Клиническое значение углеводов.
Наиболее важным углеводом крови является глюкоза, ее концентрация в крови здорового взрослого человека составляет 3,33 – 5,55 ммоль/л. Содержание глюкозы в плазме несколько выше 3,88 – 6,10 ммоль/л. Среди других углеводов можно отметить фруктозу 5,55 ммоль/л – 10,00 ммоль/л, следы галактозы, лактозы, мальтозы, сахарозы. Концентрация глюкозы в крови является результатом соотношения скоростей образования глюкозы из гликогена или других источников, всасывания ее из ЖКТ и утилизации тканями.
Уровень глюкозы крови в пределах 6-8 ммоль/л рассматривается, как пограничное состояние, а равный или превышающий 8 ммоль/л может служить диагнозом сахарного диабета.
В клинических лабораториях для диагностики нарушений функции поджелудочной железы определяют содержание глюкозы в крови и моче. Врожденные нарушения обмена гликозаминогликанов вызывают тяжелые осложнения, чаще всего несовместимые с жизнью. Определение активности ферментов, участвующих в их обмене, и продуктов обмена гликозаминогликанов используется для диагностики заболеваний соединительной ткани.
Общая характеристика глюкозы и фруктозы
Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, питания тканей мозга, работающих мышц, в том числе сердечной мышцы, поддержания необходимого уровня сахара крови и создания запасов гликогена печени
Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза. Однако она медленнее усваивается в кишечнике, и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70-80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщения крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген. Фруктоза отличается повышенной сладостью среди прочих сахаров.
Моносахариды: классификация по строению молекулы (альдозы, кетозы, пентозы, гексозы).
Обычные моносахариды представляют собой полиокси-альдегиды (альдозы) или полиоксикетоны (кетозы) с линейной цепью атомов углерода, каждый из которых (кроме карбонильного углерода) связан с гидроксильной группой.
Простейший из моносахаридов - глицериновый альдегид - содержит один асимметрический атом углерода и известен в виде двух оптических изомеров (D и L). Прочие моносахариды имеют несколько асимметрических атомов углерода; Различия между моносахаридами в каждом ряду обусловлены относительной конфигурацией остальных асимметрических центров.
Если в линейной форме молекулы моносахарида есть альдегидная группа, то такой углевод относится к альдозам, т. е. представляет собой альдегидоспирт (альдозу), если же карбонильная группа в линейной форме молекулы не связана с атомом водорода, то это кетоноспирт (кетоза).
Если в линейной форме молекулы гексозы есть альдегидная группа, то такой углевод относится к альдогексозам (например, глюкоза), а если только карбонильная, то - к кетогексозам (например, фруктоза).
Линейная и циклическая формулы глюкозы, фруктозы, галактозы, рибозы.
Линейные формы моносахаридов:
- D-глюкоза, D-галактоза, D-фруктоза, D – рибоза.
В результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных моносахариды могут существовать в двух формах: линейной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной). В растворах моносахаридов эти формы находятся в равновесии друг с другом. Например, в водном растворе глюкозаы существуют следующие структуры:
Циклические - и -формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца. В -глюкозе этот гидроксил находится в цис-положении к гидроксилу при С2, в -глюкозе - в транс-положении.
С учетом пространственного строения шестичленного цикла формулы этих изомеров имеют вид:
Аналогичные процессы происходят и в растворе рибозы:
Химические свойства моносахаридов и использование их в лабораторной практике.
Химические свойства различных моносахаридов схожи в силу сходства их строения.
Они
обладают свойствами восстановителей
(благодаря наличию альдегидной группы
в составе их молекулы). Восстановление
карбонильной группы моносахаридов в
спиртовую приводит к многоатомным
спиртам, называемым альдитами
(сахарные спирты). Ксилит,
сорбит - заменители
сахара при сахарном диабете. Сорбит
– как
промежуточное вещество для получения
Vit «С».
При окислении моносахаридов образуются уроновые кислоты, из которых важнейшей является глюкуроновая кислота, входящая в состав основного вещества соединительной ткани.
Реакции спиртовых гидроксильных групп. Моносахариды образуют простые и сложные эфиры. Особо важны фосфорные эфиры гексоз и пентоз, так как именно фосфорилированные сахара учавствуют в реакциях метаболизма.
Моносахариды могут присоединять аминогруппу (образуются глюкозамины) и ацетилироваться.
Являясь двуфункциональным соединением, глюкоза проявляет свойства многоатомного спирта и альдегида (в растворе) - качественная реакция.
Как многоатомный спирт при комнатной температуре реагирует с Cu(OH)2, образуя раствор синего цвета.
Как альдегид окисляется аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала) или гидроксидом меди(II).
Специфические реакции.
Кроме приведенных выше, глюкоза характеризуется и некоторыми специфическими свойствами - процессами брожения. Брожением называется расщепление молекул сахаров под воздействием ферментов (энзимов). Брожению подвергаются сахара с числом углеродных атомов, кратным трем. Существует много видов брожения, среди которых наиболее известны следующие:
a) спиртовое брожение
C6H12O6 2CH3–CH2OH(этиловый спирт) + 2CO2
b) молочнокислое брожение
C6H12O6 2CH3– |
CH–СОOH(молочная кислота) I OH |
c) маслянокислое брожение
C6H12O6 CH3–CH2–СН2–СОOH(масляная кислота) + 2Н2 + 2CO2
Методы определения моносахаридов.
Редуктометрические – основаны на свойстве глюкозы восстанавливать соли тяжелых Ме в щелочной среде (титриметрический метод Хагедорна и Йенсена, 1923 г).
Колориметрические методы базируются на определении в конечной точке. Они подразделяются на неферментные и ферментные.
Неферментные – образуются окрашенные соединения, благодаря способности глюкозы восстанавливать некоторые химические вещества и их свойству давать с определенными реактивами цветные комплексы.
Ортотолуидиновый метод – позволяет определить практически одну глюкозу.
Ферментные – используются энзимные реагенты, благодоря применению которых значительно увеличивается специфичность иетода.
Ферментативные методы
глюкозооксидазный;
гексокиназный;
в) Полу- и количественное экспресс-определение глюкозы в крови и моче с использованием методов «сухой химии» основано на визуальной либо объективной фотометрической индикации продуктов, образующихся в процессе ферментативного расщепления глюкозы исследуемой жидкости.
Для полуколичественной, скрининговой оценки содержания глюкозы в крови и моче используются тест-полоски.
г) Цветные (качественные) реакции на углеводы (Троммера, Ниландера).