Понятие об углеводах.их биологическая роль. классификация углеводов

Углеводы - обширный класс природных соединений, которые играют важную роль в жизни человека, животных и растений.

Название «углеводы» эти соединения получили потому, что состав многих из них выражается общей формулой Сn(H₂O)_m, т.е. формально являются соединениями углерода и воды. С развитием химии углеводов обнаружены соединения, состав которых не отвечает приведенной формуле, но обладающие свойствами веществ своего класса (например, дезоксирибоза С₅Н₁₀О₄). В то же время есть вещества, соответствующие общей формуле углеводов, но не проявляющие их свойства (например, спирт инозит С₆Н₁₂О₆).

(слайд 4.)

Классификация углеводов

-Все углеводы можно разделить на три группы: простые углеводы (моносахариды) и сложные углеводы.

Простые углеводы (моносахариды) – это простейшие углеводы, не гидролизующиеся с образованием более простых углеводов.

Сложные углеводы – это углеводы, молекулы которых состоят их двух или более числа остатков моносахаридов и разлагаются на эти моносахариды при гидролизе.

Олигосахариды - соединения, состоящие из 2-10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (сахароза, мальтоза); полисахариды, включающие более 10 молекул сахаров (крахмал, целлюлоза).

• Моносахариды, их классификация, номенклатура, важнейшие представители. Строение наиболее важных пентоз (D-рибоза, 2-дезоксирибоза, ксилоза), гексоз (D-глюкоза, галактоза, фруктоза). Стереоизомерия моносахаридов. D- и L- стереохимические ряды. Открытые и циклические формы. Примеры.

Углеводы по способности к гидролизу делят на моносахариды (не гидролизуются), дисахариды и полисахариды. Моносахариды – твердые вещества, легко растворимые в воде, со сладким вкусом. По числу углеродных атомов моносахариды делят на тетрозы, пентозы, гексозы. Окончание –оза указывает на принадлежность к классу углеводов; фураноза(5) и пираноза (6) указывают на размер цикла; нумерация по часовой стрелке, как в нециклическом; 1С – аномерный, а связанная с ним ОН – полуацетальная(гликозидная); альфа (внизу) и бета (вверху)стереоизомера (стереоизомерия:в зависимости от положения ОН); L(слева) и D(справа) (оптическая изомерия: в зависимости от положения ОН у предпоследнего С).

Важнейшие представители:

рибоза ксилоза глюкоза манноза галактоза фруктоза

 

Химические свойства моносахаридов. Нуклеофильное замещение у аномерного центра в циклических формах моносахаридов. Понятие о гликозидах. Образование сложных эфиров моносахаридов. Окисление и восстановление моносахаридов.

Химические свойства:

• Кислотно-основные: при действии алкоголятов образуют соли – сахараты (576)

 

• Комплексообразующие: образование сахаратов ярко-синевого цвета

 

• Электрофильно-нуклефильные: при взаимодействии со спиртами или фенолами в присутствии HCl происходит активация электрофильного центра на аномерном С с образованием гликозидов – циклических ацеталей

 

 

• Окислительно-восстановительные: обработка D-глюкозы основаниями способствует ее превращению в D-маннозу и D-фруктозу.

 

 

Окисление моносахаридов: окисление альдегидной и первичной спиртовой групп. При окислении глюкозы бромной водой с образованием глюконовой кислоты (582)

 

Восстановление моносахаридов: образование многоатомных спиртов

 

 

• Олигосахариды, классификация (восстанавливающие и невосстанавливающие). Пояснить разницу. Дисахариды мальтоза, лактоза, сахароза. Строение, номенклатура. Гидролиз кислотный и ферментативный.

Олигосахариды – соединения, в состав которых входит от 3 до 20 остатков моносахаридов. Дисахариды построены из двух одинаковых или разных моносахаридных остатков, связанных гликозидной связью. В зависимости от характера связывания моносахаридных остатков различают восстанавливающие (мальтоза, лактоза, целлобиоза) и невосстанавливающие (сахароза). Благодаря сохранению у второго моносахарида свободного гликозидного гидроксила восстанавливающие дисахариды способны к раскрытию цикла, за счет чего они могут быть восстановителями, а у невосстанавливающих отсутствуют свободные полуацетальные ОН – группы, поэтому невозможно раскрытие их циклов.

Мальтоза лактоза сахароза

 

Кислотный гидролиз фосфоенолпирувата в пируват(586):

 

Ферментативный гидролиз:

Под действием лактатдегидрогеназы пируват восстанавливается в лактат:

 

Под действием пируватдегидрогеназного комплекса из пирувата образуется ацетилкофермент А

 

 

• Полисахариды. Гомополисахариды: крахмал (амилоза, амилопектин), гликоген, целлюлоза, состав, химические свойства. Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондоитинсульфаты, гепарин), состав, биологическая роль.

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, построенные из большого числа остатков моносахаридов и их производных, связанных 1-4 или 1-6 гликозидными связями. Гомополисахариды – полисахариды, состоящие из остатков моносахарида одного вида.

Крахмал (C6H10O5)n – белое аморфное вещество,при быстром нагревании происходит гидролитическое расщепление макромолекул на декстрины. Кислотно-основными свойствами не обладает; способен к комплексообразованию. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов амилозы(20%) и амилопектина(80%).

Амилоза состоит из длинных неразветвленных цепей, в которых D-глюкозные единицы соединены 1-4гликозидными связями.

 

Амилопектин имеет разветвленную цепь. В цепи D-глюкозные единицы соединены 1-4 гликозидными связями, а в точках разветвления 1-6 гликозидными связями. При реакции с йодом окрашивается в фиолетовый цвет; в горячей воде набухает, образуя гель.

Гликоген – структурный и функциональный аналог амилопектиновой фракции крахмала, между точками разветвления содержится 8-10 остатков D-глюкозы; Кислотно-основными свойствами не обладает; способен к комплексообразованию; хорошо растворяется в горячей воде; дает цветную реакцию с йодом (красно-фиолетовая)

Целлюлоза (клетчатка) - структурным элемент является D-глюкозный остаток, связанные 1-4гликозидными связями; цепь без разветвлений; не реагирует с йодом; нерастворима в воде; кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства не характерны, а комплексообразующие только в жестких условиях.

 

Гетерополисахариды – полисахариды, состоящие из моносахаридов двух и более видов. Они входят в состав соединительной ткани.

Гиалуроновая кислота – составная часть межклеточного вещества, обеспечивает непроницаемость соединительной ткани для патогенных микроорганизмов, регулирует распределение в клетках веществ, раствор гиалуроновой кислоты обладает высокой вязкостью и липучестью; содержит остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенные бета 1-3 гликозидной связью, а дисахаридные звенья соединены бета 1-4 гликозидными связями. (596)

 

Хондроитинсульфаты состоят из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-галактозамина, этерифицированного серной кислотой по ОН-группе у С4 или у С6, соединенных 1-3гликозидной связью; сильные кислоты; в составе кожи, хрящей, кровеносных сосудов, костной ткани; способствуют заживлению ран и пролежней.

 

Гепарин представлен несколькими полисахаридными цепями, состоит из остатков двух аминокислот: серина и глицина. В основе лежит цепочка из повторяющихся дисахаридов - α-D-глюкозамин и уроновая кислоты, соединенные 1-4 гликозидными связями. Большинство остатков α-D-глюкозамина сульфатировано по амино- и гидроксильной группе. Звенья уроновой кислоты представляют собой остатки L-идуроновой HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0 HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1"& HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1"action=edit HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1"& HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1"redlink=1" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%98%D0%B4%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0&action=edit&redlink=1"кислоты или эпимерные остатки D-глюкуроновой HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0" HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BB%D1%8E%D0%BA%D1%83%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0"кислоты. Молекула гепарина способна к образованию комплексов со многими белковыми и синтетическими соединениями поликатионной природы, несущими суммарный положительный заряд.

• Гетероциклические соединения. Классификация по размеру цикла и числу гетероатомов.

Циклические соединения, в состав колец которых кроме атомов углерода включаются и другие атомы, называются гетероциклическими. Размер гетероцикла также может быть различным: пяти-, шестичленным или конденсированным. Гетероциклические соединения могут быть насыщенными, ненасыщенными и ароматическими. Насыщенными гетероциклами являются циклические простые эфиры, лактоны, лактамы. Ненасыщенные гетероциклы, например, продукты неполного гидрирования пиррола и пиразола. Ароматические гетероциклы содержат сопряженную гетероциклическую структуру, отвечающую всем критериям ароматичности. Они термодинамически устойчивы и вступают в реакции электрофильного замещения. Ароматические гетероциклические соединения наиболее широко распространены в природе и лежат в основе многих физиологически активных веществ и лекарственных средств.