Биология. В 3-х томах. Т. 1

Правовращающие соединения обозначают буквой d или знаком (+) (последнее обозначение принято позже), а левовращающие — буквой l или знаком (-). Два изомера глицеральдегида обозначают как D-изомер (правовращающий) и L-изомер (левовращающий). Все оптические изомеры моносахаридов родственны по конфигурации либо одной, либо другой из этих двух форм глицеральдегида. Согласно конвенции, моносахарид обозначается как D-изомер, если в его молекуле гидроксильная группа у асимметрического атома углерода, наиболее удаленного от альдегидной или кетогруппы, занимает то же положение, что и в молекуле D-глицеральдегида; если же она занимает то же положение, что и в молекуле L-глицеральдегида, то такую форму обозначают как L-изомер. Обозначения эти не зависят от того, вправо или влево вращает плоскость поляризации света данное соединение. Все изомеры, представленные на рис. 5.8, принадлежат к D-ряду, так же как и практически все моносахариды, встречающиеся в природе. Вращают же плоскость поляризации света одни из них вправо, а другие влево. D-глюкоза, например, вращает плоскость поляризации вправо, а D-фруктоза — влево. На рис. 5.11 представлены D- и L-изомеры глюкозы; видно, что они относятся друг к другу, как предмет к своему зеркальному отражению.

Рис. 5.11. D- и L-изомеры глюкозы. Обратите внимание, что они представляют собой несовместимые зеркальные отражения друг друга

D- и L-изомеры какого-либо одного вещества одинаковы по своим химическим и физическим свойствам и поэтому носят одно и то же химическое название, например D- и L-глицеральдегид; однако их трехмерные различия существенны в биологическом отношении, поскольку ферменты, узнающие свои субстраты по форме молекул, способны различать оптические антиподы. Возможно, что на ранних стадиях эволюции сложилось некое произвольное предпочтение в пользу D-изомеров Сахаров, так как L-изомеры Сахаров встречаются в природе редко. Вместе с тем, например, аминокислоты представлены в природе только L-изомерами.

Циклические структуры

На рис. 5.8 молекулы пентоз и гексоз представлены в виде прямолинейных цепочек. Однако углы связей между атомами углерода в этих молекулах таковы, что возможно также образование стабильных циклических структур. У пентоз первый атом углерода соединяется с кислородом при четвертом углеродном атоме, в результате чего образуется пятичленное, так называемое фуранозное кольцо (рис. 5.12). У гексоз, относящихся к альдозам, например у глюкозы, первый атом углерода соединяется с кислородом при пятом углеродном атоме, что приводит к образованию шестичленного, или пиранозного, кольца (рис. 5.13). Гексозы, относящиеся к кетозам, образуют фуранозное кольцо в результате соединения второго атома углерода с кислородом при пятом углеродном атоме.

Рис. 5.12. Три принятых способа изображения строения рибозы

Рис. 5.13. Два принятых способа изображения строения глюкозы

Циклические структуры пентоз и гексоз — обычные их формы; в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде "открытой цепи". В состав дисахаридов и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

α- и β-изомеры

Биологическое значение циклических структур определяется тем, что при образовании такой структуры возникает еще один асимметрический атом углерода. На рис. 5.12 и 5.13 этот атом углерода отмечен звездочкой. Мы видим, что в обоих случаях к нему присоединена гидроксильная (-ОН) группа. Эта группа может располагаться либо под плоскостью цикла, как это показано на рис. 5.12 и 5.13, либо над ней. Первая форма представляет собой α-изомер, a вторая — β-изомер. Существование α- и β-изомеров обеспечивает большое химическое разнообразие и играет важную роль, например, в образовании крахмала и целлюлозы (разд. 5.2.3).

5.7. а) Изобразите рядом для сравнения α- и β-изомеры D-рибозы и D-глюкозы. б) С какого рода изомерией мы имеем здесь дело?

5.2.2. Дисахариды

На рис. 5.6 отмечены некоторые свойства дисахаридов. Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами (рис. 5.14).

Рис. 5.14. А Образование дисахарида и полисахарида. Показаны лишь те части молекул, которые в данном случае представляют для нас интерес. Полностью молекула глюкозы представлена на рис. 5.13. Б. Строение целлюлозы. У некоторых полисахаридов, например у целлюлозы, присоединяемые моносахаридные единицы при каждой очередной конденсации поворачиваются на 180°