Дисахариды, состав и структура основных представителей (сахароза, мальтоза, лактоза). Какие связи образуются между моносахаридными остатками?

Как классифицируются углеводы?

Углеводы –это органические вещества с общей формулой Cn(H₂О)m.

Углеводы - это многоатомные альдегидо- или кетоспирты и их производные.

Углеводы подразделяются на 3 класса:

1. Моносахариды (монозы, простые сахара) – простейшие углеводы, не гидрализующиеся с образованием более простых углеводов.

2. Олигосахариды (дисахариды) – углеводы, при гидролизе которых образуются от 2 до 10 моносахаридов.

3. Полисахариды ­– высокомолекулярные углеводы, при гидролизе которых образуются сотни и тысячи молекул моносахаридов.

A. Гомополисахариды

B. Гетерополисариды

Перечислите основные углеводы пищи. Каково значение этих углеводов организма?

Глюкоза –является обязательным компонентом пищи, содержится в растительных соках, плодах и фруктах. Является обязательным компонентом крови и тканей живых организмов. Содержание глюкозы в организме поддерживается на постоянном уровне. Резкие его колебания приводят к различным патологиям. Повышение уровня глюкозы в крови- гипергликемия наблюдается при сахарном диабете (СД), остром панкреатите, эпилепсии, сотрясении головного мозга и др. Снижение уровня глюкозы – гипогликемия бывает при передозировке инсулина, онкологических заболеваниях, некоторых инфекционных и токсических поражениях печени и т.д. Пополнение глюкозы в организме происходит или с пищей, или за счёт гликогена.

Охарактеризуйте моносахариды. Какие структурные особенности определяют их свойства? Значение моносахаридов, основные представители. Какие производные моносахаридов встречаются в клетке?

Моносахаридыимеют общую формулу Cm(H₂O)n.

Моносахариды – это полигетерофункциональные соединения. В их молекулах одновременно содержится одно оксо-группа (альдегидая или кетонная) и несколько гидроксильных групп.

Так же встречаются производные моносахаридов, в молекулах которых вместо одной ил нескольких гидроксильных групп содержаться другие заместители (аминосхара -NH₂ ; дезоксисхара и т.д.).

Основу моносахаридов составляет неразветвленная цепочка углеродных атомов, соединённых между собой одинарными связями. Один из атомов углерода связан двойной связью с атомом кислорода, образую карбонильную группу; ко всем остальным атомам углерода присоединены гидроксильные группы. Если карбонильная группа расположена в конце углеродной цепи, то моносахарид является альдегидом и носит название альдозы; если карбонильная группа находится в любом другом положении, то моносахарид является кетоном и носит названия кетозы.

К простейшим моносахаридом относятся две триозы: альдоза глицериновый альдегид (глицерид) и кетоза дигироксиацетон.

Моносахариды, в зависимости от числа атомов углеродов делятся на триозы (альдотриозы и кетотриозы), тетрозы, пептозы, гексозы и т.д. Наиболее широко распространены в природе гексозы, а именно альдогексоза D-глюкоза и кетогексоза D-фруктоза. Среди альдопептоз это D-рибоза и 2-дезоксирибоза,которые входят в состав нуклеиновых кислот.

Все моносахариды, за исключением дигироксиацетона, имеют один или несколько ассиметричных, или хиральных атомов углерода, и следовательно, могут встречаться в виде оптически активных изомеров.

Относительную конфигурацию моносахаридов, т.е. принадлежность к L- или D-стереохимическому ряду, определяется по конфигурационному стандарту- глицериновому альдегиду. С конфигурацией его хирального центра сравнивается конфигурация ассиметричного атома углерода моносахарида, наиболее удаленного от оксо-группы. Это предпоследний углеродный атом в цепной, незамкнутой формуле моносахаридов. При совпадении конфигурации этого атома углерода с конфигурацией D-глицеринового альдегида, моносахарид в целом относят к D-ряду, а при несовпадении к L-ряду.

Число стереоизомеров определяется по формуле 2ⁿ, где n-количество хиральных атомов углерода в молекуле. Например, в альдогексозе имеется 4 хиральных атома углерода. Ей соответствуют 2⁴ , т.е. 16 стереоизомеров.

Следует отметить, что подавляющее большинство моносахаридов – это стереоизомеры D-ряда. Однако, в растениях и некоторых видах бактерий встречаются моносахариды и L-ряда.

Выше изложены линейные формулы моносахаридов. Такая конфигурация соответствует лишь триозам и тетрозам; что касается моносахаридов, скелет которых состоит из 5 и более атомов углерода, то в растворах они существуют в виде замкнутых циклических структур. Это обусловлено тем, что они способны находится в выгодной клешневидной конформации. При этом карбонильная группа сближается в пространстве со спиртовой группой. Нуклеофильный атом кислорода -ОН группы атакует электрофильный атом углерода карбонильной группы. В результате их внутримолекулярного взаимодействия по механизму нуклеофильного присоединения происходит замыкание цикла и образуется циклическая полуацеталь. При этом группы атомов, находящиеся в ценой, незамкнутой формуле слева от линии углеродной цепи, располагаются над циклом, а находящиеся справа –под циклом. Исключение составляет ОН-группа, которая образуется при циклизации и называется полуацетальной или гликозидной. Она может располагаться как над (L-ряд), так и под ним (D-ряд).

Альдогексозы при циклизации образуют пиранозные кольца, из-за сходства с кольцом пирана.

Альдопептозы (Рибоза и 2-дезоксирибоза) и кетогексозы (фруктоза) образуют при циклизации фуроназные кольца, из за сходства с кольцом фураном.

Простые моносахариды легко восстанавливают такие окислители, как феррицианид, перекись водорода и ионы двухвалентной меди. В этой реакции окисляется карбонильная группа сахаров и восстанавливается окислитель. Глюкозу и другие сахара, способные восстанавливать окислители, называют восстанавливающими (редуцирующими) сахарами. Это свойство использует при анализе сахаров. Измеряя количество окислителя, восстановленное раствором сахара, можно вычислить концентрацию сахара.

Дисахариды, состав и структура основных представителей (сахароза, мальтоза, лактоза). Какие связи образуются между моносахаридными остатками?

Среди олигосахаридов выделяют дисахариды, состоящие из двух ковалентно связанных моносахаридов. У большинства дисахаридов химическая связь между двумя моносахаридами называется гликозидной, она образуется в результате взаимодействия гидроксильной группы одного из сахаров с аномерным атомом углерода второго сахара. Гликозидные связи легко гидролизуются кислотами, но устойчивы к действию оснований. Поэтому моносахаридные компоненты можно гидролизовать и получить в свободном виде их моносахаридные компоненты путем кипячения в разбавленной кислоте.

Дисахариды широко распространены в природе: наиболее часто встречаются сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза.

Простейшим дисахарид – мальтоза (солодовый сахар). Состоит из остатков α-D-глюкопиранозы и α- (или β)-D-глюкопиранозы, соединенных между собой α-1,4-гликозидной связью.

Лактоза (молочный сахар). Лактоза состоит из остатков β-D-галактопиранозы и α- (или β)- глюкопиранозы, связанных β-1,4-гликозидной связью.

Все перечисленные дисахариды относятся к восстанавливающим сахарам, т.к. они содержат одну потенциально свободную карбонильную группу, которая может быть окислена.

Сахароза, или тростниковый сахар, - состоит из α-D-глюкопиранозы и β-D-фруктофуранозы, связанных α-1,2-гликозидной связью. Относится к невосстанавливающимся дисахаридам.

Дайте понятие о гликопротеидах. Перечислите углеводные компоненты, входящие в состав простетической части гликопротеинов. Какова роль углеводной части гликопротеина? Назовите представителей гликопротеинов. Какие функции выполняют гликопротеины (приведите примеры).

Гликопротеины – это белки, которые содержат ковалентно присоединенные углеводы- отдельные моносахариды или сравнительно короткие олигосахариды. Углеводная часть в молекуле гликопротеина может составлять от 1 до 30%.