ТЕМА: УГЛЕВОДЫ I

Цель: Дать представления о структуре и свойствах, переваривании и всасывании углеводов; усвоить основные пути тканевых превращений глюкозы, молекулярные механизмы депонирования и мобилизации гликогена, механизмы регуляции уровня сахара в крови.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Углеводы, их классификация и функции.

2. Обмен углеводов.

3. Переваривание углеводов.

4. Влияние инсулина на перемещение транспортёров глюкозы  из цитоплазмы в плазматическую мембрану.

Углеводы, их классификация.

Углеводы (У) – это органические соединения, содержащие альдегидную или кето- группы, и являющиеся производными многоатомных спиртов.

Термин «углеводы» предложен в 1844г. К. Шмидтом, т.к. в то время полагали, что их общая формула представляет собой: Сх(Н2О)n – т.е. углерод + вода. Дальнейшие исследования показали, что это не так. Например: формула дезоксирибозы С₅Н1oО₄. Поэтому позднее было предложено этот класс веществ называть глицидами. Углеводы широко распространены в природе. В растениях их содержание ≈ 80%, в тканях животных всего ≈ 2%. Для животных организмов их значение велико.

Функция углеводов.

- энергетическая: при окислении У выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях (при распаде 1г У выделяется ≈ 4,1% ккал).

- пластическая: продукты обмена У являются источниками для синтеза Ж, Б, НК, АК.

- опорная: целлюлоза оболочек растительных клеток образует опорные ткани растений.

- защитная: У учувствует в построении клеточных мембран.

Классификация углеводов

Моносахариды – это производные многоатомных спиртов, у которых одна гидрокси-группа (ОН) замещена на карбонильную (С=О альдегидную или кето) группу. Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой, при любом другом положении моносахарид является кетоном и называется кетозой.

Номенклатура: наименования моносахарам дают в зависимости от числа атомов С + окончание – оза. Три атома углерода - триоза, 4 - тетроза, 5 - пентоза, 6 - гексоза, 7 - гептоза, и т.д.

Н₂С – ОН Н₂С – ОН Н С = О

| | |

С = О  НС – ОН  НС­_­­­­* – ОН

| | |

Н₂С – ОН Н₂С – ОН Н₂С – ОН

дегидроксиацетон трехатомный спирт глицеральдегид

(кетотриоза) (глицерин) (альдотриоза).

- Моносахара обладают оптической активностью и пространственной изомерией.

N=2ª, где N – число изомеров, а - количество хиральных атомов.

Т.о. у альдотриозы м.б. 2=2¹ изомера.

- Если ОН-гр. у последнего хирального атома С находится слева, то это L – ряд, а если справа, то это моносахара Д-ряда. У нас изображен Д – глицеральдегид.

α, D- глюкопираноза

- Если раствор этого соединения вращает плоскость поляризованного луча вправо, то обозначает «+», а если влево, то знаком «-». Направление угла вращение заранее непредсказуемо: например природная глк (+), а фрк (-).

- Формулы моносахаридов м.б. линейными и циклическими. Их называют соответственно формулами Фишера и Хеуорса.

- В зависимости от того, ОН-гр. какого из углеродов атомов участвует в образовании полуацетеля, могут образоваться пяти- или шестичленные циклы, которые по аналогии с органическими соединениями называются фуранозными или пиранозными структурами.

- В циклических молекулах пентоз и гексоз появляется еще один хиральный атом и новая пара изомеров (α- и ß- формы). Если Он-группа у С₁­ располагается над плоскостью, то это ß- форма, а если под плоскостью, то это α -форма.

Олигосахариды – это сложные молекулы, содержащие в своем составе от 2-х до 10 мономеров звеньев.

Различают дисахариды, трисахариды и т.д.

Дисахариды– это сложные молекулы, которые при гидролизе распадаются на 2 молекулы моносахаридов.

Мальтоза – состоит из 2-х молекул α-глюкозы, соединенных 14 гликозидной связью

 α -Д-глюкопиранозил (14) α –Д-глюкопираноза

Изомальтоза –состоят из 2-х молекул α -Д-глюкозы, (16) гликозидной связью

α -Д-глюкопиранозил (16) α –Д-глюкопираноза

Целлобиоза – состоит из 2-х молекул ß-глюкозы, соединенных 14 глик. связью

ß-целлобиоза (14)

Лактоза состоит из ß-галактозы и α-глюкозы, соединенных (14) гликозидной связью ß-Д галактопиранозил (14) Д-глюкопираноза

Сахароза – состоит из α-глюкозы и ß-фруктозы, соединенных 12 гликозидной связью

α -Д-глюкоиранозил (12) ß –Д-глюкофуранозаранозид

Трисахариды – раффиноза (фруктоза+глюкоза+галактоза)

Полисахариды (полиозы) – это глициды, содержащие от 10 до несколько тысяч мономеров.

По строению высшие полиозы делят на следующие группы:

I.   Гомополисахариды, состоящие из остатков одного какого-либо  моносахарида:

а)   из остатков глюкозы — крахмал, гликоген, декстран, целлюлоза и др.;

б)   из остатков маннозы, галактозы, ксилозы, L-арабинозы — маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны;

в)   из остатков галактуроновой кислоты — пектиновые вещества;

г)   из остатков глюкозамина — хитин насекомых и грибов

II.  Гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов и их производных:

а)   гемицеллюлозы (компоненты крови);

б)   камеди, слизи;

в)  мукополисахариды или протеиногликаны (свободные и связанные с белками, например, в гликопротеинах: гепарин, хондроитинсульфаты, групповые вещества крови).

По биологическим функциям высшие полиозы делят на следующие группы:

I. Структурные полисахариды, играющие опорную роль в организмах растений и животных: целлюлоза и пектиновые вещества растений, хитин насекомых и грибов.

П. Резервные полисахариды, являющиеся источником энергии для живых  организмов:  крахмал, гликоген, инулин.

Крахмал [C6 H10O5]n; Мr 105–107Да. Это резервный гомополисахарид, состоит из 2-х гомополисахаридов; амилозы – линейной формы, и амилопектина – разветвленной формы. Доля амилозы ≈10-30%, сод. до 1 тысяч остатков глк. в амилопектине (его доля в крахмале ≈90-70%) глюкозных остатков в 20-30 раз больше. Остатки глк в амилозе и линейных участках амилопектина соединяется 14 гликозидной связью; в точках разветвления 16 гликозидной связью. амилоза

Гликоген[C₆ H₁₀ O₅]_n – главный энергетический резерв человека и животных. Формула аналогична формуле крахмала. Mr 10⁵–10⁸Да . Особенно много его в печени (до 10%) и мышцах (до 4% от сухой массы). Состоит также из амилопектина, только молекула более компактная, т.к. имеет более разветвленную структуру.

Крахмал и гликоген при кислотном гидролизе распадаются сначала на декстрины, затем на дисахариды – мальтозу и изомальтозу, затем на две глюкозы.

Целлюлоза (клетчатка) – это структурный полисахарид растительного происхождения, состоящий из ß-D–глюкопиранозных остатков, соединенных 14 гликозидной связью. Mr=1-2млн Да. В организме человека и животных не переваривается; т.к. отсутствует фермент ß–глюкозидаза. В присутствии в пище оптимального количества целлюлозы формируются каловые массы.