КЕТОЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Кетоза - термін, що використовується для позначення моносахаридів, що містять принаймні одну групу "кетонів" у своїй молекулярній структурі, тобто групу, що характеризується як RC (= O) R ', що являє собою найбільш окислену функціональну групу молекула.

Моносахариди - найпростіші цукри. Вони, як правило, тверді, кристалічні та безбарвні сполуки; вони переважно мають солодкий смак і добре розчиняються у воді та нерозчинні в неполярних розчинниках.

Деякі відомі кетони (Джерело: http://www.bionova.org.es/biocast/tema07.htm через Wikimedia Commons)

Структурно кажучи, більшість моносахаридів, які є в природі, існують в одній з двох форм: альдоза або кетоза; які є молекулами, які відрізняються наявністю альдегідної групи або групи "кето" відповідно.

Найбільш поширеними прикладами цукру кетози є дигідроксіацетон, еритрулоза, ксилулоза та рибулоза, фруктоза, сорбоза або ізомальтулоза.

характеристики

Як це стосується більшості моносахаридів, кетози - це молекули, що складаються з атомів вуглецю, водню та кисню, пов'язаних між собою через одиничні нерозгалужені зв’язки.

У їх "відкритій" ланцюговій конфігурації загальною характеристикою всіх моносахаридів є те, що вони мають атом вуглецю, подвійно пов'язаний з атомом кисню, утворюючи карбонільну групу.

Структура дигідроацетону, найпростіша кетоза (Джерело: Ельдір через Wikimedia Commons)

Кетози відрізняються від інших тісно пов'язаних моносахаридів, альдоз (які мають альдегідну групу, R-HC = O) тим, що карбонільна група не знаходиться в кінці вуглецевого ланцюга, але може знаходитися в будь-якому іншому положенні моносахариду, тому він утворює "кето" групу, також відому як RC (= O) R '.

Загальним правилом є те, що найпростіші моносахариди - це «триози», тобто ті цукри, які мають лише три атоми вуглецю. Таким чином, найпростішим кетозою, який можна знайти в природі, є кетотріоза дигідроксиацетон.

Номенклатура

Залежно від кількості атомів вуглецю кетози можуть бути:

- Кетотріози: кетози з трьома атомами вуглецю, такі як дигідроксіацетон.

- Кетотетроза: кетози з 4 атомами вуглецю, такі як еритрулоза.

- Кетопентози: кетози з п'ятьма атомами вуглецю, такі як рибулоза.

- Кетогексози: кетози з шістьма атомами вуглецю, наприклад фруктоза.

- Кетогептози: кетози із семи атомами вуглецю, такі як седогептулоза.

D- і L- форми

За винятком виключно дигідроксіацетону, всі моносахариди (будь то альдози чи кетози) мають один або декілька "асиметричних" вуглецевих "центрів" або атомів. Таким чином, їх можна знайти в двох формах або ізомерах, які є "оптично активними", і які називаються енантіомерами, які є непереставляючими стереоізомерами (дзеркальними зображеннями).

Прогноз Фішера на седогептулозу, кетогептозу (Джерело: Yikrazuul через Wikimedia Commons)

Дві можливі форми, тоді, умовно відомі як D-ізомери та L-ізомери, а кількість цих енантіомерів, якими володіє молекула моносахариду, залежить від кількості хіральних центрів або вуглецю (n), тобто кожен моносахарид має 2 до потужності n стереоізомерів.

Форми α і β - кетофуранози та кетопіранози

У водному розчині кетози з 5 або більше атомів вуглецю (також альдози) виявляються у вигляді циклічних або кільцевих структур, де карбонільна група ковалентно пов'язана з атомом кисню деякої гідроксильної групи у вуглецевому ланцюзі, який утворює похідне з'єднання, відоме як "гемікеталь".

Для геміцеталів характерна наявність додаткового асиметричного атома вуглецю, так що для кожної кетози може бути ще два стереоізомери, відомі грецькими літерами α і β, які називаються аномерами.

Крім того, кетози можна знайти в циклічних формах з 5 або 6 атомами вуглецю, які відповідно відомі як кетофураноза та кетопіраноза.

Особливості

Найпоширеніші моносахариди в природі - це гексози, або альдогексози, або кетогексози. Важливим прикладом кетогексози є фруктоза, яка є невід'ємною частиною раціону багатьох тварин, комах, грибів та бактерій, оскільки вона міститься переважно у фруктах, меді та овочах.

Сахароза, яка є цукром, який людина вживає щодня, - це дисахарид, що складається з молекули фруктози та іншої глюкози.

Порівняння в структурі двох гексозних цукрів: глюкози (альдогексози) та фруктози (кетогексози) (Джерело: Прокаріот2 через Wikimedia Commons)

Оскільки може відбутися значна частка ізомеризації між фруктозою та глюкозою, ця кетогексоза є дуже важливою з точки зору клітинного метаболізму, оскільки глюкоза є одним з основних субстратів, які клітини використовують для отримання енергії у формі АТФ.

У структурному контексті кетози є також істотними, оскільки деякі кетопентози функціонують як проміжні продукти або попередники синтезу цукрів, що використовуються в карбонових скелетах нуклеїнових кислот, які є у всіх живих істот і є молекулами, що містять їх Генетична інформація.

Приклади

Як вже було сказано, фруктоза є чи не найбільш репрезентативним прикладом серед цукрів кетози, оскільки вона надзвичайно часто зустрічається в рослинних тканинах і в багатьох підготовлених продуктах, які ми вживаємо щодня.

Однак є й інші важливі кетони, які мають певне значення з промислової точки зору, оскільки їх легко та недорого отримати. Крім того, як і решта відомих моносахаридів, вони є поліфункціональними, полярними та водорозчинними сполуками, що означає, що вони можуть зазнавати безлічі хімічних перетворень.

Серед цих моносахаридів є:

L-сорбоза

Це кетогексоза, яка є 5-епімером фруктози. Цей кетоза є проміжною ланкою в промисловому виробництві вітаміну С з глюкози.

Ізомальтулоза

Це дисахарид, який є продуктом бактеріального бродіння сахарози (складається з глюкози та фруктози). Його промислове значення пов'язане з можливою його конверсією в D-манітол або "ізомальт", широко застосовуваний в гастрономії.

Лактулоза

Ця кетоза отримується як "побічний продукт" молочної переробної промисловості і може бути штучно перетворена в N-ацетилактозамін, який є дисахаридом, присутнім у багатьох біологічно важливих олігосахаридах. Крім того, воно комерційно доступне як осмотичне проносне засіб під назвою "laevulac".

Список літератури

1. Фінч, П. (Ред.). (2013). Вуглеводи: структури, синтези та динаміка. Springer Science & Business Media.
2. Mathews, CK, Van Holde, KE, & Ahern, KG (2000). Біохімія. Додайте. Веслі Лонгман, Сан-Франциско.
3. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Принципи біохімії Ленінгера. Макміллан.
4. Ouellette, RJ, & Rawn, JD (2014). Органічна хімія: структура, механізм та синтез. Ельзев'є.
5. Stenesh, J. (1989). Словник біохімії та молекулярної біології. Джон Вілі.
6. Stick, RV та Williams, S. (2010). Вуглеводи: найважливіші молекули життя. Ельзев'є.