Углеводы — обширный класс органических соединений, представители которого встречаются во всех живых системах. Они составляют 80% от сухой массы растений и 2% — от сухой массы животных организмов.

УГЛЕВОДЫ.

Углеводы — обширный класс органических соединений, представители которого встречаются во всех живых системах. Они составляют 80% от сухой массы растений и 2% — от сухой массы животных организмов. Углеводы явля­ются одним из главных пищевых продуктов. В 1844 г. К. Шмидт предложил этому классу органических соединений термин «углеводы», так как элементный состав известных к тому времени уг­леводов мог быть выражен как C _x (Н₂О) _y

К классу углеводов относят сахара, а также соединения, которые по свое­му строению и химическим свойствам подобны сахарам. Большинство угле­водов принадлежит к группе полигидроксикарбонильных соединений. Наряду с этим в струк­туре молекул могут быть также и другие функциональные группы, например аминогруппы.

Углеводы обычно подразделяют на моносахариды, олигосахариды и по­лисахариды.

Олигосахариды содержат от двух до десяти остатков моносахаридов, соеди­ненных О -гликозидными связями.

Полисахариды являются биополимерами и содержат более десяти углевод­ных остатков. При катализируемом кислотами гидролизе олигосахариды и по­лисахариды расщепляются с образованием моносахаридов.

Моносахариды в свободном состоянии встречаются редко, исключение со­ставляет глюкоза, которая также является структурной единицей многих по­лисахаридов.

Моносахариды классифицируют по нескольким принципам:

• по числу углеродных атомов, входящих в состав молекулы: триозы, тет-
розы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы и т. д.;

• по характеру карбонильной группы: альдозы и кетозы, в зависимости
от наличия в них альдегидной или кетонной групп;

• по наличию других групп, кроме карбонильной и гидроксильной, на­
пример аминосахара содержат вместо гидроксигруппы аминогруппу.

У большинства моносахаридов число атомов кислорода совпадает с чис­лом атомов углерода.

В основу номенклатуры моносахаридов положены тривиальные названия. Принадлежность к ряду (D или L) моносахарида определяется по последнему ассиметрическому атому углерода.

a-D-Glucopyranose a-D-Mannopyranose a-D-Galactopyranose

Среди пентоз наиболее известны рибоза и ее производное - 2-дезоксирибоза, у которой вместо гидроксильной группы при втором углеродном атоме содержится еще один атом водорода. Эти моносахариды в виде β-изомеров пятичленных циклических таутомеров входят в состав нуклеиновых кислот. Рибонуклеино­вая кислота содержит рибозу, а дезоксирибонуклеиновая ки­слота - дезоксирибозу.

Кольчато-цепная таутомерия. Все перечисленные природные моносахариды, являясь многоатомными спиртами, содержащими карбонильную группу, легко вступают за счет ОН-групп у С-4 или С-5 в обратимую внутримолекулярную реакцию присоединения по карбонильной группе. В результате этой реакции из нецикли­ческого таутомера образуются термодинамически более устойчи­вые пяти- и шестичленные циклические таутомеры данного мо­носахарида. Пятичленные циклические таутомеры называются фуранозами, а шестичленные - пиранозами.

Эти термины, указывающие на размер цикла, используют в названиях циклических таутомеров моносахаридов. Например, пяти- и шестичленные циклические таутомеры глюкозы называ­ются глюкофураноза и глюкопираноза соответственно.

Нумерацию углеродных атомов в циклических таутомерах ве­дут по часовой стрелке, сохраняя нумерацию нециклического таутомера. Заместители в циклических таутомерах помещают выше или ниже плоскости цикла в зависимости от их расположения в молекуле. В циклических таутомерах моносахаридов нет карбо­нильной группы, и по своей структуре они относятся к цикличе­ским полуацеталям. Атом углерода С-1, ранее входивший в со­став карбонильной группы, в циклическом таутомере называют аномерным, а связанную с ним гидроксильную группу - полуацетальной или гликозидной. В зависимости от пространственного расположения этой гидроксильной группы у циклических таутомеров различают два стереоизомера –аиβ. У природных моно­сахаридов в а-аномерах гликозидная гидроксильная группа рас­положена под плоскостью цикла, а в β-аномерах - над плоско­стью.

Знать открытую и 2 пиранозные формы глюкозы, маннозы, галактозы, а у фруктозы – открытую и 2 фуранозные.

Олигосахариды - углеводы, молекулы которых содержат от 2 до 8—10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями; в соответствии с этим различают дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды. Весьма важным и широко распространённым частным случаем олигосахаридов являются дисахариды — димеры, состоящие из двух молекул моносахаридов. Молекулы дисахаридов образуются из моносахаридов за счет конденсации цикличе­ских таутомеров гексоз. Дисахариды подразделяются на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.

Восстанавливающие дисахариды. В этих дисахаридах связь между мономерами осуществляется за счет одного из спиртовых и полуацетального гидроксила. В дисахариде имеется свободная полуацетальная гидроксильная группа, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла. Представителями восстанавливающих дисахаридов являются мальтоза, целлобиоза, лактоза.

Мальтоза. Этот дисахарид называют еще солодовым сахаром. Он является основным продуктом расщепления крахмала под действием фермента амилазы, выделяемого слюнной железой. Мальтоза имеет в З раза менее сладкий вкус, чем сахароза.

В мальтозе остатки двух молекул D-глюкопиранозы связаны α-(1-4)-гликозидной связью. Молекула глюкозы, поставляющего для связи полуацетальную гидроксильную группу, рассматривается как заместитель при С-4 второй молекулы глюкозы. В названии дисахарида первая молекула приобретает суффикс -озил, а у второй сохраняется суффикс -оза. Кроме того, в полном названии указывается конфигурации обоих аномерных атомов углерода. Присутствует в прорастающих семенах злаков.

Как видно, в мальтозе имеется свободный гликозидный гидроксил, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла и переходу в альдегидную форму. В связи с этим, мальтоза способна вступать в реакции, характерные для альдегидов, и, в частности, давать реакцию "серебряного зеркала", поэтому ее называют восстанавливающим дисахаридом.

мальтоза

Лактоза. Содержится в молоке (4—5%) и получается в сыроваренной промышленности из молочной сыворотки после отделения творога (отсюда ее название молочный сахар). Лактоза построена из остатков D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы, связанных β-(1→4)—гликозидной связью. Участвующий в образовании этой связи аномерный атом углерода D-галактопиранозы имеет β-конфигурацию. Аномерный атом глюкопиранозного фрагмента может иметь как α-, так и β-конфигурацию.

Лактоза

Целлобиоза

Невосстанавливающие дисахариды. К этой группе принадлежит небольшое число дисахаридов, важнейшим их которых является сахароза.

Сахароза. Источником этого дисахарида служат сахарный тростник, сахарная свекла, соки растений и плодов. Сахароза построена из остатков D-глюкопиранозы и D-фруктофуранозы, связанных гликозидной связью между гидроксильными группами при аномерных атомах углерода. Поскольку в молекуле сахарозы отсутствуют свободные полуацетальные гидроксильные группы, она не обладает способностью к цикло-оксо-таутомерии.

В образовании гликозидной связи участвуют оба гликозидных гидроксила, поэтому невосстанавливающие дисахариды не способны к таутомерии с образованием открытой формы и свободной оксо-группы. Поэтому не восстанавливающие дисахариды не дают реакций, характерных для открытой формы моносахаридов, т.е. не взаимодействуют с гидроксидом диамминсеребра, гидроксидом меди.

Сахароза – белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде.

Как и все дисахариды, сахароза при кислотном или ферментативном гидролизе превращается в моносахариды, из которых она составлена.

Полисахариды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.

Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Они принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.

К полисахаридам относятся вещества, построенные из большого числа остатков моносахаридов или их производных. Если полисахарид содержит остатки моносахарида одного вида, его называют гомополисахаридом. В том случае, когда полисахарид составлен из моносахаридов двух видов или более, регулярно или нерегулярно чередующихся в молекуле, его относят к гетерополисахаридам.

Крахма́л —полисахарид, мономером которого является α-глюкоза. Безвкусный, аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный «скрип», вызванный трением частиц.

В горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор — клейстер; с раствором йода образует соединение-включение, которое имеет синюю окраску. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H₂SO₄ и др.) как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.

Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.

Амил о за (от греч. ámylon — крахмал), один из основных полисахаридов крахмала, состоящий из линейных или слаборазветвлённых цепочек молекул глюкозы, соединённых связями между 1-м и 4-м углеродными атомами. Молекулярная масса от 50 000 до 160 000.

Амилопект и н (от греч. ámylon — крахмал, pēktes — сбитый, сплочённый), один из основных полисахаридов крахмала, в отличие от амилозы имеет разветвленное строение. Остатки D-глюкозы в в линейных участках полисахарида связаны α-1,4-гликозидными связями, а в точках ветвления имеются дополнительные α-1,6-гликозидные связи. Молекулярная масса достигает 1000 000.

Целлюлоза – полисахарид, состоящий из остатков D-глюкопиранозы, соединенных в линейные цепи β-1,4-гликозидными связями, поэтому может быть назван как β-1,4-глюкан.

Целлюлоза достаточно широко распространена в природе. Источником ее является древесина, содержащая 40 – 50% целлюлозы. Полисахарид не растворим в воде.

Гликоген (животный крахмал)— резервный полисарид животных организмов, а также некоторых бактерий и дрожжей, образованный остатками глюкозы. Структура полимера подобна амилопектину и отличается большей разветвленностью.

Дата добавления: 2015-08-29