АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Загальна характеристика вуглеводів

А. Моноцукриди — це вуглеводи, які не піддаються гідролізу з утворенням більш простих сполук. Їм відповідає загальна формула С_nН_2nО_n, де n = 4, 5, 6, 7, 8 і т. д.

Моноцукриди поділяють на альдози (містять альдегідну групу) і кетози (містять кетогрупу). Залежно від числа атомів карбону в ланцюзі моносахаридів розрізняють тетрози С₄Н₈О₄, пентози С₅Н₁₀О₅, гексози С₆Н₁₂О₆, гептози С₇Н₁₄О₇ і т. д. Найбільш поширені альдози і кетози, що належать до пентоз (рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, арабіноза) і гексоз (глюкоза, маноза, галактоза, фруктоза).

У природі поширені в основному D-ізомери моносахаридів, серед яких крім D(+)-глюкози найчастіше трапляються такі альдо- і кетогексози:

D (+)-Маноза D (+)-Галактоза D (—)Фруктоза

альдопентози:

D (—)-Рибоза D (—)-Арабіноза D (+)-Ксилоза

У розчинах моноцукриди перебувають одночасно в ациклічній (ланцюговій) і циклічній формах з шестичленним (піранозним) або п'ятичленним (фуранозним) кільцем. Обидві форми є структурними ізомерами — таутомерами, оскільки перебувають у стані рівноваги:

Фуранозна форма Ациклічна форма Піранозна форма

D-глюкози D-глюкози D-глюкози

Рівновага сильно зміщена в бік циклічної форми, у вигляді якої моноцукриди вступають у реакції конденсації при утворенні полісахаридів, нуклеїнових кислот, глікозидів та інших сполук. У кристалічному стані моноцукриди мають циклічну форму.

Циклічна форма утворюється внаслідок внутрішньомолекулярної взаємодії карбонільної групи з просторово найближче розміщеною спиртовою групою.

Ці формули не дають повного уявлення про просторове розміщення всіх частин молекули моноцукриду. Щоб передати просторову конфігурацію

моноцукрида англійський дослідник Н. Хеуорс запропонував для циклічних структур моносахаридів перспективні формули. У них атоми й атомні групи, розміщені в проекційних формулах праворуч, зображують знизу площини кільця, а розміщені ліворуч — зверху площини кільця. Атоми вуглецю, що утворюють кільце, часто не пишуть. Н. Хеуорс також запропонував називати моноцукриди з шестичленним кільцем піранозами, а з п'ятичленним — фуранозами (назви походять від назв кисневмісних гетероциклічних сполук — фурану і пірану з префіксом від назви моноцукриду. Для прикладу наведемо циклічні формули деяких гексоз і пентоз та їх назви.

α-D-Глюкоза β-D-Глюкоза

(α-D-глюкопіраноза) (β-D-глюкопіраноза)

α-D-Фруктоза β-D-Фруктоза

(α-D-фруктофураноза) (β-D-фруктофураноза).

α-D-Рибоза β-D-Рибоза

(α-D-рибофураноза) (β-D рибофураноза)

Слід зазначити, що проекційні формули Н. Хеуорса, зокрема гексоз, не відображають їхньої справжньої конформації. Дослідженнями Рівса та інших авторів встановлено, що піранозне кільце, подібно до циклогексану, може набувати конформацію у формі крісла або ванни:

Форма крісла Форма ванни

З моноцукридів у природі найпоширенішими є пентози і гексози. Вони зустрічаються у вільному стані, а також входять до складу різних цукридів, глікозидів, глікопротеїдів, гліколіпідів та багатьох інших речовин, які відіграють важливу роль у процесах життєдіяльності організму.

L(+)-Арабіноза. Арабіноза належить до групи альдоз;

L(+)-Арабіноза

Вона досить поширена в природі, зокрема трапляється в складі слизу, геміцелюлози, пектинових речовин рослин. Її добувають при гідролізі вишневого клею і цукрових буряків. Вона виявлена в полісахаридах, виділених з туберкульозної палички.

D(+)-Ксилоза. За хімічним складом ксилоза також належить до альдоз:

D (+)-Ксилоза

Вона є складовою частиною багатьох рослинних полісахаридів — пентозанів (С₅Н₈О₄)_n. Багато ксилози у складі полісахаридів деревини, соломи і кукурудзяних качанів. Використовується ксилоза як поживне середовище при вирощуванні кормових дріжджів, а також у кондитерській справі.

D(+)-Рибоза. Вона, як і попередні представники моноз, є альдозою. Рибоза входить до складу нуклеотидів і рибонуклеїнових кислот, окремих коферментів і деяких інших біологічно активних сполук. В організмі людини і тварин рибоза утворюється у процесі перетворення вуглеводів.

D(+)-Дезоксирибоза. Дезоксирибоза також є альдозою, але вона відрізняється від рибози відсутністю атома кисню біля другого вуглецевого атома. Дезоксирибоза входить до складу ДНК. В організмі вона утворюється під час відновлення рибози.

D (+)-Глюкоза (виноградний цукор). Глюкоза найбільш поширена у природі і відіграє важливу роль у життєдіяльності організмів. У вільному стані велика кількість глюкози (17—20 %) міститься у винограді (звідси назва виноградний цукор) та в інших солодких плодах. Глюкоза — обов'язкова складова частина крові людини і тварин, лімфи, церебральної рідини. У незначній кількості вона є в сечі. Глюкоза є в багатьох олігосахаридах. З неї побудовані поліцукриди — крохмаль, глікоген, целюлоза.

Глюкоза кристалізується з однією молекулою води, температура плавлення її 146°С, добре розчиняється у воді. Розчини глюкози різної концентрації (10, 20, 40%) досить широко використовують як лікувальні засоби при багатьох захворюваннях.

Як уже зазначалося, глюкоза має здатність до відновлення й окиснення. При цьому утворюються відповідні спирти і кислоти.

Добувають глюкозу гідролізом крохмалю з участю різних амілаз:

(n – 1) Н₂О

(С₆Н₁₀О₅)_n n С₆Н₁₂О₆

D(+)-Галактоза. Галактоза, як і глюкоза, належить до альдогексоз. Відрізняється вона від глюкози характером розміщення ато­ма водню і гідроксилу біля четвертого вуглецевого атома:

B організмі людини і тварин галактоза зустрічається в складі дицукридів лактози (молочного цукру) і мелібіози, трицукриду — рафінози. Вона входить також до складу ліпідів нервової системи і головного мозку. Міститься галактоза і в складних білках — глікопротеїдах.

Галактоза в організмі людини і тварин за участю ферментних систем може перетворюватися на глюкозу.

D (—)-Фруктоза. Фруктоза, або плодовий цукор належить до кетогексоз. Вона обертає площину поляризації світла вліво, тому її ще називають левульозою.

Фруктоза досить поширена у природі. Вона входить до складу дисахариду сахарози (бурякового або тростинного цукру). Суміш фруктози і глюкози становить основну частину меду. Вона входить також до складу рослинного полісахариду — інуліну. В невеликих кількостях фруктоза міститься у крові людини і тварин. ЇЇ фосфатні ефіри є проміжними сполуками обміну вуглеводів в організмі.

Фруктоза добре розчинна у воді. Вона утворює кристали складу 2C₆Н₁₂О₆·Н₂О. Серед усіх моноцукридів фруктоза найсолодша. Вона в 2,5 рази солодша за глюкозу і в 1,7 рази — за цукрозу.

Фруктоза при нагріванні з кислотами піддається деструкції з утворенням 5-оксиметилфурфуролу. В організмах людини і тварин фруктоза перетворюється на глюкозу.

Б. Олігоцукриди — вуглеводи, молекули яких утворюють­ся з двох — десяти залишків моносахаридів, які зв'язані між собою глікозидними зв'язками. Це кристалічні, добре розчинні у воді, час­то солодкі на смак речовини. їх ще називають цукроподібними вуглеводами. Серед олігосахаридів найбільше значення мають дицукриди.

Дицукриди — складні вуглеводи, молекули яких побудовані з двох молекул моносахаридів. Існують два способи сполучення і моносахаридів з утворенням дисахаридів і виділенням молекули води. Перший — взаємодія глікозидних гідроксилів обох молекул моносахаридів. Дицукриди, в молекулах яких глікозидні гідроксили зв'язані, існують лише в циклічній формі і не можуть ізомеризуватись в альдегідну форму. Вони не мають відновних властивостей і їх часто називають невідновлюючими.

Другий спосіб утворення дисахаридів — взаємодія глікозидного гідроксилу однієї молекули моноцукриду з одним із чотирьох неглікозидних гідроксилів другої молекули моноцукриду. У молекулі такого дицукриду зберігається один глікозидний гідроксил, який легко ізомеризується в альдегідну групу. Такі дицукриди існують у двох таутомерних формах — циклічній і альдегідній, які зв'язані між собою динамічною рівновагою. Вони мають відновні властивості і їх називають відновлюючими.

Серед дицукридів найбільш поширені і мають важливе значення у харчуванні людини цукроза, лактоза, мальтоза і целобіоза.

Цукроза (буряковий або тростинний цукор). Цукроза містить залишки α -D(+)-глюкози і β-D(—)-фруктози, глікозидний зв'язок між якими виникає за участю обох напівацетальних гідроксилів. Іншого типу зв'язок називається глікозидо-глікозидним, а дицукриди, що його мають,— глікозидо-глікозидами. Раціональна назва цукрози — α-D-глюкопіранозил-(1→2)-(β-D-фруктофуранозид:

α-D(+) –Глюкоза β-D(-)-Фруктоза Цукроза

Цукроза — кристалічна речовина, солодка на смак, добре розчин­на у воді. У промисловості добувають переробкою цукрових буряків (містять до 27% сахарози) або цукрової тростини. При гідролізі, що відбувається під впливом слабких кислот або ферментів, гідролізат набуває лівого обертання, тоді як вихідний розчин сахарози має праве обертання. У зв'язку з цим гідроліз цукрози дістав назву інверсії (від лат. inversia — перевертання), а суміш однакових кількостей а-D-глюкози і β-D-фруктози, що утворюється після гідролізу, називають інвертним цукром. Природним інвертним цукром є мед.

Лактоза. Цей дицукрид міститься в молоці. У коров'ячому молоці її 4-5%. При гідролізі лактози утворюються β-D-галактопіраноза і α-D-глюкопіраноза. У молекулі лактози є один глікозидний гідроксил, тому в кристалічному стані вона має циклічну будову, а в розчинах існує у двох таутомерних формах — циклічній і альдегідній, які зв'язані між собою динамічною рівновагою:

Лактоза (циклічна форма) Лактоза (альдегілна форма)

Лактоза має відновні властивості. Лактоза менш солодка, ніж сахароза. Раціональна назва лактози — β-D-галактопіранозил-(1→4)-D-глюкопіраноза.

Мальтоза, або солодовий цукор. Мальтоза — продукт неповного гідролізу крохмалю, що відбувається під впливом ферменту амілази. У результаті гідролізу молекули мальтози утворюються дві молекули α-D-глюкопіранози. Мальтоза називається ще α-D-глюкопіназил-1 (1→4)-D-глюкопіранозою.

У молекулі мальтози є один глікозидний гідроксил, тому в кристалічному стані вона має циклічну будову, а в розчинах існує в двох таутомерних формах: циклічній і альдегідній, які зв'язані між собою динамічною рівновагою:

Мальтоза (циклічна форма) Мальтоза (альдегідна форма)

Мальтоза має відновні властивості, вона менш солодка, ніж цукроза.

Целобіоза — це проміжний продукт гідролізу целюлози. При гідролізі целобіози утворюються дві молекули β-D-глюкопіранози. У молекулі целобіози є один глікозидний гідроксил, тому в розчинах вона існує в двох таутомерних формах:

Целобіоза (циклічна форма) Целобіоза (альдегідна форма)

Целобіоза має відновні властивості. Целобіоза добре розчинна у воді, майже не солодка. Раціональна назва — β-D-глюкопіранозил-(1→4)-D-глюкопіраноза.

В. Поліцукриди. Це природні високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з сотень або навіть тисяч залишків моносахаридів, зв'язаних між собою глікозидними зв'язками, які розщеплюються при гідролізі. На відміну від олігоцукридів, вони не солодкі на смак, у воді не розчиняються (целюлоза) або утворюють колоїдні розчини (крохмаль, глікоген), при нагріванні, не плавлячись, розкладаються.

Поліцукриди поділяють на гомополіцукриди (побудовані з однакових залишків моносахаридів) і гетерополіцукриди (побудовані з різних залишків моносахаридів).

Найважливішими серед полісахаридів є крохмаль, глікоген, целюлоза. Це гомополіцукриди, що складаються з залишків D(+)-глюкози і відповідають загальній формулі (С₆Н₁₀О₆)_n. Відмінність у властивостях цих сполук зумовлена особливостями їх будови.

Дата добавления: 2015-11-25 | Просмотры: 1915 | Нарушение авторских прав