HEXOZĂ: CARACTERISTICI, FUNCȚII, DERIVAȚI - GEOGRAFIA - 2025

Un hexoză este un carbohidrat care are șase atomi de carbon și a cărui formulă empirică este C ₆ H ₁₂ O ₆ . Carbohidrații sau zaharidele (din greacă, sakharină = zahăr) sunt polihidroxi-aldehide sau polihidroxi-cetone.

În natură, cea mai abundentă monosacaridă este glucoza, un zahăr cu șase carbon, numit și dextroză. Biosinteza glucozei are loc din dioxid de carbon și apă prin fotosinteză.

Sursa: NEUROtiker

La plante, din glucoză, are loc sinteza celulozei, a unei polizaharide structurale și a amidonului, o polizaharidă de rezervă. În organismele heterotrofe, oxidarea glucozei este calea metabolică centrală pentru producerea de energie.

caracteristici

Hexozele pot fi de două tipuri: 1) aldoze (sau aldohexoze), în care carbonul 1 (C-1) este o funcție aldehidă; sau 2) cetoze (sau aldocetoze) în care carbonul 2 (C-2) este o funcție ceto. Restul carbunilor sunt alcooli secundari sau primari.

În aldohexoze, toți carbonii sunt chirali, cu excepția carbonului 1 (C-1) și a carbonului 6 (C-6), adică au patru centri asimetrici. În cetohexoze există trei centre asimetrice, care sunt C-3, C-4 și C-5.

În natură, zaharurile precum hexozele cu configurația L sunt mai puțin abundente decât zaharurile cu configurația D.

Funcția aldehidă sau funcția ceto a hexozelor reacționează cu o grupare hidroxil secundară, într-o reacție intramoleculară, pentru a forma hemiacetale sau hemiketale ciclice. Zaharurile ciclice cu șase membri sunt piranoase, iar zaharurile cu cinci membri sunt furanoze.

În zahărul ciclic, carbonul carbonil al grupărilor aldehide și ceto devine un nou centru chiral, numit carbon anomeric. Configurația acestui carbon poate fi alfa sau beta, adică produce doi anomeri.

Hexozele au conformații diferite

Cei șase atomi care alcătuiesc piramidele nu sunt plane, ci au două conformații asemănătoare scaunului în care substituenții voluminoși ocupă: a) poziții ecuatoriale sau b) poziții axiale. Aceste conformații pot fi interconvertite fără a rupe legăturile covalente.

Interacțiunile stereochimice între substituenții inelului influențează stabilitatea relativă a acestor conformații. Astfel, conformația cea mai stabilă este cea în care cel mai mare grup ocupă o poziție ecuatorială.

Reactivitatea chimică a unui anumit grup este influențată de localizarea conformațională. Un exemplu este grupa hidroxil (-OH) care, atunci când ocupă poziția ecuatorială, este mai ușor esterificat decât atunci când ocupă poziția axială.

Β-D-glucoza, o aldohexoză, are toți substituenții în poziția ecuatorială, ceea ce îi face mai susceptibili la esterificare. Această reacție este importantă pentru formarea de legături covalente între zaharuri. Acest lucru ar putea explica de ce β-D-glucoza este cel mai abundent zahăr din natură.

Hexozele pot forma legături glicozidice

Unitățile monosacharide, cum ar fi hexozele, pot fi legate covalent prin legături O-glicozidice formate atunci când carbonul anomeric al unei molecule de zahăr reacționează cu grupa hidroxil a unei alte molecule de zahăr. Rezultatul acestei reacții este formarea unui acetal dintr-un hemiacetal.

Un exemplu este reacția C-1, carbon anomeric de α-D-glucopiranoză cu grupa hidroxil C-4 a altei β-D-glucopiranoză. Din aceasta, se formează α-D-glucopiranosil- (1®4) -D-glucopiranoză.

Reacția de legare glicozidică implică îndepărtarea unei molecule de apă, numită reacție de condensare. Reacția inversă este hidroliza și ruperea legăturii glicozidice.

Hexoze și reacții de reducere a oxidării

Zaharurile al căror atom de carbon anomeric nu a format legături glicozidice se numesc zaharuri reducătoare. Toate monosacharidele, cum ar fi hexozele, glucoza, manoza și galactoza, reduc zaharurile. Acest lucru se datorează faptului că aldozele sau ketozele pot dona electroni sau pot reduce la un agent oxidant.

Un test clasic pentru reducerea zaharurilor este realizat cu reactivii Fehling (sau Benedict) și Tollens. De exemplu, un zahăr reducător poate reduce Ag ⁺ prezent într-o soluție de amoniu (reactivul Tollens). Această reacție produce argint metalic în partea inferioară a vasului unde a avut loc reacția.

Printr-o reacție catalizată de enzima glucoză oxidază, carbonul anomeric al D-glucozei este oxidat prin pierderea unei perechi de electroni, iar oxigenul este redus primind o pereche de electroni. Această reacție are două produse: D-glucono-d-lactonă și peroxid de hidrogen.

În prezent, concentrația de glucoză din sânge este determinată de un test care folosește glucoza oxidaza și peroxidază. Această ultimă enzimă catalizează o reacție de oxidare-reducere.

Substraturile peroxidazei sunt peroxidul de hidrogen și o substanță cromogenă, care este oxidată. Această reacție poate fi cuantificată folosind un spectrofotometru.

Derivați ai hexozelor

Există numeroși derivați ai hexozelor a căror grupare hidroxil este înlocuită cu un alt substituent. De exemplu, grupa C-2 hidroxil a glucozei, galactozei și mannozei este înlocuită cu o grupare amino, formând glucozamină, galactosamină și, respectiv, mannosamină.

Frecvent, grupul amino se condensează cu acid acetic, formând N-acetilglucozamină. Acest derivat al glucozaminei se găsește în peretele celular al bacteriilor.

Un derivat al N-acetilmannosaminei este acidul N-acetilneuraminic, cunoscut sub numele de acid sialic. Acesta din urmă este prezent în glicoproteine ​​și glicolipide de pe suprafața celulelor, având un rol în recunoașterea de către alte celule.

Oxidarea specifică a grupului alcoolic primar, C-6, aldohexozelor glucozei, galactozei și mannozei produce acizi uronici. Aceste produse sunt acidul D-glucuronic, acidul D-galacturonic și acidul D-mannuronic, care fac parte din multe polizaharide.

Acizii uronici pot suferi esterificare intramoleculară. Formează lactone de cinci sau șase atomi. De exemplu, acidul ascorbic (vitamina C) este sintetizat de plante.

Substituția grupului hidroxil (-OH) cu un atom de hidrogen la C-6 al L-galactozei sau L-mannozei produce L-fucoză sau L-rannoza. L-fucoza se găsește în glicoproteine ​​și glicolipide. L-ramnoza se găsește în polizaharide la plante.

Hexose cel mai frecvent în natură și funcțiile lor

Glucoză

Simbol: Glc. Este o aldohexoză sau glucohexoză. Enantiomerul D-glucozei (simbol D-Glu) este mai frecvent decât enantiomerul L-Glc. D-Glc este prezent în plante, miere, struguri și în sângele animalelor. Este o sursă de energie pentru ființele vii. Servește ca precursor pentru sinteza glicogenului, celulozei, amidonului și lactozei.

Fructoză

Simbol: Fru. Este o cetohexoză sau fructohexoză. Enantiomerul D-fructoza este cunoscut frecvent ca fructoza. Acest zahăr se găsește, de exemplu, în fructe, miere și material seminal.

galactoza

Simbol Gal. Este o aldohexoză sau galatohexoză. D-galactoza este mai frecventă decât L-galactoza. D-galactoza este zaharul creierului. Rar este liber. Se găsește în general la plante, animale și microorganisme sub formă de oligozaharide și polizaharide.

manoza

Simbol: Omul. Este o aldohexoză sau mannohexoză. Forma D-mannoză este distribuită pe scară largă în mană și hemiceluloză. Se găsește sub formă de oligozaharidă legată de N la glicoproteine, formând ramuri.

Ramnosa

Simbol: Rha. Este o aldoheză care se găsește în glicozidele plantelor, în polizaharidele gingiilor și mucilagiilor, precum și în peretele celular al plantelor și în flavonoide.

Referințe

1. Cui, SW 2005. Carbohidrați alimentari: chimie, proprietăți fizice și aplicații. CRC Press, Boca Raton.
2. Nelson, DL, Cox, MM 2017. Principiile biochimiei Lehninger. WH Freeman, New York.
3. Rastall, RA 2010. Oligozaharide funcționale: aplicare și fabricație. Revizuirea anuală a științei și tehnologiei alimentelor, 1, 305–339.
4. Sinnott, ML 2007. Structura și mecanismul chimiei carbohidraților și biochimiei. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
5. Stick, RV, Williams, SJ 2009. Carbohidrații: moleculele esențiale ale vieții. Elsevier, Amsterdam.
6. Tomasik, P. 2004. Proprietăți chimice și funcționale ale zaharidelor alimentare. CRC Press, Boca Raton.
7. Voet, D., Voet, JG, Pratt, CW 2008. Fundamentele biochimiei - viață la nivel molecular. Wiley, Hoboken.