Дисахариды и полисахариды
В зависимости от числа молекул моносахаридов, образующихся при гидролизе полисахаридов, последние подразделяются на олигосахариды (дисахариды, трисахариды) и полисахариды.
Наибольшее практическое значение имеют дисахариды. Дисахариды (биозы) при гидролизе образуют два одинаковых или разных моносахарида. Дисахариды подразделяются на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.
Связь между двумя молекулами моносахаридов устанавливается с помощью двух гидроксильных групп – по одной от каждой молекулы монозы. Однако характер этой связи может быть различным. Если одна из молекул моносахарида всегда предоставляет свой полуацетальный (гликозидный) гидроксил, то вторая молекула участвует в этом либо полуацетальным гидроксилом (образуется гликозид – гликозидная связь), либо спиртовым гидроксилом (образуется гликозид – гликозная связь).
Отсутствие или наличие в молекуле дисахарида полуацетального гидроксила отражается на свойствах дисахаридов. Если при образовании дисахарида обе молекулы участвовали своими полуацетальными гидроксилами (гликозид – гликозидная связь), то у обоих остатков моноз циклические формы являются закрепленными, альдегидная группа такого дисахарида образоваться не может. Такой дисахарид не обладает восстанавливающими свойствами и называется невосстанавливающим дисахаридом.
В случае гликозид – гликозной связи циклическая форма одного остатка моносахарида не является закрепленной, она может перейти в альдегидную форму, и тогда дисахарид будет обладать восстанавливающими свойствами. Такой дисахарид называется восстанавливающим. Восстанавливающие дисахариды проявляют реакции, характерные для соответствующих моносахаридов.
К восстанавливающим дисахаридам относится, в часности, мальтоза (солодовый сахар), содержащаяся в солоде, т.е. проросших, а затем высушенных и измельченных зернах хлебных злаков.
(мальтоза)
Мальтоза составлена из двух остатков D- глюкопиранозы, которые связаны (1–4) -гликозидной связью, т.е. в образовании простой эфирной связи участвуют гликозидный гидроксил одной молекулы и спиртовой гидроксил при четвертом атоме углерода другой молекулы моносахарида. Аномерный атом углерода (С1), участвующий в образовании этой связи, имеет α-конфигурацию, а аномерный атом со свободным гликозидным гидроксилом (обозначен красным цветом) может иметь как α — (α — мальтоза), так и β- конфигурацию (β- мальтоза).
Мальтоза представляет собой белые кристаллы, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус, однако значительно меньше, чем у сахара (сахарозы).
Как видно, в мальтозе имеется свободный гликозидный гидроксил, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла и переходу в альдегидную форму. В связи с этим, мальтоза способна вступать в реакции, характерные для альдегидов, и, в частности, давать реакцию «серебряного зеркала», поэтому ее называют восстанавливающим дисахаридом. Кроме того, мальтоза вступает во многие реакции, характерные для моносахаридов, например, образует простые и сложные эфиры (смотри химические свойства моносахаридов).
СH3I ––––® NaOH | ||
мальтоза | Октаметилмальтоза |
К невосстанавливающим дисахаридам относится сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Она содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле (до 28% от сухого вещества),соках растений и плодах. Молекула сахарозы построена из α, D- глюкопиранозы и β, D- фруктофуранозы.
(сахароза)
В противоположность мальтозе гликозидная связь (1–2) между моносахаридами образуется за счет гликозидных гидроксилов обеих молекул, то есть свободный гликозидный гидроксил отсутствует. Вследствие этого отсутствует восстанавливающая способность сахарозы, она не дает реакции «серебряного зеркала», поэтому ее относят к невосстанавливающим дисахаридам.
Сахароза – белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде.
Для сахарозы характерны реакции по гидроксильным группам. Как и все дисахариды, сахароза при кислотном или ферментативном гидролизе превращается в моносахариды, из которых она составлена.
Полисахариды являются высокомолекулярными веществами. В полисахаридах остатки моносахаридов связываются гликозид – гликозными связями. Поэтому их можно рассматривать как полигликозиды. Остатки моносахаридов, входящие в состав молекулы полисахарида могут быть одинаковыми, но могут и различаться; в первом случае это гомополисахариды, во втором – гетерополисахариды.
Важнейшие из полисахаридов – это крахмал и целлюлоза (клетчатка). Они построены из остатков глюкозы. Общая формула этих полисахаридов (C6H10O5)n. В образовании молекул полисахаридов обычно принимает участие гликозидный (при С1 -атоме) и спиртовой (при С4-атоме) гидроксилы, т.е. образуется (1–4) -гликозидная.
Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из α, D- глюкопиранозных звеньев: амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%). Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде «резервного» углевода в корнях, клубнях и семенах. Например, зерна риса, пшеницы, ржи и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля – 15-20%. Родственную роль в животном мире выполняет полисахарид гликоген, «запасающийся», в основном, в печени.
Крахмал – это белый порошок, состоящий из мелких зерен, не растворимый в холодной воде. При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции: фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы, и фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.
Амилоза имеет линейное строение, α, D- глюкопиранозные остатки связаны (1–4) -гликозидными связями. Элементная ячейка амилозы (и крахмала вообще) представляется следующим образом:
Молекула амилопектина построена подобным образом, однако имеет в цепи разветвления, что создает пространственную структуру. В точках разветвления остатки моносахаридов связаны (1–6) -гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков:
(амилопектин)
Крахмал легко подвергается гидролизу: при нагревании в присутствии серной кислоты образуется глюкоза:
(C6H10O5)n + nH2O ––h3SO4,t°® nC6H12O6
крахмал глюкоза
В зависимости от условий проведения реакции гидролиз может осуществляться ступенчато с образованием промежуточных продуктов:
(C6H10O5)n ® (C6H10O5)m ® xC12H22O11 ® nC6H12O6
крахмал декстрины (m<n) мальтоза глюкоза
Качественной реакцией на крахмал является его взаимодействие с йодом – наблюдается интенсивное синее окрашивание. Такое окрашивание появляется, если на срез картофеля или ломтик белого хлеба поместить каплю раствора йода.
Крахмал не вступает в реакцию «серебряного зеркала».
Крахмал является ценным пищевым продуктом. Для облегчения его усвоения продукты, содержащие крахмал, подвергают термообработке, т.е. картофель и крупы варят, хлеб пекут. Процессы декстринизации (образование декстринов), осуществляемые при этом, способствуют лучшему усвоению организмом крахмала и последующему гидролизу до глюкозы. В пищевой промышленности крахмал используется при производстве колбасных, кондитерских и кулинарных изделий. Применяется также для получения глюкозы, при изготовлении бумаги, текстильных изделий, клеев, лекарственных средств и т.д.
Целлюлоза – наиболее распространенный растительный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и исполняет роль опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу.
Как и у крахмала, структурной единицей целлюлозы является D- глюкопираноза, звенья которой связаны (1-4) -гликозидными связями. Однако, от крахмала целлюлоза отличается β- конфигурацией гликозидных связей между циклами и строго линейным строением:
Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними цепями собраны в пучки. Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных стенок.
β- Гликозидная связь не разрушается пищеварительными ферментами человека, поэтому целлюлоза не может служить ему пищей, хотя в определенном количестве является необходимым для нормального питания балластным веществом. В желудках жвачных животных имеются ферменты, расщепляющие целлюлозу, поэтому такие животные используют клетчатку в качестве компонента пищи.
Несмотря на нерастворимость целлюлозы в воде и обычных органических растворителях, она растворима в реактиве Швейцера (раствор гидроксида меди в аммиаке), а также в концентрированном растворе хлористого цинка и в концентрированной серной кислоте.
Как и крахмал, целлюлоза при кислотном гидролизе дает глюкозу.
Целлюлоза – многоатомный спирт, на элементную ячейку полимера приходятся три гидроксильных группы. В связи с этим, для целлюлозы характерны реакции этерификации (образование сложных эфиров). Наибольшее практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.
целлюлоза | + 3n HNO3 | H2SO4 | тринитрат целлюлозы | + 3n H2О |
Полностью этерифицированная клетчатка известна под названием пироксилин, который после соответствующей обработки превращается в бездымный порох. В зависимости от условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают целлулоид.
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза.
+ 3n | ® | триацетилцеллюлоза | + 3n СH3СOOН |
Триацетилцеллюлоза (или ацетилцеллюлоза) является ценным продуктом для изготовления негорючей кинопленки и ацетатного шелка. Для этого ацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлорметана и этанола и этот раствор продавливают через фильеры в поток теплого воздуха. Растворитель испаряется и струйки раствора превращаются в тончайшие нити ацетатного шелка.
Целлюлоза не дает реакции «серебряного зеркала».
Говоря о применении целлюлозы, нельзя не сказать о том, что большое количество целлюлозы расходуется для изготовления различной бумаги. Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, проклеенный и спрессованный на специальной бумагоделательной машине.
Из приведенного выше уже видно, что использование целлюлозы человеком столь широко и разнообразно, что применению продуктов химической переработки целлюлозы можно посвятить самостоятельный раздел.
Вопросы для самоконтроля
1. Напишите альдегидные формулы Д- глюкозы, Д- фруктозы.
2. Что такое L- иD-, α- и β- формы сахара?
3. Напишите возможные циклические формы глюкозы.
4. Что такое полуацетальный гидроксил? Какие химические свойства сахаров он определяет?
5. Напишите уравнения реакций образования мальтозы и целлобиозы. Чем отличаются формулы этих дисахаридов?
6. Приведите примеры восстанавливающих и невосстанавливающих дисахаридов.
7. Гидролиз крахмала и клетчатки. Какие промежуточные и конечные продукты при этом образуются?
studfile.net
моносахариды, полисахариды и их метаболизм
Содержание статьи
Классификация углеводов
Углеводы это класс органических соединений, который можно разделить на 4 группы: моносахариды, производные моносахаридов, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды
Моносахариды в зависимости от числа атомов углерода называют три, тетра, пентозами или гексозами (соответственно 3, 4, 5 или 6 углеродных атомов). Основным моносахаридом у человека является глюкоза. Кроме нее в состав пищи или компонентов клеточных структур у человека входят такие гексозы, как фруктоза, манноза и галактоза, а в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК) пентозы (рибоза и дезоксирибоза).
Из производных моносахаридов необходимо упомянуть сахарные кислоты, к которым относится глюкуроновая кислота. Связывание с ней различных органических веществ в печени приводит к уменьшению их токсичности и повышению растворимости в воде (например, образование моно и дигдюкуронида билирубина).
Сиаловые кислоты представлены кетозами с девятью атомами углерода (ацетилнейраминовая кислота, гликолилнейраминовая кислота) и входят в состав соединительной ткани. Сиаловые кислоты определяются в крови больных в качестве одного из маркеров воспаления.
Олигосахариды
К олигосахаридам относят соединения, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. Среди них большое значение имеют тридисахаридасахароза, лактоза и мальтоза.
Сахароза образована остатками глюкозы и фруктозы, она поступает в организм в виде пищевого тростникового или свекольного сахара, а также в составе кондитерских изделий. Часть сахарозы образуется в результате гидролиза углеводов в тонкой кишке.
Лактоза включает в себя остатки галактозы и глюкозы, ее основным источником является молоко. У человека и других млекопитающих она может синтезироваться клетками секреторного эпителия молочных желез в период лактации.
Мальтоза состоит из двух остатков глюкозы и образуется в ротовой полости и в тонкой кишке при расщеплении крахмала и гликогена аамилазой слюны и панкреатического сока.
Кроме дисахаридов, олигосахаридами также является ряд углеводов, входящих в состав гликопротеинов и гликолипидов. Эти соединения входят в состав мембран клеток различных органов.
Полисахариды
Полисахариды являются наиболее распространенной группой углеводов. Среди них выделяют гомополисахариды, повторяющейся единицей которых является какойлибо моносахарид, и гетерополисахариды, основой для повторения в которых служит дисахарид. Важнейшими гомополисахаридами для человека являются крахмал, гликоген и целлюлоза.
Крахмал поступает в организм человека с пищей растительного происхождения. Он подвергается расщеплению ферментами желудочнокишечного тракта и служит важнейшим источником глюкозы.
Гликоген является аналогом крахмала в животных тканях. Человек получает гликоген с пищей животного происхождения. Кроме того, часть гликогена синтезируется вновь и, откладываясь в печени и мышцах, служит резервным источником глюкозы.
Целлюлоза не синтезируется и не расщепляется в человеческом организме. Ее источником служит растительная пища. В кишечнике целлюлоза усиливает моторику кишечника, адсорбирует некоторые токсичные вещества и участвует в формировании каловых масс.
Гетерополисахариды входят в состав протеогликанов и составляют основу межуточного вещества соединительной ткани человека. Полисахаридные группы протеогликанов содержат глюкозамин или галактозамин, поэтому эту группу веществ называют также гликозаминогликанье Гликозаминогликаны в водных растворах сильно гидратированы и образуют гели, что отражается в их прежнем названии мукополисахариды. Различают несколько основных классов гликозаминогликанов гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, дерматансульфат, кера тансульфаты и гепарин. Большинство гликозаминогликанов синтезируется фибробластами соединительной ткани, лишь гепарин синтезируется тучными клетками.
Гиалуроиовая кислота линейный полимер, состоящий из глюкуроновой кислоты и ацетилглюкозамина. Входит в состав клеточных стенок, синовиальной жидкости, стекловидного тела, обволакивает внутренние органы, является желеобразной бактерицидной смазкой.
Хондроитинсулъфаты разветвленные полимеры, состоящие из глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Они служат основными структурными компонентами хрящевой ткани, сухожилий, роговицы глаза; содержатся также в костях и коже.
Гепарин является одним из основных физиологических антикоагулянтов в организме человека.
- Энергетическая — до 67% суточного энергопотребления в организме обеспечивается за счет окисления углеводов, причем 2/3 этого количества расходуются на энергообеспечение головного мозга
- Структурная углеводы являются обязательным компонентом мембран клеток и клеточных органелл
- Пластическая промежуточные продукты распада углеводов используются для синтеза полисахаридов, аминокислот и липидов. Пентозы (рибоза, дезоксирибоза) входят в состав нуклеиновых кислот
- Опорная гликозаминогликаны участвуют в построении межклеточного вещества соединительной ткани, в том числе опорнодвигательного аппарата (хрящей, костей и тому подобных)
- Резервная гликоген является источником энергетического и пластического материала
- Поддержание жидкого состояния крови гетерополисахарид гепарин является физиологическим антикоагулянтом
- Обезвреживающая образование глюкуронидов в печени необходимо для обезвреживания токсичных веществ, например превращения непрямого билирубина в прямой или образования индикана из индола
Функции углеводов в организме
Суточная потребность в углеводах для взрослого человека составляет 400-500 г.
Метаболизм углеводов
Основным источником углеводов являются продукты растительного происхождения. Животная пища служит источником гликогена, а молочные продукты лактозы (молочного сахара).
Углеводы пищи разделяются на рафинированные (освобожденные от сопутствующих примесей в процессе очистки) и нерафинированные, представленные преимущественно крахмалом с сопутствующей клетчаткой. Источниками рафинированных углеводов являются кондитерские изделия, выпечка из высших сортов пшеничной муки, свекловичный и тростниковый сахар. Сахароза, фруктоза и глюкоза, содержащиеся в них, быстро всасываются в кровь и способствуют жирообразованию при избыточном содержании в рационе. Крахмал картофеля, зерновых, овощей и фруктов расщепляется постепенно, образующиеся моносахариды всасываются медленно, а клетчатка частично перерабатывается микрофлорой кишечника. Ее пищевые волокна участвуют также в формировании каловых масс и регулируют моторную функцию кишечника.
Переваривание углеводов начинается в ротовой полости. Под действием аамилазы слюнных желез часть крахмала и гликогена пищи расщепляется с образованием декстринов (укороченных цепей крахмала и гликогена) и небольшого количества дисахарида мальтозы.
В желудке ферменты, расщепляющие сложные углеводы, отсутствуют. Однако внутри пищевого комка ферменты слюны продолжают действовать еще некоторое время, до инактивации аамилазы соляной кислотой желудочного сока.
Дальнейшее расщепление «полисахаридов осуществляется в двенадцатиперстной кишке под действием амилолитических ферментов панкреатического сока: аамилазы, олиго-1,6-глюкозидазы, амило-1,6-глюкозидазы. На образующиеся при расщеплении олигосахариды действуют пристеночные ферменты тонкой кишки (мальтаза, сахараза, у-амилаза, трегалаза и лактаза). Из полости кишки моносахариды (глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза) переносятся путем активного транспорта вэнтероциты, где большинство из них превращается в глюкозу через ряд реакций. Затем глюкоза проникает в кровь путем пассивного транспорта по градиенту концентраций.
До 90% образовавшейся глюкозы всасывается в кровь. Оставшиеся 10% попадают в лимфу.
Через систему воротной вены моносахариды поступают в печень и подвергаются в ней различным превращениям, а также утилизируются клетками различных органов и тканей.
Внутри клеток глюкоза фосфорилируется до глюкозо-6-фосфата. Все последующие превращения осуществляются через эту стадию.
Синтез гликогена
Ни глюкоза, ни глюкозо-6-фосфат не могут накапливаться в клетках. Резервной формой углеводов в организме человека является гликоген. Его наибольшие запасы образуются в печени и скелетных мышцах. При снижении уровня глюкозы в крови активируется гликогенолиз (распад гликогена) для восполнения ее уровня. Гликогенолиз усиливается на фоне возбуждения ЦНС, при действии адреналина, глюкагона, тяжелой физической работе. При этом в печени, в отличие от скелетных мышц, содержатся ферменты глюкозо6фосфатаза и глюкозо1фосфатаза, превращающие глюкозо6фосфат и глюкозо1фосфат соответственно в свободную глюкозу и фосфат. Глюкоза поступает в кровь и служит источником питания для различных тканей, прежде всего для ЦНС.
В скелетных мышцах распад гликогена заканчивается образованием глюкозо-6-фосфата, который окисляется в процессе анаэробного гликолиза с получением энергии АТФ и молочной кислоты
Гликолиз
Гликолиз — центральный путь катаболизма глюкозы и многих других углеводов. Он может осуществляться в присутствии кислорода или без него (аэробный или анаэробный гликолиз). До стадии образования пирувата эти процессы протекают по одним и тем же ферментативным реакциям. В анаэробных условиях пируват превращается в молочную кислоту (лактат). Эта реакция катализируется ферментом лактатдсгидрогеназой (ЛДГ). Молочная кислота всасывается в кровь, извлекается из нее клетками печени и вновь превращается в глюкозу. В отсутствии кислорода гликолиз единственный процесс в животном организме, поставляющий энергию АТФ.
В эритроцитах, лишенных митохондрий, анаэробный гликолиз является основным источником поступления энергии. Его активность также высока в печени и интенсивно работающей мышечной ткани, так как образование энергии в цикле Кребса лимитируется скоростью поступления кислорода. Активизации анаэробного пути окисления глюкозы способствует недостаточное снабжение тканей кислородом в условиях гипоксии, в воспаленных тканях и в интенсивно растущих клетках злокачественных опухолей.
В аэробных условиях ЛДГ способна катализировать обратную реакцию превращение лактата в пируват. Эта реакция более активна в хорошо кровоснабжаемых органах: сердце, легких, почках и других.
Образовавшийся пируват подвергается превращениям в пи-руватдегидрогеназном комплексе, состоящем из трех ферментов (пируватдекарбоксилаза, ацетилтрансфераза, дегидрогеназа ди гидролипоевой кислоты) и пяти коферментов (ФАД, НАД, тиамин дифосфат (ТДФ), липоевая кислота и кофермент А (КоА)). В результате образуется ацетилКоА, при окислении которого в цикле Кребса образуется большое количество энергии АТФ.
Глюконеогенез
Глюконеогенез — синтез глюкозы из неуглеводных продуктов: лактата, пирувата, глицерина и гликогенных аминокислот. Активация глюконеогенеза наблюдается при голодании, когда у человека истощаются запасы гликогена, а головной мозг и сокращающиеся скелетные мышцы нуждаются в непрерывном поступлении глюкозы.
Большинство реакций глюконеогенеза являются обратными реакциями гликолиза. Интенсивность глюконеогенеза значительно усиливается при сахарном диабете.
Пентозофосфатный путь
Пентозофосфатный путь является альтернативным путем окисления глюкозы, в котором превращается не более 2% всех углеводов. Однако его биологическое значение огромно, так как в нем образуются НАДФ Н2 и рибозо-5-фосфат. Рибозо-5-фоефат необходим для синтеза ряда важных биологических молекул: РНК и ДНК, АТФ, КоА, НАД и ФАД. Поэтому высокая потребность в рибозо5фосфате отмечается в клетках с большой скоростью нуклеинового обмена в эмбриональных тканях, клетках эпителия, семенников, стволовых клетках кроветворных органов, регенерирующих тканях. В случае снижения потребности в рибозо-5-фосфате реакции пентозофосфатного пути продолжаются до образования НАДФ Н2, который необходим для синтеза жирных кислот, стероидов, заменимых аминокислот, восстановления глутатиона в эритроцитах. Таким образом, реакции пентозофосфатного пути превращения углеводов достаточно интенсивно протекают в белой жировой ткани, печени, коре надпочечников, молочной и щитовидной железах. Окисление 1 моль глюкозы позволяет получить 12 моль НАДФ Н-2. Цикл превращений протекает в цитозоле клеток.
infolibrum.ru
Углеводы
Углеводы
Углеводы – это соединения, содержащие в своём составе атомы углерода, водорода и кислорода. Причём атомы водорода и кислорода находятся в них в таком же соотношении, как и в молекуле воды: 2 : 1. Поэтому их и называют углеводами. Для большинства этих соединений применима формула Cn(H2O)m.
В этом можно легко убедиться. Для этого следует нагреть немного сахара в пробирке, сахар начинает плавиться, приобретает коричневую окраску, потом чернеет и после сильного прокаливания остаётся почти чистый углерод, а в верхней части пробирки конденсируются капельки воды.
Углеводы разделяют на три группы: моносахариды (глюкоза, фруктоза), дисахариды (сахароза) и полисахариды (крахмал, целлюлоза).
Моносахариды в водных растворах не гидролизуются. Представителем моносахаридов является глюкоза – С6Н12О6. Своё название она получила от греческого слова гликос – «сладкий». Глюкоза очень распространена в природе. Она обуславливает сладкий вкус плодов и ягод. Особенно много её в соке винограда, поэтому её ещё называют «виноградным сахаром». В организме человека и животного глюкоза содержится в крови и лимфе.
Глюкоза представляет собой белый мелкокристаллический порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Она имеет сладкий вкус.
По своим свойствам глюкоза является альдегидоспиртом.
То есть она даёт и реакции на альдегиды и реакции на многоатомные спирты. Если в раствор медного купороса добавить несколько капель щёлочи, то образуется осадок голубого цвета – это гидроксид меди (II), а затем сюда же добавить столько же раствора глюкозы и слегка взболтать, то раствор приобретает ярко-синюю окраску. Таки образом, глюкоза даёт качественную реакцию по аналогии с многоатомными спиртами.
Если к аммиачному раствору оксида серебра (I) добавить раствор глюкозы и смесь нагреть на пламени спиртовки, то на стенках пробирки можно увидеть серебро. Таким образом, глюкоза даёт качественную реакцию на альдегиды – реакцию «серебряного зеркала».
Глюкоза является основным источником энергии в клетке, поэтому её широко используют в лечебных целях. Глюкоза является основным веществом при получении спирта, молочной кислоты, уксусной кислоты, лимонной и аскорбиновой кислоты, витаминов. Её применяют в качестве заменителя тростникового сахара. Для этих целей используют патоку – сиропообразную массу, получаемую при гидролизе крахмала. Глюкозу используют при получении карамели, мармелада, помадки. Её используют при изготовлении зеркал и ёлочных украшений (серебрение).
Другим моносахаридом является фруктоза – С6Н12О6. Она содержится во многих фруктах, поэтому её называют фруктовым сахаром. В пчелином мёде её содержание достигает пятидесяти процентов. Фруктоза гораздо слаще глюкозы. В сладких яблоках, грушах, и арбузах фруктозы содержится в два раза больше, чем глюкозы.
К дисахаридам относится сахароза – С12Н22О11. Дисахариды гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. При её гидролизе образуется глюкоза и фруктоза.
Сахароза – бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления от 160 до 185 0С, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Расплавленная сахароза при застывании превращается в смесь аморфных веществ – карамель, а при вливании на вращающийся холодный барабан превращается в сахарную вату.
Под действием концентрированной серной кислоты сахароза способна отщеплять воду с образованием продуктов чёрного цвета, имеющих сложное циклическое строение.
В природе сахароза находится в соке растений: в свёкле (20%), в сахарном тростнике (25%). Сахароза представляет собой кристаллическое вещество, растворимое в воде, имеет сладкий вкус.
Сахарозу получают из сахарной свёклы. Для этого свёклу измельчают, обрабатывают горячей водой, а затем раствор фильтруют. Сахар переходит в раствор, где ещё содержатся белки, соли, органические кислоты. Для их удаления раствор нагревают с известковым молоком. При этом белковые вещества оседают, органические кислоты выпадают в осадок в виде нерастворимых солей кальция, а сахароза образует растворимую соль кальция. Её отфильтровывают и из отфильтрованного раствора сахар выпаривают до кристаллизации.
Производство сахарозы из сахарной свёклы началось полтора века назад во Франции. С сахарозой человек знаком с незапамятных времён, за много столетий до н.э. Александр Македонский знал, что в Индии растёт тростник, из которого можно получить «мёд» без помощи пчёл.
Жители африканского континента извлекали сахарозу из пальмового сока, а североамериканские индейцы – из кленового.
Сахароза является важным продуктом питания, а также используется для приготовления некоторых лекарственных веществ и сиропов. Смесь глюкозы и фруктозы, получающаяся после кислотного гидролиза сахарозы, называют искусственным мёдом и используют в пищевой промышленности.
Полисахариды гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. К ним относится крахмал и целлюлоза. Состав полисахаридов – (С6Н10О5)n.
Крахмал, как и глюкоза образуется в результате процесса фотосинтеза. В результате чего из углекислого газа и воды при участии хлорофилла образуется глюкоза и кислород. Крахмал накапливается как резервный питательный материал в зёрнах злаков, клубнях картофеля, семенах. Например, клубни картофеля содержат до 24% крахмала, зёрна пшеницы – до 64%, риса – 75%, кукурузы – 70%.
Крахмал – белый аморфный порошок.
Это полимер, макромолекулы которого имеют линейную и разветвленную форму.
В воде крахмал набухает, а потом образует крахмальный клейстер. Если насыпать в пробирку крахмала, прилить к нему воды и хорошо взболтать, а затем это содержимое влить в стакан с горячей водой, то можно наблюдать образование крахмального клейстера.
Крахмал даёт характерное синее окрашивание с раствором йода. В пробирку нальём немного крахмального клейстера и добавим каплю спиртового раствора йода. При этом мы можем наблюдать появление синей окраски. Попробуем нагреть эту смесь, постепенно, как видите, синяя окраска исчезает. После чего, если охладить эту смесь, то она опять станет синего цвета.
При гидролизе крахмала образуется глюкоза. В промышлености этим методом получают глюкозу и декстрины, которые применяю в качестве клеев, для производства патоки. Долгое время крахмал был основным сырьём при получении этилового спирта.
Крахмал используется в парфюмерной и текстильной промышленности, в медицине для приготовления присыпок, медицинских паст, при приготовлении таблеток, капсул для лекарств.
Целлюлоза – другой представитель полисахаридов. Она является основным компонентом оболочек растительных клеток и пидаёт им механическую прочность.
Волокна хлопка содержат 90-95% целлюлозы. Гигроскопичная вата и фильтровальная бумага – это почти чистая целлюлоза. Целлюлоза – полимер с линейными макромолекулами.
Целлюлоза – вещество линейного строения.
Она представляет собой белое аморфное вещество. Она не растворяется нив воде, ни в обычных органических растворителях. При нагревании целлюлоза обугливается и образует различные смеси органических соединений. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза.
Волокна льна, хлопка, конопли в основном состоят из целлюлозы (до 99%), а вдревесине она составляет около 50% в расчёте на сухое вещество.
Огромное количество целлюлозы расходуется на производство бумаги. При этом получается дополнительный раствор, который содержит сахаристые вещества и который подвергают спиртовому брожению. Таким образом получают технический этиловый спирт.
Из целлюлозы получают коллодий (для заклеивания небольших ран), нитролаки и краски, взрывчатые вещества (нитроцеллюлозу), ацетатный шёлк.
Целлюлозу используют с строительном деле и как топливо (древесина). В виде волокнистых материалов (лён, хлопок, конопля) она идёт на изготовление тканей. Из целлюлозы получают бумагу, картон, вату. Она служит сырьём для получения искусственного шёлка и корма скота, киноплёнки и клея.
В организме человека нет ферментов, способных превратить целлюлозу в глюкозу, поэтому она не усваивается организмом. Такие ферменты присутствуют в пищеварительной системе жвачных животных (коров, лошадей), муравьёв-древоточцев.
Таким образом, углеводы делят на моносахариды, дисахариды и полисахариды. К моносахаридам относят глюкозу и фруктозу. Глюкоза – это альдегидоспирт и она даёт качественные реакции на многоатомные спирты и на альдегиды. Фруктоза также является моносахаридом и имеет такую же молекулярную формулу, как и глюкоза – С6Н12О6. Представителем дисахаридов является сахароза, при гидролизе которой образуется глюкоза и фруктоза. Молекулярная формула сахарозы – С12Н22О11. К полисахаридам относятся крахмал и целлюлоза. Крахмал состоит из молекул глюкозы. Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом. Целлюлоза – линейный полисахарид. При гидролизе целлюлозы образуется глюкоза. Углеводы применяют во многих областях народного хозяйства.
videouroki.net
МОНОСАХАРИДЫ, ДИСАХАРИДЫ, ПОЛИСАХАРИДЫ — КиберПедия
МОНОСАХАРИДЫ, ДИСАХАРИДЫ, ПОЛИСАХАРИДЫ
Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода.
Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов.
Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида Cx(h3O)y . Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды. Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С5Н10О4. В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле Cx(h3O)y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН2О) и уксусная кислота (С2Н4О2).
Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.
Классификация углеводов
В зависимости от способности углеводов расщепляться при гидролизе на другие углеводы с меньшей молекулярной массой их делят на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, олигосахариды, полисахариды).
Как легко догадаться, из простых углеводов, т.е. моносахаридов, нельзя гидролизом получить углеводы с еще меньшей молекулярной массой.
При гидролизе одной молекулы дисахарида образуются две молекулы моносахарида, а при полном гидролизе одной молекулы любого полисахарида получается множество молекул моносахаридов.
Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы
Самыми распространенными моносахаридами являются глюкоза и фруктоза, имеющие следующие структурные формулы:
Как можно заметить, и в молекуле глюкозы, и в молекуле фруктозы присутствует по 5 гидроксильных групп, в связи с чем их можно считать многоатомными спиртами.
В составе молекулы глюкозы имеется альдегидная группа, т.е. фактически глюкоза является многоатомным альдегидоспиртом.
В случае фруктозы можно обнаружить в ее молекуле кетонную группу, т.е. фруктоза является многоатомным кетоспиртом.
Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов
Поскольку моносахариды, в том числе глюкоза и фруктоза, имеют в составе молекул несколько гидроксильных групп. Все они дают качественную реакцию на многоатомные спирты. В частности, в водных растворах моносахаридов растворяется свежеосажденный гидроксид меди (II). При этом вместо голубого осадка Cu(OH)2 образуется темно-синий раствор комплексных соединений меди.
Реакции брожения глюкозы
Спиртовое брожение
При действии на глюкозу некоторых ферментов глюкоза способна превращаться в этиловый спирт и углекислый газ:
брожение глюкозы
Молочнокислое брожение
Помимо спиртового типа брожения существует также и немало других. Например, молочнокислое брожение, которое протекает при скисании молока, квашении капусты и огурцов: 
молочнокислое брожение
Гидролиз дисахаридов
Все дисахариды способны вступать в реакцию гидролиза, катализируемую кислотами, а также различными ферментами. В ходе такой реакции из одной молекулы исходного дисахарида образуется две молекулы моносахарида, которые могут быть как одинаковыми, так и различными в зависимости от состава исходного моносахарида.
Так, например, гидролиз сахарозы приводит к образованию глюкозы и фруктозы в равных количествах:
гидролиз сахарозы
А при гидролизе мальтозы образуется только глюкоза:
гидролиз мальтозы 
Горение
Все полисахариды, в том числе крахмал и целлюлоза, при полном сгорании в кислороде образуют углекислый газ и воду:
углеводы полисахариды горение
Образование глюкозы
При полном гидролизе как крахмала, так и целлюлозы образуется один и тот же моносахарид – глюкоза:
углеводы целлюлоза и крахмал гидролиз
Качественная реакция на крахмал
При действии на что-либо, в чем содержится крахмал, появляется синее окрашивание. При нагревании синяя окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.
При сухой перегонке целлюлозы, в частности древесины, происходит ее частичное разложение с образованием таких низкомолекулярных продуктов как метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и т.д.
Поскольку и в молекулах крахмала, и в молекулах целлюлозы имеются спиртовые гидроксильные группы, данные соединения способны вступать в реакции этерификации как с органическими, так и с неорганическими кислотами:
взаимодействие целлюлозы с азотной и уксусной кислотами
МОНОСАХАРИДЫ, ДИСАХАРИДЫ, ПОЛИСАХАРИДЫ
Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода.
Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов.
Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида Cx(h3O)y . Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды. Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С5Н10О4. В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле Cx(h3O)y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН2О) и уксусная кислота (С2Н4О2).
Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.
Классификация углеводов
В зависимости от способности углеводов расщепляться при гидролизе на другие углеводы с меньшей молекулярной массой их делят на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, олигосахариды, полисахариды).
Как легко догадаться, из простых углеводов, т.е. моносахаридов, нельзя гидролизом получить углеводы с еще меньшей молекулярной массой.
При гидролизе одной молекулы дисахарида образуются две молекулы моносахарида, а при полном гидролизе одной молекулы любого полисахарида получается множество молекул моносахаридов.
Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы
Самыми распространенными моносахаридами являются глюкоза и фруктоза, имеющие следующие структурные формулы:
Как можно заметить, и в молекуле глюкозы, и в молекуле фруктозы присутствует по 5 гидроксильных групп, в связи с чем их можно считать многоатомными спиртами.
cyberpedia.su
Лекция 14 УГЛЕВОДЫ ДИСАХАРИДЫ ПОЛИСАХАРИДЫ ПЛАН 14
Лекция 14 УГЛЕВОДЫ. ДИСАХАРИДЫ. ПОЛИСАХАРИДЫ
ПЛАН 14. 1 Восстанавливающие дисахариды 14. 2 Невосстанавливающие дисахариды 14. 3 Гомополисахариды 14. 4 Гетерополисахариды
14. 1 Восстанавиливающие дисахариды Дисахариды (биозы) состоят из 2 -х моносахаридных звеньев, одинаковой или разной природы, соединенных гликозидной связью
В образованиии гликозидной связи в дисахаридах участвуют две –он группы: полуацетальный гидроксил одного моносахарида (обязательно) и любая –ОН группа второго моносахарида. Если вторым гидроксилом является спиртовой, то такие дисахариды относят к восстанавливающим
Общая формула дисахаридов С 12 Н 22 О 11 К природным восстанавливающим дисахаридам относят: мальтоза, лактоза, целлобиоза
Мальтоза – солодовый сахар α-D-глюкопиранозил-1 -4 -β-D-глюкопираноза
Мальтоза в больших количествах содержится в проросших зернах злаков, где она образуется из крахмала под действием фермента – амилазы. Процесс осахаривания крахмала солодовой амилазой для получения мальтозы широко используется при производстве спирта. Мальтоза сладкая на вкус
Мальтоза может существовать как в циклической, так и в открытой форме. Для мальтозы возможны свойства, характерные для глюкозы: положительные реакции с реактивами Толленса, Фелинга Для мальтозы характерна цикло-оксотаутомерия
ЦИКЛО-ОКСО ТАУТОМЕРИЯ
Лактоза – молочный сахар, содержится в молоке ≈ 5% (особенно много в грудном молоке ≈ 8%). Лактоза состоит из остатков β-D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы как α -аномера (α-лактоза), так и β- аномера (β-лактоза), связанных β 1, 4 -гликозидной связью
-D-ГАЛАКТОПИРАНОЗИЛ-1, 4 — -D-ГЛЮКОПИРАНОЗА
Лактоза сладкая на вкус, в 4 -5 раз менее сладкая, чем сахароза, применяется при изготовлении порошков и таблеток. Она менее гигроскопична, чем сахароза, применяется в питательных смесях для грудных детей
В грудном молоке лактоза связана с сиаловой кислотой, что способствует формированию естественной непатогенной микрофлоры в ЖКТ грудных детей. Лактоза способствует развитию в пищеварительном тракте микроорганизма Lactobacillus bitidus, расщепляющего лактозу с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствуют размножению патогенных бактерий
Состоит из двух молекул β-D-глюкопираноз, связанных β-1, 4 -гликозидной связью β-D-глюкопиранозил-1, 4 -β-D-глюкопираноза
14. 2. Невосстанавливающие дисахариды Сахароза α-D-глюкопиранозил-1, 2 -β-D-фруктофуранозид
Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар) — самый распространенный невосстанавливающ ий дисахарид. Ежегодное производство сахара в мире составляет около 100 млн тонн
Химические свойства дисахаридов ГИДРОЛИЗ САХАРОЗЫ
Реакция гидролиза сахарозы называется инверсией, продукт инверсии (смесь глюкозы и фруктозы) – инвертированным сахаром Угол вращения сахарозы равен о, а после гидролиза угол +66, 5 вращения становится отрицательным (т. к. у глюкозы α=+52 о, а у фруктозы α=-92 о
Инвертный сахар (инвертирован- ный) является основной составной частью пчелиного меда
Химические свойства дисахаридов не отличаются от свойств моносахаридов: окисление и восстановление карбонильной группы (для восстанавливающих дисахаридов) и свойства, характерные для спиртовых ( –ОН) групп
14. 3 Гомополисахариды Полисахариды – высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями
В состав полисахаридов входят различные моносахариды: D -глюкоза, D-галактоза, D-манноза, D-глюкуроновая кислота, Dглюкозамин и др В строении полисахаридов отмечена высокая степень регулярности или повторяемости моносахаридных звеньев
По химической природе полисахариды – полигликозиды Гликозидная природа обусловливает их легкий гидролиз в кислой среде и высокую устойчивость в щелочной. Полный гидролиз приводит к образованию моносахаридов, а неполный – к ряду промежуточных олиго- или дисахаридов
Полисахариды имеют высокую молекулярную массу. Для них характерен высокий уровень организации молекул и характерна первичная структура – определенная последовательность мономерных остатков, вторичная структура – определенное пространственное расположение макромолекулярной цепи
Большую группу полисахаридов составляют гомополисахариды, построенные из одного и того же мономерного звена. В природе наиболее всего распространены глюканы, состоящие только из остатков глюкозы
Целлюлоза – (С 6 Н 10 О 5)n распространенный растительный полисахарид, предтавляет собой линейный гомополисахарид, состоящий из остатков β-D-глюкопираноз, связанных β-1, 4 -глюкозидными связями
Строение целлюлозы
Целлюлоза — опорный материал растений. β-Конфигурация приводит к тому, что цепи имеют линейное строение и возможно образование водородных связей как внутри одной цепи, так и между цепями. Результатом такого строения является механическая прочность, волокнистость, нерастворимость в воде, химическая инертность. Молекулярная масса целлюлозы велика, составляет ≈ 1 -2 млн, содержит от 2500 -12000 глюкозных звеньев)
Пример чистой целлюлозы — вата Около 50% леса составляет целлюлоза
Целлюлоза не расщепляется ферментами ЖКТ человека, но тем не менее является необходимым балластным веществом для нормального функционирования ЖКТ
Функции клетчатки : 1) создает чувство насыщения; 2) стимулирует перистальтику ЖКТ 3) способствует адсорбции токсических веществ в толстом кишечнике и их выведению, что снижает риск развития злокачественных опухолей толстого кишечника
Крахмал – относится к запасным полисахаридом. Общая формула (С 6 Н 10 О 5)n. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза, «запасается» в клубнях, корнях, зернах злаковых культур. Крахмал откладывается в клетке в виде зерен. Крахмал – белое аморфное вещество. В холодной воде крахмал нерастворим, в горячей набухает и образует клейстер
Качественной реакцией на крахмал является реакция с йодом – сине-фиолетовое окрашивание, исчезающее при нагревании
При нагревании в кислой среде протекает гидролиз крахмала
Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: амилоза (10 -20%) и амилопектин (80 -90%) Амилоза – состоит из остатков αглюкоз, связанных α-(1, 4)глюкозидными связями (по типу мальтозы). Амилоза имеет линейное строение
СТРОЕНИЕ АМИЛОЗЫ
Макромолекула амилозы свернута в спираль, на каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев. Качественная реакция с йодом обусловлена наличием амилозы
Амилопектин имеет разветвленное строение, в основной цепи аналогичен амилозе, имеются разветвления с образованием α-1, 6 гликозидных связей. Между точками разветвления размещается 20 -25 моносахаридных звеньев
Строение амилопектина
Гликоген – служит резервом углеводов в организме человека и животных (животный крахмал). У человека и животных содержится во всех клетках, но больше всего в печени (10 -20%) и мышцах (≈4%). Помимо животных тканей в небольшом количестве содержится в грибах и некоторых микроорганизмах.
Все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа, сопровождаются расщеплением гликогена с высвобождением α-Dглюкопиранозы
По строению гликоген подобен амилопектину, но имеет более разветвленное строение. В гликогене между точками разветвления содержится 10 -12 глюкозных звеньев, иногда их может быть 6
Компактная и сильно разветвленная структура гликогена способствует выполнению энергетической функции, т. к. только при наличии большого числа концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы
В сухом виде гликоген – белый аморфный порошок. Гликоген, в отличие от крахмала, дает с йодом красно-бурое окрашивание В кислой среде гликоген гидролизуется количественно с образованием глюкозы, которую можно определить любым количественным методом. Эта реакция гидролиза применяется при анализе тканей на содержание гликогена
Декстраны – полисахариды бактериального происхождения, построены из α-D-глюкопиранозных остатков, соединенных преимущественно 1. 6 -гликозидными связями в основной цепи, а в местах разветвления α-1, 4 и α-1, 3 – гликозидными связями, реже – α-1. 2 -гликозидными связями. Макромолекулы декстрана сильно разветвлены
Гомополисахариды. Строение декстрана
Декстран имеет высокую молекулярную массу ≈ 300000400000, применяется для изготовления сефадексов для гельфильтрации. Частично гидролизованный декстран с молекулярной массой ≈ 50000100000 используют в качестве заменителя плазмы крови (полиглюкин)
14. 4. Гетерополисахариды В животных организмах важную роль играют гетерополисахариды, состоящие из различных моносахаридных звеньев. Чаще всего они состоят из повторяющихся дисахаридных блоков (реже бывают 3 -4 -звенные блоки, например, в полисахаридах бактерий)
К полисахаридам соединительной ткани относят: хондроитинсульфат и гиалуроновую кислоту (кислые мукополисахариды). Соединительная ткань распределена по всему организму – кожа, хрящи, сухожилия, суставная жидкость, роговица глаза, стенки кровеносных сосудов
Хондроитинсульфат – содержатся в коже, хрящах, сухожилиях Хондроитинсульфаты состоят из дисахаридных блоков, связанных β -1, 4 -гликозидными связями. В блоке один моносахарид – D-глюкуроновая кислота, второй – D-галактозамин, связаны между собой β-1, 3 гликозидными связями
Гетерополисахариды. Дисахаридный фрагмент хондроитинсульфата
Хондроитинсульфаты в свободном виде в организме не встречаются, обычно связаны с белками в виде протеогликанов
Гиалуроновая кислота построена из дисахаридных звеньев, соединенных β-1, 4 -гликозидными связями. В дисахаридном звене – один остаток – D-глюкуроновая кислота, второй – D-глюкозамин, ацилированный по аминогруппе. Между собой эти остатки связаны β -1, 3 -гликозидной связью
Гиалуроновая кислота содержится в стекловидном теле глаза, пуповине, хрящах, суставной жидкости, имеет высокую молекулярную массу ≈ 6. 10 Регулирует распределение жизненно-важных веществ в тканях
Растворы гиалуроновой кислоты обладают высокой вязкостью, что и обеспечивает непроницаемость соединительной ткани для болезнетворных бактерий
Гетерополисахариды. Дисахаридный фрагмент гиалуроновой кислоты
Гепарин – состоит из остатков дисахарид, один из моносахарид – Dглюкозамин (сульфированный по NН — и ОН(6) группе), второй – D- или Lуроновые кислоты, соединенных β 1, 4 — или α-1, 4 — гликозидными связями
Гетерополисахариды. Гепарин
Благодарим за внимание !
present5.com