Углеводы, их классификация.
Углеводы (У) – это органические соединения, содержащие альдегидную или кето- группы, и являющиеся производными многоатомных спиртов.
Термин «углеводы» предложен в 1844г. К. Шмидтом, т.к. в то время полагали, что их общая формула представляет собой: Сх(Н2О)n – т.е. углерод + вода. Дальнейшие исследования показали, что это не так. Например: формула дезоксирибозы С5Н1oО4. Поэтому позднее было предложено этот класс веществ называть глицидами. Углеводы широко распространены в природе. В растениях их содержание ≈ 80%, в тканях животных всего ≈ 2%. Для животных организмов их значение велико.
Функция углеводов.
- энергетическая: при окислении У выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях (при распаде 1г У выделяется ≈ 4,1% ккал).
- пластическая: продукты обмена У являются источниками для синтеза Ж, Б, НК, АК.
- опорная: целлюлоза оболочек растительных клеток образует опорные ткани растений.
- защитная: У учувствует в построении клеточных мембран.
|
|
Классификация углеводов
Моносахариды – это производные многоатомных спиртов, у которых одна гидрокси-группа (ОН) замещена на карбонильную (С=О альдегидную или кето) группу. Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой, при любом другом положении моносахарид является кетоном и называется кетозой.
Номенклатура: наименования моносахарам дают в зависимости от числа атомов С + окончание – оза. Три атома углерода - триоза, 4 - тетроза, 5 - пентоза, 6 - гексоза, 7 - гептоза, и т.д.
Н2С – ОН Н2С – ОН Н С = О
| | |
С = О! НС – ОН " НС* – ОН
| | |
Н2С – ОН Н2С – ОН Н2С – ОН
дегидроксиацетон трехатомный спирт глицеральдегид
(кетотриоза) (глицерин) (альдотриоза).
- Моносахара обладают оптической активностью и пространственной изомерией.
N=2ª, где N – число изомеров, а - количество хиральных атомов.
Т.о. у альдотриозы м.б. 2=2¹ изомера.
- Если ОН-гр. у последнего хирального атома С находится слева, то это L – ряд, а если справа, то это моносахара Д-ряда. У нас изображен Д – глицеральдегид.
α, D- глюкопираноза
- Если раствор этого соединения вращает плоскость поляризованного луча вправо, то обозначает «+», а если влево, то знаком «-». Направление угла вращение заранее непредсказуемо: например природная глк (+), а фрк (-).
- Формулы моносахаридов м.б. линейными и циклическими. Их называют соответственно формулами Фишера и Хеуорса.
- В зависимости от того, ОН-гр. какого из углеродов атомов участвует в образовании полуацетеля, могут образоваться пяти- или шестичленные циклы, которые по аналогии с органическими соединениями называются фуранозными или пиранозными структурами.
|
|
- В циклических молекулах пентоз и гексоз появляется еще один хиральный атом и новая пара изомеров (α- и ß- формы). Если Он-группа у С1 располагается над плоскостью, то это ß- форма, а если под плоскостью, то это α -форма.
Олигосахариды – это сложные молекулы, содержащие в своем составе от 2-х до 10 мономеров звеньев.
Различают дисахариды, трисахариды и т.д.
Дисахариды – это сложные молекулы, которые при гидролизе распадаются на 2 молекулы моносахаридов.
Мальтоза – состоит из 2-х молекул α-глюкозы, соединенных 1"4 гликозидной связью
α -Д-глюкопиранозил (1"4) α –Д-глюкопираноза
Изомальтоза –состоят из 2-х молекул α -Д-глюкозы, (1"6) гликозидной связью
α -Д-глюкопиранозил (1"6) α –Д-глюкопираноза
Целлобиоза – состоит из 2-х молекул ß-глюкозы, соединенных 1"4 глик. связью
ß-целлобиоза (1"4)
Лактоза состоит изß-галактозы и α-глюкозы, соединенных (1"4) гликозидной связью ß-Д галактопиранозил (1"4) Д-глюкопираноза
Сахароза – состоит из α-глюкозы и ß-фруктозы, соединенных 1"2 гликозидной связью
α -Д-глюкоиранозил (1"2) ß –Д-глюкофуранозаранозид
Трисахариды – раффиноза (фруктоза+глюкоза+галактоза)
Полисахариды (полиозы) – это глициды, содержащие от 10 до несколько тысяч мономеров.
По строению высшие полиозы делят на следующие группы:
I. Гомополисахариды, состоящие из остатков одного какого-либо моносахарида:
а) из остатков глюкозы — крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза и др.;
б) из остатков маннозы, галактозы, ксилозы, L-арабинозы — маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны;
в) из остатков галактуроновой кислоты — пектиновые вещества;
г) из остатков глюкозамина — хитин насекомых и грибов
II. Гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных:
а) гемицеллюлозы (компоненты крови);
б) камеди, слизи;
в) мукополисахариды или протеиногликаны (свободные и связанные с белками, например, в гликопротеинах: гепарин, хондроитинсульфаты, групповые вещества крови).
По биологическим функциям высшие полиозы делят на следующие группы:
I. Структурные полисахариды, играющие опорную роль в организмах растений и животных: целлюлоза и пектиновые вещества растений, хитин насекомых и грибов.
П. Резервные полисахариды, являющиеся источником энергии для живых организмов: крахмал, гликоген, инулин.
Крахмал [C6 H10O5]n; Мr 105–107Да. Это резервный гомополисахарид, состоит из 2-х гомополисахаридов; амилозы – линейной формы, и амилопектина – разветвленной формы. Доля амилозы ≈10-30%, сод. до 1 тысяч остатков глк. в амилопектине (его доля в крахмале ≈90-70%) глюкозных остатков в 20-30 раз больше. Остатки глк в амилозе и линейных участках амилопектина соединяется 1"4 гликозидной связью; в точках разветвления 1"6 гликозидной связью. амилоза
Гликоген [C6 H10 O5]n – главный энергетический резерв человека и животных. Формула аналогична формуле крахмала. Mr 105–108Да. Особенно много его в печени (до 10%) и мышцах (до 4% от сухой массы). Состоит также из амилопектина, только молекула более компактная, т.к. имеет более разветвленную структуру.
Крахмал и гликоген при кислотном гидролизе распадаются сначала на декстрины, затем на дисахариды – мальтозу и изомальтозу, затем на две глюкозы.
Целлюлоза (клетчатка) – это структурный полисахарид растительного происхождения, состоящий из ß-D–глюкопиранозных остатков, соединенных 1"4 гликозидной связью. Mr=1-2млн Да. В организме человека и животных не переваривается; т.к. отсутствует фермент ß–глюкозидаза. В присутствии в пище оптимального количества целлюлозы формируются каловые массы.