Углеводы,ф-ии и классификации.

Углеводы — это альдо- или кето-производные многоатомных спиртов. Сахара, имеющие в своем составе альдогруппу, называют альдозами, а имеющие в составе кетогруппу — кетозами.

К альдосахарам относятся рибоза, глюкоза, манноза, галактоза и др. К сахарам, имеющим кетогруппу, относятся рибулоза и фруктоза

Ф-ии: 1.запасная в растит организмах углеводы откладываются в запас в виде крахмала,в животных-гликоген.2.структурная основной материал клеточной стенки рестений-целлюлоза.3.энергетическая исходное в-во для дыхания.4.наследственная. рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых к-т.5.защитная. производные углевода защищают организм от разрушающего действия внешней среды.6.угл.исходные соед.из которых образуются белки,жиры,органич к-ты и р.

Классификация. 1простые моносахариды или монозы,классиф.по числу атомов углерода:триоза 3,тетроза 4, пентаза 5, гексоза 6, гептоза 7. Эти соед.простые т к не способны гидролизоваться с образ. Более простых соед.2.сложные полисахариды полиозы делятся на 2 группы полисахариды 1ого порядка или сахароподобные в-ва.2ого порядка не сахароподобные в-ва делятся на запасные и структурные.

 

 

24. физические св-ва моносахаридов. Строение моносахаридов. Понятие о гликозидном гидроксиле. физические свойства.Моносахариды в чистом виде представляют собой белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и в растворах этанола. Обладает сладким вкусом, по степени сладости углеводы располагаются след.образом: если сладость сахарозы принять за 100 единиц, то сладость фруктозы сост.170 единиц. Сладость инвертного сахара(смесь глюкозы и фруктозы 1:1)130 единиц. Глюкозы 70 единиц,мальтозы 30 единиц Оптические свойства.являются оптически активными соединениями т.к.содержат ассиметрический(хиральный)атом углерода.Благодаря наличию ассиметричного атома моносахариды образуют две стереоформы L и D. Структура моносахаридовВ природных условиях пентозы и гексозы находятся в алифатической и в циклической или полуацетальной форме.

Структурные формулы альдогексоз.

D-Глюкоза может образовывать две циклические формы — пиранозную и фуранозную. Формирование пиранозного кольца в молекуле D-глюкозы обусловлено протеканием реакции между альдегидной и гидроксильной группами, приводящей к образованию полуацеталя. Ациклическая и циклическая формы глюкопиранозы.Альдогексозы могут существовать в виде циклических соединений с пятичленным кольцом, образуя фуранозные циклы. Однако шестичленное альдопиранозное кольцо более устойчиво, чем альдофуранозное, поэтому в растворах альдогексоз преобладает альдопиранозная форма.

При циклизации в молекуле D-глюкозы асимметрических центров на один больше по сравнению с тем числом, которое она имеет в линейной форме. Образовавшийся из альдегидной или кетонной группы гидроксил обладает повышенной реакционной способностью и называется гликозидным гидроксилом.Если гликозидный гидроксил расположен под плоскостью пиранозного или фуранозного кольца, то моносахариды находятся в альфа-форме, если же гликозидный гидроксил расположен над плоскостью кольца, то образуются бета-формы сахаров. Поэтому полуацетали могут существовать в виде двух стереоизомеров: -глюкопиранозы и -глюкопиранозы,  -фруктофуранозы и -фруктофуранозы.

 Значение бета- и альфа-изомеров.Существование изомеров обеспечивает большое химическое разнообразие полисахаридов. Поэтому полисахариды имеют различные строение, функцию и способность включаться в процесс дыхания, а также усваиваться в желудочно-кишечном тракте животных и человека.Мутаратация.Это явление характерно только для свежеприготовлен-ных растворов сахаров. Суть его заключается в том, что сразу после растворения сахара удельное вращение водных растворов моносахаридов начинает изменяться, достигая лишь через некоторое время постоянной величины. Это объясняется тем, что происходит взаимные превращения различных форм углеводов.

Хим св-ва моносахаридов.

  При восстановлении моносахаридов образуются соответствующие многоатомные спирты, так как восстановлению подвергается альдегидная или кетонная группа. В растениях сорбит, который образуется при восстановл.глюкозы или фруктозы,при восстан.рибозы-рибит.

Взаимодействие со спиртами. Сахара, являясь производными спиртов, могут взаимодействовать со спиртами с образованием простых эфиров типа R—О—R1 с выделением воды.Если реакция проходит только с участием гликозидного гидрооксила, то образовавшаяся структура носит название гликозида. В этом случае вновь образовавшаяся связь называется гликозидной.в растениях гликозиды выполняют защитную ф-ию, тк обладают горьким запахом/вкусом,токсичные. Взаимодействие с кислотами.Моносахариды, являясь производными спиртов, могут взаимодействовать с кислотами с образованием сложных эфиров. Наиболее важные производные — фосфорные эфиры сахаров – сахарофосфаты.Донор фосфорной кислоты — АТР, в молекуле которой расщепляется высокоэнергетическая связь. Под действием фермента гексокиназа остаток фосфорной кислоты переносится на глюкозу к первому углеродному. Окисление моносахаридов.при окисл.моносахариды образуют карбоновые к-ты.,в зависимости от усл.окисления образуются разные типы к-т,если окисл.альдегидная группа образуются альдоновые к-ты,если окисл.первичная спиртовая группа образ.уроновые к-ты,если окисл.и альдегидн.и первичн.спирт.группы,то образ. Дикарбоновые к-ты. полимеризация. взаим. друг с другом,образуя полисахариды,по хим природе полисахариды являются простыми эфирами,а образующаяся связь-гликозидной. восстанавливающие сахара.все монои полисахариды 1ого порядка,имеющие свободный гликозидный гидроксил,способны восстанавливать оксиды металлов до металла или до оксидов с меньшей степенью окисления-восстанавливающие или редуцирующие сахара. изомеризация. может протекать по типу альдоза-кетоза в этой р-ии учавствуют сахарофосфаты.фосфорные эфиры способны к мутаротации те перемещению фосфатной группы внутри молекулы.эпимеризация происходит изменение конформации при одном из ассиметрических атомов углерода,эти процессы протекают при участии сахарофосфатов. Взаимодействие моносахаридов с аминокислотами.Под влиянием повышенных температур, кислой или щелочной рН среды, высокой влажности, характерных для многих технологических процессов, например при выпечке хлеба, тепловой сушке, стерилизации консервов, ферментации табака и чая, старении коньяка моносахариды участвуют в реакциях неферментативного характера, вызывающих потемнение обрабатываемых продуктов. Эти реакции получили название реакций меланоидинообразования.

При меланоидинообразовании происходит взаимодействие восстанавливающих сахаров — моносахаридов, дисахаридов и продуктов гидролиза полисахаридов с аминокислотами, пептидами и белками с образованием темноокрашенных продуктов — меланоидинов, как правило, трудно или нерастворимых в воде.Химизм реакции до конца не установлен. Считают, что на первом этапе происходит разложение исходной аминокислоты и реагирующей с ней восстанавливающего сахара. Из аминокислоты образуется соответствующий альдегид, аммиак и углекислый газ, а из сахара фурфурол или оксиметилфурфурол. Альдегиды обладают определенным запахом и придают аромат пищевым продуктам. Фурфурол или оксиметилфурфурол далее реагируют с другой аминокислотой с образованием желто-коричневых пигментов.Из аминокислот легче всего вступает в эту реакцию самая дефицитная аминокислота лизин, из-за чего снижается биологическая ценность продукта.

 

26.полисахориды 1ого порядка.мальтоза целлобиоза лактоза. Мальтоза С12Н22О11 состоит из двух остатков -D-глюкопиранозы, соединенных гликозидной связью альфа1 -4.Мальтоза в свободном состоянии в растениях содержится в небольшом количестве, но появляется при прорастании, так как она образуется при гидролитическом расщеплении крахмала. В нормальном зерне и муке она отсутствует. Наличие ее в муке говорит о том, что эта мука получена из проросшего зерна. Большое количество мальтозы содержится в солоде, который применяется в пивоварении, поэтому мальтозу называют также солодовым сахаром. Под действием фермента -глюкозидазы (мальтазы) мальтоза подвергается гидролизу до D-глюкозы. Мальтоза сбраживается дрожжами. Лактоза С12Н22О11 построена из -D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы, соединенных между собой бета1- 4 гликозидной связью. В растениях она встречается редко.В большом количестве (4…5 %) лактоза содержится в молоке, поэтому ее называют молочным сахаром. Это восстанавливающий сахар со слабым сладким вкусом. Сбраживается лактозными дрожжами до молочной кислоты.

  Целлобиоза С12Н22О11 состоит из двух остатков бета-D-глюкопиранозы, соединенных между собой бета1- 4 гликозидной связью.

 Она служит структурным компонентом полисахарида целлюлозы и образуется из нее при гидролизе под действием фермента целлюлазы. Этот фермент продуцируется рядом микроорганизмов, а также он активен в прорастающих семенах.

 

27.строение и св-ва сахарозы. Производная альфа глюкозы и бета фруктозы,соедненных альфа1-бета2 гликозидной связью. Широко распростр. В природе,много в корнеплодах сахарной свеклы от 14-20 прицентов. Сахарный тростник 14-25 проц.. сахароза не содержид гликозидного гидроксила является невосстан.сахаром и хим инертна,в растениях выполняет транспортную ф-ию,перенесит глюкозу из мест синтеза. по проводящим пучкам растения сахароза перемещается со скоростью 20-30см/ч, обладает сладким вкусом,ристворима в воде,при нагреве до 200 и выше дегитратация сахарозы с обаз карамели. При к-тном или ферментативном гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу 1:1-инвертный сахар.

 

28. Полисахарариды 2-ого порядка. Характеристика запасных полисахаридов. Крахмал (С6Н10О5)n является важнейшим представителем полисахаридов в растениях. Этот запасной полисахарид используется растениями как энергетический материал. Крахмал в животном организме не синтезируется, аналогичным запасным углеводом у животных является гликоген.

Крахмал в больших количествах содержится в эндосперме злаков — 65…85 % его массы, в картофеле — до 20 %.

Крахмал не является химически индивидуальным веществом. В его состав кроме полисахаридов входят минеральные вещества, в основном представленные фосфорной кислотой, липиды и высокомолекулярные жирные кислоты — пальмитиновая, стеариновая и некоторые другие соединения, адсорбированные углеводной полисахаридной структурой крахмала.

В клетках эндосперма крахмал находится в виде крахмальных зерен, форма и размер которых характерны для данного вида растения. Форма крахмальных зерен дает возможность легко распознать крахмалы различных растений под микроскопом, что используется для обнаружения примеси одного крахмала в другом, например при добавлении кукурузной, овсяной или картофельной муки к пшеничной.

В запасающих тканях различных органов — клубнях, луковицах более крупные крахмальные зерна откладываются в запас в амилопластах как вторичный (запасной) крахмал. Крахмальные зерна имеют слоистую структуру.

Крахмал является сложным соед состоящим из углеводной и неуглеводной частей,неуглеводная составляет от 2 до 6 проц. И представлена фосфорной к-той\липидами,высокомолекулярными жирными к-тами. Углеводная часть состоит из полисахаридов 2х типов амилозы и амилопектина,которые являются полимерами альфа глюкозы,амилоза-линейная часть крахмала,состоит из остатков альфа глюкозы,сое.альфа1-4гликозидной связью,кол-во остатков глюкозы от 100 до нескольких тыс. молекула амилозы имеет 1 восстанавливающий и 1 не восстан.концы. при взаим с йодом амилоза окрашивается в синий цвет. Амилопектин разветленный компонент крахамла,содерж.до 50тыс остатков альфа глюкозы соединяется главным образом альфа 1-4гликозидн.связью.

Инулин запасной полисахарид растений,полимер бета фруктозы,образован связями бета 2-1. На концах молекулы присутствует сахароза. Накапливается в подземных частях растений, содерж.в клубнях топинамбура,корневищах георгина,артишок.

 

29. Полисахарариды 2-ого порядка. Характеристика структурных полисахаридов. Целлюлоза (С6Н10О5) – полисахарид второ-го порядка, является основным компонентом клеточных стенок. Целлюлоза состоит из остатков бета-D-глюкозы, соединенных между собой бета1- 4 гликозидной связью.Среди других полисахаридов, из которых состоит клеточная стенка растений, он относится к микрофибриллярным полисахаридам, так как в клеточных стенках молекулы целлюлозы соединены в структурные единицы, получившие название микрофибрилл. Последняя состоит из пучка молекул целлюлозы, расположенных по ее длине параллельно друг другу. Содержание целлюлозы в растениях колеблется в широких пределах: в волокнах хлопчатника 90 %, древесине 50, листьях табака 10, семенах злаковых культур 3…5, подсолнечника 2, ягодах винограда 1 %.

В среднем на одну молекулу целлюлозы приходится около 8000 остатков глюкозы. Гидроксилы у атомов углерода С2, С3 и С6 не замещены. Повторяющееся звено в молекуле целлюлозы — остаток дисахарида целлобиозы.Целлюлоза не растворяется в воде, но в ней набухает. Свободные гидроксильные группы способны замещаться на радикалы — метильный —СН3 или ацетальный с образованием простой или сложноэфирной связи. Это свойство играет большую роль при изучении строения целлюлозы, а также находит применение в промышленности при производстве искусственного волокна, лаков, искусственной кожи и взрывчатых веществ.

У большинства животных и человека целлюлоза не переваривается в желудочно-кишечном тракте, так как в их организме не вырабатывается целлюлаза — фермент, гидролизующий   4 гликозидную связь. Этот фермент синтезируется различного рода микроорганизмами, вызывающими гниение древесины. Целлюлозу хорошо переваривают термиты, потому что в их кишечнике живут симбиотические микроорганизмы, вырабатывающие целлюлазу.В кормовые рационы крупного рогатого скота включают целлюлозу (в составе соломы и других компонентов), так как в их желудке находятся микроорганизмы, синтезирующие фермент целлюлазу.

Значение целлюлозы

Промышленное значение целлюлозы огромно — производство хлопчатобумажных тканей, бумаги, деловой древесины и целый ряд химических продуктов, в основе которых лежит переработка целлюлозы.