Свойства моноз обусловлены наличием гидроксильных и карбонильной (альдегидной или кетонной) групп. В частности, гидроксильную группу, как носитель нуклеофильных свойств, можно алкилировать, ацилировать, замещать на галоген и аминогруппу.

Кето-енольная таутомерия обусловливает взаимное превращение в растворе представленных выше глицеринового альдегида и диоксикетона, а также глюкозы, фруктозы и маннозы.

Моноза может обратимо присоединить к оксогруппе свою собственную спиртовую группу с образованием циклического полуацеталя ( кольчато-цепная таутомерия).

Гидроксил , возникающий вследствие циклизации молекулы моносахарида на основе карбонильного кислорода (обведен кружком), называется полуацетальным, или гликозидным (в случае глюкозы – глюкозидным). Далее полуацетальный гидроксил может легко замещаться на алкоксильный радикал с образованием ацеталя. Продукты замещения атома водорода гликозидного гидроксила на алкильный радикал (в т.ч. и несущий различные функциональные группы) получили название гликозидов. Сам радикал при этом называется агликоном.

Атака одной из гидроксильных групп монозы на собственную карбонильную группу равновероятна с обеих сторон, поэтому в этой реакции образуются два изомера (диастереомера) (50х50%), отличающиеся лишь конфигурацией атома углерода исходной карбонильной группы. Эти диастереомеры называются аномерами и обозначаются как α- и β-формы (α- и β-аномеры).

Положение заместителей в монозах указывается с помощью формул (проекций) Фишера (1) или перспективных формул Хеуорса (2):

D- Глюкоза (виноградный сахар) содержится в винограде, фруктовых плодах и корневищах растений, входит в состав меда, содержится в организмах животных (в крови, лимфе, спинномозговой жидкости и т.д.).

D -(–)-Фруктоза (плодовый сахар) в свободном состоянии встречается в плодах, пчелином меде (до 45%). Фруктоза входит в состав дисахарида сахарозы и полисахарида инулина. Из простых углеводов она самая сладкая – в 1,85 раза слаще глюкозы и в 1,3 раза – сахарозы.

Фруктоза – промежуточный продукт метаболизма глюкозы (гликолиза) и гликогена – животного крахмала (гликогенолиза).

D -(+)-Галактоза (цереброза) входит в состав дисахарида лактозы (молочного сахара), трисахарида раффинозы, полисахарида агар-агар, гуммиарабика.

D -(+)-Манноза входит в состав сложных углеводов, обнаруживается в сыворотке крови, белках слюны, слизи кишечника. Манноза сбраживается дрожжами.

D- Рибоза и D-дезоксирибоза входят в состав соответственно рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот (РНК и ДНК):

5.1.2. Олигосахариды. Дисахариды

К олигосахаридам относятся ди-, три-, тетра- и другие низкомолекулярные полисахариды, содержащие до 10 звеньев моносахаридов. По существу олигосахариды это простые полиэфиры, в которых связи

C–O–C (гликозидные связи) образуются за счет отщепления молекулы воды от двух гидроксильных групп – полуацетальных (гликозидных) или спиртовых (в гексозах – чаще всего в положениях 4 или 6) по схеме:

Дисахариды (биозы) можно разделить на две основные группы:

1. Гликозидогликозиды, не дающие реакций на оксогруппу
(с гидроксиламином, НСN, фелинговой жидкостью, аммиачным раствором оксида серебра и др.). Такие сахара называются нередуцирующими, то есть лишенными восстановительных свойств.

2. Гликозидомонозы, дающие указанные реакции на карбонильную группу в соотношении 1 моль реагента на 1 моль дисахарида, то есть с участием одной половины молекулы (такие сахара относятся к типу редуцирующих).

Сахароза – это один из самых распространенных в природе дисахаридов. Он содержится в листьях, стеблях и корнях растений, в семенах, в ягодах и фруктах. В частности, в корнеплодах сахарной свеклы содержится до 29% сахара, а в стеблях сахарного тростника – около 20%.

Мальтоза в свободном виде не встречается, образуется при неполном гидролизе крахмала под влиянием фермента диастазы, является промежуточным продуктом в винокуренной и пивоваренной промышленности.
5.1.3. Полисахариды

Полисахариды представляют собой природные высокомолекулярные вещества (молекулярная масса – от 20.000 до 10.000.000 и выше), построенные по типу биоз. При полном их гидролизе в кислой среде образуются монозы. Полисахариды, образующие при этом монозу одного типа (крахмал, клетчатка, инулин и др.), называются гомополисахаридами, а состоящие из двух или более типов моноз – гетерополисахаридами.

Гомополисахариды: клетчатка, крахмал, гликоген – состоят из остатков глюкозы; инулин построен из блоков фруктозы.

К гетерополисахаридам отнясятся гемицеллюлозы (полуцеллю­ло­зы) – полимеры растительного происхождения, имеющие разветвленную структуру.

Одним из важнейших гомополисахаридов является крахмал. Крахмал – запасной углевод растений – депонируется в клубнях картофеля, зернах злаков и многих семенах. Он составляет весомую составную часть пищи человека. Содержание его в рисе – 78%, в муке – 74%, в белом хлебе – 51%.

Полисахариды крахмала состоят из двух фракций – амилозы (5-25%) и амилопектина (75-95%).

Глюкозные остатки в неразветвленных частях полисахаридов крахмала имеют конформацию ванны и соединяются α-1,4-глю­ко­зид-глюкозными связями:

,

или

Ваннообразная конформация α-D-глюкопиранозных звеньев способствует спирализации полиглюкозидной цепи, фиксируемой водородными связями. По этой причине крахмал имеет форму микроскопических зерен.

Гликоген – полисахарид, содержащийся в тканях тел человека и животных, в грибах, дрожжах, в зерне сахарной кукурузы.

Целлюлоза (клетчатка) – нативные ВМС, содержащие до 10.000 звеньев глюкозы с молекулярной массой 500.000-20 млн. – главный конструкционный материал растительных клеток. Достаточно чистая (до 90%) природная клетчатка составляет основу волокна хлопка, ваты, фильтровальной бумаги.

Высокая прочность целлюлозы объясняется ее структурой. Полимерные цепи целлюлозы составляют кольца β-глюко­зы в форме кресла, что обусловливает их линейное расположение, исключая возможность спирализации:

Инулин – полисахарид, состоящий на 94-87% из остатков молекул β-фрук­тозы, соединенных за счет гликозидных гидроксилов, является резервным энергетическим материалом многих растений (цикория, георгин, кок-сагыза и др.). М = 5000-6000. В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент – инулаза, который расщепляет инулин с образованием фруктозы.

Инулин сладок на вкус, используется в качестве заменителя сахарозы и крахмала при сахарном диабете.