糖

糖：構造、分類、性質、そして生合成

糖は、多価[アルコール]]が酸化された生成物であり、分子構造にホルミル基(-CHO)またはカルボニル基]を持つ有機化合物です。ホルミル基を持つ糖をアルドース、[[カルボニル基を持つ糖をケトースと呼び、それぞれ異なる性質を示します。一般的に、糖は炭水化物と同義語として扱われることが多く、特に栄養学や日常会話では区別なく使われることもありますが、学術的な文脈、特に糖質化学や分子生物学では、炭水化物よりも狭い概念として用いられ、「糖質」や単に「糖」という用語が好まれる傾向にあります。生化学の分野では「炭水化物」が従来から用いられてきましたが、近年では「糖質」への移行が進んでいます。一方、栄養学では、炭水化物から消化できない食物繊維を除いたものを「糖質」と定義しています。

糖は、単糖類、二糖類、オリゴ糖、多糖類といった様々な種類が存在します。単糖類は、グルコース、フルクトース、ガラクトースなど、最も基本的な糖の単位です。二糖類は、2つの単糖類がグリコシド結合で繋がったもので、代表的なものとしてショ糖（スクロース）、乳糖（ラクトース）、麦芽糖（マルトース）などがあります。オリゴ糖は、2～20個程度の単糖類が結合したもので、機能性食品として注目されています。多糖類は、多数の単糖類が結合した高分子化合物であり、デンプンやセルロースなどが代表例です。デンプンは植物のエネルギー貯蔵物質として、セルロースは植物細胞壁の主要成分として重要な役割を担っています。

糖の構造は、直鎖構造と環状構造の両方を取ることができ、環状構造では五員環（フラノース）と六員環（ピラノース）が存在します。[グルコース]]は主にピラノース型として存在しますが、一部フラノース型も存在します。単糖類はヒドロキシ基]を複数持ち、この[[ヒドロキシ基の配置の違いによって様々な異性体が存在します。例えば、グルコースとマンノースはC-2位でのヒドロキシ基の配置が異なり、エピマーの関係にあります。

単糖類が結合する際、グリコシド結合を形成します。この結合は、環状構造におけるヒドロキシ基とカルボニル基の間で起こり、結合の向きによってα-グリコシド結合とβ-グリコシド結合に分類されます。α-グリコシド結合とβ-グリコシド結合では、化学的・物理的・生物学的な性質が大きく異なり、例えば、グルコースがα-1,4結合で多数連結するとアミロース（デンプンの一部）となり、β-1,4結合で多数連結するとセルロースとなります。この結合の違いが、デンプンとセルロースの消化性の違いに繋がっています。

糖は、植物の組織、蜂蜜、果物などに豊富に含まれており、特にグルコースは生物の主要なエネルギー源として重要な役割を果たしています。さらに、DNAやRNAといった遺伝情報の担体にも、デオキシリボースやリボースといった糖が含まれており、生命活動に不可欠な物質です。近年では、リボースが隕石からも発見されており、生命の起源に関する研究にも繋がる重要な発見となっています。

糖の物理的性質としては、単糖類やオリゴ糖は水に溶けやすく、甘味を持つものが多いです。一方、多糖類は水に溶けにくい性質を示します。これは、単糖類やオリゴ糖は親水性のヒドロキシ基の割合が大きいが、多糖類では疎水性の炭化水素基の割合が大きくなるためです。

糖の生合成は、光合成において重要な役割を果たすカルビン・ベンソン回路やペントースリン酸経路によって行われます。これらの経路では、二酸化炭素からグルコースなどの糖が合成され、植物の成長やエネルギー源として利用されます。

様々な種類の糖とその性質、生合成経路について理解することで、生物における糖の重要性をより深く理解することができます。

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