HEKSOZA: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, POCHODNE - GEOGRAFÍA - 2025

Heksozowej jest węglowodanem, który składa się z sześciu atomów węgla, którego wzór empiryczny jest C ₆ H ₁₂ O ₆ . Węglowodany lub sacharydy (z greckiego sakcharon = cukier) to polihydroksyaldehydy lub polihydroksy-ketony.

W naturze najobficiej występującym monosacharydem jest glukoza, sześciowęglowy cukier, zwany również dekstrozą. Biosynteza glukozy zachodzi z dwutlenku węgla i wody poprzez fotosyntezę.

Źródło: NEUROtiker

W roślinach z glukozy zachodzi synteza celulozy, strukturalnego polisacharydu, a skrobi - rezerwowego polisacharydu. W organizmach heterotroficznych utlenianie glukozy jest głównym szlakiem metabolicznym do produkcji energii.

cechy

Heksozy mogą być dwojakiego rodzaju: 1) aldozy (lub aldoheksozy), w których węgiel 1 (C-1) pełni funkcję aldehydową; lub 2) ketozy (lub aldocetozy), w których węgiel 2 (C-2) pełni funkcję ketonową. Pozostałe węgle to alkohole drugorzędowe lub pierwszorzędowe.

W aldoheksozach wszystkie węgle są chiralne, z wyjątkiem węgla 1 (C-1) i węgla 6 (C-6), to znaczy mają cztery centra asymetrii. W ketoheksozach występują trzy centra asymetrii, którymi są C-3, C-4 i C-5.

W naturze cukry takie jak heksozy o konfiguracji L występują w mniejszych ilościach niż cukry o konfiguracji D.

Funkcja aldehydowa lub ketonowa heksoz reaguje z drugorzędową grupą hydroksylową w reakcji wewnątrzcząsteczkowej, tworząc cykliczne półacetale lub hemiketale. Sześcioczłonowe cykliczne cukry to piran, a pięcioczłonowe cukry to furanoza.

W cukrze cyklicznym węgiel karbonylowy grup aldehydowych i ketonowych staje się nowym centrum chiralności, zwanym węglem anomerycznym. Konfiguracja tego węgla może być alfa lub beta, to znaczy wytwarza dwa anomery.

Heksozy mają różne konformacje

Sześć atomów tworzących piranozy nie jest płaskich, ale ma dwie konformacje przypominające krzesła, w których duże podstawniki zajmują: a) pozycje równikowe lub b) pozycje osiowe. Te konformacje można wzajemnie przekształcić bez zrywania wiązań kowalencyjnych.

Oddziaływania stereochemiczne między podstawnikami pierścienia wpływają na względną stabilność tych konformacji. Zatem najbardziej stabilną konformacją jest taka, w której największa grupa zajmuje pozycję równikową.

Na reaktywność chemiczną określonej grupy ma wpływ jej umiejscowienie konformacyjne. Przykładem jest grupa hydroksylowa (-OH), która zajmując pozycję równikową jest łatwiej estryfikowana niż w pozycji osiowej.

Β-D-glukoza, aldoheksoza, ma wszystkie podstawniki w pozycji ekwatorialnej, co czyni je bardziej podatnymi na estryfikację. Ta reakcja jest ważna dla tworzenia wiązań kowalencyjnych między cukrami. To może wyjaśniać, dlaczego β-D-glukoza jest cukrem występującym w największej ilości w przyrodzie.

Heksozy mogą tworzyć wiązania glikozydowe

Jednostki monosacharydów, takie jak heksozy, mogą być połączone kowalencyjnie przez wiązania O-glikozydowe utworzone, gdy anomeryczny węgiel jednej cząsteczki cukru reaguje z grupą hydroksylową innej cząsteczki cukru. Wynikiem tej reakcji jest tworzenie acetalu z półacetalu.

Przykładem jest reakcja C-1, anomerycznego węgla α-D-glukopiranozy z grupą hydroksylową C-4 innej β-D-glukopiranozy. Z niego powstaje α-D-glukopiranozylo- (1®4) -D-glukopiranoza.

Reakcja tworzenia wiązania glikozydowego polega na usunięciu cząsteczki wody, zwanej reakcją kondensacji. Odwrotną reakcją jest hydroliza i zerwanie wiązania glikozydowego.

Heksozy i reakcje utleniania-redukcji

Cukry, których anomeryczny atom węgla nie utworzył wiązań glikozydowych, nazywane są cukrami redukującymi. Wszystkie monosacharydy, takie jak heksozy, glukoza, mannoza i galaktoza, są cukrami redukującymi. Dzieje się tak, ponieważ aldozy lub ketozy mogą przekazywać elektrony lub redukować je do środka utleniającego.

Klasyczny test na cukry redukujące przeprowadza się z odczynnikami Fehlinga (lub Benedicta) i Tollensa. Na przykład cukier redukujący może redukować Ag ⁺ obecny w roztworze amonu (odczynnik Tollensa). W tej reakcji na dnie naczynia, w którym miała miejsce reakcja, powstaje metaliczne srebro.

W wyniku reakcji katalizowanej przez enzym oksydazę glukozową, anomeryczny węgiel D-glukozy jest utleniany przez utratę jednej pary elektronów, a tlen jest redukowany przez otrzymanie pary elektronów. Ta reakcja ma dwa produkty: D-glukono-d-lakton i nadtlenek wodoru.

Obecnie stężenie glukozy we krwi określa się za pomocą testu wykorzystującego oksydazę glukozową i peroksydazę. Ten ostatni enzym katalizuje reakcję utleniania-redukcji.

Substratami peroksydazy są nadtlenek wodoru oraz substancja chromogenna, która ulega utlenieniu. Tę reakcję można określić ilościowo za pomocą spektrofotometru.

Pochodne heksoz

Istnieje wiele pochodnych heksoz, w których grupę hydroksylową zastąpiono innym podstawnikiem. Na przykład grupa hydroksylowa C-2 glukozy, galaktozy i mannozy jest zastąpiona grupą aminową, tworząc odpowiednio glukozaminę, galaktozaminę i mannozaminę.

Często grupa aminowa kondensuje z kwasem octowym, tworząc N-acetyloglukozaminę. Ta pochodna glukozaminy znajduje się w ścianie komórkowej bakterii.

Pochodną N-acetylomannozaminy jest kwas N-acetyloneuraminowy, zwany kwasem sialowym. Ta ostatnia występuje w glikoproteinach i glikolipidach na powierzchni komórek, odgrywając rolę w rozpoznawaniu przez inne komórki.

Specyficzne utlenianie pierwszorzędowej grupy alkoholowej C-6 aldoheksoz, glukozy, galaktozy i mannozy, prowadzi do powstania kwasów uronowych. Produkty te to kwas D-glukuronowy, kwas D-galakturonowy i kwas D-mannuronowy, które są częścią wielu polisacharydów.

Kwasy uronowe mogą ulegać wewnątrzcząsteczkowej estryfikacji. Tworzy laktony o pięciu lub sześciu atomach. Na przykład kwas askorbinowy (witamina C) jest syntetyzowany przez rośliny.

Podstawienie grupy hydroksylowej (-OH) atomem wodoru przy C-6 L-galaktozy lub L-mannozy daje odpowiednio L-fukozę lub L-ramnozę. L-fukoza znajduje się w glikoproteinach i glikolipidach. L-ramnoza znajduje się w polisacharydach roślin.

Heksozy najczęściej występujące w przyrodzie i ich funkcje

Glukoza

Symbol: Glc. Jest to aldoheksoza lub glukoheksoza. Enancjomer D-glukozy (symbol D-Glu) jest bardziej powszechny niż enancjomer L-Glc. D-Glc jest obecny w roślinach, miodzie, winogronach i we krwi zwierząt. Jest źródłem energii dla istot żywych. Służy jako prekursor do syntezy glikogenu, celulozy, skrobi i laktozy.

Fruktoza

Symbol: Fru. Jest to ketoheksoza lub fruktoheksoza. Enancjomer D-fruktozy jest powszechnie znany jako fruktoza. Cukier ten znajduje się na przykład w owocach, miodzie i nasieniu.

Galaktoza

Symbol Gal. Jest to aldoheksoza lub galatoheksoza. D-galaktoza występuje częściej niż L-galaktoza. D-galaktoza to cukier w mózgu. Rzadko jest za darmo. Zwykle występuje w roślinach, zwierzętach i mikroorganizmach w postaci oligosacharydów i polisacharydów.

Mannoza

Symbol: Człowiek Jest to aldoheksoza lub mannoheksoza. Postać D-mannozy jest szeroko rozpowszechniona w mannie i hemicelulozie. Występuje jako N-połączony oligosacharyd z glikoproteinami, tworząc rozgałęzienia.

Ramnosa

Symbol: Rha. Jest to aldoheksoza występująca w glikozydach roślin, w polisacharydach dziąseł i śluzów, a także w ścianie komórkowej roślin i flawonoidach.

Bibliografia

1. Cui, SW 2005. Węglowodany spożywcze: chemia, właściwości fizyczne i zastosowania. CRC Press, Boca Raton.
2. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Zasady Lehningera biochemii. WH Freeman, Nowy Jork.
3. Rastall, RA 2010. Funkcjonalne oligosacharydy: zastosowanie i produkcja. Annual Review of Food Science and Technology, 1, 305–339.
4. Sinnott, ML 2007. Chemia węglowodanów i struktura biochemiczna i mechanizm. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
5. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Węglowodany: podstawowe cząsteczki życia. Elsevier, Amsterdam.
6. Tomasik, P. 2004. Właściwości chemiczne i funkcjonalne sacharydów spożywczych. CRC Press, Boca Raton.
7. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Podstawy biochemii - życie na poziomie molekularnym. Wiley, Hoboken.