HEXÓZA: VLASTNOSTI, FUNKCIE, DERIVÁTY - GEOGRAFIA - 2025

Hexózy je sacharid, ktorý má šesť uhlíkových atómov a ktorej empirický vzorec je C ₆ H ₁₂ O ₆ . Uhľovodíky alebo sacharidy (z gréčtiny, sakcharón = cukor) sú polyhydroxyaldehydy alebo polyhydroxy-ketóny.

V prírode je najhojnejším monosacharidom glukóza, šesť uhlíkový cukor, tiež nazývaný dextróza. Biosyntéza glukózy sa uskutočňuje z oxidu uhličitého a vody fotosyntézou.

Zdroj: NEUROtiker

V rastlinách dochádza z glukózy k syntéze celulózy, štruktúrneho polysacharidu a škrobu, rezervného polysacharidu. V heterotrofných organizmoch je oxidácia glukózy centrálnou metabolickou cestou pre produkciu energie.

vlastnosti

Hexózy môžu byť dvoch typov: 1) aldózy (alebo aldohexózy), v ktorých uhlík 1 (C-1) je aldehydová funkcia; alebo 2) ketózy (alebo aldocetózy), v ktorých uhlík 2 (C-2) je ketoskupina. Zvyšok uhlíka sú sekundárne alebo primárne alkoholy.

V aldohexózach sú všetky uhlíky chirálne, s výnimkou uhlíka 1 (C-1) a uhlíka 6 (C-6), to znamená, že majú štyri asymetrické centrá. V ketohexózach sú tri asymetrické centrá, ktoré sú C-3, C-4 a C-5.

Cukry, ako sú hexózy s konfiguráciou L, sú v prírode menej hojné ako cukry s konfiguráciou D.

Aldehydová funkcia alebo ketoskupina hexóz reagujú so sekundárnou hydroxylovou skupinou pri intramolekulárnej reakcii za vzniku cyklických hemiacetálov alebo hemiketálov. Šesťčlenné cyklické cukry sú pyranózne a päťčlenné cukry sú furanóza.

V cyklickom cukre sa karbonylový uhlík aldehydových a ketoskupín stáva novým chirálnym centrom nazývaným anomérny uhlík. Konfigurácia tohto uhlíka môže byť alfa alebo beta, to znamená, že produkuje dva anoméry.

Hexózy majú rôzne konformácie

Šesť atómov, ktoré tvoria pyranózy, nie sú rovinné, ale majú dve kreslá podobné konformácii, v ktorej obsadzujú objemné substituenty: a) rovníkové polohy alebo b) axiálne polohy. Tieto konformácie môžu byť konvertované bez prerušenia kovalentných väzieb.

Stereochemické interakcie medzi substituentmi kruhu ovplyvňujú relatívnu stabilitu týchto konformácií. Najstabilnejšia konformácia je taká, v ktorej najväčšia skupina zaujíma rovníkovú pozíciu.

Chemická reaktivita určitej skupiny je ovplyvnená jej konformačným umiestnením. Príkladom je hydroxylová skupina (-OH), ktorá je pri obsadení v rovníkovej polohe ľahšie esterifikovaná ako pri obsadení v axiálnej polohe.

Β-D-glukóza, aldohexóza, má všetky substituenty v rovníkovej polohe, čo ich robí náchylnejšími na esterifikáciu. Táto reakcia je dôležitá pre tvorbu kovalentných väzieb medzi cukrami. To by mohlo vysvetľovať, prečo je p-D-glukóza najrozšírenejším cukrom v prírode.

Hexózy môžu vytvárať glykozidické väzby

Monosacharidové jednotky, ako sú hexózy, sa môžu kovalentne viazať prostredníctvom O-glykozidických väzieb vytvorených, keď anomérny uhlík jednej molekuly cukru reaguje s hydroxylovou skupinou inej molekuly cukru. Výsledkom tejto reakcie je vznik acetalu z hemiacetalu.

Príkladom je reakcia C-1, anomérneho uhlíka a-D-glukopyranózy s hydroxylovou skupinou C-4 inej P-D-glukopyranózy. Z toho sa vytvorí a-D-glukopyranozyl- (1 * 4) -D-glukopyranóza.

Glykozidická väzbová reakcia zahŕňa odstránenie molekuly vody, nazývanej kondenzačná reakcia. Reverznou reakciou je hydrolýza a rozpad glykozidickej väzby.

Hexózy a oxidačno-redukčné reakcie

Cukry, ktorých anomérny atóm uhlíka nevytvoril glykozidické väzby, sa nazývajú redukujúce cukry. Všetky monosacharidy, ako je napríklad glukóza, manóza a galaktóza, hexózy, redukujú cukry. Je to tak preto, že aldózy alebo ketózy môžu darovať elektróny alebo ich redukovať na oxidačné činidlo.

Klasický test na redukciu cukrov sa vykonáva s činidlami Fehling (alebo Benedict) a Tollens. Napríklad redukujúci cukor môže redukovať Ag ⁺ prítomný v roztoku amónia (Tollensovo činidlo). Táto reakcia vytvára kovové striebro na dne nádoby, kde sa reakcia uskutočnila.

Reakciou katalyzovanou enzýmom glukóza oxidáza sa anomérny uhlík D-glukózy oxiduje stratou jedného páru elektrónov a kyslík sa redukuje prijatím páru elektrónov. Táto reakcia má dva produkty: D-glukono-d-laktón a peroxid vodíka.

V súčasnosti je koncentrácia glukózy v krvi stanovená testom, ktorý využíva glukózovú oxidázu a peroxidázu. Tento posledný enzým katalyzuje reakciu redukcie oxidácie.

Substráty peroxidázy sú peroxid vodíka a chromogénna látka, ktorá je oxidovaná. Táto reakcia sa môže kvantifikovať pomocou spektrofotometra.

Deriváty hexóz

Existuje mnoho derivátov hexóz, ktorých hydroxylová skupina je nahradená iným substituentom. Napríklad C-2 hydroxylová skupina glukózy, galaktózy a manózy je nahradená aminoskupinou za vzniku glukozamínu, galaktozamínu a manozamínu.

Aminoskupina často kondenzuje s kyselinou octovou za vzniku N-acetylglukozamínu. Tento derivát glukozamínu sa nachádza v bunkovej stene baktérií.

Derivátom N-acetylmanozamínu je kyselina N-acetylneuraminová, známa ako kyselina sialová. Posledne menovaný je prítomný v glykoproteínoch a glykolipidoch na povrchu buniek a má úlohu pri rozpoznávaní inými bunkami.

Špecifická oxidácia primárnej alkoholovej skupiny C-6 aldohexózovej glukózy, galaktózy a manózy produkuje urónové kyseliny. Týmito produktmi sú kyselina D-glukurónová, kyselina D-galakturónová a kyselina D-mannurónová, ktoré sú súčasťou mnohých polysacharidov.

Uronové kyseliny môžu podliehať intramolekulárnej esterifikácii. Tvorí laktóny s piatimi alebo šiestimi atómami. Napríklad kyselina askorbová (vitamín C) je syntetizovaná rastlinami.

Substitúcia hydroxylovej skupiny (-OH) atómom vodíka na C-6 L-galaktózy alebo L-manózy vytvára L-fukózu alebo L-ramnózu. L-fukóza sa nachádza v glykoproteínoch a glykolipidoch. L-ramnóza sa nachádza v polysacharidoch v rastlinách.

Hexózy najbežnejšie v prírode a ich funkcie

glukóza

Symbol: Glc. Je to aldohexóza alebo glukohexóza. Enantiomér D-glukózy (symbol D-Glu) je bežnejší ako enantiomér L-Glc. D-Glc je prítomný v rastlinách, mede, hrozne a krvi zvierat. Je to zdroj energie pre živé bytosti. Slúži ako prekurzor pre syntézu glykogénu, celulózy, škrobu a laktózy.

fruktóza

Symbol: Fru. Je to ketohexóza alebo fruktohexóza. Enantiomér D-fruktózy je bežne známy ako fruktóza. Tento cukor sa vyskytuje napríklad v ovocí, mede a sperme.

galaktózy

Gal symbol. Je to aldohexóza alebo galatohexóza. D-galaktóza je častejšia ako L-galaktóza. D-galaktóza je mozgový cukor. Je zriedka zadarmo. Všeobecne sa vyskytuje v rastlinách, zvieratách a mikroorganizmoch vo forme oligosacharidov a polysacharidov.

mannosa

Symbol: Človek, je to aldohexóza alebo mannohexóza. Forma D-manózy je široko distribuovaná v manne a hemicelulóze. Nachádza sa ako N-viazaný oligosacharid na glykoproteíny, ktoré tvoria vetvy.

Ramnosa

Symbol: Rha. Je to aldohexóza, ktorá sa nachádza v glykozidoch rastlín, v polysacharidoch ďasien a slizov, ako aj v bunkovej stene rastlín a vo flavonoidoch.

Referencie

1. Cui, SW 2005. Sacharidy potravín: chémia, fyzikálne vlastnosti a aplikácie. CRC Press, Boca Raton.
2. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerove princípy biochémie. WH Freeman, New York.
3. Rastall, RA 2010. Funkčné oligosacharidy: aplikácia a výroba. Ročný prehľad o vede a technológii potravín, 1, 305 - 339.
4. Sinnott, ML 2007. Štruktúra a mechanizmus chémie uhľovodíkov a biochémia. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
5. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základné molekuly života. Elsevier, Amsterdam.
6. Tomasik, P. 2004. Chemické a funkčné vlastnosti potravinárskych sacharidov. CRC Press, Boca Raton.
7. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochémie - život na molekulárnej úrovni. Wiley, Hoboken.