Классификация и номенклатура углеводов, их общее свойства
Углеводы играют важную роль в жизни организма. При этом в фотосинтезе организма они занимают центральное место. Образованное в результате фотосинтеза большое количества крахмала и других углеводов являются источником энергии как для самих организмов, а также к организмам неспособных к фотосинтезу. Основная роль – энергетическая. Кроме того некоторые углеводы (крахмал и гликоген) используются как вещества в виде кот-х энергия запасается и храниться. Нерастворимые полимеры углеводов (хондритилсульфаты) выполняют опорную функцию это характерно для стенок бактерий и растений и соед. ткани животных. Углеводы также выполняют функции: защитная (синтез иммунных тел в ответ на антигены); гемостатическая (факторы свёртывания крови – I, II, VIII и др.); антисвёртывающая (гепарин); гомеостатическая (поддержания гомеостаза); осморегуляторная (глюкоза); обезреживающая (парные глюкуроновые кислоты); антилипидемическая (гепарин).
Углеводы представляют собой соединение углерода с водой, и имеет соотношение м\у числами атомов С:Н:О — 1:2:1. По химическому строению углеводы являются полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами.
Различают 2 основных класса:
1. Простые углеводы;
2. сложные углеводы.
1. Моносахариды растворяются в воде, но плохо растворяются в неполярных растворах, имеют сладкий вкус. Основу моносахарида составляет неразветвленная цепь углеродных атомов связанных м/у собой связью. Один из атомов образует карбонильную группу, ко всем остальным присоединяется ОН.
Если карбонильная группа расположена в конце, то моносахарид является альдегидом или альдозой. Если в другом положении, то кетозой. К простейшим моносахаридам относят глицеральдегид и дигидроксиацетон (это триазы). Соответственно моносахарид с 4,5,6 и др. атомов углерода: тетрозы, пентозы, гексозы. Каждая из таких видов может существовать в двух формах: альдопентозы и кетопентозы. Все моносахариды за исключением дигидроксимоноацетона имеют несколько хиральных центров, следовательно могут встречаться в активных. Строение стереоизомеров изображают с помощью перспективных форм или проекционных.
Проекционная формула (по методу Фишера):
Стериоизомерия возможна благодаря наличию в молекуле хиральных атомов углерода, то есть атомов, к которым присоединены четыре различных атома или группы. При хиральности (асимметричности) одного атома углерода в молекуле моносахарида ( например у триаз) возможны 2 стериоизомера: D и L (если ОН группа у 2-го атома углерода находится справа, то это D-стериоизомер, если слева—L-стериоизомер). Для тетроз, пентоз и др. где асимметричных атомов 2 и более, вид стериоизомера определяют по ОН-группе предпоследнего атома углерода (по последнему аимметричному). Например у глюкозы—по 5-ому.
Если наблюдается стериоизомерия по другим атомам углерода, то это явление носит название эпимерия, а также в-ва называются эпимерами. Например, L и D-глюкоза имеют по 8 эпимеров каждая (включая их самих). Наиболее важными эпимерами D-глюкозы являются D-галактоза и D-манноза.
Перспективные формулы Хеуорса:
Моносахариды с числом атомов углерода 5 и более способны из линейной формулы переходить в циклическую. Доказано, что цикл. форма преобладает. Существуют две цикл. формы моносахаридов: пиранозная и фуранозная. Заместители при хиральных атомах углерода располагаются над или под плоскостью кольца в зависимости от их конфигурации. ОН-группы, которые в фишеровской проекции находятся справа, в проекции Хеуорса располагаются под плоскостью кольца, а группы, находящиеся слева, — над плоскостью кольца. В растворе глюкозы более 99% молекул находится в пиранозной форме и менее 1% – в фуранозной.
Аномерия – это изомерия циклических молекул моносахаридов по карбонильному атому углерода. Для глюкозы это С1, для фруктозы С2. Если ОН-группа расположена внизу, то такая форма наз-ся а-формой, если вверху – в-формой. Процесс перехода из одной формы в другую наз-ся муторотация. Это связано с тем, что циклическая форма может раскрываться, и углерод какое-то время находится в линейной форме, при переходе вновь к циклической возможно образование уже другого аномера. Циклические молекулы моносахаридов имеют сложное пространственное строение (лодочка и кресло).
2. К сложным углеводам относятся дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
Дисахариды образуются из двух молекул моносахаридов с выделением молекулы воды (сахароза, лактоза, мальтоза и др.). Сахароза – образована мол-ми глюкозы и фруктозы, связанными а(1—4) связью. Лактоза – образована мол-ми галактозы и глюкозы в(1—4) связью. Мальтоза – двумя молекулами глюкозы а(1—4) связью.
Олигосахариды образованы 3-6 молекулами моносахаридов.
Полисахариды – гликоген, крахмал, целлюлоза и др. – синтезируются в результате полимеризации более шести моносахаридов, также с выделением молекулы воду. Выделяют гомополисахариды (мономером явл-ся один моносахарид) и гетерополисахарид (несколько).
Крахмал состоит из а-глюкозы. включает два главных компонента: амилоза(15-20%)(имеет неразвлетвлённыю спиральную структуру. Соединение а(1—4) и амилопектин образован разветвленными цепями из 25-30 остатков глюкозы каждая. Соединение а(1—4), в точках ветвления а(1—6).