28. Углеводы, их биологическая роль, классификация. Структура и свойства моносахаридов.
Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для синтеза нуклеиновых кислот, они являются составными компонентами нуклеотидных ко-ферментов, играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. В организме человека и животного углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды; в растительных организмах за счет целлюлозы на долю углеводов приходится до 80% от сухой массы.
Функции углеводовв живых организмах разнообразны. Это единственное органическое вещество, из которого в живых организмах образуется вся другая органика. Они образуются изCO2иH2Oв процессе фотосинтеза в растениях. Это основа жизни.
Углеводы используются на синтез всех органических веществ в живом организме.
Энергетическая функция: окисляясь в процессах пищеварения, выделяет энергию.
Защитная функция: они участвуют в построении наружного скелета насекомых, ракообразных, входят в состав клеточных мембран всех живых организмов.
Опорная функция: целлюлоза и другие полисахариды растительных клеток образуют прочный остов растений.
Регуляторная: клетчатка для млекопитающих – улучшает пищеварение. Глюкоза кишечника участвует в осмотических процессах.
Специфическая : углеводсодержащие вещества (гликопротеиды) служат маркерами в процессах узнавания молекул и клеток другого уровня. Именно они определяют антигенную специфичность, определяют группу крови. Некоторые полисахариды являются рецепторами для связывания токсинов, бактерий, ядов, вирусов.
Запасная функция: крахмал – у растений, гликоген – у млекопитающих.
Все углеводы делят на 3 класса:моносахариды (негидролизующие соединения), олигосахариды (гидролизующие), полисахариды (гомо- и гетеро-).
Моносахаридыможно рассматривать как производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную (альдегидную или кетонную) группу. Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой; при любом другом положении этой группы моносахарид является кетоном и называется кетозой. Простейшие представители моносахаридов – триозы: глицеральдегид и диоксиацетон. При окислении первичной спиртовой группы трехатомного спирта – глицерола – образуется глицеральдегид (альдоза), а окисление вторичной спиртовой группы приводит к образованию диоксиацетона (кетоза).
Глицеральдегид Диоксиацетон
Моносахаридыделят на альдозы и кетозы.
По количеству атомов: триозы, гексозы, пентозы.
Все альдозы легко окисляются до альдоновых кислот(Cu(OH)2), в более жестких условиях – до альдоровых кислот. При восстановлении образуются многоатомные спирты. Общее число стереоизомеров для любого моносахарида выражается формулой N = 2n, где N – число стереоизомеров, а n – число асимметричных атомов углерода.
D-глицеральдегид
L-глицеральдегид
Все изомеры моносахаридов подразделяются на D- и L-формы (D-и L-конфигурация) по сходству расположения групп атомов у последнего центра асимметрии с расположением групп у D- и L-глицеральдегида. природные моносахариды обладают оптической активностью. Способность вращать плоскость поляризованного луча света –одна из важнейших особенностей веществ (в том числе моносахаридов),молекулы которых имеют асимметричный атом углерода или асиммет-
ричны в целом. Свойство вращать плоскость поляризованного луча вправо обозначают знаком плюс (+), а в противоположную сторону – знаком минус (–). Так, D-глицеральдегид вращает плоскость поляризованного луча вправо, т. е. D-глицеральдегид является D(+)-альдотриозой, а L-глицеральдегид – L(–)-альдотриозой.
Химические свойства:
При реакции метилового спирта с глюкозой (допустим, в β-пиранозной форме) в присутствии неорганических кислот образуется продукт алкилирования метил-β-D-глюкопиранозид : (над стрелкой написать:CH3OH,H2O)
β-D-глюкопираноза
Метил-β-D-глюкопиранозид
При действии на β-D-глюкопиранозу уксусной кислотой образуется продукт ацилирования ацетил-β-D-глюкопиранозид: (над стрелкой написать : CH3COOH,H2O)
β-D-глюкопираноза
Ацетил-β-D-глюкопиранозид
Реакции с участием карбонильной группы.Окисление моносахаридов. Обработка альдоз слабыми окислителями приводит к превращению альдегидной группы в положении атома С-1 в карбоксильную группу с образованием так называемых альдоновых кислот. Альдоновой кислотой может быть D-глюконовая кислота, которая образуется при окислении альдегидной группы D-глюкозы.
D-глюконовая
Кислота
Восстановление моносахаридов. Моносахариды легко гидрируются по связи С—О и при этом превращаются в многоатомные спирты (сахароспирты). D-глюкоза, например, образует спирт сорбит, а D-манноза – маннит. Восстановление D-фруктозы приводит к эквимолекулярной смеси эпимеров – D-маннита и D-copбита, так как в результате гидрирования второй атом углерода становится асимметричным. Такого рода восстановление может осуществляться и ферментативным путем.