Углеводы

I. Моносахариды

План лекции

Общая характеристика углеводов
Классификация углеводов
Альдозы. Изомерия. Генетические ряды
Циклические формы моносахаридов. Таутомерия. Мутаротация
Кетозы
Химические свойства моносахаридов

1. Общая характеристика углеводов

Углеводы – природные органические соединения, представляющие собой многоатомные альдегидо- или кетоспирты неразветвленного строения, большинство из которых отвечает общей формуле C_n(H₂O)_m.

Однако не все соединения с таким соотношением количеств атомов углерода, водорода и кислорода – углеводы, например, CH₂O – формальдегид и C₂H₄O₂ – уксусная кислота не являются углеводами. Существуют углеводы иного количественного состава, например, C₅H₁₀O₄ – дезоксирибоза, C₆H₁₂O₅ – рамноза.

Углеводы широко распространены в природе, являются компонентами продуктов питания. Сахар, мед, крахмал представляют собой чистые углеводы. В организмах растений и животных углеводы выполняют опорную, энергетическую, дыхательную функции. Важную роль играют соединения углеводов с другими классами веществ, такие как гликопротеиды, нуклеотиды.

Животные организмы не способны синтезировать углеводы и получают их с продуктами растительного происхождения. Растения и некоторые бактерии образуют углеводы из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, общая схема которого может быть представлена уравнением:

hν

6CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Ежегодно в результате фотосинтеза образуется около 100 млрд т органического вещества (более 15 т на каждого жителя планеты).

Классификация углеводов

Углеводы делятся на две большие группы – моносахариды (монозы, простые сахара) и полисахариды (сложные сахара).

Моносахариды - углеводы, которые не могут гидролизоваться с образованием более простых углеводов. Моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кетоспиртами и подразделяются соответственно на альдозы и кетозы.

Полисахариды образуются из моносахаридов при конденсации их в процессе биосинтеза. Полисахариды делятся на низкомолекулярные (сахароподобные, олигосахариды) и высокомолекулярные (несахароподобные).

Олигосахариды содержат в молекуле небольшое число (2-10) остатков моноз. Одни из них восстанавливают ионы серебра и меди (II) и называются восстанавливающими, другие не восстанавливают – невосстанавливающие.

Высокомолекулярные полисахариды содержат от десятков до нескольких десятков тысяч остатков моноз. Если молекулы моносахарида состоят из остатков одного моносахарида, его называют гомополисахаридом. Гетерополисахариды содержат в цепи остатки различных моносахаридов.

3. Альдозы. Изомерия. Генетические ряды

По числу атомов углерода альдозы делятся на триозы ( n=3), тетрозы (n =4), пентозы (n =5) и гексозы (n =6). Две последние группы наиболее распространены в природе.

Все альдозы содержат асимметрические атомы углерода и существуют в виде нескольких оптических изомеров, общее число которых можно определить по формуле Фишера: N = 2ⁿ, где n – число асимметрических центров.

CHO

CHO ^*CHOH

| |

CHO ^*CHOH ^*CHOH

| | |

CHO ^*CHOH ^*CHOH ^*CHOH

| | | |

^*CHOH ^*CHOH ^*CHOH ^*CHOH

| | | |

CH₂OH CH₂OH CH₂OH CH₂OH

альдотриозы альдотетрозы альдопентозы альдогексозы

N = 2 N = 2² = 4 N = 2³ = 8 N = 2⁴ = 16

Для каждого из оптических изомеров существует один его оптический антипод – энантиомер, все остальные являются диастереомерами.

Принадлежность моносахарида к тому или иному генетическому ряду определяется по конфигурации его наиболее удаленного от альдегидной группы асимметрического углеродного атома. Если она соответствует конфигурации D-глицеринового альдегида, то моноза относится к D-ряду, если L-глицеринового альдегида – к L-ряду.

COH COH