Углеводы.......

Углеводы

Углеводы – это природные соединения, имеющие состав Cn(H2O)m. Исключение - дезоксирибоза С5Н10О4.

КЛАССИФИКАЦИЯ УГЛЕВОДОВ

Углеводы можно классифицировать по различным признакам. Самый важный -это количество структурных единиц.

1. По количеству структурных единиц - сахаридов углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу олигосахаридов, содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним относятся, в частности, дисахариды.

Определение

Углеводы, содержащие одну структурную единицу (остаток простейших углеводов), называются моносахариды, две единицы – дисахариды, от двух до десяти единиц — олигосахариды, а более десяти — полисахариды.

Определение

Моносахариды - углеводы, которые не гидролизуются (не разлагаются водой).

В зависимости от числа атомов углерода в цепи, моносахариды подразделяются на:

• триозы (содержат три углеродных атома),

• тетрозы (четыре атома С),

• пентозы (пять атомов),

• гексозы (шесть атомов) и т.д.

В природе моносахариды представлены в основном пентозами и гексозами.

К пентозам относятся рибоза C5H10O5 и дезоксирибоза C5H10O4. Они входят в состав РНК и ДНК.

Запомни! Глюкоза, фруктоза, галактоза относятся к гексозам и имеют общую молекулярную формулу C6H12O6 

Определение

Дисахариды - углеводороды, которые при гидролизе образуют две молекулы моносахаридов. Общая молекулярная формула дисахаридов C12H22O11

Общее уравнение гидролиза дисахаридов можно записать следующим образом:

C12H22O11+H2O⟶2C6H12O6

Определение

Полисахариды - углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов, чаще всего глюкозы.

К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза и др.

Запомни! Чтобы получить молекулярную формулу полисахарида, нужно от молекулы глюкозы "отнять" молекулу воды и записать выражение с индексом n: (C6H10O5)n 

2. По скорости усвоения организмами:

Простые или быстрые углеводы синтезируются в зелёных растениях и легко растворяются в воде. Эти углеводы имеют высокий гликемический индекс, то есть очень быстро усваиваются организмом. Продукты, богатые сложными углеводами, расщепляются медленно, постепенно повышая содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, поэтому их ещё называют медленными углеводами.

3. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Углеводы, состоящие из трех или более единиц, называются сложными. 

Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых сахаров (моносахаридов) и, в отличие от простых, в процессе гидролитического расщепления способны распадаться на мономеры, с образованием сотни и тысячи молекул моносахаридов.

Нахождение в природе и продуктах питания.

а) глюкоза - моносахарид, виноградный сахар.

б) сахароза - дисахарид, тростниковый сахар.

 в) крахмал - полисахарид, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, основное питательное вещество в клетках растений.

г) целлюлоза - полисахарид, главная составная часть клеточных оболочек всех высших растений. 

Строение моносахаридов (моноз)

Моносахариды (монозы) являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения - полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны.

В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а фруктоза – это кетоза.

      глюкоза                   фруктоза

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахарид называется тетрозой, пентозой, гексозой и т.д. Если объединить последние два типа классификации, то глюкоза – это альдогексоза, а фруктоза – кетогексоза. Большинство встречающихся в природе моносахаридов – это пентозы и гексозы.

Номенклатура моносахаридов

В основу номенклатуры альдоз положены тривиальные названия моносахаридов состава Cn(H2O)n с линейной цепью углеродных атомов: рибоза, глюкоза, фруктоза.

Название кетоз образуются введением суффикса "-ул" - в название соответствующей альдозы: рибоза → рибулоза; некоторые кетосахара имеют тривиальные названия, например, фруктоза (кетогексоза).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛЮКОЗЫ

Запомнить! Являясь типичным представителем альдогексоз, глюкоза обладает химическими свойствами, характерными одновременно и для многоатомных спиртов и для альдегидов.

Кроме того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами: 

СВОЙСТВА, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАЛИЧИЕМ В МОЛЕКУЛЕ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП 

1. Алкилирование - замещение водорода в гидроксиле на алкильный радикал. Реагирует со спиртами с образованием простых эфиров.

2. Ацилирование или реакция этерификации. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров, то есть пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами аналогично спиртам.

!!!!!!!!!! 3. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголята (глюкозата) меди (II) (качественная реакция на две гидроксильные группы)!!!!!!!!

СВОЙСТВА, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ НАЛИЧИЕМ КАРБОНИЛЬНОЙ ГРУППЫ

1. Окисление. Глюкоза легко окисляется и образует глюконовую кислоту, при этом восстанавливая серебро из аммиачного раствора оксида серебра и медь(II) до меди(I) (качественная реакция на альдегидную группу)

Кроме того, глюкоза легко вступает в реакцию "серебряного зеркала" - окисления реактивом Толленса (аммиачный раствор оксида серебра) (качественная реакция на альдегидную группу)

2. Восстановление. Глюкоза может восстанавливаться в шестиатомный спирт (сорбит). 

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. Глюкоза подвергается биохимическому брожению:

а) спиртовое брожение 

C6H12O6⟶2CH3−CH2OH+CO2

­

ПОЛУЧЕНИЕ ГЛЮКОЗЫ

1. Первый синтез глюкозы из формальдегида в присутствии гидроксида кальция был произведён А. М. Бутлеровым в 1861 году. 

6HC(O)H→Ca(OH)2C6H12O6

2. Глюкоза может быть получена гидролизом природных веществ, в состав которых она входит. В производстве её получают гидролизом картофельного и кукурузного крахмала кислотами:

(C6H10O5)n→H2O(H+)(C6H10O5)x→H2O(H+)n2C12H22O11→H2O(H+)nC6H12O6

                              крахмал                         декстрины                  D-мальтоза                     D-глюкоза

3. В природе глюкоза наряду с другими углеводами образуется в результате реакции фотосинтеза (см. тему "Классификация, строение и номенклатура углеводов")

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФРУКТОЗЫ

Поскольку фруктоза, как и глюкоза, является многоатомным спиртом, то по гидроксильным группам вступает в те же реакции.

Запомнить! Особенностью фруктозы является невозможность окисления кето-группы до кислоты.

Это отличие позволяет качественно отличить фруктозу от глюкозы (см. раздел данной темы "Свойства, обусловленные наличием альдегидной группы" ). 

Строение дисахаридов

Определение

Дисахариды – это сахароподобные сложные углеводы, молеку­лы которых при гидролизе распадаются на две молекулы моносахаридов. Молекулярная формула дисахаридов C12H22O11.

Дисахариды содержатся в продуктах природного происхождения: 

• в виде сахарозы (свекловичный сахар) в большом количестве, до 28%, – в сахарной свёкле и сахарном тростнике;

• в форме лактозы (молочный сахар) – в молоке;

• в виде трегалозы (грибной сахар) – в грибах,  в дрожжах, высших растениях;

• в виде мальтозы (солодовый сахар) образуется при частичном гидролизе крахмала и др.

По своему строению дисахариды могут быть отнесены к гликозидам - соединениям, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного остатка и другого органического  фрагмента (агликона), соединенных через гетероатом (соответственно различают О-, N-, S-гликозиды). 

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ В ЖИВЫХ ОРГАНИЗМАХ

1.  Энергетическая функция. Углеводы служат источником энергии: при окислении 1 грамма углеводов выделяются 4,1 ккал энергии и 0,4 г воды.

2. Структурная и опорная функции. Углеводы участвуют в построении различных опорных структур. Так целлюлоза является основным структурным компонентом клеточных стенок растений, хитин выполняет аналогичную функцию у грибов, а также обеспечивает жёсткость экзоскелета членистоногих.

3. Защитная роль у растений. У некоторых растений есть защитные образования (шипы, колючки и др.), состоящие из клеточных стенок мёртвых клеток.

4. Пластическая функция. Углеводы входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК).

5. Запасающая функция. Углеводы выступают в качестве запасных питательных веществ: гликоген у животных, крахмал и инулин — у растений.

6. Осмотическая функция. Углеводы участвуют в регуляции осмотического давления в организме. Так, в крови содержится 100—110 мг/л глюкозы, от концентрации которой зависит осмотическое давление крови.

7. Рецепторная функция. Олигосахариды входят в состав воспринимающей части многих клеточных рецепторов или молекул-лигандов.