HEXOSE: VLASTNOSTI, FUNKCE, DERIVÁTY - GEOGRAFÍA - 2025

Hexózy je sacharid, který má šest uhlíkových atomů a jejíž empirický vzorec je C ₆ H ₁₂ O ₆. Sacharidy nebo sacharidy (z řečtiny, sakcharon = cukr) jsou polyhydroxyaldehydy nebo polyhydroxy-ketony.

V přírodě je nejhojnějším monosacharidem glukóza, šest uhlíkový cukr, také nazývaný dextróza. Biosyntéza glukózy probíhá z oxidu uhličitého a vody fotosyntézou.

Zdroj: NEUROtiker

V rostlinách dochází z glukózy k syntéze celulózy, strukturního polysacharidu a škrobu, rezervního polysacharidu. U heterotrofních organismů je oxidace glukózy centrální metabolickou cestou pro produkci energie.

vlastnosti

Hexózy mohou být dvou typů: 1) aldózy (nebo aldohexózy), ve kterých uhlík 1 (C-1) je aldehydová funkce; nebo 2) ketózy (nebo aldocetózy), ve kterých uhlík 2 (C-2) je keto funkce. Zbytek uhlíků jsou sekundární nebo primární alkoholy.

V aldohexózách jsou všechny uhlíky chirální, s výjimkou uhlíku 1 (C-1) a uhlíku 6 (C-6), to znamená, že mají čtyři asymetrická centra. V ketohexózách existují tři asymetrická centra, která jsou C-3, C-4 a C-5.

V přírodě jsou cukry jako hexózy s konfigurací L méně hojné než cukry s konfigurací D.

Aldehydová nebo keto funkce hexóz reaguje s sekundární hydroxylovou skupinou při intramolekulární reakci za vzniku cyklických hemiacetálů nebo hemketálů. Šestičlenné cyklické cukry jsou pyranózní a pětičlenné cukry jsou furanóza.

U cyklického cukru se karbonylový uhlík aldehydových a ketoskupin stává novým chirálním centrem, které se nazývá anomerní uhlík. Konfigurace tohoto uhlíku může být alfa nebo beta, to znamená, že produkuje dva anomery.

Hexózy mají různé konformace

Šest atomů, které tvoří pyranózy, nejsou rovinné, ale mají dvě křeslovité konformace, ve kterých obsadí objemné substituenty: a) rovníkové polohy nebo b) axiální polohy. Tyto konformace mohou být vzájemně převedeny bez porušení kovalentních vazeb.

Stereochemické interakce mezi substituenty kruhu ovlivňují relativní stabilitu těchto konformací. Nejstabilnější konformace je tedy ta, ve které největší skupina zaujímá rovníkovou pozici.

Chemická reaktivita určité skupiny je ovlivněna konformačním umístěním. Příkladem je hydroxylová skupina (-OH), která je při obsazení rovníkové polohy snadněji esterifikována než při obsazení axiální polohy.

Β-D-glukóza, aldohexóza, má všechny substituenty v rovníkové poloze, což je činí citlivějšími na esterifikaci. Tato reakce je důležitá pro tvorbu kovalentních vazeb mezi cukry. To by mohlo vysvětlit, proč je P-D-glukóza v přírodě nejhojnějším cukrem.

Hexózy mohou tvořit glykosidické vazby

Monosacharidové jednotky, jako jsou hexózy, mohou být kovalentně spojeny prostřednictvím O-glykosidických vazeb vytvořených, když anomerní uhlík jedné molekuly cukru reaguje s hydroxylovou skupinou jiné molekuly cukru. Výsledkem této reakce je vytvoření acetalu z hemiacetalu.

Příkladem je reakce C-1, anomerního uhlíku a-D-glukopyranózy s hydroxylovou skupinou C-4 jiné p-D-glukopyranózy. Z toho se vytvoří a-D-glukopyranosyl- (1®4) -D-glukopyranóza.

Glykosidická vazebná reakce zahrnuje odstranění molekuly vody, zvané kondenzační reakce. Reverzní reakce je hydrolýza a rozrušení glykosidické vazby.

Hexózy a oxidačně-redukční reakce

Cukry, jejichž anomerní atom uhlíku nevytvořil glykosidické vazby, se nazývají redukující cukry. Všechny monosacharidy, jako je glukóza, manóza a galaktóza, hexózy, redukují cukry. Je to proto, že aldózy nebo ketózy mohou darovat elektrony nebo redukovat oxidační činidlo.

Klasický test na redukci cukrů se provádí s činidly Fehling (nebo Benedict) a Tollens. Například redukující cukr může redukovat Ag ⁺ přítomný v roztoku amonia (Tollensovo činidlo). Tato reakce vytváří kovové stříbro na dně nádoby, kde reakce probíhala.

Reakcí katalyzovanou enzymem glukóza oxidáza se anomerní uhlík D-glukózy oxiduje ztrátou dvojice elektronů a kyslík se redukuje přijetím dvojice elektronů. Tato reakce má dva produkty: D-glukono-d-lakton a peroxid vodíku.

V současné době je koncentrace glukózy v krvi stanovena testem, který používá glukózoxidázu a peroxidázu. Tento poslední enzym katalyzuje oxidačně-redukční reakci.

Substráty peroxidázy jsou peroxid vodíku a chromogenní látka, která je oxidována. Tuto reakci lze kvantifikovat pomocí spektrofotometru.

Deriváty hexóz

Existuje mnoho derivátů hexóz, jejichž hydroxylová skupina je nahrazena jiným substituentem. Například C-2 hydroxylová skupina glukózy, galaktózy a manózy je nahrazena aminoskupinou za vzniku glukosaminu, galaktosaminu a manosaminu.

Aminoskupina často kondenzuje s kyselinou octovou za vzniku N-acetylglukosaminu. Tento derivát glukosaminu se nachází v buněčné stěně bakterií.

Derivát N-acetylmannosaminu je kyselina N-acetylneuraminová, známá jako kyselina sialová. Posledně uvedený je přítomen v glykoproteinech a glykolipidech na povrchu buněk a má roli v rozpoznávání jinými buňkami.

Specifická oxidace primární alkoholové skupiny C-6 aldohexózové glukózy, galaktózy a manózy produkuje uronové kyseliny. Těmito produkty jsou kyselina D-glukuronová, kyselina D-galakturonová a kyselina D-mannuronová, které jsou součástí mnoha polysacharidů.

Uronové kyseliny mohou podléhat intramolekulární esterifikaci. Tvoří laktony o pěti nebo šesti atomech. Například kyselina askorbová (vitamin C) je syntetizována rostlinami.

Substituce hydroxylové skupiny (-OH) atomem vodíku na C-6 L-galaktózy nebo L-manosy vede ke vzniku L-fukózy nebo L-ramnózy. L-fukóza se nachází v glykoproteinech a glykolipidech. L-ramnóza se nachází v polysacharidech v rostlinách.

Hexoses nejvíce obyčejný v přírodě a jejich funkce

Glukóza

Symbol: Glc. Je to aldohexóza nebo glukohexóza. Enantiomér D-glukózy (symbol D-Glu) je běžnější než enantiomer L-Glc. D-Glc je přítomen v rostlinách, medu, hroznech a v krvi zvířat. Je to zdroj energie pro živé bytosti. Slouží jako prekurzor pro syntézu glykogenu, celulózy, škrobu a laktózy.

Fruktóza

Symbol: Fru. Je to ketohexóza nebo fruktohexóza. Enantiomer D-fruktózy je běžně známý jako fruktóza. Tento cukr se nachází například v ovoci, medu a spermatu.

Galaktóza

Gal symbol. Je to aldohexóza nebo galatohexóza. D-galaktóza je častější než L-galaktóza. D-galaktóza je mozkový cukr. Je zřídka zdarma. Obecně se vyskytuje v rostlinách, zvířatech a mikroorganismech ve formě oligosacharidů a polysacharidů.

Mannosa

Symbol: Člověče, je to aldohexóza nebo mannohexóza. Forma D-manózy je široce distribuována v manně a hemicelulóze. Nachází se jako N-vázaný oligosacharid s glykoproteiny, které vytvářejí větve.

Ramnosa

Symbol: Rha. Je to aldohexóza, která se nachází v glykosidech rostlin, v polysacharidech dásní a slizů, jakož i v buněčné stěně rostlin a ve flavonoidech.

Reference

1. Cui, SW 2005. Sacharidy potravin: chemie, fyzikální vlastnosti a aplikace. CRC Press, Boca Raton.
2. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Lehningerovy principy biochemie. WH Freeman, New York.
3. Rastall, RA 2010. Funkční oligosacharidy: aplikace a výroba. Roční přehled potravinářské vědy a technologie, 1, 305–339.
4. Sinnott, ML 2007. Struktura a mechanismus uhlohydrátové chemie a biochemie. Královská společnost chemie, Cambridge.
5. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Sacharidy: základní molekuly života. Elsevier, Amsterdam.
6. Tomasik, P. 2004. Chemické a funkční vlastnosti potravinářských sacharidů. CRC Press, Boca Raton.
7. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Základy biochemie - život na molekulární úrovni. Wiley, Hoboken.