УГЛЕВОДЫ — природные органические соединения имеющие как правило

УГЛЕВОДЫ - природные органические соединения, имеющие, как правило, общую формулу

Углеводы (по способности к гидролизу) моносахариды дисахариды полисахариды не гидролизуются с образованием моносахаридов олигосахариды высшие полисахариды

ПОЛИСАХАРИДЫ гомополисахариды гетерополисахариды состоят из одинаковых моносахаридов состоят из разных моносахаридов

МОНОСАХАРИДЫ - гетерофункциональные соединения, содержащие карбонильную и гидроксильные группы Общая формула:

Классификация а) по числу углеродных атомов С 3 Н 6 О 3 – триозы С 4 Н 8 О 4 – тетрозы С 5 Н 10 О 5 – пентозы С 6 Н 12 О 6 – гексозы … С 10 Н 20 О 10 – декозы

б) по природе карбонильной группы Оба признака объединяют в одном названии: глюкоза – это альдогексоза; фруктоза – это кетогексоза

Изомерия Пространственная: Оптическая (зеркальная) изомерия связана с наличием у моносахаридов асимметричных атомов углерода (С*). Оптические изомеры D и L (энантиомеры) относятся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение Число пространственных изомеров (стереоизомеров) определяется по формуле: N = 2 n , где n– число С*

Пара энантиомеров имеет индивидуальное название, с обозначением конфигурации (D или L) для каждого вещества. Конфигурация моносахаридов определяется по конфигурационному стандарту (Розанова) - глицериновому альдегиду. При этом для сравнения берется последний асимметричный атом углерода. Большинство природных моносахаридов относится к D-ряду (исключения: L-рамноза, L-арабиноза).

Стереоизомеры, относящиеся к одному ряду (D или L), но отличающиеся конфигурацией одного или нескольких асимметричных атомов углерода, называются диастереомерами. Перечисление конфигураций асимметричных атомов углерода производят снизу вверх.

Эпимеры – частный случай диастереомеров Эпимеры отличаются конфигурацией только одного асимметричного углерода

Структурная изомерия: цикло-оксо (кольчато-цепная) таутомерия В твердом состоянии моносахариды существуют в циклической форме. В растворе моносахариды находятся в виде равновесной смеси таутомеров - открытой и циклических форм. Циклическая форма моносахаридов – внутренний полуацеталь.

Взаимодействие альдегидов и спиртов с образованием полуацеталей: Альдегидная (кето-) группа моносахаридов взаимодействует с гидроксо-группой при 5 или 4 атомах углерода, при этом образуется новая гидроксо-группа, которая называется полуацетальный, или гликозидный гидроксил.

Полуацетальный механизм образования циклической формы

В результате внутримолекулярного взаимодействия карбонильной и гидроксогрупп образуются пятичленые циклы – фуранозные и шестичленные – пиранозные. В циклических формах моносаридов возникает дополнительный асимметричный атом углерода, с которым связан гликозидный гидроксил. Это обуславливает существование еще двух стереоизомеров – α- и β-аномеров.

В циклических формах D-ряда α-аномер содержит гликозидный гидроксил под плоскостью цикла, β-аномер – над плоскостью цикла. Для циклических форм L-ряда – все наоборот.

Структурные формулы углеводов принято изображать в виде проекционных формул Фишера, Хеуорса, Колли-Толленса структурная формула цепная форма формулы Фишера циклическая форма формулы Хеуорса, формулы Колли-Толленса

Проекционные формулы Фишера

Формулы Хеуорса Все заместители в формуле Фишера, расположенные слева и справа, в формуле Хеуорса находятся над и под плоскостью цикла, соответственно.

Химические свойства I. Реакции по карбонильной группе а) мягкое окисление

б) жесткое окисление

в) восстановление

II. Реакции по гидроксогруппам а) образование комплекса с Cu(OH)2

б) образование гликозидов – неполных простых эфиров По химической природе гликозиды являются ацеталями. Гликозиды легко гидролизуются в кислой среде, устойчивы к гидролизу в слабощелочной среде.

в) образование глюкуроновой кислоты In vitro

г) образование полных простых эфиров

Гидролизу легко подвергается только гликозидная связь:

г) образование сложных эфиров

д) образование фосфорных эфиров In vivo

Биологическое значение моносахаридов • Моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза) – важнейший источник энергии для организма (около 500 г/сут). Широко распространены в природе в форме разнообразных полисахаридов. • Используются почти во всех биосинтетических процессах организма (гликоген, структурные полисахариды, жиры, ХС и стероиды и др. ). • Рибоза и 2 -дезоксирибоза необходимы для биосинтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот. • Глюкуроновая кислота необходима для обезвреживания и выведения ксенобиотиков из организма. • Сиаловые кислоты входят в состав поверхностных антигенов клетки, необходимых для правильной работы иммунной системы. • Применяются в лечебных целях (глюкоза, глюконат кальция, витамин С) и входят в состав лекарств.

Особая роль D-глюкозы • Универсальное питательное вещество для любых клеток. • Используется клетками как в энергетических, так и в пластических целях. • Единственный источник энергии для клеток человека в анаэробных условиях, абсолютно необходима для эритроцитов, чрезвычайно важна для нейронов. • Используется клетками для биосинтеза практически всех метаболитов и запасающих веществ, содержится в крови (3, 3 -5, 5 ммоль/л), при недостатке биосинтезируется из лактата, глицерина, аминокислот (белков организма). • Широко распространена в природе, в основном в виде биополимеров – полисахаридов.

Аскорбиновая кислота (витамин С) Твердое вещество, хорошо растворимое в воде, плохо – в органических растворителях, кислое на вкус, незаменимое вещество, важнейший антиоксидант. Существует в окисленной (дегидроаскорбиновая) и восстановленной формах (аскорбиновая).

Необходима для биосинтеза коллагена, норадреналина, стероидных гормонов, регенерации витамина Е в клеточных мембранах. Потребность 50 -125 мг/сут, при недостатке развивается цинга.