4. Образование хелатных комплексов.

К ак многоатомные спирты моносахориды при действии гидроксидов переходных металлов, например гидроксида меди (II), образуют растворимые комплексы. Комплексообразование происходит за счет кислородов гидроксильных групп:

В ажнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками.

В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:

а) спиртовое брожение C₆H₁₂O₆ →2C₂H₅OH (этанол)+ 2CO₂

б) молочно-кислое брожение C₆H₁₂O₆ → 2CH₃-CH(OH)-COOH

молочная кислота

в) масляно-кислое брожение C₆H₁₂O₆ → C₃H7COOH + 2CO₂ + 2H₂O

масляная кислота

г) лимонно-кислое брожение

C₆H₁₂O₆ + O₂ →HOOC-CH₂-C(OH)(COOH)-CH₂-COOH + 2H₂O

лимонная кислота

д) ацетон-бутанольное брожение

2C₆H₁₂O₆→ С₄H₉OH + СH₃-СO-CH₃ + 5CO₂ + 4H₂

бутанол ацетон

В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 2920 кДж

Лекция 8

(продолжение 7)

У ГЛЕВОДЫ

В се полисахариды построены по типу гликозидов. При их образовании выделяется вода, как правило за счет полуацетального гидроксила одной молекулы и какого-либо гидроксила (полуацетального или обычного спиртового) другой молекулы, например:

П ри образовании дисахарида одна молекула моносахарида всегда образует связь со второй молекулой с помощью своего полуацетального гидроксила. Что касается второй молекулы моносахарида, то она может участвовать в образовании этой связи либо также своим полуацетальным гидроксилом, либо каким-либо из остальных, т.е. спиртовых, гидроксилов; в последнем случае один палуацетальный гидроксил в молекуле дисахарида будет оставаться свободным.

Олигосахариды (до 10 молекул моносахаров). 

Наиболее распространенными в природе олигосахаридами являются дисахариды.

Олигосахариды β- Мальтоза α-Лактоза Сахароза

Мальтоза образуется из полисахаридов как промежуточный продукт. Она состоит из двух остатков глюкозы, соединенных между собой α-1,4-гликозидной связью.

Лактоза содержится в молоке животных и человека. В состав лактозы входит остаток галактозы и глюкозы; эти монозы связаны между собой β-1,4-гликозидной связью.

Сахароза - наиболее распространенный и важный дисахарид, встречающийся в растительном мире. Сахароза является ценным питательным веществом для человека. Сахароза состоит из остатков α-D-глюкозы и β-D-фруктозы, связанных α, α-1,2-гликозидной связью.

П олисахариды представляют собой биополимеры, мономерами которых служат моносахариды. Если в составе полисахарида содержатся остатки моносахарида одного вида, его называют гомополисахаридом, если разных, - гетерополисахаридом. По своему функциональному назначению гомополисахариды могут быть разделены на две группы: структурные и резервные полисахариды. Важным структурным гомополисахаридом является целлюлоза, а главным резервным – гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно)

Крахмал - гомополисахарид, состоящий из остатков глюкозы. Он является одним из наиболее распространенных запасных полисахаридов растений. Крахмал накапливается в семенах, клубнях (40 - 78%) и других частях растений (10 - 25%). Крахмал состоит из двух фракций, отличающихся строением и свойствами: амилозы - 15 - 25% и амилопектина - 75 - 85%.

Фрагмент молекулы крахмала

Оба полимера построены в основном из остатков глюкозы, связанных в положении α(1→4).

Амилоза построена из остатков глюкозы, связанных кислородными "мостиками" (гликозидными связями) между первым атомом углерода одного остатка и четвертым углеродным атомом другого:

Глюкозные остатки образуют неразветвленную цепь с молекулярной массой от 16 до 160 кДа. Эта цепь в пространстве закручивается в спираль, но молекула в целом имеет нитевидную форму.

К физиологически важным гомополисахаридам относят крахмал и гликоген. К числу важнейших гетерополисахаридов - гиалуроновую кислоту, хондротинсульфат и гепарин.

Две молекулы α-глюкозы связываются с образованием мальтозы - солодового сахара (упрощенная формула):

Целлюлоза - наиболее распространенное органическое соединение. Она встречается в растительном мире в качестве структурного компонента клеточной стенки. Особенно богаты целлюлозой волокна хлопка (98 - 99%). Целлюлоза состоит из остатков глюкозы, связанных между собой β-1,4-гликозидньши связями.

Структура целлюлозы хорошо отвечает ее биологической задаче. Отдельные цепи целлюлозы связаны между собой водородными связями, что способствует образованию волокнистой и очень прочной структуры. В клеточных стенках растений волокна целлюлозы плотно упакованы в слои, которые дополнительно стабилизированы другими соединениями полисахаридной природы.

Целлюлоза не имеет питательной ценности для высших животных и человека, так как пищеварительные секреты слюны и ферменты желудочно-кишечного тракта не способны расщеплять 1,4-гликозидные связи до глюкозы.

Биологические функции полисахаридов

Энергетическая - крахмал и гликоген составляют "депо" углеводов в клетке; при необходимости они быстро расщепляются на легко усваиваемый источник энергии - глюкозу.

Опорная - хондроитинсульфат выполняет опорную функцию в костной ткани.

Структурная - гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин являются структурными межклеточными веществами.

Гидроосмотическая и ионрегулирующая - гиалуроновая кислота, благодаря высокой гидрофильности и отрицательному заряду, связывает межклеточную воду и катионы, регулируя межклеточное осмотическое давление.

Молекулы целлюлозы отличаются от крахмала, имеющего такую же брутто-формулу, более высокой степенью полимеризации. Последняя у целлюлозы составляет 2500-3000 и иногда доходит даже до 4000, тогда как у крахмала она находится в пределах 600-900. Кроме того, целлюлоза построена из звеньев β-глюкозы, а крахмал - из α-глюкозы. Указанные формы глюкозы очень мало отличаются друг от друга своим пространственным строением: (рис.1). Однако, как ни мало это различие, оно сказывается на строении полимеров и на их свойствах.

2) Поли – (>10 молекул)

Гликоген

Хитин

Хитин – главный скелетный полисахарид беспозвоночных и компонент клеточной стенки грибов и некоторых зеленых водорослей. В кутикуле членистоногих образует комплексы с белками, пигментами, солями кальция. Длинные параллельные цепи хитина также, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. По своей структуре хитин очень близок к целлюлозе, за одним исключением: при втором атоме углерода гидроксильная группа ОН заменена группой NН – СО–СН₃. Получают хитин обработкой исходного материала (обычно панцирей ракообразных) кислотами, щелочами или окислителями. Молекулярная масса выделенного хитина 151 –200 тыс. При обработке хитина щелочами в жестких условиях происходит N- дезацетилирование с образованием хитозана (растворимого в кислотах), который применяется в производстве бумаги и для удаления примесей из водных растворов. целлюлозахитин

К физиологически важным гомополисахаридам относят и гликоген.