化 学 (生化学)

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 ここでは,環状構造の単糖について, 【環状構造の単糖とは】【主な五炭糖】【主な六単糖】【窒素を含む単糖】に項目を分けて紹介する。

 【環状構造の単糖とは】

 殆どの単糖は,水溶液中で鎖状構造以外に,α型とβ型アノマーという)の 2 つの環状構造で存在する。
 すなわち,酸素原子 2 個と結合する C1 炭素(アノマー炭素)に新しいアルデヒド基から派生したヒドロキシル基の位置が異なる異性体を生じる。このヒドロキシル基グリコシド性ヒドロキシル基(下図の破線で囲んだ OH )という。
 アノマー( anomer )とは,環状構造を取ることで発生する立体異性体をいう。ハース投影式で記述した場合,C1 炭素のヒドロキシ基が下向きのアノマーがα型上向きのアノマーがβ型に相当する。

アノマー化の例

アノマー化の例

 環状構造が,フランの様に 4 つの炭素と 1 つの酸素を頂点とする五員環構造の糖をフラノース( Furanose )といい,5 つの炭素と 1 つの酸素を頂点とする六員環構造の糖をピラノース( Pyranose )という。
 環状構造の単糖は,ヒドロキシ基を多数持つ,すなわち多数の不斉炭素を有し,同じ化学式でも多数の立体異性体が存在する。

 

 【主な五炭糖】

 リボース( Ribose )
 核酸塩基と結合してヌクレオシドを形成し,リボ核酸(RNA)の構成糖として知られている。
 
 デオキシリボース( deoxyribose )
 リボースの 2 位のヒドロキシル基が水素に置換され,酸素原子が 1 つ減少した構造をし,デオキシリボ核酸(DNA)の構成成分である。
 
 これらの糖は,生体内で核酸の生合成に不可欠な糖を含む各種ペントースの産生に関与するペントースリン酸経路( pentose phosphate pathway:PPP )や,光合成の明反応に相当する炭酸固定回路(カルビン=ベンソン回路:Calvin-Benson's cycle ,カルビン回路や還元型ペントースリンサン回路ともいう)で作られる。

環状構造の糖(立体異性体)

環状構造の糖(立体異性体)

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 【主な六炭糖】

 グルコース( glucose )
 ブドウ糖,デキストロース( dextrose )ともいい,動・植物の活動エネルギーとなる代表的単糖の一つである。
 食事として摂取された糖質(炭水化物)は,小腸でグルコースに分解され体内に吸収され,体内の生化学反応経路解糖系:Glycolysis )により,エネルギー源として利用される。特に脳のエネルギー源として利用されている。
 
 フルクトース( fructose )
 果糖ともいい,ハチミツ,果実などに含まれる。フルクトースはグルコースの異性体で,結晶性フルクトースは六員環構造をとり,D-フルクトピラノースと呼ばれる。
 なお,砂糖(スクロース)は,グルコースとフルクトースが結合した糖(二糖類)である。
 
 ガラクトース( galactose )
 乳製品,甜菜,ガムなどで見出される。人の体内でも合成され,糖脂質,糖タンパク質の一部を形成する。グルコースとともに二糖類のラクトース(乳糖)を構成する。

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 【窒素を含む単糖】

 一般的な単糖の分子式 CnH2nOn で表すことができない糖として,アミノ基(‐NH2 )を持つアミノ糖( amino sugar )などがある。
 アミンを含む糖の誘導体には,グルコサミン,N‐アセチルグルコサミンなどがあり,節足動物や甲殻類の外骨格(外皮)を形成するキチンヒアルロン酸の成分である。
 他にも窒素を含む単糖として,N-アセチルムラミン酸,ガラクトサミン,N-アセチルガラクトサミン,マンノサミンなど多くの物がある。
 
 グルコサミン( glucosamine , C6H13NO5
 α‐D‐グルコースの 2 位の炭素のヒドロキシ基がアミノ基に置換されたアミノ糖の一つである。
 
 N‐アセチルグルコサミン( N-アセチル-D-グルコサミン)
 β‐D‐グルコースの 2 位の炭素のヒドロキシ基がアセチルアミノ基に置換された単糖である。

窒素を含む単糖の例

窒素を含む単糖の例

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