктоза. Тази захар се намира например в плодовете, меда и спермата.

галактоза

Символ Гал. Това е алдохексоза или галатохексоза. D-галактозата е по-често срещана от L-галактозата. D-галактозата е мозъчната захар. Рядко е безплатно. Обикновено се среща в растения, животни и микроорганизми под формата на олигозахариди и полизахариди.

маноза

Символ: Човек. Това е алдохексоза или манохексоза. D-манозната форма е широко разпространена в маната и хемицелулозата. Той се намира като N-свързан олигозахарид към гликопротеините, образувайки клони.

Ramnosa

Символ: Rha Това е алдохексоза, която се намира в гликозидите на растенията, в полизахаридите на венците и лигавиците, както и в клетъчната стена на растенията и във флавоноидите.

Препратки

1. Cui, SW 2005. Хранителни въглехидрати: химия, физични свойства и приложения. CRC Press, Бока Ратон.
2. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Принципи на Лехингер в биохимията. WH Freeman, Ню Йорк.
3. Rastall, RA 2010. Функционални олигозахариди: приложение и производство. Годишен преглед на науката и технологиите за храните, 1, 305–339.
4. Sinnott, ML 2007. Структура и механизъм на въглехидрати и биохимия. Кралско химическо дружество, Кеймбридж.
5. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Въглехидрати: основните молекули на живота. Elsevier, Амстердам.
6. Томасик, П. 2004. Химични и функционални свойства на хранителните захариди. CRC Press, Бока Ратон.
7. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Основи на биохимията - живот на молекулярно ниво. Уили, Хобокен.