糖の立体構造

糖の立体構造
(1)単糖のモデルの作り方
糖の化学構造を紙の上で表すために、種々の方法が工夫されています。化学
構造式と立体構造の関係を D-グルコースを例に取って説明します。
(a) に示すように、D-グルコースは直線状の立体構造を取ることができます。
この図はフィッシャー投影図です。フィッシャー投影図では、水平方向
の結合はすべてパネル面から手前に向きますので、丁寧に書くと(b)のよ
うになります。黒いクサビの線は結合が紙面から手前方向に向いている
ことを示します。(b)そのものを分子モデルで作成すると、分子内で原子
同士が衝突してしまいます。フィシャー投影図は、各 C 原子の立体配置
については正確に表現していますが、立体配座については正確ではあり
ません。分子は最も安定な立体配座を普通は取ります。垂直方向の C 原
子間の結合は単結合で、その回りに回転することができます。２つ C-C
結合回りで回転すると、(c)のような立体配座が得られます。この配座は
安定で、その立体モデルは(d)のように組み立てることができます。
(a)
(b)
(c)
H
O
H
O
H
OH
H
OH
HO
H
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
CH2OH
(d)
H
O
HO
H
HO
H
HO
H
H
OH
CH2OH
生物の体内ではほとんどの D-グルコースは６員環状の構造を取ります。環状
の構造を表現するために、(e)のようなハース式と(f)のようなザクセ式がよく使
われます。糖の６員環はほとんどの場合にイス型の立体配座を取りますが、ハ
ース式ではこの立体配座の情報を省いています。ハース式では 1 位の水酸基が
アキシャル方向に向きます。ハース式で書いてある構造はザクセ式に置き直し
て立体構造を作るとモデルの作成は容易になります。
６員環（ピラノース環）を取った場合の D-グルコースの分子モデルを(g)に示し
ます。
(e)
(f)
(g)
H CH2OH
HO
O
H
H
H
HO
H
OH
OH
(2)二糖のモデルの作り方
スクロースは６員環の D-グルコースと５員環の D-フルクトース(h)がグリコ
シド結合で連結した分子(i)です。単糖にはたくさんの水酸基がありますから、
結合の仕方は一通りではありません。フルクトースの２番の C 原子に結合した
水酸基とグルコースの１番の C 原子に結合した水酸基が脱水縮合した分子がス
クロースです。D-グルコースでは１位の C 原子（環内の O 原子に隣接する）に
結合した水酸基は、６員環面に対して、６位の C 原子と反対側にあります。こ
の構造を α-アノマーと言います。それに対して D-フラクトースで２位の C 原子
（（環内の O 原子に隣接する）に結合した水酸基は５員環面に対して、６位の C
原子と同じ側にあります。この構造をβアノマーと言います。この２つの水酸
基が脱水縮合して、スクロースが出来上がります。
(h)
6
(i)
OH
OH
O
H HO 2
H
OH
H
OH
D-グルコースの環はイス型をしていますが、D-フルクトースの５員環は折れ
曲がった構造を取ります。折れ曲がり（パッカリング）は比較的柔軟で、同じ
糖でも異なる環境で、異なるパッカリングを取ります。パッカリングに関する
情報があれば、より正確なモデルが組めます。スクロースの場合、D-フルクト
ースは、４位の C 原子が６位の C 原子側に大きく折れた（これを C4-endo と呼
びます）立体構造を取っています。このようにして組み立てたスクロースの
分子モデルを(j)に示します。他の二糖類のモデルも同様に組み立てることがで
きます。
(j) スクロースのモデルの写真
(3)多糖類のモデルの作り方
多くの多糖類は複雑な構造を取るために、実際にどのような構造を取ってい
るか不明なものが多いのですが、同じ単糖が規則的にグリコシド結合した多糖
のモデルは容易に組み立てることができます。例えば、D-グルコースが α(1-4）
結合したアミロースそして β(1-4)結合したセルロースのモデルは組み立てるこ
とができます。
(k)
α-‐アノマー β-‐アノマー
D-グルコースは(k)に示すようにα-アノマーと β-‐アノマーを取れます。従って、１位と４位の水酸基の脱水縮合で連結させる仕方には２通りあります。β-アノ
マー同士が連結すると、(l)に示すように、直線状の繊維になります。これがセ
ルロースの繊維を作ります。実際に組み立てたモデルは(m)のようになります。
(l)
(m)セルロースの分子モデル
これに対して、アミロースでは、α-アノマー同士が 1,4-結合するために(n)、グ
リコシド結合部分がねじれるため直線状にはなれず、らせんを作ります。実際
のモデルは(o)に示します。
(n)
(o) アミロースの分子モデル

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