
7 семестр / Углеводы-строение
.pdfЛекция № 5
Структура и свойства моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов
Общая характеристика углеводов
•Углеводы – это природные соединения, имеющие в подавляющем
большинстве состав Cn(H2O)m. Их подразделяют на низкомолекулярные углеводы и продукты их поликонденсации.
•Моносахариды – мономеры, из остатков которых состоят углеводы более сложного строения (глюкоза, фруктоза, рибоза, галактоза, манноза и их функциональные производные – аминосахара, дезоксисахара ит.д.).
•Олигосахариды – олигомеры, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков (дисахариды – манноза, целлобиоза, лактоза, сахароза).
•Полисахариды – полимеры, включающие до нескольких тысяч моносахаридных звеньев (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, гиалуроновая кислота).
Биологические функции углеводов
•Энергетическая. В таких углеводах, как сахара и крахмал, заключено основное
количество калорий, поступающих с пищей человеком, почти всеми животными и многими бактериями. Центральное место углеводы занимают и в метаболизме зеленых растений и других фотосинтезирующих организмов,
утилизирующих солнечную энергию для синтеза углеводов из CO2 и H2O.
Образующиеся в результате фотосинтеза огромные количества крахмала и
других углеводов играют роль главных источников энергии и углерода для неспособных к фотосинтезу клеток животных, растений и моносахаридов. Крахмал и гликоген используются как временные депо глюкозы.
•Структурная. Нерастворимые полимеры углеводов выполняют функции
структурных и опорных элементов в клеточных стенках бактерий и растений, а
также в соединительной ткани и оболочках животных клеток. (Хитин, гиалуроновая кислота, целлюлоза и др.)
•Биологическая специфичность клеток. Углеводы других типов служат в качестве смазки в суставах, обеспечивающих слипание клеток и придают
биологическую специфичность поверхности животных клеток (Гиалуроновая
кислота, хондроитинсульфат, антигенные компоненты поверхности клеток и др.).

Моносахариды. Строение
Моносахариды – это полигидроксикарбонильные соединения, в которых
каждый атом углерода (кроме карбонильного) связан с группой ОН. Общая формула моносахаридов – Сn(H2O)n, где n =3-9.
По химическому строению различают:
•альдозы – моносахариды, содержащие карбонильную группу в положении 1
- альдегидную группу;
•кетозы – моносахариды, содержащие карбонильную группу,как правило, в положении 2.
В зависимости от длины углеродной цепи моносахариды делятся на
триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.
|
CHO |
|
CHO |
||
H |
C |
OH |
HO |
C |
H |
|
CH OH |
|
CH OH |
||
|
|
2 |
|
|
2 |
D-глицеральдегид |
L-глицеральдегид |

Альдозы
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Семейство D -альдоз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
D-глицеральдегид |
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-эритроза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-треоза |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|
|
|
|
|
CHO |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
OH |
|
|
|
|
|
|
HO |
|
H |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
HO |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
HO |
H |
|
|
|
|
|
|
HO |
H |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-рибоза |
|
|
|
|
|
|
|
D-арабиноза |
|
|
|
D-ксилоза |
|
|
|
|
|
|
D-ликсоза |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
|
|
|
CHO |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
HO |
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
H |
|
OH |
HO |
|
H |
H |
|
OH |
HO |
|
|
|
|
H |
H |
|
|
|
|
OH |
HO |
|
H |
H |
|
HO |
|
|
|
|
H |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
H |
|
OH |
H |
|
OH |
HO |
|
H |
HO |
|
|
|
|
H |
H |
|
|
|
|
OH |
H |
|
OH |
HO |
|
H |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
|
OH |
HO |
|
|
|
H |
HO |
|
|
H |
HO |
|
|
H |
HO |
|
|
H |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
|
OH |
H |
|
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
H |
|
|
|
OH |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
|
|
|
CH2OH |
||||||||||||||||||||
D-аллоза |
D-альтроза D-глюкоза |
D-манноза |
D-гулоза |
D-иодоза D-галактоза D-талоза |
Энантиомеры, диастереомеры, эпимеры – знать различия!

|
|
|
Кетозы |
|
|
|
|
|
Семейство D-кетоз |
||
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
C=O |
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
дигидроксиацетон |
||
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
C=O |
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
D-эритрулоза |
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
C=O |
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
H |
OH |
|
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
D-рибулоза |
|
|
|
|
|
CH OH |
|
CH OH |
|
CH OH |
|
|
|
2 |
||
|
2 |
|
2 |
|
|
|
C=O |
|
C=O |
|
C=O |
H |
OH |
HO |
H |
H |
OH |
H |
OH |
H |
OH |
HO |
H |
H |
OH |
H |
OH |
H |
OH |
|
CH OH |
|
CH OH |
|
CH OH |
|
|
|
2 |
||
|
2 |
|
2 |
|
|
D-псикоза |
D-фруктоза |
D-сорбоза |
|
CH OH |
|
2 |
|
C=O |
HO |
H |
H |
OH |
|
CH OH |
|
2 |
D-ксилулоза |
|
CH OH |
|
2 |
|
C=O |
HO |
H |
HO |
H |
H |
OH |
|
CH OH |
|
2 |
D-тагатоза |

Производные моносахаридов
|
CHO |
||
H |
|
|
NH |
HO |
|
|
2 |
|
|
H |
|
H |
|
|
OH |
H |
|
|
OH |
|
|
|
CH OH |
|
|
||
|
2 |
||
D-глюкозамин |
|
CHO |
||
H |
|
|
NH |
HO |
|
|
2 |
|
|
H |
|
HO |
|
|
H |
H |
|
|
OH |
|
|
|
CH OH |
|
|
||
|
2 |
||
D-галактозамин |
|
CHO |
|
|
CH |
|
|
2 |
|
H |
|
OH |
H |
|
OH |
|
|
CH OH |
|
2 |
|
2-дезокси-D-рибоза |

Цикло-оксо-таутомерия
R
C O + R`OH
H
H |
O |
H |
* |
|
C |
|
|
|
|
C |
O OH
OH
R |
C |
OH |
|
H |
OR` |
||
|
|||
полуацеталь |
|||
полуацетальный |
Аномеры, мутаротация
(гликозидный) гидроксил
аномерный атом углерода
циклический полуацеталь
1
HO C H
H |
2 |
OH |
O |
||
|
|||||
HO |
3 |
H |
|
||
4 |
|
||||
H |
OH |
|
|||
|
5 |
|
|||
H |
|
|
|||
|
|
|
6CH2OH
β−D-глюкопираноза
1 |
|
|
|
|
||||
HO |
|
C |
|
|
H |
O |
||
|
|
|
||||||
H |
2 |
|
OH |
|||||
3 |
|
|
||||||
HO |
|
H |
|
|||||
4 |
|
|||||||
H |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
H |
5 |
|
OH |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
6CH2OH |
|
H 1 |
O |
C |
|
H 2 |
OH |
HO 3 |
H |
H 4 |
OH |
H 5 |
OH |
6CH2OH
D-глюкоза (линейная форма)
H 1 |
O |
||
|
C |
|
|
H |
2 |
OH |
|
3 |
|||
HO |
H |
||
4 |
|||
H |
OH |
||
5 |
|||
H |
OH |
||
|
6CH2OH
1
H C OH
H |
2 |
OH |
O |
|
|
||||
HO |
3 |
H |
|
|
4 |
|
|||
H |
OH |
|
||
5 |
|
|||
H |
|
|
||
|
|
|
6CH2OH
α−D-глюкопираноза
1 |
|
|
|
|
||||
H |
|
C |
|
|
OH |
O |
||
|
|
|
||||||
H |
2 |
|
OH |
|
||||
3 |
|
|
||||||
HO |
|
H |
|
|||||
4 |
|
|||||||
H |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|||||
H |
5 |
|
OH |
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
6CH2OH |
|
β−D-глюкофураноза |
D-глюкоза (линейная форма) |
α−D-глюкофураноза |

Гликозиды
|
|
|
|
|
+ |
R |
OR |
|
|
|
||
R |
|
OH |
|
|
H |
|
|
|
||||
|
|
|
|
C |
|
` |
+ |
H O |
|
|||
|
C |
|
+ |
R OH |
|
H |
OR |
|
2 |
|
||
H |
|
OR` |
|
` |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
` |
|
|
|
||
полуацеталь |
|
|
|
|
ацеталь |
|
|
|
|
|||
CH |
OH |
|
|
|
|
CH OH |
|
|
|
CH OH |
||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
||
2 |
O |
|
|
+ |
|
O OCH |
|
|
|
O |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
CH OH, H |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
OH |
|
OH |
|
3 |
|
OH |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
HO |
|
|
+ |
HO |
OCH |
||||
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
OH |
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
OH |
|
D-глюкопираноза |
|
|
метил-β−D-глюко- |
|
метил-α−D-глюко- |
|||||||
α− и β−аномеры |
|
|
|
|||||||||
|
|
пиранозид |
|
|
пиранозид |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
CH OH |
|
|
|
+ |
|
CH OH |
|
|
|
|
||
2 |
|
|
|
|
|
2 |
O |
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
||
OH |
|
|
+ |
H O |
|
|
OH |
|
OH |
+ |
CH OH |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
3 |
||||
HO |
OCH |
|
|
|
HO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
O |
X |
агликон |
|
|
О-гликозиды, N-гликозиды, нуклеозиды

Дисахариды
|
|
|
CH |
OH |
|
|
|
|
2 |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
1 |
4 |
|
|
|
HO |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
открытая |
|
CH OH |
|
CH OH |
|
|
|
2 |
|
|
2 |
|
|
|
O |
|
O |
|
|
OH |
1 |
4 |
OH |
|
|
HO |
|
O |
OH |
|
|
|
|
|
|
||
|
OH |
|
OH |
|
|
|
α−мальтоза |
|
|
CH OH |
|
|
|
CH |
OH |
|
2 |
|
|
|
2 |
O |
|
O |
|
|
|
|
|
|
OH |
1 |
O |
4 |
OH |
OH |
свободный гликозидный |
|
||||||
HO |
|
|
|
|
|
гидроксил |
OH |
|
|
|
|
OH |
|
β−1,4−гликозидная связь |
|
CH OH |
|
2 |
|
OH |
|
OH |
CHO |
|
|
OH |
|
форма |
|
CH OH |
|
CH |
OH |
|
2 |
O |
|
2 |
O OH |
|
|
|
||
OH |
1 |
4 |
OH |
|
HO |
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
OH |
|
β−мальтоза |
|
CH OH |
|
|
CH OH |
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
HO |
O |
|
|
O |
|
|
OH |
1 |
O |
4 |
OH |
OH |
свободный гликозидный |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
гидроксил |
|
OH |
|
|
OH |
|
|
β−1,4−гликозидная связь |
|
|
β−D-глюкопиранозил -1,4- α (или β)−D-глюкопираноза ( α (или β)−целлобиоза)
β−D-галакопиранозил -1,4- |
α (или β)−D-глюкопираноза ( α (или β)−лактоза |
Восстанавливающие
Невосстанавливающие
CH2OHO
OH 1 α−конфигурация
HO
HO O 1,2-гликозидная связь
HOH2C O |
|
β−конфигурация |
|
HO |
2 |
||
|
|||
|
|
CH2OH
OH 1
α−D-глюкопиранозил-1,2- β−D-фруктофуранозид
сахароза