Раздел 5.Углеводы и их обмен Лекция 6. Химическое строение и свойства углеводов
1. Общая характеристика и классификация углеводов
К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно противоположными свойствами. Среди них есть вещества низкомолекулярные и высокомолекулярные, кристаллические и аморфные, хорошо растворимые в воде и совершенно в ней нерастворимые, способные окисляться и сравнительно устойчивые к действию окислителей.
Общая формула, характерная для подавляющего числа углеводов, Сn(Н2О)m
По химической природе углеводы делятся на:
моносахариды (простые сахара);
олигосахариды;
полисахариды.
Моносахариды содержат 3-8 атомов углерода и не подвергаются гидролизу с образованием простых углеводородов.
Олигосахариды – полимеры моносахаридов, которые содержат 2-10 остатка моносахаров.
Полисахариды – полимеры моносахаридов, которые содержат более 10 остатков моносахаров.
2. Строение, свойства и функции моносахаридов
Моносахариды делятся на следующие группы:
По количеству атомов углерода:
Триозы (3)
Тетрозы (4)
Пентозы (5)
Гексозы (6)
Гептозы (7)
Октозы (8)
По химическому строению:
Альдозы
Кетозы
Все моносахариды являются спиртами, либо альдегидоспиртами, либо кетоспиртами. В их молекулах, как правило, количество атомов углерода равно количеству молекул воды (т.е. m = n).
D-глюкоза (альдоза) D-фруктоза (кетоза)
Альдозы и кетозы являются изомерами.
Основные химические свойства моносахаридов:
1.Мутаротация – переход аномера из одной формы в другую (например, α-глюкоза →β-глюкоза). Аномерами называют энантиомерные формы моносахаридов, различающиеся положением полуацетального гидроксила.
2. Восстановление до многоатомных спиртов (например, глюкоза восстанавливается до сорбита, рибоза – до рибита).
3. Окисление с образованием соответствующих кислот (например, в зависимости от окисляемой группы глюкоза может образовывать глюконовую, глюкуроновую и глюкаровую кислоты).
4. Эпимеризация (например, в слабощелочной среде D-глюкоза находится в равновесии с кетогексозой (D-фруктозой) и альдогексозой (D-маннозой).
5. Образование гликозидов. Конденсация аномерной ОН-группы со спиртовой группировкой молекулы приводит к образованию О-гликозидов. Именно за счет этих связей построены олиго- и полисахариды. При взаимодействии аномерной ОН-группы с NH2-группой образуются N-гликозиды.
6. Этерификация. Гидроксильные группы моносахаридов образуют эфиры с различными кислотами. В метаболизме особо важную роль играет фосфорилирование сахаров.
7. Способность реагировать с азотсодержащими соединениями при высокой температуре с образованием специфических окрашенных веществ – меланоидинов.
8. Способность глюкозы (и других гексоз) подвергаться расщеплению (путем гликолиза) и сбраживанию микроорганизмами.
Основные функции моносахаридов:
1. Энергетическая (моносахариды легко расщепляются с выделением энергии, которая затрачивается на образование АТФ).
2. Пластическая (метаболическая). Моносахариды являются предшественниками для образования многих важных веществ: резервных и структурных полисахаридов, аминокислот, жирных кислот, глицерина и др.