2.6 Көмірсулар

Көмірсулар молекулалары көміртегі сутегі және оттегі атомдарынан құралған органикалық күрделі қосылыстар. Көмірсулар жай (моносахаридтер) және күрделі (олигосахаридтер, полисахаридтер) болып бөлінеді.

Моносахаридтер гидролизге ұшырамайды. Күрделі көмірсулар гидролизденіп, олигосахаридтер түзеді, ал олигосахаридтер әрі қарай гидролизденіп, 2-10 молекула – моносахаридтер пайда болады. Олигосахаридтердің ішіндегі ең маңыздысы дисахаридтер (диозалар), олар екі молекула моносахаридтердің конденсациялану өнімі болып табылады.

Полисахаридтер (күрделі көмірсулар) гидролизденгенде жүздеген және мыңдаған моносахарид молекулалары түзіледі.

Моносахаридтер (монозалар) гетерофункционалды қосылыстар болып есептеледі, себебі олардың құрамына бір оксо топ (альдегидтік немесе кетондық) және бірнеше гидроксил топтары болады.

Альдегид тобы бар моносахаридтер альдозалар, ал кетондық тобы барлар кетозалар деп аталады. Көміртегі тізбегінің ұзындығына (3-10 атом) байланысты триоза, тетроза, пентоза, гексозаға т.б. бөлінеді. Көбіне табиғатта кездесетін түрі пентозалар мен гексозалар. Моносахаридтердің ашық тізбекті түрі Фишердің проекциялық формуласы арқылы көрсітіледі. Көбінесе моносахаридтер тұйықталған тізбек (циклдің) түрінде кездеседі.

Егер альдогексодағы альдегидтік топ бесінші көміртегі атомындағы гидроксилмен байланысып, алты мүшелі цикл түзетін болса, ол пираноздық деп аталады және термодинамикалық тұрақты болады. Альдегид тобының төртінші көміртегі атомындағы гидроксил тобымен байланысуы арқылы түзілген бес мүшелі цикл фураноздық деп аталады.

Фураноздық цикл

Тұйық тізбекті формаларды ықшамды түрде Хеуорс формулаларымен көрсетуге болады.

α – жазықтық астында

β – жазықтық үстінде

Тұйық тізбекті (циклды) моносахаридтерде бірінші көміртегімен байланысқан гидроксил тобына байланысты α және β циклдік формалар болады. Жартылай ацеталь гидроксил тобы сақина жазықтығының төменгі жағында орналасқан форма α, ал сақина жазықтығының жоғарғы жағында орналасқан форма β форма деп аталады.

Моносахаридтердің тұйық тізбекті құрылысы Хеуорстың проекциялық формуласы арқылы бейнеленеді.

Пентозалар: рибоза, дезоксирибоза, ксилоза

Пентозалардың (С₅Н₁₀О₅) өкілдері: рибоза, 2-дезоксирибоза, ксилоза. Пентозалар моносахаридтерге тән химиялық қасиеттер көрсетеді.

Рибозаның биологиялық маңызы зор, ол рибонуклеин қышқылдарының құрамына кіреді (РНҚ).

Рибоза

Д-2-дезоксирибоза ДНҚ-ның құрамына кіреді (дезоксирибонуклеин қышқылдары)

2-Дезокси-D-рибоза

Гексозалар: глюкоза, галактоза, фруктоза

Глюкоза С₆Н₁₂О₆ моносахаридтердің ішіндегі ең маңыздысы, оны басқаша жүзім қанты деп атайды. Глюкоза табиғатта көп таралған, өсімдіктер мен жануарларда, адам организмнде кездеседі. Глюкоза бағалы қоректенгіш зат. Ол тотыққанда организмнің қалыпты өмір сүруге қажетті энегия бөледі. Глюкоза медицинада емдейтін препараттар дайындауға, қанды консервілеуге, венаға жіберуге, құюға және т.б. қолданылады. Глюкоза молекуласы судағы ерітіндісінде өзара бір-біріне айналатын α-мен β-циклды түрлерінде кездеседі:

Галактоза глюкоза изомерлерінің бір түрі.

D-Галактоза

Галактоза дисахарид лактозаның кейбір гликозидтердің, полисахаридтердің және басқа да қосылыстардың құрамында кездеседі.

Фруктоза кетонды спирт болып есептелінеді.

D-Фруктоза

Моносахаридтердің стереоизомерлері

Моносахарид стереоизомерлерінің хиральдық орталығы болады, (асимметриялы көміртегі атомы), стереоизомерлер саны математикалық жолмен былай шығарылады: Мысалы: N=2ⁿ

N – изомерлер саны

n – хиральдық көміртегі атомдардың саны.

Мысалы, альдогексозада төрт хиральдық көміртегі атомы бар, сондықтан изомерлердің саны 16-ға тең, немесе N=2⁴=16 (8 Д-изомер және 8 L изомер).

Моносахаридтің салыстырмалы конфигурациясын анықтау үшін стандарттық конфигурация ретінде глицерин альдегиді қолданылады

Альдопентозадағы С4, ал альдогексозадағы С5 хиральдық көміртегі атомдары Д (+) глицерин альдегидімен сәйкес келсе, онда моносахаридтер Д (+) қатарына жатады. Табиғи моносахаридтердің барлығы Д (+) изомерлер болып есептеледі.

Карбоксил және гидроксил топтарының реакциялары (фосфаттар)

Моносахаридтер молекуларының құрылысы гетерофункционалды (аралас) болып келеді, сондықтан әрі спирттік, әрі альдегидтік қасиеттер көрсетеді.

Д-глюкурон қышқылының биологиялық ерекшелігі өте зор, организмде пайда болған зиянды немесе улы (токсиндер) заттар бауыр клеткасында тазартып, глюкуронидтер түрінде несеп арқылы сыртқа шығады. Урон қышқылдары гепарин қосылыстарының құрамында болады.

Моносахаридтердің тотықсыздануы

Моносахаридтердің ең маңызды реакцияларының бірі олардың тотықсызданып, көп атомды спирттерге айналуы.

Сорбит пен ксилитті тамақ ретінде қолданғанда, қандағы глюкозаның мөлшері көбеймейді. Олар тотығып, организмге энергетикалық күш береді.

Аминді қанттар: глюкозамин, галактозамин. Нейрамин мен сиал қышқылдары туралы жалпы түсінік

Моносахаридтердің 2-ші көміртегі атомымен байланысқан гидроксил тобы амин тобымен (NН₂) алмасқан туындысы аминді қанттар деп аталады. Тірі организмдерде Д-глюкозамин және Д-галактозамин ерекше орын алады.

D-Глюкозамин

D-Галактозамин

Хондрозаминнің қалдығы шеміршек құрамында болатын полисахаридтердің құрылуына қатысады. Нейрамин қышқылы аминді моносахаридтердің арасында еркеше орын алады және оның туындысы сиал қышқылы болып табылады. Бұл қышқыл жеке күйінде бел-омыртқа жұлындарында кездеседі. Осы айтылған қышқылдар қан мен тканьдердегі арнайы компоненттердің құрамында кездеседі, сонымен бірге мидың нерв жүйлерін қоздыруға қатысады.