Олигосахариды, дисахариды, строение, восстановительные свойства, гидролиз дисахаридов
Полисахариды являются высокомолекулярными соединениями, макромолекулы которых содержат сотни и тысячи моносахаридных остатков. Среди них выделяют группу олигосахаридов, которые имеют сравнительно небольшую молекулярную массу и содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков.
Природные дисахариды (биозы) состоят из 2-х моносахаридных звеньев, одинаковой или разной природы, соединенных гликозидной связью, и представляют собой О-гликозиды (полные ацетали). Основные дисахариды, которые существуют в природе – мальтоза, лактоза, целлобиоза, сахароза имеют молекулярную формулу С12Н22О6.
Существует два типа связывания моносахаридных остатков:
1) за счет полуацетальной (гликозидной) ОН-группы одного и любой спиртовой ОН-группы другого моносахарида (группа восстанавливающих дисахаридов);
2) с использованием полуацетальных ОН-групп обоих моносахаридов (группа невосстанавливающих дисахаридов).
Представителями восстанавливающих дисахаридов являются мальтоза, лактоза, целлобиоза. В таких дисахаридах один из моносахаридных остатков участвует в образовании гликозидной связи за счет гидроксильной группы чаще всего при С-4 или С-6, реже при С-3 атоме. Восстанавливающие дисахариды сохраняют в своей структуре свободный полуацетальный гидроксил, который в щелочной среде может превращаться в альдегидную форму.
Мальтоза – солодовый сахар, образуется при осахаривании крахмала под действием ферментов солода или слюны:
Мальтоза в больших количествах содержится в проросших зернах злаков, где она образуется из крахмала под действием фермента – амилазы. Процесс осахаривания крахмала солодовой амилазой для получения мальтозы широко используется при производстве спирта. Мальтоза сладкая на вкус.
Лактоза – молочный сахар, содержится в молоке ≈ 5 % (особенно много в грудном молоке ≈ 8 %) и получается в сыроваренной промышленной из молочной сыворотки после отделения творога. Лактоза построена из остатков β-D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы (β-лактоза), связанных β-1,4-гликозидной связью:
Лактоза имеет сладкий вкус, в 4–5 раз менее сладкий, чем сахароза, широко применяется в фармацевтической практике при изготовлении порошков и таблеток. Она менее гигроскопична, чем сахароза, поэтому применяется в питательных смесях для грудных детей. В грудном молоке лактоза связана с сиаловой кислотой, что имеет большое значение для формирования естественной не-патогенной микрофлоры в ЖКТ грудных детей. Лактоза способствует развитию в пищеварительном тракте микроорганизма Lactobacillus bifidus, расщепляющего лактозу с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствуют размножению лактогенных бактерий.
Целлобиоза образуется при неполном гидролизе полисахарида целлюлозы и состоит из 2-х молекул β-D-глюкопираноз, связанных β-1,4-гликозидной связью.
Невосстанавливающие дисахариды
Наибольшее значение из дисахаридов данной группы имеет сахароза. Сахароза – тростниковый (свекольный) сахар, содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле, соках растений и фруктах. Состоит из остатков α-глюкозы и β-фруктозы. В образовании гликозидной связи принимают участие 2 полуацетальных гидроксила обеих моносахарид. Сахароза – самое распространенное низкомолекулярное кристаллическое вещество.
В сахарозе и подобно построенных олигосахаридах нет свободных полуацетальных гидроксилов, поэтому сахароза не дает таутомерных форм, ее растворы не мутаротируют, не проявляют восстановительных свойств. Все это позволяет отнести сахарозу к невосстанавливающим дисахаридам.
Химические свойства дисахаридов
Важнейшее свойство всех дисахаридов – гидролиз в кислой среде:
Реакция гидролиза сахарозы получила название инверсии, а продукт инверсии (смесь глюкозы и фруктозы) – инвертированным сахаром, при этом у образующегося раствора меняется знак вращения.
Инвертный сахар (инвертированный) является основной составной частью пчелиного меда.
В остальном, химические свойства дисахаридов не отличаются от свойств моносахаридов. Это окисление и восстановление карбонильной группы (для восстанавливающих дисахаридов) и свойства, характерные для спиртовых(-ОН) групп.
построена из остатков β-D-галактопиранозы и D-глюкопиранозы (β-лактоза), связанных β-1,4-гликозидной связью