3. 5. Отдельные представители углеводов и их значение в организме человека. Представители углеводов


77. Углеводы, их биологическая роль, классификация и номенклатура. Основные представители углеводов. Основные пути обмена углеводов. Гликолиз и глюконеогенез

Общая характеристика углеводов. К классу углеводов относят органические соединения, содержащие альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых гидроксилов. Их элементарный состав выражается общей формулой СmН2nOn,. Из этого правила есть немногочисленные исключения, и хотя указанное определение не является абсолютно точным, оно позволяет наиболее просто характеризовать эту группу разнообразных органических соединений в целом. Углеводы служат материалом, при окислении которого выделяется энергия, необходимая для осуществления химических реакций. Такие углеводы рассматривают как резервные. Наряду с этим промежуточные продукты окисления углеводов используются для синтеза многих других органических соединений. Перечисленные функции углеводов (структурная, энергетическая и метаболическая) рассматривают как канонические. Кроме того, многие углеводы и углеводсодержащие биополимеры обладают уникальным строением и специфичностью. Так, групповые вещества крови, являющиеся гликопротеинами, где 80% молекулы представлены углеводами, за счет асимметрических центров, стереоизомеров, таутомеров и конформеров последних приобретают специфичность взаимодействия. Олигосахаридные фрагменты гликопротеинов и гликолипидов клеточных стенок выполняют рецепторные функции. В частности, при их посредстве с клетками связываются белковые токсины (например, холерный, ботулический, и др.), бактерии (кишечная палочка), вирусы (вирус гриппа) и т. п. Структуры олигосахаридных фрагментов иммуноглобулинов высоко воспроизводимы и умеренно консервативны, что обеспечивает специфические углеводно-белковые взаимодействия между доменами этих удивительно тонко организованных защитных белков. Часть ферментов обладают олигосахаридпыми фрагментами. Углеводы делят на две группы: простые и сложные. Простые не подвергаются гидролизу. Сложные углеводы при гидролизе распадаются с образованием простых углеводов.

Простые углеводы. Подавляющее большинство простых углеводов имеет состав СnП2nОn. Ввиду того что простые углеводы не гидролизуются, их называют моносахаридами.

Моносахариды — твердые вещества, легко растворимые в воде, плохо — в спирте и совсем нерастворимые в эфире. Водные растворы имеют нейтральную реакцию на лакмус. Большинство моносахаридов обладает сладким вкусом. В свободном виде в природе встречается преимущественно глюкоза. Она же является структурной единицей многих полисахаридов. Другие моносахариды в свободном состоянии встречаются редко и в основном известны как

компоненты олиго- и полисахаридов. Моносахариды могут существовать как в открытой (оксоформе), так и циклических формах. В растворе эти изомерные формы находятся в динамическом равновесии.

Открытые формы: Моносахариды (монозы) являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся карбонильная (альдегидная или кетонная) и несколько

гидроксильных фупп, т. е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиалъдегиды и полигидроксикетоны. Для них характерно наличие неразветвленной углеродной цепи.

Моносахариды классифицируют с учетом двух признаков:

• природы карбонильной группы;

• длины углеродной цепи.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу, называются альдозами, кетонную группу (обычно в положении 2) — кетозами (суффикс -оза характерен для названий всех моносахаридов: глюкоза, галактоза, фруктоза).

Стереоизомерия. Молекулы моносахаридов содержат несколько центров хиральности, что служит причиной существования большого числа стерсоизомеров, соответствующих одной и той же структурной формуле. Например, в альдогексозе имеются четыре хиральных атома углерода и ей соответствуют 16 стереоизомеров. Кетогексозы содержат по сравнению с соответствующими альдозами на один хиральный атом углерода меньше, поэтому число стерсоизомеров (23) уменьшается до 8 (4 пары энантиомеров). Открытые (незамкнутые) формы моносахаридов изображают в виде проекционных формул Фишера Углеродная цепь в них записывается вертикатьно. У альдоз наверху помещают альдегидную группу, у кетоз — соседнюю с карбонильной первично-спиртовую группу. С этих групп начинают нумерацию цепи. К часто встречающимся алыюпентозам относятся D-рибоза, D-ксилоза, к кетонентозам — D-рибулоза и D-ксилулоза. Наиболее широко распространенными в природе являются альдогсксозы — D-глюкоза, D-галактоза, D-манноза, а кетогексозы часто бывают представлены D-фруктозой.

Относительная конфигурация моносахаридов определяется по конфигурационному стандарту — глицериновому альдегиду. С конфигурацией его хиралыюго центра сравнивается конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы («концевого») асимметрического атома углерода, имеющего наибольший номер.

При совпадении конфигурации этого атома углерода с конфигурацией D-глицеринового альдегида моносахарид в целом относят к D-ряду. И наоборот, при совпадении с конфигурацией L-глицеринового альдегида считают, что моносахарид принадлежит к L-ряду. Знак вращения плоскости поляризации света моносахаридам непосредственно нельзя связать с их принадлежностью к D- или L-рядам, он определяется экспериментально. Так, среди альдопентоз и альдогексоз п-стереохимического ряда имеются как лево-так и правовращающие соединения. Углеводы могут существоватьтак же в циклической форме. Таутомерия – явление перехода открытых форм в циклическую. В растворах установление равновесия между четырьмя цикли-

ческими таутомерами моносахаридов протекает через открытую форму — оксоформу. Взаимопревращение а- и Р-аномеров друг в друга через промежуточную оксоформу называется аномеризацией. Таким образом, в растворе D-глюкоза существует в виде пяти таутомеров: а- и p-аномеров пиранозных и фуранозных цикличе- ских форм и оксоформы.

Формулы Хеуорса. Для циклических форм моносахаридов приняты перспективные формулы Хеуорса, в которых циклы изображаются в виде плоских многоугольников, лежащих перпендикулярно плоскости рисунка. Атом кислорода располагается в пиранозном цикле в дальнем правом углу, в фуранозном — за плоскостью цикла. Символы атомов углерода в циклах не пишутся.

Олигосахариды. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, последние делят па дисахариды, трисахариды и т. д. Наибольший интерес из олигосахаридов представляет группа дисахаридов—соединений, которые широко распространены в природе; многие из них имеют огромное практическое значение.

Сахароза представляет собой дисахарид типа глккозндо-гликозмда, составленный из остатков a-D-глюкопиранозы и β -D-фруктофуранозы. При гидролизе сахароза распадается на два моносахарида—a-D-глюкозу и β -D-фруктозу. Сахароза — один из самых распространенных в природе и практически наиболее важных дисахаридов. Она больше известна под названием тростникового или свекловичного сахара. Сахароза содержится также в соке многих других растений, но в сравнительно небольшой концентрации, высоко в соке клена, березы и пальмы.

Мальтоза относится к дисахаридам типа гликозндо-глкжоз и составлена из двух остатков a-D-глюкопиранозы, соединенных гликозидпой связью в положениях 1,4 Связь такого типа называют а-1,4-гликозидной связью. Мальтозу получают при гидролитическом расщеплении крахмала с помощью специфического фермента, которым очень богаты прорастающие зерна ячменя. Так как проросшие, а затем высушенные и измельченные семена ячменя называют солодом, а английское название солода—malt, то образующийся из крахмала при участии фермента солода дисахарид и получил наименование мальтозы.

Лактоза является β-D-галактопиранозидо-4-D-глюкопиранозой, содержится в молоке.

Полисахариды. К полисахаридам относятся вещества, построенные из большого числа остатков моносахаридов или их производпых. 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 гетерополнсахаридам. К числу наиболее важных природных гомополисахаридов принадлежат

крахмал, гликоген (животный крахмал), клетчатка, декстран и хитин. Первые четыре полисахарида при гидролизе дают только D-глюкозу, последний—высвобождает производное D-ппокозы — N-ацетил-глюкозамин. Кроме того, известно много других гомополисахаридов. Так, полисахарид инулин при гидролизе дает только фруктозу, маннан—маннозу, галактан—галактозу, арабан—арабинозу и т. п. Названия этим полисахаридам даны по конечным продуктам их расщепления. К числу важнейших природных гетерополисахаридов относят гиалуроновую и хоидроитинсерную кислоты, гепарин, капсулярные полисахариды бактерий, агарозу, порфираны и каррагинаны красных водорослей, альгиновые кислоты бурых водорослей, структурные полисахариды простейших.

Биологическое значение полисахаридов разнообразно. Многие из них (крахмал, гликоген, инулин и др.) являются в растительных и животных организмах запасными питательными веществами. Некоторые полисахариды (например, хопдроитинссрпая кислота, капсулярные полисахариды и клетчатка) несут исключительно опорные и защитные функции. Ряд полисахаридов (маннаны, галактаны и др.) используется и как строительный, и как питательный материал. Тиалуроновая кислота, составляющая межклеточное вещество тканей животных, наряду со структурной функцией регулирует распределение жизненно необходимых веществ в тканях. Гепарин предотвращает свертывание крови в организме человека и животных. Во многих случаях полисахариды дают очень прочные комплексы с белками, образуя гликопротенны, выполняющие

в организме ряд ответственных функций. Крахмал — один из наиболее распространенных запасных полисахаридов растений. Он интенсивно накапливается в результате фотосинтеза и откладывается в семенах, клубнях и других частях растений. Глюкоза в составе крахмала находится в виде a-D-глюкопиранозы. Природный крахмал состоит из двух различных фракций, отличающихся по своему строению и свойствам. Примерно 20% крахмала составляет амилоза. Остальное приходится на вторую фракцию, получившую название амилопектина. Амилоза – линейного строения, амилопектин – разветвленного. Целлюлоза (клетчатка) растений имеет линейное строение, основной структурый элемент - β - D-глюкопираноза.

Обмен. Полисахариды и олигосахариды распадаются на простые соединения посредством реакций двух типов: 1. Реакции гидролиза (катализируют ферменты гидролазы) 2. Реакции фосфоролиза (катализируют ферменты фосфорилазы). Гидролазы – экзоферменты, которые катализируют гидролиз полисахаридов вне клеток или вне организма. В природе найдено несколько амилаз: a-амилаза (расщепляет a-1→4 связи в середине молекулы п/сах, образуя декстрины), ß-амилаза (отщепляет дисахариды мальтозы), мальтаза (расщепляет мальтозу), Υ-амилаза (последовательно отщепляет остатки глюкозы от невосстанавливающего конца молекулы крахмала), амило-1,6-глюкозидаза (расщепляет места разветвлений п/сах).

Другой путь распада полисахаридов и олигосахаридов — фосфоролиз. Фосфорилазы переводят полисахариды (гликоген) из запасной формы в метаболически активную форму. При действии фосфорилаз происходит разрыв гликозидной связи и перенос остатков глюкозы на молекулу фосфорной кислоты. В присутствии фосфорилазы гликоген распадается с образованием фосфорного эфира глюкозы (глюкозо-1-фосфата) без предварительного расщепления на более крупные обломки молекулы полисахарида. При этом образуется активированная форма глюкозы, энергетически богатая связь. При действии фосфорилаз происходит разрыв гликозидной связи и перенос остатков глюкозы на молекулу фосфорной кислоты.

В общей форме эту реакцию можно представить в виде:

(C6h20O5)n + h4PO4 –> (C6h20O5)n–1 + Глюкозо-1-фосфат

Образовавшийся в результате фосфоролитического распада гликогена глюкозо-1-фосфат превращается в глюкозо-6-фосфат под действием фосфоглюкомутазы.

Гликолиз - это последовательность реакций, приводящих к превращению глюкозы в пировиноградную кислоту (ПВК, пируват) с одновременным образованием ATФ.

Первая стадия:

В дальнейший обмен вступает только 3-ФГА. В это соединение превращается и фосфодиоксиацетон, поэтому дальнейшим превращениям подвергаются 2 молекулы 3-ФГА. Образованием 3-ФГА (глицеральдегид-3-фосфата) как бы завершается первая стадия гликолиза.

Вторая стадия – наиболее сложная и важная. Она включает окислительно-восстановительную реакцию, сопряженную с субстратным фосфорилированием, в процессе которого образуется АТФ. Далее 3-ФГА в присутствии глицеральдегидфосфатдегидрогеназы, кофермента НАД и неорганического фосфата окисляется с образованием 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (1,3-диФГК) и восстановленной формы НАД (НАДН). Далее 1,3-дифосфоглицериновая кислота превращается в 3-фосфоглицериновую кислоту, при этом образуется АТФ (процесс субстратного фосфорилирования). 3-ФГК в результате внутримолекулярного перемещения фосфатной группы (фермент – фосфоглицеромутаза) изомеризуется в 2-ФГК, который при участии енолазы теряет воду и превращается в енольную форму фосфопироградной кислоты (ФПК) – высокоэнергетического соединения. Далее образуется ПВК (пировиноградная кислота). В этой реакции также осуществляется субстратное фосфорилирование и образуется АТФ.

АТФ синтезируется при окислении 3-ФГА до 3-ФГК, протекающем через образование 1,3-диФГК, и при превращении 2-ФГК в фосфоенолпируват. Поскольку 2 молекулы АТФ потребляются в ходе первой стадии гликолиза в реакциях фосфорилирования, то общий итог гликолиза заключается в синтезе двух молекул АТФ. Нужно учесть и образование 2 НАДН+Н+

Глюконеогенез (синтез «нового» сахара) – синтез глюкозы из неуглеводных предшественников: молочная и пировиноградная кислоты, большинство аминокислот (гликогенные), глицерол, промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот. Глюконеогенез у позвоночных наиболее интенсивно протекает в клетках печени и почек (в корковом веществе). Потребление алкоголя резко тормозит глюконеогенез в печени, вследствие чего понижается содержание глюкозы в крови, возникает гипогликемия, которая неблагоприятно сказывается на функции мозга. Синтез полисахаридов (глюканов) осуществляется путем переноса моносахаридных остатков на невосстанавливающий конец растущей цепи полисахарида (реакции трансгликозилирования) от соответствующих субстратов: фосфорных эфиров моносахаридов, уридиндифосфатсахаров и олигосахаридов. Реакции трансгликозилирования ускоряются ферментами - гликозилтрансферазами. Для осуществления реакций трансгликозилирования необходима «затравка», т. е. наличие в реакционной среде небольшого количества молекул полисахарида, которые как бы предопределяют тип связи, возникающий в процессе синтеза.

studfiles.net

3. 3. Классификация углеводов.

Углеводы классифицируют по величине молекул на 3 группы:

  1. Моносахариды – содержат 1 молекулу углевода (альдозы или кетозы).

  • Триозы (глицериновый альдегид, диоксиацетон).

  • Тетрозы (эритроза).

  • Пентозы (рибоза и дезоксирибоза).

  • Гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза).

  1. Олигосахариды - содержат 2-10 моносахаридов.

  • Дисахариды (сахароза, мальтоза, лактоза).

  • Трисахариды и т.д.

  1. Полисахариды - содержат более 10 моносахаридов.

  • Гомополисахариды – содержат одинаковые моносахариды (крахмал, клетчатка, целлюлоза состоят только из глюкозы).

  • Гетерополисахариды- содержат моносахариды разного вида, их пароизводные и неуглеводные компоненты (гепарин, гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты).

Схема № 1. Классификация углеводов.

Углеводы Моносахариды Олигосахариды Полисахариды

1. Триозы 1. Дисахариды 1. Гомополисахариды

2. Тетрозы 2. Трисахариды 2. Гетерополисахариды

3. Пентозы 3. Тетрасахариды

4. Гексозы

3. 4. Свойства углеводов.

  1. Углеводы – твердые кристаллические белые вещества, практические все сладкие на вкус.

  2. Почти все углеводы хорошо растворимы в воде, при этом образуются истинные растворы. Растворимость углеводов зависит от массы (чем больше масса, тем менее растворимо вещество, например, сахароза и крахмал) и строения (чем разветвленнее структура углевода, тем хуже растворимость в воде, например крахмал и клетчатка).

  3. Моносахариды могут находится в двух стереоизомерных формах: L–форма (leavus – левый) и D- форма (dexter – правый). Эти формы обладают одинаковыми химическими свойствами, но отличаются, расположением гидроксидных групп относительно оси молекулы и оптической активностью, т.е. вращают на определенный угол плоскость поляризованного света, который проходит через их раствор. Причем плоскость поляризованного света вращается на одну величину, но в противоположных направлении. Рассмотрим образование стереоизомеров на примере глицеринового альдегида:

Сно сно

НО-С-Н Н-С-ОН

СН2ОН СН2ОН

L – форма D – форма

При получении моносахаридов в лабораторных условиях, стереоизомеры образуются в соотношении 1:1, в организме синтез происходит под действием ферментов, которые строго отличают L– форму иD– форму. Поскольку синтезу и распаду в организме подвергаются исключительноD-сахара, в эволюции постепенно исчезлиL-стереоизомеры (на этом основано определение сахаров в биологических жидкостях с помощью поляриметра).

  1. Моносахариды в водных растворах могут взаимопревращаться, такое свойство называют муторатацией.

НО-СН2 О=С-Н

С О НО-С-Н

Н Н Н Н-С-ОН

С С НО-С-Н

НО ОН Н ОН НО-С-Н

С С СН2-ОН

Н ОН

Альфа-форма Открытая форма гексозы

НО-СН2

С О

Н Н ОН

С С

НО ОН Н Н

С С

Н ОН

Бетта-форма.

В водных растворах мономеры, состоящие из 5 и более атомов, могут находится в циклической (кольцевой) альфа- или бетта-формах и незамкнутой (открытой) формах, причем их соотношение 1:1. Олиго- и полисахариды состоят из мономеров в циклической форме. В циклической форме углеводы устойчивы и молоактивны, а в открытой обладают высокой реакционной способностью.

  1. Моносахариды могут восстанавливаться до спиртов.

  2. В открытой форме могут взаимодействовать с белками, липидами, нуклеотидами без участия ферментов. Эти реакции получили название - гликирования. В клинике применяют исследование уровня гликозилированного гемоглобина или фруктозамина для постановки диагноза сахарный диабет.

  3. Моносахариды могут образовывать эфиры. Наибольшее значение имеет свойство углеводов образовывать эфиры с фосфорной кислотой, т.к. чтобы включиться в обмен углевод должен стать фосфорным эфиром, например, глюкоза перед окислением превращается в глюкозо-1-фосфат или глюкозо-6-фосфат.

  4. Альдолазы обладают способностью восстанавливать в щелочной среде металлы из их окислов в закиси или в свободное состояние. Это свойство используют в лабораторной практике для обнаружения альдолоз (глюкозы) в биологических жидкостях. Чаще всего используют реакцию Троммера при которой альдолоза восстанавливает окись меди в закись, а сама окисляется в глюконовую кислоту (окисляется 1 атом углерода).

CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

Голубой цвет

Cu2O

C5h21COH + 2Cu(OH)2 C5h21COOH + h3O + 2CuOH

h3O

Кирпично-красный цвет

  1. Моносахариды могут окисляться до кислот не только в реакции Троммера. Например, при окислении 6 углеродного атома глюкозы в организме образуется глюкуроновая кислота, которая соединяется с ядовитыми и плохо растворимыми веществами, обезвреживает их и переводит в растворимые, в таком виде эти вещества выводятся из организма с мочой.

  2. Моносахариды могут соединяться между собой и образовывать полимеры. Связь, которая при этом возникает называется гликозидной, она образуется за счет ОН-группы первого углеродного атома одного моносахарида и ОН-группой четвертого (1,4-гликозидная связь) или шестого углеродного атома (1,6-гликозидная связь) другого моносахарида. Кроме этого могут образовываться альфа-гликозидная связь (между двумя альфа-формами углевода) или бетта-гликозидная связь (между альфа- и бетта- формами углевода).

  3. Олиго- и полисахариды могут подвергаться гидролизу с образованием мономеров. Реакция идет по месту гликозидной связи, причем этот процесс ускоряется в кислой среде. Ферменты в организме человека могут различать альфа- и беттагликозидные связи, поэтому крахмал (имеет альфагликозидные связи) переваривается в кишечнике, а клетчатка (имеет беттагликозидные связи) нет.

  4. Моно- и олигосахариды могут подвергаться брожению: спиртовому, молочнокислому, лимоннокислому, маслянокислому.

studfiles.net

3. 5. Отдельные представители углеводов и их значение в организме человека.

Значение моносахаридов в организме человека.

Моносахариды имеют большое значение в организме человека.

Триозы – глицериновый альдегид и диоксиацетон – являются промежуточными продуктами распада глюкозы и участвуют в синтезе жирных кислот.

Из тетроз в процессах обмена активно участвует эритроза.

Пентозы широко представлены в организме. Рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеиновых кислот, рибулеза и ксилулеза – промежуточные продукты окисления глюкозы.

Гексозы наиболее широко представлены в животном и растительном мире и играют важнейшую роль в обменных процессах.

Глюкоза (виноградный сахар) – основной источник энергии в организме, основной потребитель – мозг, составляет основу олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании гомеостаза и осмотического давления, продукты распада глюкозы используются для синтеза аминокислот, жиров и нуклеиновых кислот. Может запасаться в печени в виде гликогена. По уровню глюкозы в крови судят о состоянии углеводного обмена в организме.

Галактоза – составная часть молочного сахара, является пространственным изомером глюкозы, в печени и молочной железе может изомеризоваться в глюкозу. Является составной частью некоторых гликолипидов, которыми особенно богаты ткани центральной нервной системы.

Фруктоза (плодовый или фруктовый сахар)- входит в состав сахарозы, фосфорный эфир фруктозы является промежуточным продуктом при расщеплении глюкозы с образованием энергии и при получении глюкозы из не углеводных компонентов. Фруктоза в организме легко изомеризуется в глюкозу. Путь распада фруктозы более короткий и энергетически выгодный, чем у глюкозы. Относительно высокое содержание фруктозы в семенной жидкости. В отличие от других моносахаридов фруктоза является кетозой и не окисляется в реакции Троммера.

Некоторые моносахариды имеют в своем составе аминогруппу и называются аминосахарами. Типичным представителем является глюкозамин (2-аминоглюкоза). Аминосахара являются важнейшей составной частью гликозаминогликанов (гетерополисахаридов).

Значение олигосахаридов в организме человека.

Олигосахариды имеют в своем составе от 2 до 10 моносахаридов. В природе они встречаются как в соединениях с белками, так и в свободном виде. Среди них наибольшее значение для организма человека имеют дисахариды мальтоза, сахароза, лактоза.

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух молекул альфа-глюкозы. Является основным структурным компонентом крахмала и гликогена, образуется как промежуточный продукт при их гидролизе. В растворе может существовать в полуциклической форме, за счет чего обладает способностью восстановления и дает оранжевое окрашивание в реакции Троммера.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Альдегидная группа в её молекуле блокирована связью, поэтому она не обладает восстановительными свойствами. Сахароза является растительным продуктом и важнейшим компонентом пищи, обладает наиболее сладким вкусом по сравнению с другими дисахаридами и глюкозой.

Лактоза (молочный сахар) состоит из альфа-глюкозы и альфа-галактозы. Является важнейшим углеводом молока, синтезируется в молочных железах в период лактации и служит основным источником углеводов для новорожденных. В растворе может существовать в полуциклической форме, за счет чего обладает способностью восстановления и дает оранжевое окрашивание в реакции Троммера.

Значение гомополисахаридов в организме человека.

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Они обладают гидрофильными свойствами и при растворении в воде образуют коллоидные растворы (свойства коллоидных раствором смотри в теме «Химия белков»). По составу полисахариды делятся на гомо- и гетерополисахариды.

Гомополисахариды имеют в своем составе моносахариды только одного вида. Так молекулы крахмала и гликогена построены только из глюкозы, а инсулина из фруктозы. Гомополисахариды представляют собой смесь двух полимеров – амилозы и амилопектина.

Амилоза состоит из 60-300 остатков глюкозы, соединенных в линейную цепь. Она растворима в горячей воде и дает с йодом синее окрашивание.

Амилопектин имеет разветвленную структуру, каждая ветвь состоит из 24-30 остатков глюкозы. Он не растворим в воде, и не дает с йодом синее окрашивание.

Важнейшими гомополисахаридами, состоящими только из остатков глюкозы, являются крахмал, клетчатка, гликоген.

Крахмал (полисахарид растений) является основным углеводом пищи, состоит из 10-20 % амилозы и 80-90 % амилопектина. В холодной воде не растворим, а в горячей образует коллоидный раствор, который в быту называют крахмальный клейстер. С йодом дает синее окрашивание, что используют в лабораторной практике для определения крахмала и для определения активности амилазы в крови. В ротовой полости и в кишечнике может расщепляться до глюкозы под действием фермента амилазы.

Клетчатка или целлюлоза – самый распространенный на земле углевод растений. Это линейный полисахарид, состоящий из 1000 и более остатков глюкозы. Т.к. глюкоза соединяется в клетчатке бетта-гликозидной связью, она не расщепляется ферментами ЖКТ. Основное значение в том, что клетчатка участвует в активации моторики желудка и кишечника, стимулирует выделение пищеварительных соков, создает ощущение сытости, очищает ворсинки тонкого и толстого кишечника, является питательной средой для микрофлоры толстого кишечника.

Гликоген (животный крахмал) является основным запасным углеводом организма человека. Он состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы, которые образуют разветвленную структуру (еще более разветвленную, чем амилопектин). В наиболее значительном количестве гликоген накапливается в печени и мышечной ткани, в том числе в мышце сердца. Запасы мышечного гликогена относительно стабильны и составляют примерно 300 г для нормального взрослого человека, т.е. 1-2 % мышечной массы. Запас в печени, наоборот, очень мобилен и зависит от поступления глюкозы с пищей. При недостатке глюкозы, гликоген быстро превращается в глюкозу, а при избытке – быстро накапливается. У нормально питающегося человека в печени содержится около 100 г гликогена, что составляет почти 5 % массы печени. В клетках он связан с белками цитоплазмы и частично – с внутриклеточными мембранами.

Значение гетерополисахаридов в организме человека.

Гетерополисахариды (глюкозамины или мукополисахариды) (приставка «муко» - указывает, что они впервые были получены из муцина). Состоят из разных моносахаридов и их производных (аминосахаров, глюкуроновой и галактуроновой кислот). В их составе обнаружены и другие вещества: азотистые основания, органические кислоты и др. Мукополисахариды представляют собой желеподобные, липкие вещества, которые выполняют в организме стуктурную, защитную, регуляторную и др. функции.

Гиалуроновая кислота – представляет собой полимер, мономер которого состоит из остатков глюкуроновой кислоты и ацетилглюкозамина. Это основная часть межклеточного вещества, своего рода «биологический цемент», который соединяет клетки, заполняя все межклеточное пространство. Кроме этого, гиалуроновая кислота выполняет роль биологического фильтра, который задерживает микробы и препятствует их проникновению в клетку, участвует в обмене воды в организме, входит в состав соединительной ткани, участвует в регуляции проницаемости ткани. Она распадается под действием специфического фермента гиалуронидазы. При этом нарушается структура межклеточного вещества, в его составе образуются «трещины», что приводит к увеличению ег

о проницаемости для воды и других веществ. Это имеет важное значение в процессе оплодотворения яйцеклетки сперматозоидами, которые богаты этим ферментом. Гиалуронидазу содержат также некоторые бактерии, что существенно облегчает их проникновение в клетку.

Хондроитинсульфаты – хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат – полимеры, мономеры которых состоят из остатков глюкуроновой кислоты и ацетилгалактозамина. Они способствуют отложению кальция в костях. Хондроитинсульфаты и гиалуроновая кислота грают важную роль в образовании опорной и соединительной ткани (кожа, сухожилия, стенки сосудов, хрящи, клапаны сердца и т.д.).

Гепарин - полимер, мономер которого содержит в своем составе остатки глюкоронат-2-сульфата и ацетилглюкозамин-6-сульфата. Он образуется в тучных клетках, которые встречаются в легких, печени и других органах, и выделяется ими в кровь и межклеточную среду. В крови он связывается с белками и препятствует свертыванию крови, выполняя функцию антикоагулянта, усиливает ингибирующее действие антитромбина III, ингибирует ряд факторов свертывания крови, активирует липопротеидлипазу. Кроме того, гепарин обладает противовоспалительным действием, влияет на обмен калия и натрия, выполняет антигипоксическую функцию.

Инсулин является фруктозополисахаридом. Он выделяется в поджелудочной железе, влияет на обмен углеводов и липидов уменьшая количество глюкозы и липидов в крови. Из-за своей способности выделяться почками его применяют в клинике для изучения концентрационной функции почек.

Сиаловые кислоты содержат производные углеводов (нейраминовые кислоты) и остатки уксусной кислоты. Они обнаружены в клеточных оболочках, слюне и др. биологических жидкостях. При ряде воспалительных заболеваний (ревматизме, туберкулезе и др.) их уровень в крови повышается, поэтому в клинике они служат для диагностики этих заболеваний.

8

studfiles.net

Тема 2. Углеводы

Цель изучения темы: получить знания об особенностях строения и свойствах углеводов, об их биологической роли в организме, а также роли углеводов пищи и запасных углеводов человеческого тела в ходе процессов восстановления организма после физических нагрузок.

Учебно-целевые вопросы (план самоподготовки по теме)

 Общая характеристика углеводов.

 Особенности химического строения моно-, ди- и полисахаридов, входящих в состав пищевых продуктов и образующихся в теле человека.

 Биологическая роль углеводов, их содержание в различных тканях и органах тела человека.

 Ферментативные превращения углеводов в пищеварительной системе.

 Транспорт углеводов через клеточные мембраны.

 Норма углеводов в питании, понятие гликемического индекса.

Целевые задачи

 На основе знаний о структуре и химических свойствах моно-, и- и полисахаридов научиться объяснять различия между углеводами, входящими в состав продуктов питания, и углеводами человеческого тела.

 На основе знания основных этапов биохимических превращений углеводов в процесс пищеварения и всасывания выбирать методы применения пищевых углеводов для повышения работоспособности и ускорения восстановительных процессов после физических нагрузок.

Методические указания к изучению темы

Работая над материалом этой темы, прежде всего нужно выяснить, по каким признакам вещества относятся к классу углеводов, рассмотреть циклические и ациклические структуры моносахаридов, поскольку моносахариды являются основой для построения молекул более сложных углеводов. Определение характерных признаков моносахаридов целесообразно начать с выявления функциональных групп. Все моносахариды содержат одну карбонильную группу -С = О и несколько спиртовых гидроокислов -ОН, т. е. являются альдегидо- или кето-спиртами.

Происхождение названия 'Углеводы' связано с тем, что судя по эмпирической формуле, большинство соединений этого класса представляют собой соединения углерода с водой. Так, эмпирическая формула глюкозы С6Н12О6=(СН2О)6, и большинство из распространенных углеводов можно охарактеризовать общей формулой (СН2О)n, n>3. Если карбонил расположен в конце углеродной цепи, он образует альдегидную группу, и моносахарид называется альдозой. Большинство альдоз можно изобразить общей формулой СН2ОН-(СНОН)n-СOH

Если карбонил расположен между углеродными атомами, он представляет собой кетонную группу, и моносахарид называется кетозой. Кетозам соответствует общая формула СН2ОН-СO-(СНОН)n-СН2ОН.

Углеводы можно считать основой существования большинства организмов, т.к. все органические вещества берут начало от углеводов, образующихся в фотосинтезе. В биосфере углеводов больше, чем других органических веществ.

1. Биологическая роль углеводов

  1. Энергетическая. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50-60% суточного энергопотребления организма, а при мышечной деятельности на выносливость - до 70%. При окислении 1 г углеводов выделяется 17кДж энергии (4,1ккал). В качестве основного энергетического источника используется свободная глюкоза или запасы углеводов в виде гликогена.

  2. Пластическая. Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются компонентами клеточных мембран. Продукты превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин и т.д.) входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой и других тканей.

  3. Резервная. Углеводы запасаются в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена. Его запасы зависят от массы тела, функционального состояния организма, характера питания. При мышечной деятельности запасы гликогена существенно снижаются, а в период отдыха после работы восстанавливаются. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличению запасов гликогена, что повышает энергетические возможности организма.

  4. Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, покрывающих поверхность сосудов, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий, вирусов, а также от механических повреждений.

  5. Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, выполняют роль антикоагулянтов, являются рецепторами ряда гормонов или фармакологических веществ, оказывают противоопухолевое действие.

  6. Регуляторная. Клетчатка пищи не расщепляется в кишечнике, но активирует перистальтику кишечника, ферменты пищеварительного тракта, усвоение питательных веществ.

studfiles.net

Лекция 3. Химия углеводов.

3. 1. Общая характеристика углеводов.

Углеводы – органические соединения, которые являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов. Углеводы, содержащие альдегидную группу, называются альдозы, а кетонную – кетозы. Большинство из них (но не все!например, рамноза С6Н12О5) соответствуют общей формуле Сn(Н2О)m, отчего и получили свое историческое название - углеводы. Но есть ряд веществ, например, уксусная кислота С2Н4О2 или СН3СООН, которые хоть и соответствует общей формуле, но не относится к углеводам. В настоящее время принято другое название, которое наиболее верно отражает свойства углеводов – глюциды (сладкий), но историческое название так прочно вошло в жизнь, что им продолжают пользоваться. Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70-80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна. Доля их участия в общем энергетическом балансе оказывается весьма значительной, превышающей почти в полтора раза долю белков и липидов вместе взятых. В организме углеводы способны откладываться в виде гликогена в печени и расходоваться по мере необходимости.

3. 2. Функции углеводов в организме.

Основные функции углеводов в организме:

  1. Энергетическая функция. Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60 % энергозатрат. Для деятельности мозга, почек, крови практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 17,15 кДж/моль или 4,1 ккал/моль энергии.

  2. Пластическая или структурная функция. Углеводы и их производные обнаруживаются во всех клетках организма. В растениях клетчатка служит основным опорным материалом, в организме человека кости и хрящи содержан сложные углеводы. Гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота, входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки. Участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов (рибоза, дезоксирибоза) и др.

  3. Защитная функция. Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.) они защищают внутренние стенки половых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. В ответ на антигены в организме синтезируются иммунные тела, которые являются гликопротеидами. Гепарин предохраняет кровь от свертывания (входит в противосвертывающую систему) и выполняет антилипидемическую функцию.

  4. Регуляторная функция. Пища человека содержит большое количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики. Глюкоза в крови участвует в регуляции осмотического давления и поддержании гомеостаза.

  5. Специфические функции. Некоторые углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, обеспечении специфичности групп крови и т.д.

studfiles.net

3. 5. Отдельные представители углеводов и их значение в организме человека.

Значение моносахаридов в организме человека.

Моносахариды имеют большое значение в организме человека.

Триозы – глицериновый альдегид и диоксиацетон – являются промежуточными продуктами распада глюкозы и участвуют в синтезе жирных кислот.

Из тетроз в процессах обмена активно участвует эритроза.

Пентозы широко представлены в организме. Рибоза и дезоксирибоза – составные части нуклеиновых кислот, рибулеза и ксилулеза – промежуточные продукты окисления глюкозы.

Гексозы наиболее широко представлены в животном и растительном мире и играют важнейшую роль в обменных процессах.

Глюкоза (виноградный сахар) – основной источник энергии в организме, основной потребитель – мозг, составляет основу олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании гомеостаза и осмотического давления, продукты распада глюкозы используются для синтеза аминокислот, жиров и нуклеиновых кислот. Может запасаться в печени в виде гликогена. По уровню глюкозы в крови судят о состоянии углеводного обмена в организме.

Галактоза – составная часть молочного сахара, является пространственным изомером глюкозы, в печени и молочной железе может изомеризоваться в глюкозу. Является составной частью некоторых гликолипидов, которыми особенно богаты ткани центральной нервной системы.

Фруктоза (плодовый или фруктовый сахар)- входит в состав сахарозы, фосфорный эфир фруктозы является промежуточным продуктом при расщеплении глюкозы с образованием энергии и при получении глюкозы из не углеводных компонентов. Фруктоза в организме легко изомеризуется в глюкозу. Путь распада фруктозы более короткий и энергетически выгодный, чем у глюкозы. Относительно высокое содержание фруктозы в семенной жидкости. В отличие от других моносахаридов фруктоза является кетозой и не окисляется в реакции Троммера.

Некоторые моносахариды имеют в своем составе аминогруппу и называются аминосахарами. Типичным представителем является глюкозамин (2-аминоглюкоза). Аминосахара являются важнейшей составной частью гликозаминогликанов (гетерополисахаридов).

Значение олигосахаридов в организме человека.

Олигосахариды имеют в своем составе от 2 до 10 моносахаридов. В природе они встречаются как в соединениях с белками, так и в свободном виде. Среди них наибольшее значение для организма человека имеют дисахариды мальтоза, сахароза, лактоза.

Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух молекул альфа-глюкозы. Является основным структурным компонентом крахмала и гликогена, образуется как промежуточный продукт при их гидролизе. В растворе может существовать в полуциклической форме, за счет чего обладает способностью восстановления и дает оранжевое окрашивание в реакции Троммера.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Альдегидная группа в её молекуле блокирована связью, поэтому она не обладает восстановительными свойствами. Сахароза является растительным продуктом и важнейшим компонентом пищи, обладает наиболее сладким вкусом по сравнению с другими дисахаридами и глюкозой.

Лактоза (молочный сахар) состоит из альфа-глюкозы и альфа-галактозы. Является важнейшим углеводом молока, синтезируется в молочных железах в период лактации и служит основным источником углеводов для новорожденных. В растворе может существовать в полуциклической форме, за счет чего обладает способностью восстановления и дает оранжевое окрашивание в реакции Троммера.

Значение гомополисахаридов в организме человека.

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа моносахаридов. Они обладают гидрофильными свойствами и при растворении в воде образуют коллоидные растворы (свойства коллоидных раствором смотри в теме «Химия белков»). По составу полисахариды делятся на гомо- и гетерополисахариды.

Гомополисахариды имеют в своем составе моносахариды только одного вида. Так молекулы крахмала и гликогена построены только из глюкозы, а инсулина из фруктозы. Гомополисахариды представляют собой смесь двух полимеров – амилозы и амилопектина.

Амилоза состоит из 60-300 остатков глюкозы, соединенных в линейную цепь. Она растворима в горячей воде и дает с йодом синее окрашивание.

Амилопектин имеет разветвленную структуру, каждая ветвь состоит из 24-30 остатков глюкозы. Он не растворим в воде, и не дает с йодом синее окрашивание.

Важнейшими гомополисахаридами, состоящими только из остатков глюкозы, являются крахмал, клетчатка, гликоген.

Крахмал (полисахарид растений) является основным углеводом пищи, состоит из 10-20 % амилозы и 80-90 % амилопектина. В холодной воде не растворим, а в горячей образует коллоидный раствор, который в быту называют крахмальный клейстер. С йодом дает синее окрашивание, что используют в лабораторной практике для определения крахмала и для определения активности амилазы в крови. В ротовой полости и в кишечнике может расщепляться до глюкозы под действием фермента амилазы.

Клетчатка или целлюлоза – самый распространенный на земле углевод растений. Это линейный полисахарид, состоящий из 1000 и более остатков глюкозы. Т.к. глюкоза соединяется в клетчатке бетта-гликозидной связью, она не расщепляется ферментами ЖКТ. Основное значение в том, что клетчатка участвует в активации моторики желудка и кишечника, стимулирует выделение пищеварительных соков, создает ощущение сытости, очищает ворсинки тонкого и толстого кишечника, является питательной средой для микрофлоры толстого кишечника.

Гликоген (животный крахмал) является основным запасным углеводом организма человека. Он состоит примерно из 30 000 остатков глюкозы, которые образуют разветвленную структуру (еще более разветвленную, чем амилопектин). В наиболее значительном количестве гликоген накапливается в печени и мышечной ткани, в том числе в мышце сердца. Запасы мышечного гликогена относительно стабильны и составляют примерно 300 г для нормального взрослого человека, т.е. 1-2 % мышечной массы. Запас в печени, наоборот, очень мобилен и зависит от поступления глюкозы с пищей. При недостатке глюкозы, гликоген быстро превращается в глюкозу, а при избытке – быстро накапливается. У нормально питающегося человека в печени содержится около 100 г гликогена, что составляет почти 5 % массы печени. В клетках он связан с белками цитоплазмы и частично – с внутриклеточными мембранами.

Значение гетерополисахаридов в организме человека.

Гетерополисахариды (глюкозамины или мукополисахариды) (приставка «муко» - указывает, что они впервые были получены из муцина). Состоят из разных моносахаридов и их производных (аминосахаров, глюкуроновой и галактуроновой кислот). В их составе обнаружены и другие вещества: азотистые основания, органические кислоты и др. Мукополисахариды представляют собой желеподобные, липкие вещества, которые выполняют в организме стуктурную, защитную, регуляторную и др. функции.

Гиалуроновая кислота – представляет собой полимер, мономер которого состоит из остатков глюкуроновой кислоты и ацетилглюкозамина. Это основная часть межклеточного вещества, своего рода «биологический цемент», который соединяет клетки, заполняя все межклеточное пространство. Кроме этого, гиалуроновая кислота выполняет роль биологического фильтра, который задерживает микробы и препятствует их проникновению в клетку, участвует в обмене воды в организме, входит в состав соединительной ткани, участвует в регуляции проницаемости ткани. Она распадается под действием специфического фермента гиалуронидазы. При этом нарушается структура межклеточного вещества, в его составе образуются «трещины», что приводит к увеличению ег

о проницаемости для воды и других веществ. Это имеет важное значение в процессе оплодотворения яйцеклетки сперматозоидами, которые богаты этим ферментом. Гиалуронидазу содержат также некоторые бактерии, что существенно облегчает их проникновение в клетку.

Хондроитинсульфаты – хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат – полимеры, мономеры которых состоят из остатков глюкуроновой кислоты и ацетилгалактозамина. Они способствуют отложению кальция в костях. Хондроитинсульфаты и гиалуроновая кислота грают важную роль в образовании опорной и соединительной ткани (кожа, сухожилия, стенки сосудов, хрящи, клапаны сердца и т.д.).

Гепарин - полимер, мономер которого содержит в своем составе остатки глюкоронат-2-сульфата и ацетилглюкозамин-6-сульфата. Он образуется в тучных клетках, которые встречаются в легких, печени и других органах, и выделяется ими в кровь и межклеточную среду. В крови он связывается с белками и препятствует свертыванию крови, выполняя функцию антикоагулянта, усиливает ингибирующее действие антитромбина III, ингибирует ряд факторов свертывания крови, активирует липопротеидлипазу. Кроме того, гепарин обладает противовоспалительным действием, влияет на обмен калия и натрия, выполняет антигипоксическую функцию.

Инсулин является фруктозополисахаридом. Он выделяется в поджелудочной железе, влияет на обмен углеводов и липидов уменьшая количество глюкозы и липидов в крови. Из-за своей способности выделяться почками его применяют в клинике для изучения концентрационной функции почек.

Сиаловые кислоты содержат производные углеводов (нейраминовые кислоты) и остатки уксусной кислоты. Они обнаружены в клеточных оболочках, слюне и др. биологических жидкостях. При ряде воспалительных заболеваний (ревматизме, туберкулезе и др.) их уровень в крови повышается, поэтому в клинике они служат для диагностики этих заболеваний.

8

studfiles.net

Углеводы

- вещества состава См Н2п Оп , имеющие первостепенное биохимическое ё значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека.

Название углеводы возникло на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединения. Вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чисел атомов водорода и кислорода в них такое же, как и в воде, т.е. на каждые 2 атома водорода приходится один атом кислорода. В прошлом столетии их рассматривали как гидраты углерода. Отсюда и возникло русское название углеводы, предложенное в 1844г. К.Шмидтом. Общая формула углеводов, согласно сказанному, См Н2п Оп . При вынесении «n» за скобки получается формула См (Н2 О)n , которая очень наглядно отражает название «угле - воды».

Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав не точно соответствующий формуле См h3п Оп. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название - глициды.

Большой класс углеводов разделяют на две группы: простые и сложные.

Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода Сп Н2n Оп .

Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода См Н2п Оп .

Классификацию углеводов можно изобразить следующей схемой:

МОНОСАХАРИДЫ ДИСАХАРИДЫ С12 Н22 О11

Тетрозы С4 Н8 О4 сахароза

элитроза лактоза

треоза мальтоза

Пентозы С5 Н10 О5 целобиоза

арабиноза ПОЛИСАХАРИДЫ

ксилоза (С5 Н8 О4 )n

рибоза пентозаны

ГЕКСОЗЫ С6 Н12 О6 (С6 Н10 О5 )n

глюкоза целлюлоза

манноза крахмал

галактоза гликоген

фруктоза

Важнейшими представителями простых углеводов являются глюкоза и фруктоза, они имеют одну молекулярную формулу С6 Н12 О6 .

Глюкозу называют также виноградным сахаром, так как она содержится в большом количестве в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза находится и в других сладких плодах и даже в разных частях растений. Распространена глюкоза и в животном мире: 0,1% ее находится в крови. Глюкоза разносится по всему телу и служит источником энергии для организма. Она также входит в состав сахарозы, лактозы, целлюлозы, крахмала.

В растительном мире широко распространена фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар. Фруктоза содержится в сладких плодах, меде. Извлекая из цветов сладких плодов соки, пчелы приготавливают мед, который по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Также фруктоза входит в состав сложных сахаров, например тростникового и свекловичного.

Моносахариды - это твердые вещества, способные кристаллизоваться. Они гидроскопичны, очень легко растворимы в воде, легко образуют сиропы, из которых выделить их в кристаллическом виде бывает очень трудно.

Растворы моносахаридов имеют нейтральную на лакмус реакцию и обладают сладковатым вкусом. Сладость моносахаридов различна: фруктоза в 3 раза слаще глюкозы.

В спирте моносахариды растворяются плохо, а в эфире вообще не растворимы.

Моносахариды, важнейшие представители простых углеводов, в природе находятся как в свободном состоянии, так и в виде своих ангидридов - сложных углеводов.

Все сложные углеводы можно рассматривать как ангидриды простых сахаров, получающиеся путем отнятия одной или нескольких молекул воды от двух или более молекул моносахарида.

К сложным углеводам относятся разнообразные по своим свойствам вещества и их делят по этой причине на две подгруппы.

1.Сахароподобные сложные углеводы или олиосахариды. Эти вещества обладают рядом свойств, сближающими их с простыми углеводами. Сахароподобные углеводы легко растворимы в воде, сладки на вкус; эти сахара легко получаются в виде кристаллов.

При гидролизе сахароподобных полисахаридов из каждой молекулы полисахарида образуется небольшое количество молекул простого сахара - обычно 2, 3, или 4 молекулы. Отсюда произошло второе название сахароподобных полисахаридов - олигосахариды (от греческого олигос - немногий).

В зависимости от числа молекул моносахаридов, которые образуются при гидролизе каждой молекулы олигосахаридов, последние делятся на дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды - это сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на 2 молекулы моносахарида.

Способы синтеза дисахаридов известны, но практически их получают из природных источников.

Способы синтеза дисахаридов известны, но практически их получают из природных источников.

Важнейший из дисахаридов - сахароза - очень распространен в природе. Это химическое название обычного сахара, называемого тростниковым или свекловичным.

Индусы еще за 300 лет до нашей эры умели получать тростниковый сахар из тростника. В наше время получают сахарозу из тростника, произрастающего в тропиках (на о.Куба и в других странах Центральной Америки).

В середине 18 века дисахарид был обнаружен и в сахарной свекле, а в середине 19 века был получен в производственных условиях.

В сахарной свекле содержится 12-15% сахарозы, по другим источникам 16-20% (сахарный тростник содержит 14-26% сахарозы).

Сахарную свеклу измельчают и извлекают из нее сахарозу горячей водой в специальных аппаратах-диффузорах. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедший частично в раствор избыточный гидролиз кальция осаждают пропусканием диоксида углерода. Далее после отделения осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах, получая мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки получают рафинированный (очищенный) сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется в виде мелких кристаллов или в виде компактных «сахарных голов», которые раскалывают или распиливают на куски. Быстрорастворимый сахар готовят прессованием мелкоизмельченного сахарного песка.

Тростниковый сахар применяется в медицине для изготовления порошков, сиропов, микстур и т.д.

Свекловичный сахар широко применяется в пищевой промышленности, кулинарии, приготовлении вин, пива и т.д.

Из молока получают молочный сахар - лактозу. В молоке лактоза содержится в довольно значительном количестве: в коровьем молоке 4-5,5% лактозы, женское молоко содержит 5,5-8,4% лактозы.

Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гидроскопичности - она не отсыревает. Это свойство имеет большое значение: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующее лекарство, то берут молочный сахар. Если взять тростниковый или свекловичный сахар, то порошок быстро отсыреет и легко гидролизующее лекарственное вещество быстро разложится.

Значение лактозы очень велико, т.к. она является важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающихся животных.

Солодовый сахар - это промежуточный продукт при гидролизе крахмала. По другому его называют еще мальтоза, т.к. солодовый сахар получается из крахмала при действии солода (по лат. солод - maltum).

Солодовый сахар широко распространен как в растительных, так и в животных организмах. Например, он образуется под влиянием ферментов пищеварительного канала, а также при многих технологических процессах бродильной промышленности: винокурения, пивоварении и т.д.

Важнейшие из полисахаридов - это крахмал, гликоген (животный крахмал), целлюлоза (клетчатка). Все эти три высшие полиозы состоят из остатков молекул глюкозы, различным образом соединенных друг с другом. Состав их выражается общей формулой (С6 Н12 О6 )п. Молекулярные массы природных полисахаридов составляют от нескольких тысяч до нескольких миллионов.

Крахмал - это первый видимый продукт фотосинтеза. При фотосинтезе крахмал образуется в растениях и откладывается в корнях, клубнях, семенах. Зерна риса, пшеницы, ржи и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля - 15-20%. Крахмальные зерна растений различаются по внешнему виду, что хорошо видно, когда их рассматриваешь под микроскопом (рис. 1).

Внешний вид крахмала хорошо всем известен: это белое вещество, состоящее из мельчайших зерен, напоминающих муку, поэтому его второе название «картофельная мука».

Крахмал не растворим в холодной воде, в горячей набухает и постепенно растворяется, образуя вязкий раствор (клейстер).

При быстром нагревании крахмала происходит расщепление гигантской молекулы крахмала на мелкие молекулы полисахаридов, называемых декстринами. Декстрины имеют общую молекулярную формулу с крахмалом (С6 Н12 О5 )х, разница лишь в том, «х» в декстринах меньше «n» в крахмале.

Пищеварительные соки содержат несколько разных ферментов, которые при низкой температуре доводят гидролиз крахмала до глюкозы:

(С6 Н10 О5 ) ------- (С6 Н10 О5 )х --------- С12 Н22 О11 --------- С6 Н12 О6

крахмал ряд декстрин мальтоза глюкоза

Еще быстрее декстринизация идет в присутствии кислоты:

Н2 SО4 t

(С6 Н10 О5 )n ------------ n Н2 О --------------- n С6 Н12 О6

Ферментативный гидролиз (разложение путем брожения) крахмала имеет промышленное значение в производстве этилового спирта из зерна и картофеля. Процесс начинается с превращением крахмала в глюкозу, которую затем сбраживают. Используя специальные культуры дрожжей и изменяя условия, можно направить брожение и в сторону получения бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой кислот.

mirznanii.com


.