В организмах моносахариды встречаются преимущественно в виде производных, прежде всего в виде фосфатов, а пентозы – в составе нуклеотидов.
Наряду с собственно моносахаридами широко распространены продукты их окисления и восстановления. Продукты восстановления одной из гидроксильных групп – дезоксисахара. Самый известный пример – дезоксирибоза, входящая в состав дезоксирибонуклеотидов:
| H CO HCOH HCOH HCOH CH2OH | H CO CH2 HCOH HCOH CH2OH |
| D-рибоза | D-дезоксирибоза |
Окисление альдегидной группы до карбоксильной приводит к образованию альдоновых кислот, окисление концевой спиртовой группы до карбоксильной – уроновых кислот. В частности, окисление глюкозы дает сответственно глюконовую и глюкуроновую кислоты. Первая в виде фосфата является промежуточным продуктом окислительного распада глюкозы, вторая входит в состав многих полисахаридов.
Одна из наиболее важных сахарных кислот – аскорбиновая. 
Витамин, недостаток которого вызывает у человека тяжелое заболевание цингу. Очень неустойчив, подвергается дегидроксилированию по углеродным атомам рядом с двойной связью.
В состав полисахаридов часто входят такие производные D-глюкозы и D-галактозы, у которых при атоме С2 гидроксильная группа заменена на аминогруппу – соответственно D- глюкозамин и D- галактозамин
D-глюкозамин D-галактозамин
Дисахариды
Как отмечалось выше (раздел 3.2), после образования кольцевой формы моносахарида к аномерному атому углерода через гидроксильную группу может присоединиться другой моносахарид с образованием дисахарида.
Дисахариды широко распространены в природе. Простейшие из них – мальтоза и целлобиоза. Состоят из 2 молекул глюкозы. В мальтозе они соединены α-связью, второй остаток может быть как α, так и β. Следовательно, в последнем случае полное название мальтозы: 0-α-D-глюкопиранозил-(1→4)-β-D-глюкопираноза. Лактант указывает на моносахарид с аномерным атомом углерода.
Мальтоза (0-α-D-глюкопиранозил-(1→4)-β-D-глюкопираноза)
В случае целлобиозы 2 молекулы глюкозы связаны β-связью.
Целлобиоза (0-β-D-глюкопиранозил-(1→4)-β-D-глюкопираноза)
Вообще, поскольку гидроксилы моносахарида практически одинаковы по химической активности, из 2 моносахаридов может образоваться большое количество дисахаридов. Из двух молекул глюкозы может быть образовано 11 различных дисахаридов.
Молекула лактозы (молочного сахара) состоит из галактозы и глюкозы, связанных β-связью:
Лактоза (0-β-D-галактопиранозил-(1→4)-β-D-глюкопираноза)
Мальтоза, целлобиоза и лактоза относятся к редуцирующим сахарам - содержат одну потенциально свободную карбонильную группу.
Самый известный дисахарид сахароза (тростниковый сахар) образован из одной молекулы фруктозы и одной молекулы глюкозы. В отличие от предыдущих дисахаридов в гликозидной связи сахарозы задействованы оба аномерных атома. Поэтому сахароза устойчива к окислению, то есть является не восстанавливающим сахаром. Сахароза синтезируется многими растениями (но не животными!) как транспортная форма углеводов. Основной промежуточный продукт синтеза (для крахмала и целлюлозы нужна глюкоза). Самый сладкий по сравнению с другими дисахаридами и с глюкозой. Если сладость сахарозы принять за 100%, то этот показатель составит для глюкозы 70%, для мальтозы – 30%, для лактозы – 16%.
Сахароза (О-β-D-фруктофуранозил-(2-1)-α-D-глюкопиранозид)
Образовавшаяся гликозидная связь легко атакуется кислотами, но устойчива к основаниям - моносахариды можно получить при кипячении в разбавленной кислоте.