Основы биохимии Том 1 - А. Ленинджер 1985
Биомолекулы
Углеводы: строение и биологические функции
Моносахариды обычно содержат несколько асимметрических центров
Все моносахариды, за исключением дигидроксиацетона, имеют один или несколько асимметрических, или хиральных (разд. 3.5), атомов углерода и, следовательно, могут встречаться в виде оптически активных изомеров. Простейшая альдоза глицеральдегид содержит только один асимметрический центр и, таким образом, может существовать в виде двух стереоизомеров, которые выглядят как несовместимые зеркальные отражения друг друга (разд. 5.3). Альдогексозы имеют четыре асимметрических центра и могут существовать в виде 2n = 24, т.е. 16 различных стереоизомеров. Среди них наиболее распространена глюкоза, а именно D-глюкоза. На рис. 11-4 показано строение всех стереоизомеров альдотриоз, альдотетроз, альдопентоз и альдогексоз D-ряда. Они изображены при помощи проекционных формул (см. рис. 5.4), на которых связи, выступающие вперед из плоскости листа, показаны горизонтальными линиями, а связи, направленные за плоскость листа, показаны вертикальными линиями (рис. 11-5). В дальнейшем мы рассмотрим два других способа изображения пространственной структуры сахаров, а именно проекции Хеуорса и конформационные формулы.
Рис. 11 -4. Семейство D-альдоз, содержащих от трех до шести атомов углерода. Приведены обычные структурные формулы, где ковалентные связи показаны черточками. Названия наиболее распространенных альдоз обведены рамкой. Красным цветом выделены асимметрические атомы углерода.
Рис. 11-5. Стереоизомеры глицеральдегида
Практически все природные моносахариды (за исключением дигидроксиацетона) обладают оптической активностью. Так, D-глюкоза в природе встречается в виде правовращающего изомера с удельной величиной вращения [а]20D = + 52,7°, а D-фруктоза - в виде левовращающего соединения ([а]20D = - 92,4°). Так же как и стереоизомерные формы аминокислот (гл. 5), все стереоизомеры моносахаридов определяют по отношению к выбранному в качестве стандарта веществу - глицеральдегиду, который имеет одну D-форму и одну L-форму (рис. 11-5). Однако, поскольку многие альдозы имеют два или больше асимметрических центров, принято, что обозначения D и L указывают на конфигурацию асимметрического атома углерода, максимально удаленного от атома углерода карбонильной группы. Если гидроксильная группа при наиболее удаленном асимметрическом атоме углерода располагается в проекционной формуле справа, то сахар относят к D-ряду, а если слева, то к L-ряду. В природе обнаружены практически все возможные D-альдозы (рис. 11 -4), но из них наиболее важно запомнить пентозу D-рибозу и три гексозы-D-глюкозу, D-маннозу и D-галактозу.
Сходным образом можно изобразить строение всех D-кетоз, содержащих до 6 углеродных атомов; все они имеют одинаковую конфигурацию при наиболее удаленном от карбонильной группы асимметрическом атоме углерода. Название кетоз образуется путем введения суффикса -ул- в название соответствующей альдозы; так, например, альдопентозе D-рибозе соответствует кетопентоза D-рибулоза. Некоторые кетозы, например фруктоза, имеют тривиальные названия. Самые важные в биологическом отношении сахара - это кетопентоза D-рибулоза, кетогексоза D-фруктоза и кетогептоза D-седогептулоза (рис. 11 -6). В природе иногда встречаются L-альдозы и L-кетозы, однако они мало распространены.
Два сахара, различающиеся по конфигурации вокруг только одного атома углерода, представляют собой эпимеры по отношению друг к другу. Так, D-глюкоза и D-манноза - эпимеры относительно 2-го углеродного атома, а D-глюкоза и D-галактоза - эпимеры относительно 4-го атома (рис. 11-7).
Рис 11-6. Три наиболее важные кетозы.
Рис. 11-7. Эпимеры D-глюкозы.