Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Nugna_T.V._Biohimiya (1).doc
Скачиваний:
220
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
330.75 Кб
Скачать

Лекция № 3 углеводы.

План лекции

3.1. Биологические фукнции углеводов. Классификация.

Моносахариды.

3.2. Олигосахариды

3.3. Полисахариды

3.1. Углеводы наряду с белками — наиболее распространенные со­единения, участвующие в построении клетки и используемые в процессе ее жизнедеятельности. Они входят в состав всех живых организмов. Самым богатым источником углеводов служат расте­ния: до 80% сухой массы тканей растений составляют углеводы. В организмах животных и человека их значительно меньше; наиболее богаты углеводами печень (5-10%), скелетные мышцы (1-3%), сердечная мышца (-0,5%), головной мозг (0,2%).

Углеводами называют очень большое число соединений, обла­дающих различной химической структурой и биологическими функциями.

Углеводыполигидроксикарбонильные соединения и их про­изводные. Термин углеводы возник более 100 лет тому назад, но, даже не отвечая современным представлениям о структуре угле­водов, используется и по сей день.

Биологические функции углеводов.

  1. Энергетическая. При окислении 1 г углеводов выделяется 4 ккал энергии. Углеводы на 60% беспечивают организм энергией. Они накапливаются в организме в виде резервного полисахарида гликогена. Который расходуется по мере необходимости.

  2. Пластическая. Углеводы участвуютв синтезе многих физиологически важных веществ; входят в состав органов и тканей.

  3. Защитная. Слизи, содержащие большое количество мукополисахаридов, защищают стенки органов от механических повреждений, попадания микроорганизмов.

  4. Регуляторная. Клетчатка, являющаяся представителем углеводов, улучшает сокращение стенок желудка и кишечника, улучшая таким образом их работу.

  5. Специфическая. Отдельные представители этого класса выполняют особые функции: гомеостатическую, антисвертывающую, защитную, участвуют в передаче непвных импульсов.

Классификация углеводов

Классификация углеводов основана на их способности гидро-лизоваться. Углеводы разделяются на простые и сложные. Простые углеводы иначе называются моносахаридами, они не подвергаются гидролизу. Сложные подразделяют на олигосахариды и полисаха­риды. В состав олигосахаридов входят от двух до десяти моносаха­ридов. В зависимости от числа моносахаридов, входящих в струк­туру, олигосахариды называют ди-, три-, тетрасахаридами и т. д. К полисахаридам относятся углеводы, в состав которых входят более 10 моносахаридных остатков. Сложные углеводы при гидро­лизе распадаются с образованием простых.

Моносахариды иначе называют монозами. По химическому составу монозы являются либо полигидроксиальдегидами, либо полигидроксикетонами. Моносахариды, в состав которых входит альдегидная группа, называют альдозами, кетонная кетозами.

Характерной особенностью класса углеводов является наличие не менее двух гидроксильных групп и одной карбонильной (альдегидной или кетонной) группы. Следовательно, простейший углевод должен содержать три атома углерода. По числу атомов углерода моносахариды называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами и т. д. В названии моноз учитывается как число атомов углерода, так и наличие альдегидной или кетонной груп­пы. Например, моносахариды, в состав которых входят 6 атомов углерода и альдегидная группа, называются альдогексозами, если же они содержат кето-группу, то кетогексозами. Линейные структурные формулы альдоз и 2-кетоз называются формулами в проекции Фишера.

Выделенные звездочкой атомы углерода являются асиммет­рическими. Ассиметрическим называется атом углерода, соединен­ный с четырьмя разными заместителями (атомами или группами атомов). Вещества, в составе которых есть асимметрические атомы углерода, обладают особым видом пространственной изомерии — стереоизомерией или оптической изомерией. Стереоизомеры от­личаются пространственной конфигурацией атомов водорода и гидроксильной группы при асимметрическом атоме углерода. Число стереоизомеров равно 2n, где n — число асимметрических атомов углерода. Например, альдогексоза общей формулы С6Н12О, с четырьмя асимметрическими атомами может быть представлена любым из 16 возможных стереоизомеров, восемь из которых от­носятся к D-ряду, а восемь — к L-ряду.

Родоначальниками D- и L-ряда можно условно считать D-и L-глицериновые альдегиды. Принадлежность моносахарида к D- и L-ряду определяется положением водорода и гидроксила у наиболее удаленного от альдегидной или кетонной группы асим­метрического углеродного атома (по сравнению с их положением у единственного асимметрического атома углерода D- или L-глицеринового альдегида).

Монозы с пятью и более углеродными атомами могут существовать не только в линейной (цепной), но и в циклической (кольчатой) форме. Циклизация происходит за счет разрыва двойной связи в карбонильной группе, перемещения атома водорода освободившейся валентности карбонильного кислорода и замыканию кольца углеродных атомов с образованием внутренних циклических - или -полуацеталей. Структурные формулы Фишера не могут полностью отобразить пространственное строение. В 1929 году Хеуорс предложил способ изображения циклических форм углеводов, наиболее полно изображающих строение. Пяти- и шестичленные циклические структуры изображаются при этом в виде плоских циклических систем, гидроксильные группы у каждого атома углерода которых ореинтированы либо вверх, либо вниз. Для преобразования формул D-монозы в проекции Фишера в формулу Хеуорса следует придерживаться определенных правил:

  1. Все группы, расположенные справа от углеродного остова в формулах Фишера, в формулах Хеуорса занимают положение под плоскостью кольца (внизу).

  2. Группы, расположенные в формулах Фишера слева от углеродного остова, располагают над плоскостью кольца (вверху).

  3. Концевую группу – СН2 ОН в проекции Хеуорса направляют вверх.

В растворе линейные и циклические формы моносахаридов существуют одновременно и способны самопроизвольно превращаться друг в друга. В живой природе преобладают циклические формы полисахаридов. Они используются организмами для постороения олиго- и полисахаридов, мононуклеотидов и других биологических молекул. Через линейную форму происходит переход -формы в -форму. Гидроксильная группа, образовавшася при замыкании цикла из карбонила, называется полуацетальным или гликозидным гидроксилом.

Производные моносахаридов. Большую группу производных моносахаридов составляют фосфорные эфиры, которые образу­ются в ходе превращений углеводов в тканях. Например, глицеральдегид-3-фосфат; ,D-рибозо-5-фосфат; , D-рибозо-1-фосфат; ,D-фруктозо-1,6-дифосфат.

В природе широко распространены два аминопроизводных мо­носахарида: глюкозамин и галактозамин. Как и соответствующие гексозы, гексозамины могут существовать как в линейной, так и в циклической форме. Глюкозамин входит в состав многих поли­сахаридов, содержащихся в тканях животных и человека; галакто­замин является компонентом гликопротеинов и гликолипидов.

В состав полисахаридов входит глюкуроновая кислота.

3.2. Олигосахариды. Наиболее распространенными в природе оли-госахаридами являются дисахариды.

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

Лактоза содержится в молоке животных и человека. В состав лактозы входит остаток галактозы и глюкозы; эти монозы связа­ны между собой -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 ,D-глюкозы и ,D-фруктозы, связанных ,-1,2-гликозидной связью.

3.3. Полисахариды представляют собой биополимеры, мономера­ми которых служат моносахариды. Если в составе полисахарида содержатся остатки моносахарида одного вида, его называют гомополисахаридом, если разных — гетерополисахаридом.

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

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 амшопектина 75—85%.

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.

Амилопектин имеет молекулы с разветвленной цепью остат­ков глюкозы, образованной за счет связи между шестым атомом углерода одного остатка и первым углеродным атомом другого.

Крахмал – основное питателное вещество растений, образуется в результате фотоситнтеза, накапливается в виде крхмальных зерен в листьях, плодах. Семенах растений. Амилоза с йодом дает синее окрашивание, амилопектин – фиолетовое. При гидролизе крахмала на промежуточной стадии образуются декстрины и мальтоза, на конечной стадии – глюкоза. Декстрины – растворимые вещества, легко усваиваются организмом человека. Процессы разрушения молекулы крахмала широко используются в пищевой промышленности.

Гликоген — резервное питательное вещество организма челове­ка и животных. Иначе его называют «животным крахмалом». В ор­ганизме человека он накапливается в печени (-20%) и в мышцах (-2%). Гликоген по структуре близок к амилопектину однако степень ветвления у него больше, чем у амилопектина, поэтому молекула гликогена более компактна. В наибольшем количестве находится в печени (до 15%), мышцах (2-4%). При недостатке глюкозы в организме он расщепляется, восстанавливая ее нормальную концентрацию. Гликоген — не однородное вещество, а представляет собой смесь полисахаридов разной мо­лекулярной массы. Часть его находится в соединении с белками

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 -1,4-гликозидными 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.

Гиалуроновая кислотагетерополисахарид, имеющий очень важное значение для высших организмов. В соединительной ткани это основной компонент внеклеточного желатинообразного ве­щества, заполняющего межклеточное пространство тканей. Она содержится в больших количествах в синовиальной жидкости суста­вов. Стекловидное тело и пуповина новорожденных также богаты гиалуроновой кислотой.

В структурном отношении молекула представляет собой линейный полисахарид, образованный дисахаридными повторяющимися звеньями, состоящими из остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных -1,3-гликозидной связью. Повторяющиеся дисахаридные звенья связаны между собой -1,4-связью.

Хондроитинсульфат является составной частью костной ткани, хрящей, сухожилий, роговицы глаз, сердечных клапанов и других подобных тканей.

Повторящееся дисахаридное звено в хондроитинсульфате состо­ит из глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозаминсульфата, звенья соединены друг с другом -1,3- и -1,4-гликозидными свя­зями, подобно связям в гиалуроновой кислоте.

Гепарин гетерополисахарид, препятствующий свертыванию крови у животных и человека. Гепарин содержится в крови, печени, легких, селезенке, щитовидной железе и в других тканях и органах.

Молекула гепарина состоит из глюкуроновой кислоты и -глю-козамина в виде двойного сульфопроизводного, соединенных между собой -1,4-гликозидными связями.

Пектиновые вещества – растительные полисахариды, содержащиеся в большом количестве в ягодах, фруктах, овощах в виде протопектина, пектина и пектиновой кислоты. Пектиновая кислота состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных (14) связями. Пектин – это сложный эфир метиловогоспирта и пектиновой кислоты. В растениях ¼ часть пектиновых веществ находится в виде растворимого пектина, а ¾ - в виде нерастворимого протопектина. При созревании и хранении плодов протопектин превращается в пектин. Пектиновые вещества образуют гели в присутствии кислоты и сахара. Их применяют в пищевой промышленности.

Инулин – полиахарид, сотоящий в основном из остатков -фруктозы. Накапливается в клубнях земляной груши, георги, цикория как резервный материал. Инулин имеет сладкий вкус, используется как подсластитель для больных сахарным диабетом.

Биологические функции полисахаридов:

  • Энергетическая - крахмал и гликоген составляют «депо» уг­ леводов в клетке; при необходимости они быстро расщепляются на легко усваиваемый источник энергии — глюкозу.

  • Опорная - хондроитинсульфат выполняет опорную функ­ цию 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 меж­ клеточное осмотическое давление.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]