Struktur und Eigenschaften von Mono- und Polysacchariden. Glykosidisch

Funktionen von Kohlenhydraten – strukturelle und unterstützende Funktionen (Cellulose ist der Hauptstrukturbestandteil der Zellwände von Pflanzen, Pilzchitin, Chitin sorgt für die Steifigkeit des Exoskeletts von Arthropoden); - Schutzfunktion (bei Pflanzen: Stacheln, Stacheln usw., bestehend aus Zellwänden abgestorbener Zellen; - Energiefunktion (wenn 1 g Kohlenhydrate oxidiert werden, werden 4,1 kcal Energie freigesetzt); - plastische Funktion (sie sind Teil komplexer Moleküle, zum Beispiel sind Ribose und Desoxyribose am Aufbau von ATP, DNA und RNA beteiligt); - Speicherfunktion (Reservenährstoffe: Glykogen bei Tieren, Stärke und Inulin - bei Pflanzen); - osmotische Funktion (Teilnehmer e bei der Regulierung des osmotischen Drucks im Körper, auch im Blut); - Rezeptorfunktion (sie sind Teil des wahrnehmenden Teils vieler Zellrezeptoren).

Stereoisomerie-Monosen Stereoisomere von Kohlenhydraten, die sich in der Konfiguration eines oder mehrerer asymmetrischer Kohlenstoffatome unterscheiden, werden Diastereomere genannt. Epimere und Enantiomere sind Sonderfälle von Diastereomeren. Diastereomere, die wie ein Objekt zu seinem Spiegelbild zueinander in Beziehung stehen, nennt man Enantiomere. Enantiomere haben die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, unterscheiden sich in optischen Eigenschaften und biologischer Aktivität. Unterscheiden sich Diastereomere in der Konfiguration nur eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms, spricht man von Epimeren. Wenn die Konfiguration des zweiten Kohlenstoffatoms unterschiedlich ist, werden solche Diastereomere einfach Epimere genannt; Wenn andere Kohlenstoffatome vorhanden sind, wird die Nummer dieses Atoms zum Namen hinzugefügt.

Chemische Eigenschaften Monokohlenhydrate sind heterofunktionelle Verbindungen und können sowohl in offener als auch in zyklischer Form vorliegen. Alle chemische Reaktionen, an denen sie beteiligt sind, lassen sich in drei Gruppen einteilen: Reaktionen unter Beteiligung der Carbonylgruppe (Reduktion, Oxidation); Reaktionen unter Beteiligung von Hydroxylgruppen (Bildung von Ethern und Estern); Reaktionen, an denen Halbacetalhydroxyl beteiligt ist (Glykoside erhalten).

Reduktion von Monosen Bei der Reduktion der Carbonylgruppe von Monosen entstehen Polyole (mehrwertige Alkohole). Dabei handelt es sich um kristalline Substanzen, die in Wasser gut löslich sind und oft einen süßen Geschmack haben, daher werden einige als Zuckerersatzstoffe verwendet (Xylit, Sorbit). Ketosen ergeben (im Gegensatz zu Aldosen) 2 Polyole, da sich das Kohlenstoffatom der Ketogruppe bei der Reduktion in ein asymmetrisches umwandelt, was zur Existenz eines weiteren isomeren Polyols am zweiten Kohlenstoffatom führt. Die Reduktion von Glucose zu Sorbit ist einer der Schritte in der industriellen Synthese von Ascorbinsäure.

Oxidation von Monosen Aldosen werden leichter oxidiert als Ketosen. Bei Wechselwirkung mit schwachen Oxidationsmitteln (Kupfer(II)-hydroxid, Ammoniaklösung von Silberhydroxid) wird die Aldehydgruppe zu Carboxyl oxidiert. Es werden -onische Säuren (Gluconsäure, Mannonsäure usw.) erhalten. Die Wechselwirkung von Aldosen mit stärkeren Oxidationsmitteln (verdünnte Salpetersäure) führt zur Oxidation der Aldehyd- und primären Alkoholgruppen. Es entstehen Dicarbonsäuren. Unter Beteiligung von Enzymen kann die Oxidation über die primäre Alkoholgruppe erfolgen, ohne die Aldehydgruppe zu beeinträchtigen. Dabei werden Uronsäuren gewonnen.

Die Oxidation der Ketose erfolgt unter Einwirkung starker Oxidationsmittel und geht mit der Zerstörung des Kohlenstoffgerüsts einher. Der Bindungsbruch kann auf zwei Arten erfolgen: zwischen dem ersten und zweiten und auch zwischen dem zweiten und dritten Kohlenstoffatom. Dabei werden alle endständigen Kohlenstoffatome unter Bildung von Carboxylgruppen oxidiert. Bei der Oxidation von D-Fructose entstehen vier Reaktionsprodukte. Wenn die Bindung zwischen dem ersten und zweiten Kohlenstoffatom aufgebrochen wird, entstehen Ameisensäure und D-Arabinsäure. Beim Aufbrechen der Bindung zwischen dem zweiten und dritten Kohlenstoffatom entstehen Oxal- und Mesoweinsäure: Die Tatsache, dass nicht nur Aldosen, sondern auch Ketosen eine „Silberspiegel“-Reaktion (mit einem schwachen Oxidationsmittel – einer Ammoniaklösung von Silberhydroxid) ergeben, erklärt sich aus der Tatsache, dass die Reaktion in einem alkalischen Medium stattfindet, wo tautomere Umwandlungen von Ketosen in epimere Aldosen möglich sind. Die entstehenden Aldosen wirken als starkes Reduktionsmittel.

Bildung von Ethern Ether werden durch Reaktion der Hydroxylgruppen von Monosen mit Alkylhalogeniden erhalten. Gleichzeitig gehen sowohl Halbacetal- als auch Alkoholhydroxygruppen in die Reaktion ein. Die Halbacetalgruppe –OH ist reaktiver, daher verläuft die Bildung eines Ethers an dieser Gruppe schneller. Die resultierenden Monoester werden Glykoside (Pyranoside und Furanoside) genannt. Durch alkoholische Hydroxylgruppen gebildete Ether werden nicht hydrolysiert und die glykosidische Bindung wird in alkalischem Medium leicht hydrolysiert. Lösungen von Glykosiden mutarotieren nicht.

Klassifizierung von Glykosiden Unter Glykosiden versteht man nicht nur Kohlenhydratacetale, die bei der Wechselwirkung mit Alkoholen entstehen, sondern auch Produkte, die bei der Wechselwirkung von Halbacetal-Hydroxylgruppen mit anderen Verbindungen entstehen. Die durch die Halbacetal-Hydroxylgruppe gebildete Bindung wird auch glykosidische Bindung genannt. Abhängig von der Größe des Zyklus werden Glykoside in Pyranoside und Furanoside unterteilt. Der nicht kohlenhydrathaltige Teil des Glykosids wird Aglykon („kein Zucker“) genannt. Glykoside können danach klassifiziert werden, welches Aglykonatom mit dem Zuckerteil des Glykosids verbunden ist: C-Glykoside, O-Glykoside, N-Glykoside, S-Glykoside.

Bildung von Estern Ester können durch Einwirkung von Monosacchariden mit Anhydriden organischer Säuren erhalten werden. Beispielsweise werden bei der Wechselwirkung mit Essigsäureanhydrid Acetylderivate von Monosacchariden erhalten. Ester werden sowohl in sauren als auch alkalischen Umgebungen hydrolysiert. Von großer Bedeutung sind Ester der Phosphorsäure – Phosphate, die in allen pflanzlichen und tierischen Organismen vorkommen. Hierzu zählen vor allem D-Glucosephosphate: 1 D-Glucosephosphat wird durch Hydrolyse von Glykogen mit Hilfe des Enzyms Phosphorylase gewonnen; 6-Glukosephosphat wird in der ersten Stufe der Glykolyse (Glukoseabbau im Körper) gebildet. Die Phosphate D-Ribose und 2-Desoxy-D-Ribose dienen als Strukturelemente von DNA, RNA, ATP und einer Reihe von Coenzymen.

Disaccharide (Biosen) sind das Produkt der Kondensation zweier Monosaccharidmoleküle, die durch eine glykosidische O-Bindung verbunden sind. Wenn beide Halbacetalhydroxyle an der Kondensationsreaktion teilnehmen und zwei Monosereste durch eine glykosidisch-glykosidische Bindung verbunden sind, entsteht ein nichtreduzierendes Disaccharid. Ein solches Disaccharid enthält kein glykosidisches Hydroxyl, kann sich nicht in eine offene Aldehydform umwandeln und reduziert daher keine Metalloxide (reagiert nicht mit Kupferhydroxid oder der „Silberspiegel“-Reaktion). Wenn an der Kondensationsreaktion ein Halbacetal und ein Alkoholhydroxyl beteiligt sind und zwei Monosereste durch eine Glykosid-Glykose-Bindung verbunden sind, entsteht ein reduzierendes Disaccharid. Ein solches Disaccharid enthält eine glykosidische Hydroxylgruppe, wodurch es sich in eine offene Aldehydform umwandeln und als Reduktionsmittel wirken kann.

Oligosaccharide in der Natur Saccharose ( Rohrzucker, Rübenzucker) kommt in Pflanzen sehr häufig vor. nichtreduzierendes Disaccharid. Maltose (Malzzucker) besteht aus zwei D-Glucopyranose-Resten, die durch eine 1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Maltose entsteht bei der Hydrolyse von Stärke durch die Wirkung des Enzyms Amylase; Wenn Sie Brot längere Zeit kauen, können Sie den süßlichen Geschmack von Maltose spüren, die unter der Wirkung von Speichelamylase aus Brotstärke entsteht. Disaccharid reduzieren. Cellobiose besteht aus zwei D-Glucopyranose-Resten, die durch eine 1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Es handelt sich um eine Struktureinheit der Faser (Zellulose). Disaccharid reduzieren. Laktose (Milchzucker) besteht aus D-Galactopyranose- und D-Glucopyranose-Resten, die durch 1,4 glykosidische Bindungen verbunden sind. Nur in der Milch von Säugetieren enthalten, reduzierende Disaccharide. Im Körper wird es durch die Wirkung des Enzyms Laktase hydrolysiert, bei dessen Mangel die Laktose nicht verdaut werden kann. Wenn Menschen mit Laktasemangel daher Milch konsumieren, wird Laktose nicht verdaut, sondern von der Darmflora fermentiert, was zu unangenehmen Folgen (Blähungen, Durchfall) führt. Trehalose (Pilzzucker) besteht aus zwei D-Glucopyranose-Resten, die durch Hemiacetal-Hydroxylgruppen verbunden sind, sodass Trehalose ein nicht reduzierendes Disaccharid ist. Kommt in Pilzen und einigen Pflanzen vor. In Hefe beträgt der Trehalosegehalt 18 % auf Trockenmassebasis. Andere Disaccharide wie Melibiose, Gentibiose, Turanose, Primverose usw. sind selten. Trisaccharide sind selten. In Zuckerrüben kommt das Trisaccharid Raffinose vor, bestehend aus Galactose, Glucose und Fructose. Es ist ein nicht reduzierendes Trisaccharid. Andere Trisaccharide (Gentianose, Melecytose, Manninotriose, Cellotriose, Planteose) sind äußerst selten. Stachyose-Tetrasaccharid besteht aus zwei Galactose-Resten, einem Glucose-Rest und einem Fructose-Rest. Stachyose kommt in den Samen von Lupinen, Sojabohnen und Erbsen vor und ist ein nicht reduzierendes Tetrasaccharid. Zyklische Oligosaccharide – Cyclodextrine entstehen bei der Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Amylase. Sie bestehen aus 6 ... 10 D-Glukoseresten, die durch 1,4 glykosidische Bindungen verbunden sind. Cyclodextrine bilden mit Jod farbige Komplexe, und die Jodmoleküle liegen im Hohlraum des Cyclodextrins.

Polysaccharide oder Polyosen sind Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht. Aufgrund ihrer chemischen Natur handelt es sich um Polyglykoside. In Polysaccharidmolekülen sind viele Monosaccharidreste durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden. In diesem Fall stellt der neue Rest zur Verbindung mit dem vorherigen Rest eine Alkoholhydroxylgruppe bereit, meist an 4 m oder 6 m Kohlenstoffatomen. Zur Bindung an den nächsten Rest stellt der vorherige Rest eine glykosidische (Halbacetal-)Hydroxylgruppe bereit. in Polysacchariden pflanzlichen Ursprungs Es werden hauptsächlich (1 4)- und (1 6)-Verbindungen hergestellt. Polysaccharidketten können verzweigt oder unverzweigt (linear) sein. Polysaccharide werden in einer sauren Umgebung hydrolysiert und sind in einer sauren Umgebung hydrolysebeständig. Eine vollständige Hydrolyse führt zur Bildung von Monosacchariden oder deren Derivaten, eine unvollständige Hydrolyse führt zu einer Reihe intermediärer Oligosaccharide, einschließlich Disacchariden. Homopolysaccharide bestehen aus Resten eines Monosaccharids, zum Beispiel: Stärke, Cellulose, Glykogen usw. Heteropolysaccharide bestehen aus Resten verschiedener Monosaccharide. Heteropolysaccharide sind im Körper mit Proteinen verbunden und bilden komplexe supramolekulare Komplexe. Beispiele für Heteropolysaccharide sind Hyaluronsäure und Heparin.

Stärke ist der wichtigste Reservenährstoff für Pflanzen. Stärkehomopolysaccharide werden in zwei Fraktionen unterteilt: Amylose (15–25 %) und Amylopektin (75–85 %). Amylose (C 6 H 10 O 5) n. a. Amylosepolysaccharide sind unverzweigte oder leicht verzweigte Ketten, die etwa 200 Glucosereste enthalten. Amylose hat Kristallstruktur. Löslich in heißes Wasser, aber wenn die Lösungen stehen, fällt es bald aus. Verleiht mit Jod eine blaue Farbe. Durch Enzyme und Säuren leicht zu Maltose und Glucose hydrolysierbar. Amylopektin (C 6 H 10 O 5) n. a. Amylopektinmoleküle sind komplexer als Amylose. Es handelt sich um stark verzweigte Ketten mit etwa 4.000 Glucoseresten und 0,4 % Phosphorsäure. Amylopektin löst sich in heißem Wasser nicht auf, sondern quillt stark auf und ergibt eine Paste. Jod verfärbt sich violett.

Cellulose (Ballaststoffe) Cellulose oder Ballaststoffe sind das am häufigsten vorkommende pflanzliche Polysaccharid. Es dient als Stützmaterial für Pflanzen. Baumwolle enthält fast 100 % Zellulose, Holz – 50 ... 70 %. Cellulose besteht aus β-D-Glucopyranoseresten, die durch glykosidische β(1-4)-Bindungen miteinander verbunden sind. Die Kette hat keine Verzweigungen, sie enthält 2500-12000 β-D-Glucosereste (Molekulargewicht 0,4-2 Millionen). Die Cellulosekette hat die Form eines Fadens, der spiralförmig um seine Achse gedreht ist und in dieser Position durch Wasserstoffbrückenbindungen der Hydroxylgruppen der Glucosereste gehalten wird. Einzelne Fäden werden durch intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zu Bündeln verbunden, die den Charakter von Fasern haben. Dies sorgt für besondere mechanische Eigenschaften der Cellulose, hohe Festigkeit und Elastizität der Cellulose sowie mangelnde Löslichkeit in den meisten Lösungsmitteln. Aufgrund der Anwesenheit freier alkoholischer Hydroxylgruppen ist Cellulose in der Lage, mit Alkoholen und Säuren unter Bildung von Estern zu reagieren. Acetatfasern werden aus Lösungen von Celluloseacetat in Aceton hergestellt. Ballaststoffe werden durch Säuren leicht hydrolysiert. Die Hydrolyseprodukte sind Cellodextrine, Cellobiose und Glucose. Zellulose wird von Enzymen des menschlichen Magen-Darm-Trakts nicht abgebaut und kann kein Nährstoff sein, trägt aber zur Regulierung der Funktion des Magen-Darm-Trakts bei und stimuliert die Peristaltik des Dickdarms.

Pektinstoffe kommen in Obst und Gemüse vor und zeichnen sich durch eine Gelierung in Gegenwart organischer Säuren aus, die in verwendet wird Nahrungsmittelindustrie zur Herstellung von Gelees und Marmeladen. Pektinpolygalacturonsäure ist die Basis der Pektinstoffe. Pektinsäure besteht aus D-Galacturonsäureresten, die durch eine (1 4)-glykosidische Bindung verbunden sind. Einige Pektinstoffe haben eine geschwürhemmende Wirkung und sind die Grundlage einer Reihe von Arzneimitteln, beispielsweise Plantaglucid aus Flohsamen.

Heteropolysaccharide Alginsäuren kommen in vor Braunalgen. Die unverzweigte Kette besteht aus D-Mannuronsäure- und L-Guluronsäureresten, die durch Bindungen (1 4) verbunden sind. Alginsäuren werden in der Lebensmittelindustrie als Geliermittel eingesetzt. Seetang dienen als Quelle vieler Polysaccharide. Beispielsweise ist Agar, das in der biochemischen Forschung weit verbreitet ist, ein Heteropolysaccharid, das eine große Anzahl von Sulfatgruppen enthält. Agar ist eine Mischung aus Agarose und Agaropektin. In der Polysaccharidkette der Agarose wechseln sich die Reste D-Galactose und L-Lactose ab. Bindegewebspolysaccharide. Bindegewebe ist im ganzen Körper verteilt und bestimmt die Stärke und Elastizität der Organe, die Elastizität ihrer Verbindung und die Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen. Bindegewebspolysaccharide sind mit Proteinen verbunden. Am umfassendsten untersucht sind Chondroitinsulfate (Haut, Knorpel, Sehnen), Hyaluronsäure (Glaskörper des Auges, Nabelschnur, Knorpel, Gelenkflüssigkeit), Heparin (Leber). Diese Polysaccharide haben Gemeinsamkeiten in der Struktur: Ihre unverzweigten Ketten bestehen aus Disaccharidresten, zu denen Uronsäuren (D-Glucuronsäure, D-Galacturonsäure, L-Iduronsäure) und N-Acetylhexosamine (N-Acetylglucosamin, N-Acetylgalactosamin) gehören. Einige von ihnen enthalten Rückstände von Schwefelsäure.

Die Struktur einiger Heteropolysaccharide Hyaluronsäure besteht aus Disaccharidresten, die durch (1 4) glykosidische Bindungen verbunden sind. Das Disaccharidfragment besteht aus D-Glucuronsäure- und N-Acetyl-O-Glucosaminresten, die durch eine glykosidische Bindung (1 3) verbunden sind. Hyaluronsäure hat ein großes Molekulargewicht - 2,7 Millionen, Lösungen haben eine hohe Viskosität, was mit ihrer Barrierefunktion verbunden ist, die die Undurchlässigkeit des Bindegewebes für pathogene Mikroorganismen gewährleistet. Chondroitinsulfate bestehen aus Disaccharidresten von N-acetyliertem Chondrosin, die durch (1 4) glykosidische Bindungen verbunden sind. Die Zusammensetzung von Chondrosin umfasst D-Glucuronsäure und D-Galactosamin, die durch eine glykosidische Bindung miteinander verbunden sind (1 3). Die Sulfatgruppe bildet eine Etherbindung mit der N-Acetyl-O-Hydroxylgruppe von Galactosamin, die sich entweder in der 4-m- oder in der 6-m-Position befindet. Molekulare Masse Chondroitinsulfate beträgt 10.000 60.000. Chondroitinsulfate und Hyaluronsäure kommen nicht in freier, sondern in gebundener Form mit Polypeptidketten vor.

Eine der Arten organischer Verbindungen, die für das volle Funktionieren des menschlichen Körpers notwendig sind, sind Kohlenhydrate.

Sie werden entsprechend ihrer Struktur in verschiedene Typen unterteilt: Monosaccharide, Disaccharide und Polysaccharide. Es ist notwendig zu verstehen, wozu sie dienen und welche chemischen und physikalischen Eigenschaften sie haben.

Kohlenhydrate sind Verbindungen, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Meistens sind sie natürlichen Ursprungs, einige werden jedoch auch industriell hergestellt. Ihre Rolle im Leben lebender Organismen ist enorm.

Ihre Hauptfunktionen sind wie folgt:

1. Energie. Diese Verbindungen sind die Hauptenergiequelle. Die meisten Organe können aufgrund der Energie, die aus der Oxidation von Glukose gewonnen wird, voll funktionsfähig sein.
2. Strukturell. Kohlenhydrate sind für den Aufbau fast aller Körperzellen notwendig. Ballaststoffe spielen die Rolle eines Stützmaterials und komplexe Kohlenhydrate kommen in Knochen und Knorpel vor. Eine der Komponenten Zellmembranen ist Hyaluronsäure. Außerdem werden im Prozess der Enzymproduktion Kohlenhydratverbindungen benötigt.
3. Schützend. Während der Funktion des Körpers wird die Arbeit der Drüsen ausgeführt, die sekretorische Flüssigkeiten absondern, die zum Schutz der inneren Organe vor pathogenen Wirkungen erforderlich sind. Ein erheblicher Teil dieser Flüssigkeiten besteht aus Kohlenhydraten.
4. Regulatorisch. Diese Funktion manifestiert sich im Einfluss auf menschlicher Körper Glukose (hält die Homöostase aufrecht, kontrolliert den osmotischen Druck) und Ballaststoffe (beeinflusst die Magen-Darm-Motilität).
5. Besondere Merkmale. Sie sind charakteristisch für bestimmte Arten von Kohlenhydraten. Zu diesen besonderen Funktionen gehören: Beteiligung an der Übertragung von Nervenimpulsen, Bildung verschiedener Blutgruppen usw.

Aufgrund der Tatsache, dass die Funktionen von Kohlenhydraten sehr vielfältig sind, kann davon ausgegangen werden, dass sich diese Verbindungen in ihrer Struktur und ihren Eigenschaften unterscheiden sollten.

Dies ist wahr, und ihre Hauptklassifizierung umfasst solche Sorten wie:

1. . Sie gelten als die einfachsten. Die übrigen Kohlenhydratarten unterliegen dem Hydrolyseprozess und zerfallen in kleinere Bestandteile. Monosaccharide haben diese Fähigkeit nicht, sie sind das Endprodukt.
2. Disaccharide. In einigen Klassifizierungen werden sie als Oligosaccharide bezeichnet. Sie enthalten zwei Monosaccharidmoleküle. Auf ihnen wird das Disaccharid während der Hydrolyse aufgeteilt.
3. Oligosaccharide. Diese Verbindung enthält 2 bis 10 Moleküle Monosaccharide.
4. Polysaccharide. Diese Verbindungen sind die größte Vielfalt. Sie enthalten mehr als 10 Moleküle Monosaccharide.

Jede Kohlenhydratart hat ihre eigenen Eigenschaften. Sie müssen sie berücksichtigen, um zu verstehen, wie sie sich auf den menschlichen Körper auswirken und welche Vorteile sie haben.

Diese Verbindungen sind die einfachste Form von Kohlenhydraten. Sie enthalten ein Molekül und teilen sich daher während der Hydrolyse nicht in kleine Blöcke. Monosaccharide verbinden sich zu Disacchariden, Oligosacchariden und Polysacchariden.

Sie zeichnen sich durch einen festen Aggregatzustand und einen süßen Geschmack aus. Sie haben die Fähigkeit, sich in Wasser aufzulösen. Sie können sich auch in Alkoholen lösen (die Reaktion ist schwächer als mit Wasser). Monosaccharide reagieren fast nicht auf das Mischen mit Estern.

Am häufigsten werden natürliche Monosaccharide genannt. Einige davon werden mit der Nahrung aufgenommen. Dazu gehören Glukose, Fruktose und Galaktose.

• Schokolade;
• Früchte;
• einige Weinsorten;
• Sirupe usw.

Die Hauptfunktion dieser Art von Kohlenhydraten ist die Energiegewinnung. Man kann nicht sagen, dass der Körper nicht auf sie verzichten kann, aber sie haben Eigenschaften, die für das volle Funktionieren des Körpers wichtig sind, beispielsweise die Teilnahme an Stoffwechselprozessen.

Monosaccharide werden vom Körper schneller aufgenommen als alles, was im Verdauungstrakt passiert. Der Prozess der Aufnahme komplexer Kohlenhydrate ist im Gegensatz zu einfachen Verbindungen nicht so einfach. Komplexe Verbindungen müssen zunächst in Monosaccharide zerlegt werden, erst danach werden sie absorbiert.

Es ist eine der häufigsten Arten von Monosacchariden. Es entsteht eine weiße kristalline Substanz natürlich während der Photosynthese oder Hydrolyse. Die Verbindungsformel lautet C6H12O6. Die Substanz ist gut wasserlöslich und hat einen süßen Geschmack.

Glukose versorgt die Zellen des Muskel- und Gehirngewebes mit Energie. Bei Einnahme wird der Stoff absorbiert, gelangt in den Blutkreislauf und verteilt sich im ganzen Körper. Dort wird es unter Energiefreisetzung oxidiert. Dies ist die Hauptenergiequelle für das Gehirn.

Bei einem Mangel an Glukose im Körper kommt es zu einer Hypoglykämie, die vor allem die Funktion der Gehirnstrukturen beeinträchtigt. Allerdings ist auch sein übermäßiger Gehalt im Blut gefährlich, da er zur Entwicklung führt Diabetes. Auch bei der Verwendung eine große Anzahl Glukose beginnt, das Körpergewicht zu erhöhen.

Fruktose

Es gehört zur Gruppe der Monosaccharide und ist der Glukose sehr ähnlich. Unterscheidet sich durch langsamere Assimilationsraten. Denn Fruktose muss zur Aufnahme zunächst in Glukose umgewandelt werden.

Daher gilt diese Verbindung für Diabetiker als unbedenklich, da ihr Verzehr nicht zu einer Schädigung führt drastische Veränderung die Menge an Zucker im Blut. Dennoch ist bei dieser Diagnose Vorsicht geboten.

Fruktose hat die Fähigkeit, sich schnell in Fruktose umzuwandeln Fettsäure was zur Entwicklung von Fettleibigkeit führt. Es verringert auch die Insulinsensitivität, die Typ-2-Diabetes verursacht.

Dieser Stoff kann aus Beeren und Früchten, aber auch aus Honig gewonnen werden. Normalerweise liegt es in Kombination mit Glukose vor. Die Verbindung hat auch eine weiße Farbe. Der Geschmack ist süß, und diese Eigenschaft ist intensiver als bei Glukose.

Andere Verbindungen

Es gibt andere Monosaccharidverbindungen. Sie können natürlich oder halbkünstlich sein.

Das natürliche ist Galaktose. Es ist auch darin enthalten Lebensmittel kommt aber nicht in reiner Form vor. Galaktose ist das Ergebnis der Hydrolyse von Laktose. Seine Hauptquelle heißt Milch.

Andere natürliche Monosaccharide sind Ribose, Desoxyribose und Mannose.

Es gibt auch Sorten solcher Kohlenhydrate, für die industrielle Technologien eingesetzt werden.

Diese Stoffe kommen auch in der Nahrung vor und gelangen in den menschlichen Körper:

• Rhamnose;
• Erythrulose;
• Ribulose;
• D-Xylose;
• L-Allose;
• D-Sorbose usw.

Jede dieser Verbindungen hat ihre eigenen Eigenschaften und Funktionen.

Disaccharide und ihre Verwendung

Die nächste Art von Kohlenhydratverbindungen sind Disaccharide. Sie gelten als komplexe Stoffe. Durch Hydrolyse entstehen daraus zwei Moleküle Monosaccharide.

Diese Art von Kohlenhydraten weist folgende Eigenschaften auf:

• Härte;
• Löslichkeit in Wasser;
• schlechte Löslichkeit in konzentrierten Alkoholen;
• süßer Geschmack;
• Farbe - von weiß bis braun.

Die wichtigsten chemischen Eigenschaften von Disacchariden sind Hydrolysereaktionen (Aufbrechen glykosidischer Bindungen und Bildung von Monosacchariden) und Kondensation (es werden Polysaccharide gebildet).

Es gibt zwei Arten solcher Verbindungen:

1. Wiederherstellen. Ihr Merkmal ist das Vorhandensein einer freien Halbacetal-Hydroxylgruppe. Dadurch haben solche Stoffe reduzierende Eigenschaften. Zu dieser Gruppe von Kohlenhydraten gehören Cellobiose, Maltose und Laktose.
2. Nicht reduzierend. Diese Verbindungen sind nicht reduzierbar, da ihnen eine Halbacetal-Hydroxylgruppe fehlt. Die bekanntesten Substanzen dieser Art sind Saccharose und Trehalose.

Diese Verbindungen sind in der Natur weit verbreitet. Sie können sowohl in freier Form als auch als Bestandteil anderer Verbindungen vorkommen. Disaccharide sind eine Energiequelle, da aus ihnen bei der Hydrolyse Glukose entsteht.

Laktose ist für Kinder sehr wichtig, da sie der Hauptbestandteil der Babynahrung ist. Eine weitere Funktion dieser Art von Kohlenhydraten ist struktureller Natur, da sie Teil der Zellulose sind, die für die Bildung pflanzlicher Zellen benötigt wird.

Eigenschaften und Merkmale von Polysacchariden

Eine weitere Art von Kohlenhydraten sind Polysaccharide. Dies ist die komplexeste Art von Verbindungen. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Monosacchariden (ihr Hauptbestandteil ist Glukose). Im Magen-Darm-Trakt werden Polysaccharide nicht resorbiert, sondern zunächst gespalten.

Die Merkmale dieser Stoffe sind:

• Unlöslichkeit (oder schwache Löslichkeit) in Wasser;
• gelbliche Farbe (oder keine Farbe);
• sie haben keinen Geruch;
• Fast alle davon sind geschmacklos (einige haben einen süßlichen Geschmack).

Zu den chemischen Eigenschaften dieser Stoffe gehört die Hydrolyse, die unter dem Einfluss von Katalysatoren erfolgt. Das Ergebnis der Reaktion ist der Abbau der Verbindung in Strukturelemente – Monosaccharide.

Eine weitere Eigenschaft ist die Bildung von Derivaten. Polysaccharide können mit Säuren reagieren.

Die dabei entstehenden Produkte sind sehr vielfältig. Dies sind Acetate, Sulfate, Ester, Phosphate usw.

Beispiele für Polysaccharide:

• Stärke;
• Zellulose;
• Glykogen;
• Chitin.

Lehrvideomaterial zu den Funktionen und der Klassifizierung von Kohlenhydraten:

Diese Stoffe sind wichtig für die volle Funktion des Körpers als Ganzes und der einzelnen Zellen. Sie versorgen den Körper mit Energie, beteiligen sich an der Zellbildung, schützen innere Organe vor Schäden und Beeinträchtigungen. Sie spielen auch die Rolle von Reservestoffen, die Tiere und Pflanzen in schwierigen Zeiten benötigen.

Kohlenhydrate werden in einfache (Monosaccharide) und komplexe (Polysaccharide) unterteilt.

Monosaccharide (Monosen). Dabei handelt es sich um heteropolyfunktionelle Verbindungen, die Carbonyl- und mehrere Hydroxylgruppen enthalten. Monosaccharide haben Molekularformel MIT P(H 2 O) P, die als Grundlage für den Namen dieser Verbindungsklasse (Kohlenstoff + Wasser) diente. Monosen gehören ihrer Struktur nach zu den Polyhydroxyaldehyden bzw. Aldosen bzw. Polyoxyketonen bzw. Ketosen. Abhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome werden Monosen in Triosen (drei Kohlenstoffatome), Tetrosen (vier Atome), Pentosen (fünf Atome), Hexosen (sechs Atome) und Heptosen (sieben Atome) unterteilt. Abhängig von der Struktur der Carbonylgruppe wird jede der Monosen bezeichnet: Aldothriose, Aldohexose, Ketohexose usw.

Optische Isomerie von Monosacchariden. charakteristisches Merkmal Die Struktur von Monosacchariden ist das Vorhandensein asymmetrischer Kohlenstoffatome (d. h. mit vier verschiedenen Substituenten) in den Molekülen. Asymmetrische Kohlenstoffatome sind die Chiralitätszentren des Moleküls. Die Folge der Chiralität des Moleküls ist das Phänomen der optischen Isomerie oder Enantiomerie, die sich in der Fähigkeit der Verbindung ausdrückt, die Ebene des polarisierten Lichts in entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Eine Verbindung mit asymmetrischen Kohlenstoffatomen kann in zwei Isomeren vorliegen. In Verbindungen mit den gleichen asymmetrischen Kohlenstoffatomen nimmt die Zahl der optischen Isomere aufgrund der Existenz von Mesoformen ab. Meso-Übergänge sind aufgrund der „internen Kompensation“ des Rotationszeichens optisch inaktiv. Ein Beispiel für eine Meso-Verbindung ist D-Xylit.

Optische Isomere, die sich wie ein asymmetrisches Objekt zu ihrem Spiegelbild zueinander verhalten, werden Enantiomere oder optische Antipoden genannt. Enantiomere unterscheiden sich in der Konfiguration aller Chiralitätszentren und bilden die D-Form (lat. Dexter – rechts) und die L-Form (lat. laevus – links) – stereochemische Reihe von Monosacchariden. Isomere, die sich nur in der Konfiguration eines Teils der Chiralitätszentren unterscheiden und keine optischen Antipoden sind, werden als Diastereomere bezeichnet. Ein Paar von Diastereomeren, die sich in der Konfiguration nur eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms unterscheiden, nennt man Epimere. Normalerweise wird dem Namen die Nummer des epimeren Kohlenstoffatoms hinzugefügt, 2-Epimere werden einfach Epimere genannt. Beispielsweise sind D-Allose und D-Altrose Epimere, D-Allose und D-Glucose sind 3-Epimere, D-Allose und D-Gulose sind 4-Epimere.

Als Maßstab für die Zugehörigkeit einer Verbindung zur stereochemischen D- oder L-Reihe wird die Konfiguration eines asymmetrischen Atoms in der einfachsten Triose, D-Glycerinaldehyd, herangezogen. Die Zugehörigkeit der Verbindung zur stereochemischen Reihe bestimmt die Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms mit der höchsten Zahl (im Fall von Glucose das C 5 -Atom). Wenn sie mit der Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms von D-Glycerinaldehyd übereinstimmt, wird die Verbindung der D-Reihe zugeordnet, wenn sie nicht übereinstimmt, der L-Reihe. Es wurde festgestellt, dass alle natürlichen Monosen zur D-Reihe gehören.

Cyclo-Oxo-Tautomerie von Monosacchariden. Im festen Zustand und in wässriger Lösung liegen Monosaccharide überwiegend als zyklische Halbacetale vor. Die Bildung von Halbacetalen kann als intramolekulare Reaktion A N betrachtet werden, die zur Bildung der stabilsten Sechsringe (Pyranose) und Fünfringe (Furanose) führt. Somit stellt sich in der Lösung ein tautomeres Gleichgewicht zwischen der offenen (Oxo-Form) und der zyklischen Form des Monosaccharids ein, wobei die zyklische Form deutlich überwiegt (mehr als 99,9 % im Gleichgewichtsgemisch):

Für das Bild auf der Ebene der räumlichen Struktur von Verbindungen in offener Form werden die Projektionsformeln von Fisher verwendet, und für das Bild auf der Ebene der räumlichen Struktur von zyklischen Verbindungen werden die Projektionsformeln von Haworth verwendet:

Dabei orientieren sie sich an folgenden Regeln: Der Zyklus wird flach dargestellt; Substituenten in der Oxo-Form rechts sind unterhalb der Zyklusebene dargestellt, diejenigen links oberhalb der Zyklusebene; Wasserstoffatome C-H-Verbindungen möglicherweise nicht angezeigt.

In der zyklischen Form erscheint im Vergleich zur offenen Form ein zusätzliches asymmetrisches Kohlenstoffatom (Chiralitätszentrum): das C 1-Atom in Aldosen oder das C 2-Atom in Ketosen, das sogenannte anomere Kohlenstoffatom, und eine zusätzliche –OH-Gruppe, das sogenannte Halbacetalhydroxyl (in der Haworth-Formel mit einem Sternchen * dargestellt). Wenn die Konfiguration des anomeren Kohlenstoffatoms mit der Konfiguration des Atoms übereinstimmt, die bestimmt, ob die Verbindung zur stereochemischen Reihe gehört, spricht man von einem a-Anomer, stimmt sie nicht überein, spricht man von einem b-Anomer.

Somit können die a- und b-Anomere von Monos als Isomere der Hydroxylposition des Halbacetals betrachtet werden. Der Übergang der anomeren Formen a « b erfolgt nur über die offene Oxo-Form: a-Form « Oxo-Form « b-Form

In ähnlicher Weise stellt sich in Lösung ein Gleichgewicht zwischen den Formen Pyranose und Furanose ein. Das Vorherrschen des a- oder b-Anomers hängt von der Art der Monose, dem Lösungsmittel, der Konzentration und anderen äußeren Bedingungen ab. Das Gleichgewicht zwischen allen Formen ist somit dynamisch. Wenn also ein Glucoseanomer in Wasser gelöst wird, wandelt es sich allmählich in ein anderes Anomer um, bis sich eine Gleichgewichtsmischung der beiden Anomere bildet, die auch eine sehr kleine Menge der offenen Form enthält. Dieser Übergang geht mit einer Änderung der optischen Drehung der Lösung einher. Ein solches Phänomen nennt man Mutarotation(Anomerisierung) von Monosacchariden. Das durch Mutarotation von a- und b-D-Glucopyranose gebildete Gleichgewichtsgemisch enthält 36 % des a-Isomers und 64 % der b-Form. Der Anteil der Oxoform im Gleichgewichtsgemisch ist gering (bei pH 6,9 enthält das Gleichgewichtsgemisch der D-Glucose nur einen geringen Teil der Aldehydform). Daher ergeben Monosen bei der Reaktion mit Fuchsin-Schwefliger Säure nicht die für Aldehyde charakteristische Farbe und reagieren nicht mit Natriumhydrosulfit. Die Mutarotation wird durch Säuren und Basen katalysiert. Im festen Zustand liegen Monosen ausschließlich in zyklischer Form vor.

Chemische Eigenschaften von Monosacchariden. Chemisch gesehen vereinen Monosen die Eigenschaften mehrwertiger Alkohole, Carbonylverbindungen und Halbacetale.

1. Für zyklische Formen von Monosen sind Reaktionen mit Beteiligung der Hydroxylgruppe am charakteristischsten. Die Hydroxylgruppe des Halbacetals ist am reaktivsten.

Ether werden durch Reaktion der Hydroxylgruppen von Monosen mit Alkylhalogeniden erhalten. Gleichzeitig gehen sowohl Halbacetal- als auch Alkoholhydroxygruppen in die Reaktion ein. Die Halbacetalgruppe –OH ist reaktiver, daher verläuft die Bildung eines Ethers an dieser Gruppe schneller und kann auch bei der Wechselwirkung von Monosen mit niederen Alkoholen in Gegenwart von Chlorwasserstoff auftreten. Die resultierenden Monoester werden Glykoside (Pyranoside und Furanoside) genannt.

Durch alkoholische Hydroxylgruppen gebildete Ether werden nicht hydrolysiert und die glykosidische Bindung wird in alkalischem Medium leicht hydrolysiert. Lösungen von Glykosiden mutarotieren nicht.

Moleküle von Ethanol oder Methyliodid wirken bei dieser Reaktion als Nukleophile. In ähnlicher Weise interagieren Monosen mit Aminen und ihren Derivaten unter Bildung von N-Glykosiden.

Glykoside sind Kondensationsprodukte zyklischer Formen von Monosacchariden mit Alkoholen und Aminen unter Bildung einer glykosidischen Bindung. Glykoside werden in einer sauren Umgebung leicht hydrolysiert. Je nach Art der O-Glykoside werden Di- und Polysaccharide gebildet, je nach Art der N-Glykoside – Nukleoside – Strukturbestandteile Nukleinsäuren. Glykoside spielen eine äußerst wichtige Rolle in biochemischen Prozessen, insbesondere bei den Prozessen der Atmung und der Photosynthese. Das wichtigste Glykoside ist Adenosintriphosphat (ATP), ein Ester aus Phosphorsäure und Adenosin, einem Nukleosid, das aus der Kondensation von Adenin mit Ribose entsteht. Phosphatgruppen von ATP fungieren als eine Art Energiedepot; Bei der Hydrolyse wird die Energie freigesetzt, die die Zellen für die Muskelkontraktion benötigen.

Bei der Wechselwirkung mit Säuren und deren Anhydriden bilden Monosen Ester. Wenn also Glucose mit Essigsäureanhydrid reagiert, entsteht Pentaacetylglucose.

Ein biologisch wichtiges Beispiel für diese Art von Reaktion ist die Phosphorylierungsreaktion. Phosphate – Ester von Monosen und Phosphorsäure kommen in allen pflanzlichen und tierischen Organismen vor und sind stoffwechselaktive Formen von Monosacchariden. So entsteht bei der Hydrolyse von Glykogen (einem in tierischen Organismen vorkommenden Polysaccharid) 1-Phosphat der D-Glucose; Glucose-6-phosphat ist ein Produkt des Glucoseabbaus im Körper; Phosphate von D-Ribose und 2-Desoxy-D-Desoxyribose sind Strukturelemente von Nukleinsäuren.

Die Reaktion findet im ersten Stadium der Glykolyse statt (dem Prozess der Oxidation von Glucose zu Pyruvat). Es ist zu beachten, dass alle Zwischenprodukte der Glykolyse Ester von Monosen und Phosphorsäure sind.

2. Die Oxidation von Monosen in sauren und neutralen Medien führt zur Bildung verschiedener Säuren. Nur die Carbonylgruppe kann oxidiert werden – „sanfte“ Oxidation, beispielsweise mit Bromwasser zu -onsäuren

Oxidation der Carbonyl- und primären Hydroxylgruppen – „harte“ Oxidation, beispielsweise mit einer Lösung von HNO 3 zu Glykarsäuren.

Die Oxidation nur der primären Hydroxylgruppe unter milden Bedingungen (z. B. unter Einwirkung von Enzymen) unter Schutz der Aldehydgruppe führt zur Bildung von Glycuronsäuren.

Glycuronide werden beim Erhitzen leicht decarboxyliert, was zur Bildung von Monosen mit einer geringeren Anzahl von Kohlenstoffatomen führt. So kann man aus D-Glycuronid Pentose – D-Xylose – gewinnen.

Die Oxidation von Monosen in alkalischem Medium geht mit der Zerstörung des Kohlenstoffgerüsts einher. Oxidationsreaktionen sind nicht nur für Aldosen, sondern auch für Ketosen (im Gegensatz zu Ketonen) charakteristisch, was durch das Phänomen der Epimerisierung von Monosen erklärt wird.

Einige Disaccharide, sogenannte reduzierende Disaccharide, können auch oxidiert werden. Sie liegen überwiegend in Form von Halbacetalen vor und verfügen über eine potenziell freie Aldehydgruppe (in der Oxo-Form).

Durch Reduzieren von Mono- und Disacchariden werden Kupfer(II)-Ionen, die Teil des Fehling- oder Benedict-Reagenz sind, zu Kupferoxid (I) Cu 2 O sowie Silberionen im Tollens-Reagenz OH zu freiem Silber reduziert. Reaktionen dienen der qualitativen Bestimmung des Vorhandenseins reduzierender Saccharide.

3. Monosaccharide unterliegen einer chemischen oder biologischen Reduktion.

Die Reduktion von Monosen sowie etwaigen Carbonylverbindungen führt zur Umwandlung von Carbonylgruppen in Alkoholgruppen; Dabei entstehen mehrwertige Alkohole, sogenannte Zuckeralkohole oder Aldite.

Zur Reduktion von Monosen werden neben Natriumamalgam in wässrigem (oder wässrig-alkoholischem oder alkoholischem) Medium auch Wasserstoff in Gegenwart von Katalysatoren (Pt, Pd, Ni) und Metallhydride (insbesondere NaBH 4) eingesetzt. Es ist zu bedenken, dass bei einer Reduzierung der Aldose ein Alkohol gebildet wird und bei der Wiederherstellung der Ketose zwei steoisomere mehrwertige Alkohole entstehen, weil Das nicht asymmetrische 2. Atom C in der Ketose (ein Atom der Carbonylgruppe) wird nach der Reduktion asymmetrisch und zwei Orientierungen der damit verbundenen Hydroxylgruppe sind möglich.

4. Die Isomerisierungsreaktion (Epimerisierung) findet immer am a-CH *-Säurezentrum von Monosacchariden statt, bei dem es sich um ein Kohlenstoffatom handelt, das direkt an die Carbonylgruppe gebunden ist. Die Reaktion verläuft unter Einwirkung verdünnter Alkalilösungen oder enzymatisch (unter Körperbedingungen) und wird begleitet von

intramolekulares Redox

(Disproportionierung) der Kohlenstoffatome C 1 und C 2.

Während dieser Umstellung aufgrund der Übertragung

Proton unter dem Einfluss durchgeführt

Hydroxylion, ein Zwischenprodukt

Verbindung - Endiol (eine Doppelbindung (-en)

zwischen zwei Hydroxylgruppen (Diol)).

Umwandlungen von Endiol können zur Bildung von führen

nyu sowohl Ketosen als auch zwei Aldosen.

Also als Ergebnis der Reaktion

Es bildet sich nach und nach eine Gleichgewichtsmischung

Isomere. Beispielsweise entsteht durch die Epimerisierung von D-Glucose

D-Mannose ist ein Epimer von Glucose an C 2 und D-Fructose ist ein Strukturisomer von Glucose.

Ein Beispiel für eine Isomerisierungsreaktion im Körper ist die enzymatische Umwandlung von Glucose-6-phosphat in Fructose-6-phosphat während der Glykolyse.

Oligo- und Polysaccharide. Disaccharide (Biosen) sind das Produkt der Kondensation zweier Monosaccharidmoleküle, die durch eine O-glykosidische Bindung verbunden sind.

Wenn beide Halbacetal-Hydroxylgruppen an der Kondensationsreaktion teilnehmen und zwei Monosylreste kombiniert werden Glykosid-glykosidische Bindung, gebildet Nicht reduzierend Disaccharid. Ein solches Disaccharid enthält kein glykosidisches Hydroxyl, kann sich nicht in eine offene Aldehydform umwandeln und reduziert daher keine Metalloxide (reagiert nicht mit Kupferhydroxid oder der „Silberspiegel“-Reaktion).

Nehmen ein Halbacetal und ein Alkohol Hydroxyl an der Kondensationsreaktion teil und werden zwei Monosylreste kombiniert Glykosid-Glykose-Bindung, gebildet erholsam Disaccharid. Ein solches Disaccharid enthält eine glykosidische Hydroxylgruppe, wodurch es sich in eine offene Aldehydform umwandeln und als Reduktionsmittel wirken kann.

Disaccharide werden wie alle Glykoside in einer sauren Umgebung hydrolysiert. Die biologisch wichtigsten Disaccharide sind Saccharose, Maltose, Lactose und Cellobiose.

Beispielsweise lässt sich die Strukturformel von Maltose, dem Hauptprodukt des Stärkeabbaus in der Mundhöhle unter Einwirkung des Speichelenzyms – b-Amylase, wie folgt darstellen:

Der systematische Name (a-D-Glucopyranosyl-(1®4)-a-D-glucopyranose oder 4-(a-D-glucopyranosido)-D-glucopyranose) weist auf das Vorhandensein einer glykosidischen Bindung zwischen dem a-konfigurierten C-Atom eines Glucoserests und dem C 4-Atom eines anderen Rests hin. Maltose entsteht durch die Kondensation zweier Moleküle a-D-Glucopyranose unter Bildung einer glykosidischen Bindung zwischen dem C 1-Atom des a-Anomers von Glucose und dem C 4-Atom des zweiten Glucosemoleküls. Eine solche Verbindung wird als (1®4)-Verbindung bezeichnet.

Lactose (4-(b-D-galactopyranosid)-D-glucopyranose) hat die Struktur:

Cellobiose (4-(b-D-glucopyranosid)-D-glucopyranose) ist der Hauptbaustein der Cellulose; entsteht bei der enzymatischen Hydrolyse von Cellulose. Cellobiose hat wie Laktose eine 1,4-b-glykosidische Bindung und ist ein reduzierendes Disaccharid, aber im Gegensatz zu Laktose ergibt es bei vollständiger Hydrolyse nur D-Glukose:

Saccharose (a-D-Glucopyranosid-b-D-Fructofuranosid)

Rohrzucker genannt; sie ist unwiederbringlich

Gießen von Disaccharid aus Zuckerrohr

Rüben, verschiedene Früchte, Beeren und Gemüse.

Der systematische Name von Saccharose spiegelt die Konfiguration wider

Walkie-Talkie von beiden glykosidisch (das Suffix „ozid“ in den Namen beider).

monoz) Hydroxylgruppen (a oder b) und das Vorhandensein einer C 1 -C 2-Bindung.

Die Kondensationsprodukte mehrerer (von 2 bis 12) Monosaccharidmoleküle werden Oligosaccharide genannt; mehr Monosaccharide - Polysaccharide.

Wenn Makromoleküle aus Resten eines Monosaccharids aufgebaut sind, werden solche Polysaccharide genannt Homopolysaccharide. Unter den Homopolysacchariden sind Poly-D-Glucopyranosen die biologisch wichtigsten: Amylose, Amylopektin, Glykogen (das Disaccharidfragment des letzteren ist Maltose) und Cellulose. Strukturkomponente Das ist das Disaccharid Cellobiose.

Amylose ist ein unverzweigtes Polymer (lineares Polymer) mit einem Molekulargewicht von etwa 60.000; Beim Erhitzen löst es sich in Wasser auf und bildet eine lyophile kolloidale Lösung. reagiert mit Jod unter Bildung einer komplexen „Einschlussverbindung“ von blauer Farbe.

Bei der enzymatischen Hydrolyse durch b-Amylase, die von der Bauchspeicheldrüse abgesondert wird und im Speichel enthalten ist, wird Amylose in Glucose und Maltose gespalten; Die Hydrolyse beginnt am nichtreduzierenden Ende der Amylose und erfolgt durch sukzessive Eliminierung von Maltosemolekülen.

Amylopektin hat eine verzweigte Struktur und enthält neben a(1®4)-Bindungen auch glykosidische a(1®6)-Bindungen. Aufgrund letzterer bilden sich Verzweigungen in der Struktur:

Beim Auflösen in Wasser quillt Amylopektin auf und bildet ein gebundenes, dispergiertes System – ein Gel. Amylopektin bildet mit Jod eine rotviolette Verbindung.

Eine Mischung aus Amylose (20–25 %) und Amylopektin (75–80 %) ist ein Polysaccharid natürlichen Ursprungs – Stärke.

Somit ist natürliche Stärke kein einzelner Stoff: Sie besteht aus zwei Fraktionen, die sich in ihrer Struktur unterscheiden und daher unterschiedliche Löslichkeiten in aufweisen warmes Wasser. Stärke ist das wichtigste Reservepolysaccharid der Pflanzen.

Stärke ist eine weiße, amorphe Substanz. IN kaltes Wasser unlöslich, quillt in der Hitze auf und löst sich allmählich auf. Beim Abkühlen entsteht eine geleeartige Masse bzw. ein Gel (Gelee). In vielen Eigenschaften ähnelt Gelee einem festen Körper, insbesondere weist es Elastizität auf, obwohl es sich um eine eher verdünnte Stärkelösung und nicht um eine konzentrierte Lösung wie Sirup handelt. Tatsache ist, dass verzweigte und unverzweigte Moleküle von Amylopektin und Amylase, wenn sie in die Lösung gelangen, aufgrund der entstehenden Wasserstoffbrückenbindungen ein dreidimensionales räumliches Gitter bilden, in dessen Zellen Wassermoleküle eindringen. Ein solches Gerüst existiert nur bei niedrigen Temperaturen. Wenn das Gelee erhitzt wird, beginnen sich die Moleküle stärker zu bewegen, die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen ihnen werden aufgebrochen und das Gelee wird flüssig.

Alle Stärkepolysaccharide drehen polarisiertes Licht nach rechts, da sie durch rechtsdrehende Glucose gebildet werden. Beim Erhitzen mit Säuren wird Stärke an der Stelle der Glukosid-Glukose-Bindungen hydrolysiert, wodurch nacheinander Dextrine, Maltose und Glukose entstehen.

Glykogen („tierische Stärke“) ähnelt in Struktur und Eigenschaften Amylopektin, verfügt jedoch über eine noch stärker verzweigte Polymerkette und ist ein tierisches Reservepolysaccharid, das in der Leber und im Muskelgewebe gespeichert wird.

Glykogen ist im Tierreich der „Zwilling“ der Stärke und übernimmt die Rolle eines Depots Nährstoffe und Reservekohlenhydrate tierischer Gewebe (hauptsächlich in der Leber und den Muskeln abgelagert). Das Molekulargewicht von Glykogen ist sehr groß – etwa 100 Millionen. Diese Größe der Moleküle entspricht ihrer biologischen Funktion als Reservekohlenhydrat. Das Glykogen-Makromolekül aufgrund große Größe dringt nicht durch die Membran und bleibt in der Zelle, bis ein Energiebedarf besteht. Zwischen den Mahlzeiten wird Glykogen nach und nach in Glukose zerlegt, die in den Blutkreislauf gelangt und dann von den Körperzellen genutzt wird. Bei einem gut ernährten Erwachsenen erreichen die Glykogenspeicher 0,5 kg.

Eines der wichtigsten Polysaccharide ist Cellulose. Es bildet den Hauptteil Bestandteil pflanzliche Zellwände. Cellulose ist ein Polymer, das vollständig aus b-D-Glucopyranose-Einheiten besteht, die durch glykosidische b(1®4)-Bindungen verbunden sind.

Cellulose ist ein lineares Polymer, dessen Ketten mehr als 10.000 Einheiten enthalten können:

Reine Cellulose ist eine weiße faserige Substanz, die in Wasser, Ether oder Alkohol unlöslich ist. Diese Lösungsmittelbeständigkeit ist auf die einzigartige Struktur der Zellulose zurückzuführen.

Dieses Polysaccharid besteht aus D-Glucoseresten, die nur durch eine glykosidische b(1®4)-Bindung verbunden sind; Zellulosemoleküle sind fadenförmig und haben keine Verzweigungen. Die durch Röntgenbeugungsdaten bestätigte hochgeordnete Struktur ist für die außergewöhnliche Festigkeit und Elastizität von Cellulose sowie für die mangelnde Löslichkeit in den meisten verwendeten Lösungsmitteln verantwortlich.

Seltsamerweise löst sich Cellulose in einem Reagenz, das durch Mischen von Cu(OH) 2 mit einer konzentrierten wässrigen Ammoniaklösung (Schweitzer-Reagenz) hergestellt wird, sowie in einer angesäuerten ZnCl 2-Lösung beim Erhitzen oder in konzentrierter Schwefelsäure, d. h. in jenen Medien, deren Zusammensetzung es ermöglicht, Wasserstoffbrückenbindungen in Cellulosemolekülen aufzubrechen und neue Bindungen mit dem Lösungsmittel zu bilden.

Aufgrund der Anwesenheit freier alkoholischer Hydroxylgruppen ist Cellulose in der Lage, mit Alkoholen und Säuren unter Bildung von Estern zu reagieren. Cellulose fungiert als strukturelles Polysaccharid, das vom Körper zum Aufbau des Rückgrats des Zellgewebes verwendet wird.

Pektine kommen in Obst und Gemüse vor und zeichnen sich durch eine Gelierung in Gegenwart organischer Säuren aus, die in der Lebensmittelindustrie zur Herstellung von Gelees und Marmeladen verwendet wird.

Pektine basieren auf

Pektin - Polygalacturonsäure.

Pektinsäure besteht aus Rückständen

D-Galacturonsäure verwandt

eine(1®4)-glykosidische Bindung.

Einige Pektinstoffe haben eine geschwürhemmende Wirkung und sind die Grundlage einer Reihe von Arzneimitteln, beispielsweise Plantaglucid aus Flohsamen.

Heteropolysaccharide(deren Makromoleküle aus Resten von mehr als einem Monosaccharid aufgebaut sind) sind in der Natur ebenfalls weit verbreitet.

Alginsäuren kommt in Braunalgen vor. Die unverzweigte Kette ist aus (1®4)-verknüpften Resten von D-Mannuron- und L-Guluronsäuren aufgebaut. Alginsäuren werden in der Lebensmittelindustrie als Geliermittel eingesetzt. Algen sind eine Quelle vieler Polysaccharide. Wird beispielsweise häufig in der biochemischen Forschung eingesetzt Agar ist ein Heteropolysaccharid, das eine große Anzahl an Sulfatgruppen enthält. Agar ist eine Mischung aus Agarose und Agaropektin. In der Polysaccharidkette der Agarose wechseln sich Reste von D-Galactose und L-Lactose ab.

Bindegewebspolysaccharide. Bindegewebe ist im ganzen Körper verteilt und bestimmt die Stärke und Elastizität der Organe, die Elastizität ihrer Verbindung und die Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen. Bindegewebspolysaccharide sind mit Proteinen verbunden.

Am vollständigsten untersucht Chondroitinsulfate(Haut, Knorpel, Sehnen) Hyaluronsäure(Glaskörper des Auges, Nabelschnur, Knorpel, Gelenkflüssigkeit), Heparin(Leber). Diese Polysaccharide haben gemeinsame Strukturmerkmale: Ihre unverzweigten Ketten sind aus Disaccharidresten aufgebaut, zu denen Uronsäuren (D-Glucuronsäure, D-Galacturonsäure, L-Iduronsäure) und N-Acetylhexosamine (N-Acetylglucosamin, N-Acetylgalactosamin) gehören. Einige von ihnen enthalten Rückstände von Schwefelsäure.

Hyaluronsäure besteht aus Disaccharidresten, die durch b(1®4)-glykosidische Bindungen verbunden sind. Das Disaccharidfragment besteht aus D-Glucuronsäure- und N-Acetyl-O-glucosamin-Resten, die durch eine b(1®3)-glykosidische Bindung verbunden sind. Hyaluronsäure hat ein großes Molekulargewicht - 2-7 Millionen, Lösungen haben eine hohe Viskosität, was mit ihrer Barrierefunktion verbunden ist, die die Undurchlässigkeit des Bindegewebes für pathogene Mikroorganismen gewährleistet.

Chondroitinsulfate bestehen aus Disaccharidresten von N-acetyliertem Chondrosin, die durch b(1®4)-glykosidische Bindungen verbunden sind. Chondrosin enthält D-Glucuronsäure und D-Galactosamin, die durch eine b(1®3)-glykosidische Bindung miteinander verbunden sind.

Die Sulfatgruppe bildet eine Esterbindung mit der Hydroxylgruppe von N-Acetyl-O-Galactosamin, die sich entweder in der 4. oder 6. Position befindet. Das Molekulargewicht von Chondroitinsulfaten beträgt 10.000 – 60.000.

Chondroitinsulfate und Hyaluronsäure liegen nicht frei vor, sondern sind an Polypeptidketten gebunden.

OLIGO UND POLYSACCHARIDE

1. KLASSIFIZIERUNG VON POLYSACCHARIDEN; IHRE BIOLOGISCHE ROLLE.

Polysaccharide genannt komplexe Kohlenhydrate(Polyglykoside), die durch saure Hydrolyse Monosaccharide oder deren Derivate bilden können. Im Gegensatz zu Monosacchariden haben sie in der Regel keinen süßen Geschmack, sind amorph und wasserunlöslich (bilden kolloidale Lösungen). Polysaccharide werden eingeteilt in Oligosaccharide Und höher Homo- und Heteropolysaccharide. Bei der Hydrolyse von Oligosacchariden entstehen 2 bis 10 Monosaccharidreste. Höhere Polysaccharide sind Kohlenhydrate, die Hunderte und Tausende von Monosaccharidresten in ihren Molekülen enthalten. Bei der Hydrolyse von Homopolysacchariden entstehen Reste nur eines Monosaccharids, bei der Hydrolyse von Heteropolysacchariden entsteht ein Gemisch aus verschiedenen Monosacchariden und deren Derivaten.

Abhängig von der Anzahl der Monosaccharide, die bei der sauren Hydrolyse von Oligosacchariden entstehen, werden sie unterteilt in Di-, Tri-, Tetra-, Penta- usw. (bis 10) Saccharide.

Natürliche Polysaccharide erfüllen hauptsächlich so wichtige Funktionen wie:

1) die Funktion eines Reserveenergiedepots und von Kohlenstoffquellen, beispielsweise Glykogen in menschlichen und tierischen Geweben, Stärke in pflanzlichen Organismen; 2) strukturell, zum Beispiel Heteropolysaccharide von Bindegewebe, Knorpel, Haut usw. Darüber hinaus fungieren Kohlenhydratreste, insbesondere Oligosaccharidreste, die mit Zellmembranproteinen verbunden sind, als spezifische Marker von Zelloberflächen und Biopolymeren und bewirken deren Erkennung durch andere Zellen.

2. DISACCHARIDE REDUZIEREN. STRUKTUR, CYCLO-OXO-TAUTOMERIE, BIOLOGISCHE BEDEUTUNG.

Disaccharide sind in der Regel eine Transport- oder Speicherform von Kohlenhydraten und wichtig für die Ernährung. Sie sind aus Hexosen aufgebaut und haben die allgemeine Summenformel C 12 H 22 O 11 . Abhängig von der Art der glykosidischen Bindung, die Monosaccharidreste bindet, werden Disaccharide in reduzierende und nicht reduzierende unterteilt.

Bei regenerierend Disaccharide wird eine glykosidische Bindung unter Beteiligung der Halbacetalhydroxylgruppe eines Monosaccharidrests und der Alkoholhydroxylgruppe eines anderen Monosaccharidrests gebildet. Ein solches Disaccharid behält die freie Halbacetalhydroxylgruppe in seiner Struktur und kann in einem alkalischen Medium in eine Aldehydform umgewandelt werden und den „Silberspiegel“, Trommer- und Fehling-Reaktionen ergeben, d. h. weisen restaurative Eigenschaften auf. Zu den Disacchariden mit dieser Art glykosidischer Bindung gehören Maltose, Laktose und Cellobiose. Sie mutarotieren in Lösung und können mit Alkoholen, Aminen und anderen Monosacchariden Glykoside bilden.

Bei Nicht reduzierend Disaccharide, ein Beispiel hierfür ist Saccharose, wird die glykosidische Bindung unter Beteiligung von Halbacetalhydroxylen beider Monosaccharidreste gebildet. Infolgedessen behält das Disaccharid keine freie Halbacetal-Hydroxylgruppe, kann nicht in eine tautomere acyclische Form (Aldehyd) umgewandelt werden, weist keine reduzierenden Eigenschaften auf, mutarotiert in Lösung nicht und ist nicht in der Lage, weitere Glykoside zu bilden.

Maltose- Malzzucker, der bei der Verzuckerung von Stärke unter Einwirkung von Malz- oder Speichelenzymen entsteht. Durch saure Hydrolyse von Maltose entstehen 2 Moleküle, D-Glucopyranose:

Die chemische Bezeichnung von Disacchariden wird als Glykoside angegeben: Die Art des Glykosids (O oder N) wird angegeben, der erste Monosaccharidrest wird als Rest mit der Endung „yl“ bezeichnet, dann wird die Art der glykosidischen Bindung (14) angegeben und der Name des zweiten Monosaccharids mit der Endung „ose“ angehängt, da Maltose am freien Halbacetal-Hydroxyl noch Glykoside bilden kann.

Die Struktur von Maltose nach Colley-Tollens:

Die Struktur von Maltose nach Haworth:

Cellobiose gewonnen durch unvollständige Hydrolyse von Cellulosepolysaccharid. In der Cellobiose sind die Reste zweier D-Glucopyranose-Moleküle durch eine (14)-glykosidische Bindung verbunden. Der Unterschied zwischen Cellobiose und Maltose besteht darin, dass das anomere Kohlenstoffatom, das an der Bildung einer glykosidischen Bindung beteiligt ist, eine -Konfiguration aufweist. Cellobiose-Lösungen mutarotieren.

Cellobiose wird durch das Enzym Glucosidase gespalten, das im menschlichen Körper fehlt. Daher können Cellobiose und das entsprechende Polysaccharid Cellulose nicht von den Enzymen des Magen-Darm-Trakts abgebaut werden und dienen dem Menschen als Nahrungsquelle.

Laktose- Milchzucker, enthalten in der Milch (Frauenbrust – bis zu 8 %, in Kuhmilch – 4-5 %). In der Käseindustrie wird es nach der Bruchtrennung aus Molke gewonnen. Durch saure Hydrolyse von Laktose entsteht:

Die Reste dieser Monosaccharide in Laktose sind durch eine (14)-glykosidische Bindung verbunden, an deren Bildung die Halbacetalhydroxylgruppe D-Galactopyranose beteiligt ist. Als Rückstand behält D-Glucopyranose ein freies Hemiacetal-Hydroxyl, sodass Laktose auch reduzierende Eigenschaften hat.

Die glykosidische Bindung hat eine andere konformative (räumliche) Struktur als die -glykosidische Bindung in Maltose. Daher ist Laktose weniger wasserlöslich und weniger hygroskopisch. Es wird in der Pharmaindustrie bei der Herstellung von Pulvern und Tabletten sowie als Nährstoff in künstlichen Säuglingsnahrungen verwendet. Es trägt zur Entwicklung des Mikroorganismus Lactobacillus bifidus im Verdauungstrakt bei, der Laktose unter Bildung von Milch- und Essigsäure abbaut, die das Wachstum pathogener Bakterien verhindern. Darüber hinaus enthält die menschliche Muttermilch auch eine Reihe von Oligosacchariden (Tri-, Tetra- und Pentasaccharide), die Laktose in Verbindung mit Aminozuckern und Sialinsäure (manchmal Fucose) enthalten. Diese Oligosaccharide haben auch sehr wichtig zur Bildung natürlicher apathogener Mikroflora im Magen-Darm-Trakt von Säuglingen.

3. SOLCHE ALS VERTRETER NICHT REDUZIERENDER DISACCHARIDE. STRUKTUR, HYDROLYSE VON SUCHAROS.

Saccharose- Rübenzucker (Rohrzucker), kommt in Zuckerrüben vor (von 16 bis 18 %), in Zuckerrohr (bis zu 28 % der Trockenmasse), Pflanzensäften und Früchten und wird in der Ernährung verwendet (nur Zucker). Durch Hydrolyse von Saccharose entsteht:

Saccharose hat keine reduzierenden Eigenschaften und mutarotiert nicht, da beide Halbacetalhydroxyle an der Bildung der (12)-glykosidischen Bindung beteiligt sind, die die Reste dieser Monosen verbindet. Im Namen von Saccharose erhält das zweite Molekül des Monosaccharids die für Glykoside charakteristische Endung „Ozid“.

Saccharose dreht die Polarisationsebene des Lichts um +66,5 nach rechts. Bei der sauren oder enzymatischen Hydrolyse von Saccharose (Enzym Invertase) entsteht ein äquimolekulares Gemisch aus D-Glucose und D-Fructose, das eine Linksdrehung aufweist, da die entstehende Fructose die Lichtpolarisationsebene viel stärker nach links dreht als Glucose nach rechts. Somit wird im Prozess der Saccharosehydrolyse die Drehrichtung der Lichtpolarisationsebene von rechts nach links umgekehrt, d. h. Inversion, daher werden die Produkte der Hydrolyse von Saccharose Invertzucker genannt. Invertzucker ist der Hauptbestandteil von Bienenhonig.

4. STÄRKE. STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, HYDROLYSE-REAKTIONEN. BIOLOGISCHE ROLLE VON STÄRKE.

Stärke (C 6 H 10 O 5) n ist das wichtigste Reservehomopolysaccharid der Pflanzen. Es entsteht in Pflanzen bei der Photosynthese und wird in Knollen, Wurzeln und Körnern von Getreidekulturen „gespeichert“. Stärke ist eine weiße, amorphe Substanz. In kaltem Wasser unlöslich; Bei Hitze quillt es auf und bildet eine Paste. Mit Jod ergibt es eine intensive blauviolette Farbe, die beim Erhitzen verschwindet. Beim Erhitzen in einem sauren Medium kommt es zu einer stufenweisen Hydrolyse von Stärke:

(C 6 H 10 O 5) n (C 6 H 10 O 5)x (C 6 H 10 O 5) m n / 2 C 12 H 22 O 11 nC 6 H 12 O 6

Stärke p-rimed Stärke Dextrine Maltose, D-Glucopyranose

X< n m << n

Stärke selbst hat keine reduzierenden Eigenschaften. Dextrine haben stärkende Eigenschaften, sind wasserlöslich und haben einen süßen Geschmack. Insbesondere beim Brotbacken wird Stärke dextrinisiert. Dextrine können zur Herstellung von Leim verwendet werden.

Stärke ist heterogen und besteht aus zwei Fraktionen: Amylose (10–20 %) und Amylopektin (80–90 %).

A) -Amylose besteht aus D-Glucopyranose-Resten, die durch (1 4)-glykosidische Bindungen in einer linearen Reihenfolge verbunden sind.

Das Amylose-Makromolekül hat auch eine sekundäre helikale Struktur, in der es für jede Windung der Helix 6 Monosaccharideinheiten gibt. Kann Einschlussverbindungen bilden. Es ist die Einschlussverbindung von Amylose mit Jod, die eine intensive blauviolette Farbe hat.

b) Amylopektin hat im Gegensatz zu Amylose eine verzweigte Struktur. In der Kette sind D-Glucopyranose-Reste durch (1 4)-glykosidische Bindungen und an Verzweigungspunkten (1 6) durch glykosidische Bindungen verknüpft. Verzweigungen treten alle 20–25 Reste auf.

Im menschlichen Verdauungstrakt erfolgt die Stärkehydrolyse unter der Wirkung von Enzymen, die (14)- und (16)-glykosidische Bindungen spalten. Die Endprodukte der Hydrolyse sind D-Glucopyranose und Maltose.

5. GLYKOGEN, SEINE STRUKTUR. BIOLOGISCHE BEDEUTUNG DER GLYKOGEN-GEHIRNSTRUKTUR.

Glykogen(C 6 H 10 O 5) n ist ein Reservepolysaccharid in tierischen und menschlichen Zellen, kommt aber in Pilzen und einigen Pflanzen vor. Bei Tieren und Menschen kommt es normalerweise in allen Zellen vor, am häufigsten jedoch in der Leber (bis zu 20 %) und den Muskeln (bis zu 4 %). Alle lebenswichtigen Prozesse, vor allem die Muskelarbeit, gehen mit dem Abbau von Glykogen unter Freisetzung von D-Glucopyranose einher. Glykogen hat eine ähnliche Struktur wie Amylopektin, hat aber noch mehr Verzweigungen (alle 6–10 Reste); Neben dem Primärzweig gibt es auch Sekundärzweige. Die kompakte und stark verzweigte Struktur des Glykogens ermöglicht eine effektive Einlagerung von Glukose sowie eine schnelle und effiziente Abspaltung aus den einzelnen Zweigen bei körperlicher Anstrengung. Glykogen ergibt im Gegensatz zu Stärke mit Jod eine rotbraune Farbe.

6. FASER, STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN. ROLLE IN DER ERNÄHRUNG.

Zellulose oder Zellulose ist ein lineares Homopolysaccharid, das aus D-Glucopyranose-Resten besteht, die durch (14)-glycosidische Bindungen miteinander verbunden sind.

Das sich wiederholende Strukturfragment in Cellulose ist das Biosefragment – ​​Cellobiose. In diesem Fragment ist der zweite Monosaccharidrest, D-Glucopyranose, gegenüber dem vorherigen um 180 gedreht. Dadurch erhält die Cellulose eine lineare Struktur, die durch Wasserstoffbrücken weiter stabilisiert wird. Zwischen dem Sauerstoffatom des Pyranoserings und der Alkoholhydroxylgruppe des 3. Kohlenstoffatoms des nächsten Zyklus sowie zwischen benachbarten Ketten können sich Wasserstoffbrückenbindungen bilden. Diese Kettenpackung sorgt für hohe mechanische Festigkeit, Ballaststoffe, Wasserunlöslichkeit und chemische Inertheit und ermöglicht es Cellulose, die pflanzliche Zellwand zu bilden.

Ballaststoffe werden von den Enzymen des menschlichen Magen-Darm-Trakts nicht abgebaut, sollten aber ein wesentlicher Bestandteil der Nahrung sein. Es führt folgende Funktionen aus:

erzeugt ein Sättigungsgefühl;

stimuliert die Peristaltik des Magen-Darm-Trakts;

ist ein Substrat für Bakterien des Magen-Darm-Trakts, die Vitamine der Gruppe B synthetisieren;

beteiligt sich an der Kotbildung;

fördert die Adsorption toxischer Substanzen im Dickdarm und deren Ausscheidung, wodurch das Risiko der Entwicklung bösartiger Neubildungen des Dickdarms verringert wird.

Dextrans- (C 6 H 10 O 5) n - Polysaccharide bakteriellen Ursprungs, aufgebaut aus Rückständen, D-Glucopyranose. Ihre Makromoleküle sind stark verzweigt. Der Hauptverbindungstyp ist (16) und an den Verzweigungsstellen - (14), (13) und seltener (12) - glykosidische Bindungen.

Natives Dextran hat ein Molekulargewicht von etwa 300.000–400.000 und wird zur Herstellung von Sephadex für die Gelfiltration verwendet. Als plasmasubstituierende Lösungen (Polyglucin, Reopoliglyukin usw.) wird teilweise hydrolysiertes Dextran mit einem Molekulargewicht von 60.000-90.000 in einer isotonischen NaCl-Lösung (0,85 %) verwendet.

8. Das Konzept der Struktur von Heteropolysacchariden. STRUKTUR NACH HAWORS, BIOLOGISCHE ROLLE.

Heteropolysaccharide- höhere Polysaccharide, bei deren saurer Hydrolyse eine Mischung aus Monosaccharid-Derivaten entsteht - Aminozucker und Uronsäuren. Es gibt: 1) Glykosaminoglykane und 2) Proteoglykane (kovalent an ein Protein gebundene Glykosaminoglykane).

Glykosaminoglykane Heteropolysaccharide mit langen unverzweigten Ketten, die aus sich wiederholenden Disaccharideinheiten bestehen. Sie werden Glykosaminoglykane genannt, weil einer der beiden Reste im sich wiederholenden Disaccharid ein Aminozucker (N-Acetylglucosamin oder N-Acetylgalactosamin) ist. In den meisten Fällen ist einer dieser Aminozucker sulfatiert (mit Schwefelsäureresten verestert) und der andere ist Uronsäure. Das Vorhandensein ionisierter Sulfat- oder Carboxylgruppen an vielen Zuckerresten verleiht Glykosaminoglykanen eine große negative Ladung und die Fähigkeit, viele osmotisch aktive Ionen wie Na + anzuziehen. Eine große Anzahl polarer hydrophiler Gruppen und eine hohe osmotische Ionenkonzentration tragen zur Hydratation von Glykosaminoglykanen und der Bindegewebsmatrix im Allgemeinen bei. Dadurch entsteht ein Quelldruck (Turgor), der es der Matrix ermöglicht, ein lockeres, hydratisiertes Gel zu bilden und Druckkräften standzuhalten. Auf diese Weise widersteht beispielsweise die Knorpelmatrix einer Kompression. Gleichzeitig verhindert die Gelstruktur nicht die schnelle Diffusion wasserlöslicher Moleküle und die Zellmigration.

Zu den Glykosaminoglykanen gehören: Hyaluronsäure, Chondroitinsulfate, Heparin usw.

Hyaluronsäure ist der Hauptbestandteil des Bindegewebes. In großen Mengen kommt es in der Gelenkflüssigkeit, im Glaskörper des Auges, in der Nabelschnur und auch in der Haut vor. Seine sich wiederholende Struktureinheit ist ein Disaccharidfragment, das aus D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin besteht, die durch eine glykosidische Bindung miteinander verbunden sind (13). Die sich wiederholenden Disaccharidfragmente sind durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden (14), die zwischen der Halbacetalhydroxylgruppe von N-Acetylglucosamin und der Alkoholhydroxylgruppe am 4. Kohlenstoffatom der Glucuronsäure der nächsten Einheit gebildet werden.

Hyaluronsäure hat ein Molekulargewicht von über 10 Millionen und ist hochviskos. Hyaluronsäure spielt eine wichtige Rolle bei der Widerstandskraft des Körpers gegen das Eindringen von Bakterien. Eine Reihe von Bakterien, die Hyaluronidase (ein Enzym, das Hyaluronsäure abbaut) absondern, können sich jedoch leicht im Körper ausbreiten und so das Hindernis beseitigen, das durch zähflüssige Hyaluronsäure entsteht. Im Bindegewebe ist Hyaluronsäure meist mit Proteinen verbunden.

Chondroitinsulfate In ihrer Struktur, ihrer Lokalisierung im Gewebe und ihren ausgeübten Funktionen ähneln sie Hyaluronsäure, mit der Ausnahme, dass Hexosamin durch N-Acetyl- und D-Galactosamin dargestellt wird und einzelne Hydroxylgruppen an 4, 6 oder beiden Positionen des N-Acetyl-Galactosamin-Rests mit Schwefelsäureresten verestert sind:

Chondroitin-4-sulfat: R = SO 3 , R = H; Chondroitin-6-sulfat: R = H, R = SO 3

Chondroitin-4,6-disulfat: R = R = SO 3.

Chondroitinsulfate kommen meist nur in proteingebundener Form (Proteoglykane) vor. Proteoglykane ist eine Gruppe von Kohlenhydrat-Protein-Biopolymeren, bei denen der Anteil der Kohlenhydratkomponente überwiegt. Die Eigenschaften von Proteoglykanen werden hauptsächlich durch die Polysaccharidbestandteile bestimmt. Die Hauptbindungsart zwischen den Polysaccharid- und Polypeptidketten ist die O-glykosidische Bindung.

Im Knorpel und Bindegewebe binden Chondroitinsulfate über Bindungsproteine ​​stark an Hyaluronsäure und bilden so sehr große Aggregate.

Diese Aggregate können mit einem Elektronenmikroskop beobachtet werden:

Schematischer Aufbau des Proteoglycan-Aggregats des Knorpelgewebes.

Bei der Zusammensetzung von Proteoglycan-Aggregaten fungieren Proteoglycan-Moleküle als Untereinheiten, die nichtkovalent mit kleinen, sogenannten Bindungsproteinen mit einer langen Kette von Hyaluronsäure verbunden sind. Solche Strukturen verleihen dem Knorpel eine festere Konsistenz und gleichzeitig eine höhere Elastizität.

Glykoproteine ​​sind gemischte Biopolymere, die aus Proteinmolekülen bestehen, an die Oligosaccharidketten kovalent gebunden sind. Bei Glykoproteinen überwiegt der Anteil der Proteinkomponente.

Glykoproteine ​​sind Bestandteil aller Organe, Gewebe und Zellen des menschlichen und tierischen Körpers; Sie kommen in Sekretionsflüssigkeiten und Blutplasma vor. Ihre Funktionen sind äußerst vielfältig. Darunter sind Enzyme, Hormone, Proteine ​​des Immunsystems, Blutplasmabestandteile, Muzine, Zellmembranrezeptoren usw.

Mindestprogramm

Polysaccharide Oligo- Und Polysaccharide. Strukturanalyse Oligo- Und Polysaccharide. Funktionen Oligo- Und Polysaccharide. Das Konzept der Lektine...

1 Geschichte der biotechnologischen Entwicklung und ihre Hauptaspekte

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Zellen (Nukleinsäuren, Proteine, Polysaccharide, Lipide, Nukleoproteine, Glykoproteine, Lipoproteine ​​... strukturelle Monomereinheiten Oligo- Und Polysaccharide. Strukturanalyse Oligo- Und Polysaccharide. Funktionen Oligo- Und Polysaccharide. Das Konzept der Lektine...

» Mir unbekannt, wahrscheinlich als histologische Tests

Tests

Und Glykoproteine ​​(Mucin, Mucoide). Polysaccharide. Bei Stoffwechselstörungen Polysaccharide In Zellen kann man eine Abnahme von ... Haptenen beobachten. Dazu gehören viele Mono-, Oligo- Und Polysaccharide, Lipide, Glykolipide, künstliche Polymere, ...

Rezensenten:

Doktor der medizinischen Wissenschaften, Professor Osmanov E.M. ;

Kandidatin der chemischen Wissenschaften, außerordentliche ProfessorinKnyazeva L.G.

R

Romantsova SV, Bioorganische Chemie in Fragen und Antworten. Lehrmethode. Zuschuss für Medizinstudenten. Spezialist. un-tov / S.V. Romantsova, A.I. Panasenko, O.A. Sheina, L.V. Rosenblum; M-in arr. und Wissenschaft der Russischen Föderation, GBOU VPO „Tamb. Zustand un-t im. GR. Derzhavin. Tambow: Verlag der TSU im. GR. Derzhavina, 2013. …………… p.

Dieses Lehrmittel wurde in Anlehnung an das Programm des Kurses „Allgemeine und Bioorganische Chemie“ für Studierende der Fachrichtung „Medizin“ verfasst. Das Handbuch gibt Antworten auf die häufigsten Fragen, die Studierende bei der Bewältigung des Kurses haben. Es werden Erläuterungen zu Fragen der Klassifizierung, Nomenklatur und allgemeinen Mustern der Reaktivität organischer Verbindungen, der Struktur und Eigenschaften biologischer Makromoleküle und ihrer Strukturkomponenten gegeben. UDC 577,1 LBC 24,2 y73 © GOUVPO Tambov State University benannt nach G.R. Derzhavin, 2013

Einführung

Ziel des Studiengangs Bioorganische Chemie als akademische Disziplin ist die Bildung systemischer Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen der Struktur und den chemischen Eigenschaften biologisch wichtiger Klassen organischer Verbindungen, Biopolymere und ihrer Strukturkomponenten als Grundlage für das Verständnis des Wesens von Lebensprozessen auf moderner molekularer Ebene.

In der Lehre der Bioorganischen Chemie wird großer Wert auf das selbstständige Arbeiten der Studierenden gelegt. Dieses Handbuch bietet detaillierte Antworten auf die häufigsten Fragen, die Studierende bei der Bewältigung des Kurses haben. Anhand dieser Erläuterungen erlernen Studierende im Selbststudium die allgemeine Vorgehensweise und Logik des Denkens, was die Bewältigung von Kontroll- und Testaufgaben erleichtert.

Kohlenhydrate: Mono-, Di- und Polysaccharide

Frage 1. Welche Verbindungen werden Kohlenhydrate genannt?

Antworten. Kohlenhydrate sind eine Klasse natürlicher organischer Substanzen, bei denen es sich um heterofunktionelle Verbindungen handelt, die sowohl funktionelle Carbonyl- als auch Hydroxylgruppen enthalten (d. h. es handelt sich um mehrwertige Aldehyde oder Ketoalkohole oder deren Kondensationsprodukte). Der Begriff „Kohlenhydrate“ entstand Mitte des 19. Jahrhunderts aufgrund der Tatsache, dass in den Molekülen vieler Kohlenhydrate das Verhältnis von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen das gleiche ist wie in Wassermolekülen, d. h. Auf zwei Wasserstoffatome kam ein Sauerstoffatom, und man kann sich ein Kohlenhydratmolekül als aus Kohlenstoff (Kohle) und Wasser bestehend vorstellen. Für Glucose (C 6 H 12 O 6) kann die Formel beispielsweise wie C 6 (H 2 O) 6 aussehen, die Formel für Saccharose (C 12 H 22 O 11) kann als C 12 (H 2 O) 11 und in allgemeiner Form als C n (H 2 O) m geschrieben werden. Später wurden natürliche Kohlenhydrate bekannt, die nicht der angegebenen allgemeinen Formel (C n (H 2 O) m) entsprechen, jedoch wird heute noch der Begriff „Kohlenhydrate“ verwendet, zusammen mit dem Begriff „Saccharide“ oder einfach „Zucker“.

Frage 2. Welche Funktionen haben Kohlenhydrate?

Antworten. Kohlenhydrate entstehen in Pflanzen durch Photosynthese aus Kohlendioxid und Wasser. Tierische Organismen sind nicht in der Lage, Kohlenhydrate zu synthetisieren und sie aus pflanzlicher Nahrung zu gewinnen. Somit sind Kohlenhydrate Bestandteil aller lebenden Organismen und eine der häufigsten organischen Substanzen auf der Erde. Funktionen von Kohlenhydraten:

– strukturelle und unterstützende Funktionen (Zellulose ist der Hauptstrukturbestandteil pflanzlicher Zellwände, Chitin erfüllt eine ähnliche Funktion bei Pilzen und sorgt auch für Steifigkeit des Exoskeletts von Arthropoden);

- eine Schutzfunktion (einige Pflanzen haben Schutzformationen: Stacheln, Stacheln usw., bestehend aus Zellwänden abgestorbener Zellen;

- Energiefunktion (bei der Oxidation von 1 g Kohlenhydraten werden 4,1 kcal Energie freigesetzt);

- plastische Funktion (sie sind Teil komplexer Moleküle, zum Beispiel sind Ribose und Desoxyribose am Aufbau von ATP, DNA und RNA beteiligt);

- Speicherfunktion (Kohlenhydrate dienen als Reservenährstoffe: Glykogen bei Tieren, Stärke und Inulin bei Pflanzen);

- osmotische Funktion (beteiligt sich an der Regulierung des osmotischen Drucks im Körper, einschließlich im Blut);

- Rezeptorfunktion (sie sind Teil des wahrnehmenden Teils vieler Zellrezeptoren).

Viele Kohlenhydrate und ihre Derivate werden in der Pharmazie und Medizin verwendet. Kohlenhydrate dienen als Ausgangsstoffe für die industrielle Herstellung von Papier, Kunstfasern, Sprengstoffen, Ethylalkohol etc.

Frage 3. Wie werden Kohlenhydrate klassifiziert?

Antworten. Kohlenhydrate werden in zwei Klassen eingeteilt: einfache und komplexe. Einfache Kohlenhydrate (Monosaccharide, Monosen) werden nicht zu einfacheren Kohlenhydraten hydrolysiert. Beispiele für einfache Kohlenhydrate sind: Glucose (C 6 H 12 O 6), Ribose (C 5 H 10 O 5), Fructose (C 6 H 12 O 6).

Einfache Kohlenhydrate, die eine Ketogruppe enthalten, werden Ketosen genannt, und eine Aldehydgruppe heißt Aldosen. Abhängig von der Anzahl der Kohlenstoffatome werden Monosen in Triosen (drei Kohlenstoffatome), Tetrosen (vier Atome), Pentosen (fünf Atome), Hexosen (sechs Atome) und Heptosen (sieben Atome) unterteilt.

Glucose enthält beispielsweise eine Aldehydgruppe und sechs Kohlenstoffatome im Molekül, man nennt sie Aldohexose; Fruktose enthält eine Carbonylgruppe (es ist ein mehrwertiger Ketoalkohol) und sechs Kohlenstoffatome und wird Ketohexose genannt. Ribose ist eine Aldopentose. Natürliche Monosen enthalten in der Regel unverzweigte Ketten von Kohlenstoffatomen.

D – Fruktose

D – Fruktose

D – Fruktose

Komplexe Kohlenhydrate können hydrolysiert werden, um einfache Kohlenhydratmoleküle zu bilden. Wenn bei der Hydrolyse eines komplexen Kohlenhydrats 2 bis 10 Moleküle einfacher Kohlenhydrate entstehen, wird ein solches komplexes Kohlenhydrat als Oligosaccharid bezeichnet. Wenn bei der Hydrolyse eines Oligosaccharids zwei Moleküle einfacher Kohlenhydrate entstehen, spricht man von einem Disaccharid, drei von einem Trisaccharid usw. Die häufigsten Disaccharide sind Saccharose (bei der Hydrolyse entstehen Fructose und Glucose), Maltose und Cellobiose (bei der Hydrolyse entstehen zwei Moleküle Glucose), Lactose (bei der Hydrolyse entstehen Galactose und Glucose).

Kohlenhydrate, die hydrolysiert werden, um eine große Anzahl (bis zu mehreren Tausend) einfacher Kohlenhydratmoleküle zu bilden, werden Polysaccharide genannt. Polysaccharide sind Verbindungen mit hohem Molekulargewicht. Hierzu zählen beispielsweise Stärke und Zellulose (Ballaststoffe). Komplexe Kohlenhydrate können als Produkte der Polykondensation von Monosacchariden betrachtet werden.

Wenn Polysaccharide aus Resten eines Monosaccharids aufgebaut sind, nennt man sie Homopolysaccharide; wenn aus Resten verschiedener Monosaccharide, dann - Heteropolysaccharide.

Unter den Homopolysacchariden sind Stärke, Glykogen, Cellulose die biologisch wichtigsten, unter den Heteropolysacchariden Alginsäuren, Agar (in Algen enthalten); Bindegewebspolysaccharide (Chondroitinsulfate, Hyaluronsäure, Heparin).

Kohlenhydratmoleküle sind Teil gemischter Biopolymere, beispielsweise Kohlenhydrat-Protein-Biopolymere (Glykoproteine, Proteoglykane) oder Kohlenhydrat-Lipid (Glykolipide).

Frage 4. Sind Monosaccharide optisch aktive Verbindungen? Wie stellt man die Enantiomere von Monosacchariden dar?

Antworten. Monosaccharidmoleküle (außer Dihydroxyaceton) enthalten Chiralitätszentren (asymmetrische Kohlenstoffatome), was der Grund für die Existenz von Stereoisomeren ist. Aldohexose hat beispielsweise vier asymmetrische Kohlenstoffatome und entspricht 16 Stereoisomeren (2 · 4 = 16), die 8 Paare bilden. Aldopentose hat drei asymmetrische Kohlenstoffatome und entspricht 8 Stereoisomeren (2 3 = 8), die 4 Paare bilden.

Mitglieder eines Paares sind Antipoden oder Enantiomere (ihre Moleküle verhalten sich zueinander wie ein Objekt zu seinem Spiegelbild). Enantiomere haben den gleichen Namen, aber eines davon gehört zur D-Reihe und das andere zur L-Reihe. Enantiomere können als nicht-geschlossene Fisher-Projektionsformeln dargestellt werden, zum Beispiel:

In Fishers Formeln wird die Kohlenstoffkette vertikal geschrieben und von dem Ende aus nummeriert, an dem die Aldehyd- oder Ketogruppe näher liegt, d. h. vom obersten Kohlenstoffatom. Asymmetrische Kohlenstoffatome werden nicht mit dem Symbol „C“ gekennzeichnet, es versteht sich, dass sie sich am Schnittpunkt vertikaler und horizontaler Linien befinden.

Das Ketopentose-Molekül enthält zwei asymmetrische Kohlenstoffatome (drittes und viertes) und bildet zwei Enantiomerenpaare:

Die Zugehörigkeit eines Isomers zur D- oder L-Reihe wird bestimmt, indem die Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms, das am weitesten von der Carbonylgruppe entfernt ist, mit der Konfiguration von Glycerinaldehyd-Isomeren verglichen wird, die als Standard akzeptiert wird. Glycerinaldehyd enthält ein asymmetrisches Kohlenstoffatom im Molekül und hat zwei Enantiomere:

Betrachten Sie als Beispiel Fructose-Isomere:

		D – Fruktose

Beide Formeln enthalten drei asymmetrische (chirale) Kohlenstoffatome. Dies sind die Atome 3, 4 und 5. Die chiralen Atome bei Nummer 5 sind am weitesten von der Ketogruppe (C=O) entfernt. In Formel (1) entspricht die Konfiguration des fünften Kohlenstoffatoms der Konfiguration des chiralen Atoms im D-Glycerinaldehyd-Molekül (die OH-Gruppe befindet sich rechts, das Wasserstoffatom befindet sich links). Somit gehört das erste Isomer zur D-Reihe, es ist D-Fructose. Die Konfiguration des fünften Kohlenstoffatoms in Formel (2) entspricht der Konfiguration von L-Glycerinaldehyd, d. h. es ist L-Fruktose. Die überwiegende Mehrheit der natürlichen Monosaccharide gehört zur D-Reihe.

Frage 5. Kommen Monosaccharide in der Natur in freier Form vor?

Antworten. Das häufigste natürliche Monosaccharid ist D-Glucose – Traubenzucker oder Dextrose aus Lat. Dextrus - richtig, weil gewöhnliche natürliche D-Glucose hat eine spezifische Rotation von + 52,5 o, d.h. dreht die Polarisationsebene von linear polarisiertem Licht um 52,5 Grad nach rechts.

Es kommt in freier Form im Blut vor und ist das wichtigste Energiesubstrat für das Gehirn. Ein konstanter Glukosespiegel wird mit Hilfe des Hormons Insulin aufrechterhalten, das die Glukosekonzentration im Blut senkt, sowie mit Glucagon, Adrenalin und anderen Hormonen, die seine Konzentration erhöhen. Bei Diabetes wird Insulin in unzureichender Menge von der Bauchspeicheldrüse produziert, was zu einem Anstieg seiner Konzentration im Blut führt.

Interessanterweise ist L-Glucose, ein Enantiomer der normalen natürlichen D-Glucose, ebenfalls süß, wird aber vom Körper nicht aufgenommen und kann daher als Zuckerersatz verwendet werden.

In freier Form kommt Glukose auch in grünen Pflanzenteilen, in verschiedenen Früchten und im Honig vor. Es ist Bestandteil von Stärke, Glykogen, Cellulose, Hemicellulosen, Dextranen, Saccharose, Maltose und vielen Glykosiden.

D-Fruktose – Fruchtzucker oder Lävulose aus lat. laevus - links, weil Wässrige Lösungen von D-Fructose haben eine spezifische Drehung von 92,4°.

Fructose kommt in den grünen Pflanzenteilen, im Nektar von Blumen, in Früchten und im Honig vor. Es ist Bestandteil von Saccharose sowie vielen Polysacchariden.

D-Galactose. In freier kristalliner Form sticht es auf Efeufrüchten hervor. Kommt als Bestandteil einiger Disaccharide (Laktose) und Polysaccharide (Chondroitin, Agar-Agar, Schleim, Hemizellulose) vor.

Frage 6. Wie schreibt man die Formel des L-Isomers von Galactose, wenn die Formel des D-Isomers bekannt ist?

Antworten. Um die Formel eines Enantiomers zu schreiben, ist es notwendig, die Substituenten an zu spiegeln alle asymmetrische Kohlenstoffatome. Schreiben wir die Formel von D-Galactose auf, wählen aus dem folgenden Schema aus und ändern die Position der Substituenten (-H und -OH) an 2, 3, 4 und 5 Kohlenstoffatomen:

Enantiomername: L-Galactose.

Frage 7. Was ist der Unterschied zwischen Diasteromeren, Epimeren und Enantiomeren?

Antworten. Kohlenhydratstereoisomere, die sich in der Konfiguration eines oder mehrerer asymmetrischer Kohlenstoffatome unterscheiden, werden Diastereomere genannt, zum Beispiel: D-Allose und D-Mannose; D-Fructose und L-Tagatose usw.

Epimere und Enantiomere sind Sonderfälle von Diastereomeren.

Diastereomere, die wie ein Objekt zu seinem Spiegelbild zueinander in Beziehung stehen, nennt man Enantiomere. Enantiomere haben die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften; diese Isomere unterscheiden sich nur in der Rotationsrichtung der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts. Auch die biologische Aktivität der Enantiomere unterscheidet sich.

Unterscheiden sich Diastereomere in der Konfiguration nur eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms, spricht man von Epimeren. Wenn die Konfiguration des zweiten Kohlenstoffatoms unterschiedlich ist, werden solche Diastereomere einfach Epimere genannt; Wenn andere Kohlenstoffatome vorhanden sind, wird die Nummer dieses Atoms zum Namen hinzugefügt.

Beispielsweise unterscheiden sich D-Ribose und D-Arabinose nur in der Konfiguration des zweiten Kohlenstoffatoms und sind Epimere.

D-Allose und D-Glucose unterscheiden sich nur in der Konfiguration des dritten Kohlenstoffatoms und sind 3-Epimere, während D-Allose und D-Gulose 4-Epimere sind.

Epimere haben unterschiedliche physikalische und optische Eigenschaften sowie biologische Aktivität.

Frage 8. Wie kann festgestellt werden, ob D-Allose und L-Idose Diastereomere sind?

Antworten. Dazu müssen Sie die Formeln für diese Aldosen schreiben. Die D-Allose-Formel ist im Diagramm dargestellt (siehe Frage 6). L-Idose sind Enantomere der D-Idose, d.h. ihre Moleküle beziehen sich aufeinander wie ein Objekt und sein Spiegelbild, und wenn man die D-Idose-Formel kennt, ist es einfach, die L-Idose-Formel aufzuschreiben (siehe Frage 6):

Diastereomere müssen sich per Definition in der Konfiguration eines oder mehrerer asymmetrischer Kohlenstoffatome unterscheiden. Aus einer Betrachtung der Formeln von D-Allose und L-Idose folgt, dass die Konfigurationen des zweiten und vierten Kohlenstoffatoms gleich sind (sowohl im D-Allose-Molekül als auch im L-Idose-Molekül befinden sich die OH-Gruppen dieser Atome rechts und die Wasserstoffatome links).

Die Konfigurationen des dritten und fünften Kohlenstoffatoms sind unterschiedlich (im D-Allose-Molekül befinden sich die OH-Gruppen rechts von der Kohlenstoffkette, im L-Idose-Molekül links). Somit unterscheiden sich D-Allose und L-Idose in der Konfiguration zweier asymmetrischer Kohlenstoffatome: des dritten und des fünften, und sind daher Diastereomere.

Frage 9. Wie kann festgestellt werden, ob D-Glucose und D-Mannose Epimere sind?

Antworten. Dazu müssen Sie die Formeln für diese Aldosen schreiben. Die Formel ist im Diagramm dargestellt (siehe Frage 6).

Epimere sind ein Sonderfall der Diastereomere und dürfen sich per Definition nur in der Konfiguration eines asymmetrischen Kohlenstoffatoms unterscheiden. Aus der Betrachtung der Formeln von D-Glucose und D-Mannose folgt, dass das dritte Kohlenstoffatom in beiden Molekülen rechts ein Wasserstoffatom und links eine Hydroxylgruppe aufweist; am vierten und fünften Kohlenstoffatom in beiden Molekülen befindet sich links das Wasserstoffatom und rechts die Hydroxylgruppe; diese. Die Konfigurationen des dritten, vierten und fünften asymmetrischen Kohlenstoffatoms von D-Glucose und D-Mannose sind gleich.

Die Konfiguration des zweiten Kohlenstoffatoms ist unterschiedlich (im D-Glucose-Molekül befindet sich die OH-Gruppe rechts von der Kohlenstoffkette, im D-Mannose-Molekül links). Somit unterscheiden sich D-Glucose und D-Mannose in der Konfiguration nur eines (zweiten) asymmetrischen Kohlenstoffatoms und sind daher Epimere.

Frage 10. Wie entstehen zyklische Formen von Monosacchariden?

Antworten. Zyklische Formen von Monosacchariden entstehen durch intramolekulare Wechselwirkung zwischen Carboxyl- und Hydroxylgruppen. Diese Formen sind thermodynamisch stabiler als offene Formen von Kohlenhydratmolekülen. Normalerweise gibt es fünfgliedrige (Furanose) und sechsgliedrige (Pyranose) Zyklen. Im Raum liegen die Aldehyd- (oder Keton-)Gruppen und die Hydroxylgruppe am vierten oder fünften (bei Aldosen) bzw. fünften und sechsten (bei Ketosen) Kohlenstoffatom nahe beieinander. Aufgrund ihrer Wechselwirkung werden die Kreisläufe in Monosaccharidmolekülen geschlossen.

Der sechsgliedrige Pyranosering entsteht durch die Wechselwirkung der Aldehydgruppe mit dem fünften Atom der Aldopentose oder Aldohexose; und auch während der Wechselwirkung der Ketogruppe mit dem sechsten Atom der Ketohexose.

Der fünfgliedrige Furanosering entsteht durch die Wechselwirkung der Aldehydgruppe mit dem vierten Atom Aldotetroz, Aldopentose und Aldohexose; sowie bei der Wechselwirkung der Ketogruppe mit dem fünften Atom von Ketopentose und Ketohexose.

Durch die Bildung eines Zyklus im Aldohexosemolekül entsteht am ersten Kohlenstoffatom eine Hydroxylgruppe anstelle der Aldehydgruppe (bei Ketohexosen am zweiten Kohlenstoffatom). Diese Hydroxylgruppe wird als glykosidische (Hemiacetal-)Hydroxylgruppe (glykosidische Hydroxylgruppe) bezeichnet. In den Namen zyklischer Formen wird der Bezeichnung Kohlenhydrat die Endung „Pyranose“ für einen sechsgliedrigen Zyklus oder „furanose“ für einen fünfgliedrigen Zyklus hinzugefügt.

In einem zyklischen Monosaccharidmolekül nimmt die Anzahl der asymmetrischen Kohlenstoffatome zu ein Kohlenstoffatom wird asymmetrisch, das zuvor Teil der Aldehyd- oder Ketongruppe war. Bei Galaktose ist dies das erste, bei Fruktose das zweite Kohlenstoffatom. Dieses Atom wird anomerer Kohlenstoff genannt. Das Auftreten eines zusätzlichen asymmetrischen Atoms führt zu einer Verdoppelung der Anzahl optischer Isomere, die der zyklischen Form im Vergleich zur offenen Form entsprechen. Bei Aldohexose sind es also nicht mehr 16, sondern 32 Isomere. Jedem Isomer der offenen Form entsprechen zwei Isomere der zyklischen Form (Anomere).

Im α-Anomer ist die Konfiguration des anomeren Zentrums dieselbe wie die Konfiguration des asymmetrischen Kohlenstoffatoms, die die Zugehörigkeit zur D- oder L-Reihe bestimmt, während sie im β-Anomer umgekehrt ist. In Fischers Projektionsformeln befindet sich für Monosaccharide der D-Reihe im α-Anomer die glykosidische Hydroxylgruppe rechts und im β-Anomer links von der Kohlenstoffkette; Bei L-Isomeren hingegen befindet sich die glykosidische Hydroxylgruppe im α-Anomer links und im β-Anomer rechts von der Kohlenstoffkette. Anomere sind Diastereomere und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften (z. B. Schmelzpunkten). Anomere können als Sonderfall der Epimere betrachtet werden.

Frage 11. Wie werden zyklische Formen von Monosacchariden in Form von Haworths Perspektivformeln dargestellt?

Antworten. Im Haworth-System werden Zyklen als flache Fünfer- oder Sechsecke dargestellt, die senkrecht zur Zeichenebene angeordnet sind, sodass die der Vorderseite des Rings entsprechenden Linien fetter hervorgehoben sind. Das Sauerstoffatom befindet sich im Pyranosering ganz rechts in der Ecke, im Furanosering ebenfalls ganz rechts bzw. in der Mitte der Ringrückseite. Hydroxylgruppen und Wasserstoffatome sind senkrecht zur Kreisebene angeordnet. Die Symbole für Kohlenstoffatome in Zyklen werden normalerweise nicht geschrieben.

Um die Haworth-Formel zu schreiben, zeichnen Sie zunächst die Fisher-Formel und drehen Sie sie um 90 Grad nach rechts (im Uhrzeigersinn):

Drehen Sie sich um 90 um das Kohlenstoffatom, das mit der Hydroxylgruppe verbunden ist, die an der Cyclisierungsreaktion teilnimmt. Beim Aufbau von Mannofuranose ist dies das vierte Kohlenstoffatom, beim Aufbau von Mannopyranose das fünfte. Durch die Rotation sollte sich die –OH-Gruppe an der Hauptkohlenstoffkette ausrichten. Daher befindet sich beim D-Isomer die -CH 2 OH-Gruppe oben und beim L-Isomer unten:

Der Name der zyklischen Form gibt an: die Art des Anomers (a oder b), dann Zugehörigkeit zur stereochemischen Reihe: D- oder L-; dann der Name des Monosaccharids, dessen Derivat diese zyklische Form ist, ohne die Endung „-za“, d.

Bei Aldohexosen der D-Serie in der Pyranoseform (und bei Aldopentosen und Ketohexosen der D-Serie in der Furanoseform) befindet sich die CH 2 OH-Gruppe immer oberhalb der Ringebene, was als formales Zeichen der D-Serie dient. Bei der L-Reihe liegt diese Gruppe unter der Zyklusebene. Die glykosidische Gruppe –OH liegt in den a-Anomeren der Aldosen der D-Reihe unter der Ebene und in den b-Anomeren oberhalb der Ebene des Zyklus. Bei Verbindungen der L-Reihe liegt die glykosidische Hydroxylgruppe für die a-Anomere der L-Reihe oberhalb der Ebene und für die b-Anomere unterhalb der Ebene des Zyklus.

Nach den oben genannten Regeln kann man die Haworth-Formeln für die Furanose- und Pyranose-Formen der Ketose schreiben, beispielsweise für Fruktose:

Frage 12. In welchen Formen (offen oder zyklisch) kommen Monosaccharide vorwiegend im festen Zustand und in Lösung vor?

Antworten. Im festen Zustand liegen Monosaccharide in zyklischer Form vor (hauptsächlich Pyranose). In Lösungen stellt sich ein Gleichgewicht zwischen der offenen Form und zwei Paaren zyklischer Anomere ein (Cyclo-Oxo-Tautomerengleichgewicht oder Cyclo-Ketten-Tautomerie). Verschiedene Formen von Molekülen, die sich in einem solchen Gleichgewichtszustand befinden, werden Tautomeren genannt. In Mischungen von Tautomeren überwiegen Pyranoseformen. Offene Formen und Furanosezyklen sind in geringen Mengen enthalten. Das Vorherrschen des a- oder b-Anomers hängt von der Art der Monose, dem Lösungsmittel, der Konzentration und anderen äußeren Bedingungen ab.

Tautomere Formen von Kohlenhydraten können ineinander übergehen, was dazu führt, dass sich die Menge der einen oder anderen Form auffüllt, wenn sie in jedem Prozess verbraucht wird. Das Gleichgewicht zwischen allen Formen ist somit dynamisch. Wenn also ein Glucoseanomer in Wasser gelöst wird, wandelt es sich allmählich in ein anderes Anomer um, bis sich eine Gleichgewichtsmischung der beiden Anomere bildet, die auch eine sehr kleine Menge der offenen Form enthält. Dieser Übergang geht mit einer Änderung der optischen Drehung der Lösung einher, da Jedes Tautomer hat seinen eigenen Rotationswinkel der Polarisationsebene des linear polarisierten Lichts. Ein solches Phänomen nennt man Mutarotation Monosaccharide.

Frage 13. Schreiben Sie die a-Furanose- und b-Pyranose-Form von L-Arabinose auf. Zeichnen Sie ihre Anomere als Fisher-Projektionen.

Antworten. Als Ausgangsverbindung muss D-Arabinose verwendet werden. Wir schreiben seine Formel auf und bilden die Formel seines Enantiomers (siehe Frage 6).

L-Arabinose - Aldopentose. Seine Furanoseform entsteht durch die Wechselwirkung der Aldehydgruppe mit der Hydroxylgruppe des vierten Kohlenstoffatoms; und die Pyranoseform ist auf die Wechselwirkung der Aldehydgruppe mit der Hydroxylgruppe des fünften Kohlenstoffatoms zurückzuführen. Bei der Cyclisierung wird der Wasserstoff der Hydroxylgruppe (C 5 oder C 4) an den Sauerstoff der Aldehydgruppe addiert, indem die CO-p-Bindung aufgebrochen wird und sich bildet Halbacetal oder glykosidische Hydroxylgruppe(gerahmt). Der Sauerstoff der Hydroxylgruppe am C 4- oder C 5-Atom verbindet sich nach der Entfernung von Wasserstoff mit dem Kohlenstoff der Aldehydgruppe am C 1-Atom. Es erscheint eine Sauerstoffbrücke, die C 1 -C 4 -Atome verbindet und den fünfgliedrigen Zyklus schließt, oder C 1 -C 5 und den sechsgliedrigen Zyklus schließt.

O O N N N O

C - H 1 C - H C C

ABER H H 2 OH H OH H OH

H OH NEIN 3 H HO H HO H

NEIN NEIN 4 NEIN NEIN N

CH 2 OH 5 CH 2 OH CH 2 OH CH 2 OH

D-Arabinose L-Arabinose a-L-Arabinofuranose b-L-Arabinofuranose

O O N N N O

C - H 1 C - H C C

ABER H H 2 OH H OH H OH

H OH NEIN 3 H HO H HO H

N O N N 4 N N N N N N

CH 2 OH 5 CH 2 OH O CH 2 O CH 2

D-Arabinose L-Arabinose a-L-Arabinopyranose b-L-Arabinopyranose

In der Halbacetalform ist das erste Kohlenstoffatom asymmetrisch geworden. Dadurch entstehen beim Schließen des Zyklus ausgehend von einer offenen Aldehydform (Oxo-Form) zwei cyclische Halbacetalformen, die sich in der Position der Halbacetal-Hydroxylgruppe voneinander unterscheiden.

Eine zyklische Form, in der sich die Hydroxylgruppe des Halbacetals auf der gleichen Seite (in der cis-Position) befindet wie die konfigurationsbestimmende Hydroxylgruppe (zu D gehörend). - oder L-Reihe) von Monosen wird als a-Form bezeichnet. Die zyklische Form, in der die Hydroxylgruppe des Halbacetals in trans-Stellung mit der konfigurationsbestimmenden Hydroxylgruppe steht, wird als b-Form bezeichnet. a- und b-Formen sind Diastereomere, die Anomere genannt werden.

Frage 14. Welche Verbindungen erhält man durch die Reduktion von D-Glucose und D-Fructose?

Antworten. Bei der Reduktion von Monosacchariden entstehen mehrwertige Alkohole (Polyole), sogenannte Alditole. Die Reduktion erfolgt üblicherweise mit Wasserstoff in Gegenwart von Metallkatalysatoren (Palladium, Nickel) oder Natriumborhydrid. An der Bruchstelle der Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung der Carbonylgruppe wird Wasserstoff angelagert. Bei der Wiederherstellung von Aldosen wird nur ein Produkt (Polyol) erhalten, beispielsweise wird bei der Wiederherstellung von D-Glucose ein sechswertiger Alkohol D-Glucit (L-Sorbit) gebildet:

D-Glucit ist wie D-Glucose eine optisch aktive Verbindung, weil. Sein Molekül enthält 4 asymmetrische Kohlenstoffatome (2, 3, 4, 5) und es gibt keine Symmetrieelemente.

Die Reduktion von Glucose zu Sorbitol ist der erste Schritt in der chemischen Synthese von Ascorbinsäure. Sorbitol wird mikrobiologisch durch den Mikroorganismus Acetobacter suboxydans oxidiert; Die dabei entstehende L-Sorbose wird in mehreren Schritten in Ascorbinsäure umgewandelt.

Bei der Wiederherstellung der Ketose entsteht eine Mischung aus zwei Polyolen, weil Das Kohlenstoffatom, das Teil der Ketogruppe war, wird nach der Reduktion asymmetrisch, und dafür ist eine zweifache Anordnung der OH-Gruppe und des Wasserstoffatoms im Raum möglich (sowohl links als auch rechts von der Kohlenstoffkette). Für D-Fruktose gilt beispielsweise:

D-Glucit und D-Mannit haben optische Aktivität.

Durch Reduktion von Monosacchariden gewonnene mehrwertige Alkohole sind kristalline Substanzen, die in Wasser gut löslich sind; haben einen süßen Geschmack und können als Zuckerersatz bei Diabetes eingesetzt werden (Xylit, Sorbit).

Frage 15. Welche Aldohexosen werden zu optisch inaktiven sechsatomigen Alkoholen reduziert?

Antworten. Die Reduktion von D-Galactose und D-Allose führt zu den sechsatomigen Alkoholen Dulcit bzw. Allit. Die Moleküle dieser Alkohole haben eine Symmetrieebene, die zwischen dem dritten und vierten Kohlenstoffatom verläuft, daher weisen diese Polyole keine optische Aktivität auf.

Frage 16. Welche Verbindungen können durch die Oxidation von L-Galactose gewonnen werden? Werden diese Verbindungen optisch aktiv sein?

Antworten. Oxidationsreaktionen werden in biochemischen Tests eingesetzt (z. B. Blut- und Urintests auf Zucker). Die Zusammensetzung und Struktur von Monosaccharid-Oxidationsprodukten hängt von der Art der Monose und den Oxidationsbedingungen (hauptsächlich von der Stärke des Oxidationsmittels) ab. Aldosen werden in der Ketose leichter oxidiert.

Unter Einwirkung milder Oxidationsmittel (Ammoniaklösung von Silberoxid, Kupferhydroxid, Bromwasser) werden Aldosen in Aldonsäuren umgewandelt (die Aldehydgruppe wird zu einer sauren Carbonylgruppe oxidiert).

A) die Reaktion des „Silberspiegels“ (Reaktion von Tollens):

Ein äußeres Zeichen der Reaktion ist die Bildung einer metallischen Silberschicht an den Wänden des Reagenzglases.

B) Reaktion mit Kupfer(II)hydroxid:

Das äußere Zeichen der Reaktion ist die Umwandlung des blauen Niederschlags von Kupfer(II)-hydroxid in den roten Niederschlag von Kupfer(I)-oxid.

C) Oxidation mit Bromwasser (äußeres Zeichen der Reaktion ist die Verfärbung der Bromlösung):

Mit Hilfe eines starken Oxidationsmittels – verdünnter Salpetersäure – werden die Endgruppen von Aldosen (Aldehyd und primärer Alkohol) gleichzeitig zu Carboxylgruppen oxidiert, wodurch Aldarsäuren (Zuckersäuren) entstehen, zum Beispiel:

Diese Reaktion kann zum Nachweis von Galaktose verwendet werden Schleimsäure ist in Wasser schwer löslich. Zu beachten ist, dass das Schleimsäuremolekül zwar über vier asymmetrische Kohlenstoffatome (2, 3, 4, 5) verfügt, aber keine optische Aktivität aufweist, weil hat eine Symmetrieebene.

Im Körper kann unter Beteiligung von Enzymen die primäre Alkoholgruppe oxidiert werden, während die Aldehydgruppe dadurch unoxidiert bleibt. Die Produkte solcher Reaktionen werden Uronsäuren genannt:

Im Körper erfüllen Uronsäuren eine sehr wichtige Funktion: Sie bilden mit Arzneimitteln und deren Stoffwechselprodukten (Metaboliten) wasserlösliche Glykoside, Giftstoffe und entfernen diese mit dem Urin aus dem Körper, daher der Name Uronsäuren (lat. urina – Urin). D-Glucuronsäure und L-Iduronsäure sowie deren Derivate sind Strukturelemente verschiedener Polysaccharide (Pektinstoffe, Heparin, Hyaluronsäure, Chondroitin, Heparin usw.). Beim Stoffwechsel von Uronsäuren wird Ascorbinsäure synthetisiert (wird beim Menschen nicht synthetisiert).

Frage 17. Welche Verbindungen können durch Oxidation von D-Fructose gewonnen werden? Werden diese Verbindungen optisch aktiv sein?

Antworten. Die Oxidation der Ketose erfolgt unter Einwirkung starker Oxidationsmittel und geht mit der Zerstörung des Kohlenstoffgerüsts einher. Der Bindungsbruch kann auf zwei Arten erfolgen: zwischen dem ersten und zweiten und auch zwischen dem zweiten und dritten Kohlenstoffatom. Dabei werden alle endständigen Kohlenstoffatome unter Bildung von Carboxylgruppen oxidiert.

Bei der Oxidation von D-Fructose entstehen also vier Reaktionsprodukte. Wenn die Bindung zwischen dem ersten und zweiten Kohlenstoffatom aufgebrochen wird, entstehen Ameisensäure und D-Arabinsäure. Beim Aufbrechen der Bindung zwischen dem zweiten und dritten Kohlenstoffatom entstehen Oxal- und Mesoweinsäure.

Monosaccharide bilden auch Acetale (Ketale), die Glykoside genannt werden:

Als Glykoside werden nicht nur Kohlenhydratacetale bezeichnet, die durch Wechselwirkung mit Alkoholen entstehen. Glykoside umfassen Produkte, die durch die Wechselwirkung von Hemiacetalhydroxyl mit anderen Verbindungen entstehen. Die durch die Halbacetal-Hydroxylgruppe gebildete Bindung wird auch glykosidische Bindung genannt.

Glykoside können je nachdem, über welches Atom das Aglykon mit dem Zuckerteil des Glykosids verbunden ist, klassifiziert werden: C-Glykoside, O-Glykoside, N-Glykoside, S-Glykoside.

Abhängig von der Größe des Zyklus werden Glykoside in Pyranoside und Furanoside unterteilt.

Der Nicht-Kohlenhydrat-Anteil des Glykosids wird Aglykon genannt (kann mit „Nichtzucker“ übersetzt werden). Im gegebenen Beispiel handelt es sich um eine Methoxygruppe – einen Rest von Methylalkohol (hervorgehoben in Kursivschrift). Die Namen der Glykoside setzen sich wie folgt zusammen: Aglykon + Glykosid. Die Kohlenhydrat-Endung -ose ändert sich in -ozide. Ganz am Anfang des Namens wird das Atom angegeben, über das das Aglykon an den Kohlenhydratanteil gebunden ist.

Ein Beispiel für ein C-Glykosid ist Pseudouridin, ein Beispiel für ein S-Glykosid ist Sinigrin, das in Senf vorkommt. Nukleoside – N-Glykoside von Ribose und Desoxyribose mit Nukleinsäurebasen, sind Bestandteile von Nukleotiden, DNA und RNA.

Frage 19. Wie entstehen Ester von Monosacchariden?

Antworten. Ester können durch Einwirkung von Monosacchariden mit Anhydriden organischer Säuren erhalten werden. Beispielsweise werden bei der Wechselwirkung mit Essigsäureanhydrid Acetylderivate von Monosacchariden erhalten.

Ester werden sowohl in sauren als auch alkalischen Umgebungen hydrolysiert.

Von großer Bedeutung sind Ester der Phosphorsäure – Phosphate, die in allen pflanzlichen und tierischen Organismen vorkommen. Hierzu zählen vor allem D-Glucosephosphate: D-Glucose-1-phosphat wird durch Hydrolyse von Glykogen mithilfe des Enzyms Phosphorylase gewonnen; Glucose-6-phosphat entsteht im ersten Schritt der Glykolyse (Glucoseabbau im Körper).

Phosphate von D-Ribose und 2-Desoxy-D-Ribose dienen als Strukturelemente von Nukleinsäuren und einer Reihe von Coenzymen.

Ester der Schwefelsäure – Sulfate – gehören zu den Polysacchariden des Bindegewebes.

Frage 20. Schreiben Sie die Strukturformel eines Disaccharids, das aus zwei b-D-Galactoseresten besteht, die durch eine 1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Schreiben Sie die Strukturformel des Reaktionsprodukts dieses Disaccharids mit Methylalkohol in Gegenwart von Chlorwasserstoff. Können diese Verbindungen eine „Silberspiegel“-Reaktion eingehen? Schreiben Sie die Gleichungen für die notwendigen Reaktionen.

Antworten. Moleküle der b-D-Galactose können untereinander Bindungen eingehen, an denen das 1. und 4. Kohlenstoffatom beteiligt sind:

Ein Sternchen bezeichnet eine glykosidische Hydroxylgruppe, die bei Reaktion mit Methanol durch die –OCH 3 -Gruppe ersetzt werden kann:

Aufgrund der Anwesenheit einer glykosidischen Hydroxylgruppe kann das Disaccharid in wässriger Lösung in eine lineare Form mit einer Aldehydgruppe umgewandelt werden, sodass es zu einer Silberspiegelreaktion kommt (die Gleichung ist in vereinfachter Form angegeben):

C 12 H 22 O 11 + Ag 2 O C 12 H 22 O 12 + 2Ag¯

Der Monomethylester des Disaccharids b-D-Galactose enthält kein glykosidisches Hydroxyl, kann nicht in linearer Form vorliegen und geht nicht in die Silberspiegelreaktion ein.

Frage 21. Wie ist das Saccharosemolekül aufgebaut?

Antworten. Bei der Hydrolyse wird das Saccharosemolekül in ein α-D-Glucopyranose-Molekül und ein β-D-Fructofuranose-Molekül gespalten, es handelt sich also um ein Disaccharid, d.h. besteht aus zwei Resten von Monosaccharidmolekülen:

Diese Reste sind durch eine glykosidische Bindung zwischen den Hydroxylgruppen an den anomeren Kohlenstoffatomen (dem 1. Atom von α-D-Glucopyranose und dem 2. Atom von β-D-Fructofuranose) verbunden.

Im Saccharosemolekül liegen am 1. Kohlenstoffatom im α-D-Glucoserest und am 2. Kohlenstoffatom im β-D-Fructoserest keine freien OH-Gruppen vor (Halbacetal- oder Hydroxylhydroxyle). Daher kann sich das Saccharosemolekül nicht in eine offene (Aldehyd-)Form umwandeln und eine Silberspiegelreaktion auslösen, noch kann es durch Kupferhydroxid oxidiert werden, d. h. ist ein nicht reduzierendes Silber- und Kupferkohlenhydrat.

Quellen für Saccharose sind: Zuckerrohr, Zuckerrüben, Pflanzen- und Fruchtsäfte.

Frage 22. Ist Saccharose die süßeste Substanz?

Antworten. Es ist der süße Geschmack von Kohlenhydraten, der unser Leben heller und schmackhafter macht. Allerdings ist die süßeste Substanz nicht Saccharose und überhaupt kein Kohlenhydrat. Ein süßeres Kohlenhydrat als Saccharose ist Fruktose. Wenn wir die relative Süße von Saccharose mit 100 annehmen, beträgt die Süße von Fructose 173, von Glucose 74, von Maltose und Galactose 32 und von Lactose nur 16.

Monosaccharide können jedoch sowohl geschmacklos als auch bitter sein, und Substanzen, die keine Kohlenhydrate sind, können einen süßen Geschmack haben. Beispielsweise können Verbindungen aus Beryllium und Blei süß sein. Bleiacetat wird als „Bleizucker“ bezeichnet, obwohl seine Verwendung als Zucker aufgrund der hohen Toxizität von Bleiverbindungen überhaupt nicht empfohlen wird.

Auch viele organische Stoffe, die nichts mit Zucker zu tun haben, haben einen süßen Geschmack, zum Beispiel Saccharin, dessen Süße die Süße von Saccharose um etwa das 500-fache übersteigt. 4-Ethoxyphenylharnstoff (Dulcin) ist 200-mal süßer als Saccharose und wurde als Süßungsmittel verwendet, bis festgestellt wurde, dass es schädlich für den Körper ist.

Acesulfam und Aspartam (L-Aspartyl-L-Phenylalanin-Dipeptidmethylester) sind 200-mal süßer als Saccharose. Methylphenchylester von L-Aspartylaminomalonsäure ist 33.000-mal süßer als Saccharose und Sucronsäure ist 200.000-mal süßer.

Einige Proteine ​​haben einen überraschend starken süßen Geschmack. Beispielsweise ist das Monellin-Protein aus der tropischen Pflanze Dioscoreophyllum cumminsii 3.000-mal süßer als Saccharose, das Thaumatin-Protein aus der tropischen Pflanze Thaumacoccus daniellii ist 750-1000-mal süßer als Zucker und sein Komplex mit Aluminiumionen, Talin, ist bereits 35.000-mal süßer als Saccharose. Miraculin-Protein aus Synsepalum dulcificum hat keinen süßen Geschmack, ist aber in der Lage, den Geschmack saurer Lebensmittel in süß zu verändern.

Frage 23. Welche Oligosaccharide kommen in der Natur am häufigsten vor?

Antworten. Saccharose (Rohrzucker, Rübenzucker) kommt in Pflanzen sehr häufig vor. nichtreduzierendes Disaccharid.

Maltose (Malzzucker) besteht aus zwei a-D-Glucopyranoseresten, die durch eine a-1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Maltose entsteht bei der Hydrolyse von Stärke durch die Wirkung des Enzyms Amylase; Wenn Sie Brot längere Zeit kauen, können Sie den süßlichen Geschmack von Maltose spüren, die unter der Wirkung von Speichelamylase aus Brotstärke entsteht. Disaccharid reduzieren.

Cellobiose besteht aus zwei b-D-Glucopyranose-Resten, die durch eine b-1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Es handelt sich um eine Struktureinheit der Faser (Zellulose). Es kommt frei im Saft mancher Bäume vor. Disaccharid reduzieren.

Laktose (Milchzucker) besteht aus b-D-Galactopyranose- und a-D-Glucopyranose-Resten, die durch eine b-1,4-glykosidische Bindung verbunden sind. Laktose kommt nur in der Milch von Säugetieren vor und ist ein reduzierendes Disaccharid.

Im Körper erfolgt die Hydrolyse von Laktose unter der Wirkung des Enzyms Laktase. Eine unzureichende Laktaseproduktion führt zu einem Laktasemangel und einer Unfähigkeit, Laktose zu verdauen. Wenn Menschen mit Laktasemangel daher Milch konsumieren, wird Laktose nicht verdaut, sondern beginnt durch die Darmflora zu fermentieren, was verschiedene unangenehme Folgen (Blähungen, Durchfall) hat. Bei den meisten Menschen und Säugetieren schaltet sich das Laktase-Gen mit zunehmendem Alter ab. Dies liegt daran, dass Säugetiere erst im Säuglingsalter Milch konsumieren und es in Zukunft keinen Sinn mehr macht, Energie und Aminosäuren für die Laktasesynthese zu verschwenden. Aufgrund einer Mutation in einem der regulatorischen Gene, deren Produkt das Laktase-Gen abschaltete, begann jedoch die Synthese dieses Enzyms (Laktase) im Laufe des Lebens. Ungefähr 70 % der Europäer verdauen im Erwachsenenalter Milch, während in Afrika, Ozeanien und Zentralasien nur 30 % der Bevölkerung Laktase produzieren können. Allerdings haben die Völker Afrikas mit traditionell hohem Milchkonsum (Tutsi, Tuareg etc.) keine Probleme mit der Laktoseverdauung.

Trehalose (Pilzzucker) besteht aus zwei a-D-Glucopyranose-Resten, die durch Hemiacetal-Hydroxylgruppen verbunden sind, sodass Trehalose ein nicht reduzierendes Disaccharid ist.

Kommt in Pilzen und einigen Pflanzen vor. In Hefe beträgt der Trehalosegehalt 18 % auf Trockenmassebasis.

Andere Disaccharide wie Melibiose, Gentibiose, Turanose, Primverose usw. sind selten.

Trisaccharide sind selten. In Zuckerrüben kommt das Trisaccharid Raffinose vor, bestehend aus Galactose, Glucose und Fructose. Es ist ein nicht reduzierendes Trisaccharid. Andere Trisaccharide (Gentianose, Melecytose, Manninotriose, Cellotriose, Planteose) sind äußerst selten.

Stachyose-Tetrasaccharid besteht aus zwei Galactose-Resten, einem Glucose-Rest und einem Fructose-Rest. Stachyose kommt in den Wurzeln von Stachys, in den Samen von Lupinen, Sojabohnen und Erbsen vor und ist ein nicht reduzierendes Tetrasaccharid.

Zyklische Oligosaccharide – Cyclodextrine (Shardinger-Dextrine) entstehen bei der Hydrolyse von Stärke unter Einwirkung von Amylase aus Bacillus macerans. Sie bestehen aus 6-10 D-Glucoseresten, die durch a-1,4-glykosidische Bindungen verbunden sind. Es ist bekannt, dass Cyclodextrine katalytische Eigenschaften aufweisen und beispielsweise die Hydrolyse von Phenolestern katalysieren können. Sie bilden mit Jod farbige Komplexe und die Jodmoleküle liegen im Hohlraum des Cyclodextrins.

Frage 24. Welche Kohlenhydrate werden Polysaccharide genannt?

Antworten. Polysaccharide oder Polyosen sind Kohlenhydrate mit hohem Molekulargewicht. Aufgrund ihrer chemischen Natur handelt es sich um Polyglykoside.

In Polysaccharidmolekülen sind viele Monosaccharidreste durch glykosidische Bindungen miteinander verbunden. In diesem Fall stellt der neue Rest zur Bindung an den vorherigen Rest eine Alkoholhydroxylgruppe bereit, meist am 4. oder 6. Kohlenstoffatom. Zur Bindung an den nächsten Rest stellt der vorherige Rest eine glykosidische (Halbacetal-)Hydroxylgruppe bereit.

In Polysacchariden pflanzlichen Ursprungs werden hauptsächlich (1®4)- und (1®6)-Bindungen ausgeführt. Polysaccharidketten können verzweigt oder unverzweigt (linear) sein.

Polysaccharide werden in einer sauren Umgebung hydrolysiert und sind in einer sauren Umgebung hydrolysebeständig. Eine vollständige Hydrolyse führt zur Bildung von Monosacchariden oder deren Derivaten, eine unvollständige Hydrolyse führt zu einer Reihe intermediärer Oligosaccharide, einschließlich Disacchariden.

Frage 25. Wie unterscheiden sich Homopolysaccharide von Heteropolysacchariden?

Antworten. Polysaccharide werden in zwei Gruppen eingeteilt: Homopolysaccharide und Heteropolysaccharide.

Homopolysaccharide bestehen aus Resten eines Monosaccharids, zum Beispiel: Stärke, Cellulose, Glykogen usw.

Stärke ist eine Mischung aus zwei Polysacchariden, die aus a-D-Glucopyranoseresten aufgebaut sind: Amylose (10–20 %) und Amylopektin (80–90 %).

Die Amylosekette ist unverzweigt und umfasst 200-1000 Glucosereste (Molekulargewicht 160.000).

Amylosemoleküle sind gewickelt, in deren inneren Kanal Moleküle geeigneter Größe (z. B. Jod) eindringen und Komplexe bilden können, die als Einschlussverbindungen bezeichnet werden. Der Amylosekomplex mit Jod ist blau. Dies dient als qualitativer Test für Stärke (Stärke-Jod-Test).

Amylopektin ist im Gegensatz zu Amylose eine verzweigte Helix. In seiner Hauptkette sind α-D-Glucopyranose-Reste durch α(1®4)-glykosidische Bindungen und an Verzweigungspunkten durch α(1®6)-glykosidische Bindungen verbunden. Zwischen den Verzweigungspunkten liegen 20–25 α-D-Glucopyranose-Reste. Das Molekulargewicht von Amylopektin erreicht mehrere Millionen.

Stärke ist eine weiße, amorphe Substanz. Es löst sich in kaltem Wasser nicht auf, quillt in heißem Wasser auf und löst sich teilweise auf.

Stärke entsteht in Pflanzen bei der Photosynthese und lagert sich in Knollen, Wurzeln und Samen ab. Im Verdauungstrakt wird Stärke unter Einwirkung von Enzymen hydrolysiert, das Endprodukt der Hydrolyse ist α-D-Glucose.

Glykogen ist ein strukturelles und funktionelles Analogon der pflanzlichen Stärke, die in tierischen Organismen vorkommt. Glykogen ähnelt in seiner Struktur Amylopektin, weist jedoch eine noch stärkere Kettenverzweigung auf. Zwischen den Verzweigungspunkten liegen meist 10-12 Glucoseeinheiten, manchmal sogar 6. Das Molekulargewicht von Glykogen ist sehr groß (bis zu 100 Millionen). Im Körper fungiert Glykogen als Reservekohlenhydrat. Zum richtigen Zeitpunkt wird daraus Glukose in der benötigten Menge abgespalten und der Energievorrat des Körpers wieder aufgefüllt. In Pflanzen spielt Amylopektin die Rolle eines Reservepolysaccharids.

Zellulose oder Ballaststoffe sind das am häufigsten vorkommende pflanzliche Polysaccharid. Es dient als Stützmaterial für Pflanzen. Baumwolle enthält fast 100 % Zellulose, Holz – 50–70 %.

Cellulose besteht aus β-D-Glucopyranose-Resten, die durch β(1®4)-glykosidische Bindungen verbunden sind. Die Kette hat keine Verzweigungen, sie enthält 2500–12000 β-D-Glucosereste (Molekulargewicht 0,4–2 Millionen).

Die lineare Struktur der Cellulose wird auch durch Wasserstoffbrückenbindungen unterstützt, die innerhalb der Kohlenhydratketten und zwischen einzelnen Ketten gebildet werden. Zellulose wird von den Enzymen des menschlichen Magen-Darm-Trakts nicht abgebaut und kann kein Nährstoff sein, ist aber für die normale Ernährung notwendig, weil. Trägt zur Regulierung der Funktion des Magen-Darm-Trakts bei, stimuliert die Peristaltik des Dickdarms.

Pektine kommen in Obst und Gemüse vor. In Gegenwart organischer Säuren bilden sie ein Gelee, das in der Lebensmittelindustrie verwendet wird. Zu den Molekülen der Pektinsubstanzen gehört Pektin-Polygalacturonsäure, die aus D-Galacturonsäureresten besteht, die durch eine a-(1®4)-glykosidische Bindung verbunden sind.

Einige Pektinstoffe haben eine geschwürhemmende Wirkung und sind die Grundlage einer Reihe von Präparaten, beispielsweise Plantaglucid aus Flohsamen.

Heteropolysaccharide bestehen aus Resten verschiedener Monosaccharide. Heteropolysaccharide sind im Körper mit Proteinen verbunden und bilden komplexe supramolekulare Komplexe. Beispiele für Heteropolysaccharide sind Hyaluronsäure und Heparin.

Hyaluronsäure besteht aus Resten von D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin, die durch β-(1®3)- verknüpft sind.
glykosidische Bindung.

Hyaluronsäure hat ein hohes Molekulargewicht und eine hohe Viskosität und sorgt für die Undurchlässigkeit des Bindegewebes gegenüber pathogenen Mikroorganismen. Hyaluronsäure liegt meist nicht in freier Form vor, sondern in Verbindung mit Polypeptidketten. Gemischte Biopolymere bilden die Grundlage der Zellen und Flüssigkeiten tierischer Organismen.

Heparin-Polymermoleküle umfassen Reste von D-Glucosamin und zwei Uronsäuren – D-Glucuronsäure und L-Iduronsäure. Mengenmäßig überwiegt L-Iduronsäure. Die Aminogruppe der meisten Glucosaminreste ist sulfatiert (enthält die SO 3 H-Gruppe) und einige von ihnen sind acetyliert (gebunden an die CH 3 CO-Gruppe). Darüber hinaus finden sich SO 3 H-Gruppen an einer Reihe von L-Idurinsäureresten. Heparin und sein Derivat – Heparitinsulfat – sind mit Proteinen im Körper verbunden, Heparin verhindert die Blutgerinnung, Heparitinsulfat ist Teil der Wände von Blutgefäßen.