Моносахариды и их ферментативные превращения
Моносахариды и их ферментативные превращения
1. Классификация углеводов
2. Монозы и их характеристика
3. Взаимные превращения моносахаридов
I. Классификация углеводов.
Углеводы – полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны с общей формулой (СН2О)n, наиболее распространенный на земле класс органических соединений. Они составляют 85-90% всей массы растительного организма.
Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в круговороте веществ в природе они играют роль своеобразного моста между органическими и неорганическими соединениями.
Классификация углеводов основана на их структуре и физико-химических свойствах. Структурную классификацию этих веществ можно представить в виде следующей схемы:
УГЛЕВОДЫ
(САХАРИДЫ)
МОНОСАХАРИДЫ монозы  (от 3 до 10 С-атомов) | ОЛИГОСАХАРИДЫ  (от 2 до 10 остатков моносахаридов) | ПОЛИСАХАРИДЫ  (свыше 10 остатков моносахаридов) | ||||||||||
| Производные маносахаридов | Гомополисохариды | Гетерополисохариды | ||||||||||
 |    | |||||||||||
| Уроновые кислоты | Аровые кислоты | Гликозиды | Фосфосахара | |||||||||
Таким образом, условно углеводы делят на три подкласса: моносахариды, олигосахариды, полисахариды.
По физико-химическим свойствам углеводы делятся на нейтральные, содержащие только гидроксильные и карбонильные группы; основные, включающие кроме названных аминогруппу (аминосахара); кислотные, содержащие кроме гидроксильных и карбонильных групп карбоксильные группы.
Олигосахариды
1. Дисахариды и их характеристика.
2. Биосинтез дисахаридов.
3. Трисахариды и их характеристика.
Олигосахариды (сложные сахара или полисахариды 1-го порядка).
I. Дисахариды построены из соединенных между собой остатков моносахаридов. При этом могут соединяться две гексозы, две пентозы или же пентоза и гексоза. Соединение этих моносахаридов происходит за счет гликозидного гидроксила одного из моносахарида и одной из гидроксильных групп другого моносахарида. В результате выделяется молекула воды и образуется дисахарид. При нагревании с кислотами или под действием соответствующих ферментов происходит гидролиз дисахаридов, которые распадаются на две молекулы моносахаридов.
Сахароза под действие фермента b-фруктофуранозидазы (инвертаза или сахараза) распадается на глюкозу и фруктозу, лактоза под действием фермента b-галактозидазы (лактаза) – на глюкозу и лактозу, мальтоза под действием мальтазы гидролизуется на две молекулы глюкозы.
Дисахаридами являются: сахароза, лактоза, мальтоза, мелибиоза, трегалоза, целлобиоза, гентиобиоза.
Сахароза (тростниковый сахар, свекловичной сахар) С12Н22О11. Широко распространена в растениях (в листьях, стеблях, семенах, фруктах, ягодах, корнях, клубнях). Играет огромную роль в питании человека. Легко растворима в воде. Хорошо сбраживается дрожжами.
Сахароза не содержит свободного гликозидного гидроксила и поэтому она является нередуцирующим сахаром. При гидролизе сахарозы образуется инвертный сахар (смесь глюкозы и фруктозы), так как при этом правовращающий раствор становится левовращающим.
Лактоза (молочный сахар). Содержится в молоке животных. Сбраживается лишь особыми, лактозными дрожжами, содержащимися в кефире и кумысе. В молекуле лактозы имеется один свободный гликозидный гидроксил в остатке глюкопиранозы. Лактоза является редуцирующим сахаром.
Мальтоза (солодовый сахар). Образуется при расщеплении крахмала под действием фермента b-амилазы. Содержится в большом количестве в солоде, и солодовых экстрактах. Является редуцирующим сахаром, состоит из двух молекул глюкозы.
II. Биосинтез дисахаридов.Наиболее хорошо изучен биосинтез сахарозы. Она используется для питания клетками животных и растений. В большом количестве содержится в сахарной свекле 15-20%, сахарном тростнике 16-18%.
Длительное время считалось, что сахароза синтезируется в растениях за счёт обратимости действия фермента инвертазы, но впоследствии было доказано, что в биосинтезе сахарозы важную роль играет фосфорная кислота. Это подтверждается тем, что при внесении фосфорных удобрений на свекловичные плантации увеличивает сахаристость сахарной свеклы и наоборот фосфорное голодание приводит к потери сахарозы в её клубнях. Впоследствии был выделен фермент сахарозофосфорилаза, катализирующий синтез сахарозы из глюкозо-1-фосфата и фруктозы. Она обнаружена лишь в некоторых бактериях. Этот фермент катализирует реакцию:
Глюкозо-1-фосфат + фруктоза ↔ сахароза + пирофосфат
Сахарозофосфорилаза обладает строгой специфичностью к глюкозо-1-фосфату. Замена его на галактозу-1-фосфат не приводит к синтезу сахарозы и, наоборот, данный фермент не обладает строгой специфичностью к фруктозе - замена фруктозы на другой сахар приводит к биосинтезу дисахарида. Сахарозофосфорилаза обладает трансферразной функцией и включается в систему переглюкозилирования. Эти системы были найдены в листьях свеклы, картофельной ботве, проростках фасоли, гороха. Важная роль здесь принадлежит УДР-глюкозе.
трансфераза
1. Глюкоза + АТР → глюкозо-6-фосфат + АДР
оксиизомераза
2. Глюкозо-6-фосфат → глюкозо-1-фосфат
3. УТР + глюкозо-1-фосфат → УДР-глюкоза + 2 Н3РО4
4. Фруктоза + АТР → фруктозо-6-фосфат + АДР
сахарозосинтетаза
5. УДР-глюкоза + фруктозо-6-фосфат → УДР + сахароза-6-фосфат
сахарозотрансфераза
6. Сахароза-6-фосфат → сахароза + Н3РО4
(фосфотаза)
Аналогично проходит биосинтез лактозы.
Галактоманнан имеет основную цепь, состоящую из b-1,4-связанных остатков D-маннозы. Боковые ветви представлены единичными остатками галактозы, присоединенными к остаткам маннозы a-1,6-гликозидной связью. Соотношение манноза : галактоза в галактоманнанах бобовых колеблется от 1:1 до 5,7:1.
галактоманнан
В пищевой промышленности галактоманнан применяют в качестве загустителя, структурообразователя, эмульгатора. Его вводят в состав супов, соусов, мороженного, йогуртов и других кисломолочных продуктов, кремов, желе, напитков, косметических изделий.
Конечными продуктами гидролиза галактоманнана являются глюкоза и манноза.
Маннозе принадлежит центральная роль в строительстве иммунной системы и снижение концентрации маннозы в крови приводит к снижению сопротивляемости организма по отношению к различным бактериям, вирусам. Маннозная недостаточность является причиной всевозможных дегенеративных болезней, таких как рак, лейкоз, СПИД. При полном отсутствии маннозы на клеточном уровне и не поступлении ее в аппарат Гольджи строятся «анормальные» гликопротеины, как внутри клетки, так и клеточные рецепторы.
Внесение маннозы в рацион кормления птиц улучшает их продуктивность и способствует развитию сильной иммунной системы, приводя к минимуму риск заболеваний, а также достижению оптимальных темпов роста.
В растительных организмах гексозаны легко превращаются в пентозаны. В биосинтезе гемицеллюлоз принимает участие ферментативная система трансглюкозилирования, катализирующая реакцию:
ГДР-манноза + (манноза)n ® ГДР + (манноза)n+1
или UДР-ксилоза + (ксилоза)n ® UДР + (ксилоза)n+1
Моносахариды и их ферментативные превращения
1. Классификация углеводов
2. Монозы и их характеристика
3. Взаимные превращения моносахаридов
I. Классификация углеводов.
Углеводы – полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны с общей формулой (СН2О)n, наиболее распространенный на земле класс органических соединений. Они составляют 85-90% всей массы растительного организма.
Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, в круговороте веществ в природе они играют роль своеобразного моста между органическими и неорганическими соединениями.
Классификация углеводов основана на их структуре и физико-химических свойствах. Структурную классификацию этих веществ можно представить в виде следующей схемы:
УГЛЕВОДЫ
(САХАРИДЫ)
| МОНОСАХАРИДЫ монозы (от 3 до 10 С-атомов) | ОЛИГОСАХАРИДЫ (от 2 до 10 остатков моносахаридов) | ПОЛИСАХАРИДЫ (свыше 10 остатков моносахаридов) | ||||||||||
| Производные маносахаридов | Гомополисохариды | Гетерополисохариды | ||||||||||
| | | |||||||||||
| Уроновые кислоты | Аровые кислоты | Гликозиды | Фосфосахара | |||||||||
Таким образом, условно углеводы делят на три подкласса: моносахариды, олигосахариды, полисахариды.
По физико-химическим свойствам углеводы делятся на нейтральные, содержащие только гидроксильные и карбонильные группы; основные, включающие кроме названных аминогруппу (аминосахара); кислотные, содержащие кроме гидроксильных и карбонильных групп карбоксильные группы.