Mono- ja polysakkaridien rakenne ja ominaisuudet. Glykosidinen

15.04.2022 | Kannelausunto

Hiilihydraattien tehtävät ovat rakenteellisia ja tukitoimintoja (selluloosa on kasvien soluseinien päärakennekomponentti, kitiini sienissä, kitiini jäykistää niveljalkaisten ulkopuolista luurankoa); – suojaava rooli (kasveissa: piikkejä, piikkejä jne., jotka koostuvat kuolleiden solujen soluseinistä; – energiatoiminto (1 gramman hiilihydraattien hapettuminen vapauttaa 4,1 kcal energiaa); – plastinen toiminta (osa monimutkaisia molekyylejä, esimerkiksi riboosi ja deoksiriboosi osallistuvat ATP:n, DNA:n ja RNA:n rakentamiseen; - varastointitoiminto (varastoravinteet: glykogeeni eläimissä, tärkkelys ja inuliini kasveissa); - osmoottinen toiminta (osallistua kehon osmoottisen paineen säätelyyn) , mukaan lukien veressä); – reseptoritoiminto (osa monien solujen reseptoreiden havaitsevaa osaa).

Monostereoisomerismi Hiilihydraattien stereoisomeerejä, jotka eroavat yhden tai useamman epäsymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiosta, kutsutaan diastereomeereiksi. Epimeerit ja enantiomeerit ovat diastereomeerien erikoistapauksia. Diastereomeerejä, jotka liittyvät toisiinsa, kuten esine on peilikuvaan, kutsutaan enantiomeereiksi. Enantiomeereillä on samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ja ne eroavat optisten ominaisuuksien ja biologisen aktiivisuuden suhteen. Jos diastereomeerit eroavat vain yhden asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiosta, niitä kutsutaan epimeereiksi. Jos toisen hiiliatomin konfiguraatio eroaa, niin tällaisia diastereomeerejä kutsutaan yksinkertaisesti epimeereiksi; jos on muita hiiliatomeja, niin tämän atomin numero lisätään nimeen.

Kemialliset ominaisuudet monosis Hiilihydraatit ovat heterofunktionaalisia yhdisteitä ja voivat esiintyä sekä avoimessa että syklisessä muodossa. Kaikki kemialliset reaktiot ne voidaan jakaa kolmeen ryhmään: reaktiot, joihin liittyy karbonyyliryhmä (pelkistys, hapetus); reaktiot, joissa on mukana hydroksyyliryhmiä (eetterien ja estereiden muodostuminen); reaktiot, joihin liittyy hemiasetaalihydroksyyliä (glykosidien tuotanto).

Monosakin pelkistys Kun monosakkin karbonyyliryhmä pelkistetään, muodostuu polyoleja (moniarvoisia alkoholeja). Nämä ovat kiteisiä aineita, jotka liukenevat helposti veteen ja niillä on usein makea maku, joten joitain niistä käytetään sokerin korvikkeina (ksylitoli, sorbitoli). Ketoosit (toisin kuin aldoosit) antavat 2 polyolia, koska ketoryhmän hiiliatomi muuttuu pelkistyessään asymmetriseksi, mikä johtaa toisen isomeerisen polyolin olemassaoloon toisessa hiiliatomissa. Glukoosin pelkistäminen sorbitoliksi on yksi askorbiinihapon teollisen synteesin vaiheista.

Monoosien hapettuminen Aldoosit hapettuvat helpommin kuin ketoosit. Kun aldehydiryhmä on vuorovaikutuksessa heikkojen hapettimien kanssa (kupari(II)hydroksidi, hopeahydroksidin ammoniakkiliuos), aldehydiryhmä hapettuu karboksyyliryhmäksi. Syntyvät –onihapot (glukoni-, mannonihapot jne.) Aldoosien vuorovaikutus vahvempien hapettimien (laimea typpihappo) kanssa johtaa aldehydi- ja primääristen alkoholiryhmien hapettumiseen. Dikarboksyyliaroiinihappoja muodostuu. Entsyymien osallistuessa hapettumista voi tapahtua pitkin primääristä alkoholiryhmää vaikuttamatta aldehydiryhmään. Tässä tapauksessa saadaan uronihappoja.

Ketoosien hapettuminen tapahtuu voimakkaiden hapettimien vaikutuksesta ja siihen liittyy hiilirungon tuhoutuminen. Sidosten katkeaminen voi tapahtua kahdella tavalla: ensimmäisen ja toisen sekä toisen ja kolmannen hiiliatomin välillä. Tässä tapauksessa kaikki terminaaliset hiiliatomit hapetetaan muodostaen karboksyyliryhmiä. D-fruktoosin hapettuminen tuottaa neljä reaktiotuotetta. Kun sidos ensimmäisen ja toisen hiiliatomin välillä katkeaa, muodostuu muurahais- ja D-arabinaarihappoa. Kun sidos toisen ja kolmannen hiiliatomin välillä katkeaa, muodostuu oksaali- ja mesoviinihappoja: Se, että aldoosien lisäksi myös ketoosit saavat aikaan "hopeapeilireaktion" (heikosta hapettimella - hopeahydroksidin ammoniakkiliuoksella) ) selittyy sillä, että reaktio tapahtuu alkalisessa ympäristössä, jossa ketoosien tautomeeriset muunnokset epimeerisiksi aldooseiksi ovat mahdollisia. Syntyvät aldoosit toimivat vahvana pelkistimenä.

Eetterien muodostuminen Eetterit saadaan saattamalla monosakkaridien hydroksyyliryhmät reagoimaan alkyylihalogenidien kanssa. Samanaikaisesti sekä hemiasetaali- että alkoholihydroksiryhmät reagoivat. Hemiasetaaliryhmä –OH on reaktiivisempi, joten eetterin muodostuminen tässä ryhmässä etenee nopeammin. Syntyviä monoestereitä kutsutaan glykosideiksi (pyranosideiksi ja furanosideiksi). Alkoholihydroksyyliryhmien muodostamat eetterit eivät hydrolysoitu, ja glykosidisidos hydrolysoituu helposti alkalisessa ympäristössä. Glykosidiliuokset eivät mutaatiota.

Glykosidien luokittelu Glykosideja ei kutsuta vain hiilihydraattiasetaaleiksi, jotka muodostuvat vuorovaikutuksessa alkoholien kanssa, vaan myös tuotteiksi, jotka muodostuvat hemiasetaalihydroksyylin vuorovaikutuksesta muiden yhdisteiden kanssa. Hemiasetaalihydroksyylin muodostamaa sidosta kutsutaan myös glykosidisidokseksi. Syklin koosta riippuen glykosidit jaetaan pyranosideihin ja furanosideihin. Glykosidin ei-hiilihydraattista osaa kutsutaan aglykoniksi ("ei-sokeri"). Glykosidit voidaan luokitella sen mukaan, mihin atomiin aglykoni on liittynyt glykosidin sokeriosaan: C-glykosidit, O-glykosidit, N-glykosidit, S-glykosidit.

Esterien muodostuminen Estereitä voidaan saada saattamalla monosakkaridit reagoimaan orgaanisten happoanhydridien kanssa. Esimerkiksi kun saatetaan reagoimaan etikkahappoanhydridin kanssa, saadaan monosakkaridien asetyylijohdannaisia. Esterit hydrolysoituvat sekä happamassa että emäksisessä ympäristössä. Erittäin tärkeitä ovat fosforihapon esterit - fosfaatit, jotka sisältyvät kaikkiin kasvi- ja eläinorganismeihin. Näitä ovat pääasiassa D-glukoosifosfaatit: 1D-glukoosifosfaattia saadaan hydrolysoimalla glykogeenia käyttämällä fosforylaasientsyymiä; 6 glukoosifosfaattia muodostuu glykolyysin ensimmäisessä vaiheessa (glukoosin katabolia elimistössä). Fosfaatti-D-riboosi ja 2-deoksi-D-riboosi toimivat DNA:n, RNA:n, ATP:n ja useiden koentsyymien rakenneelementteinä.

Disakkaridit (bioosit) ovat kahden O-glykosidisidoksella yhdistetyn monosakkaridimolekyylin kondensaatiotuote. Jos molemmat hemiasetaalihydroksyylit osallistuvat kondensaatioreaktioon ja nämä kaksi monosakkaridijäännöstä yhdistyvät glykosidi-glykosidisidoksella, muodostuu ei-pelkistävä disakkaridi. Tällainen disakkaridi ei sisällä glykosidista hydroksyyliä, ei voi muuttua avoimeen aldehydimuotoon eikä siksi pelkistä metallioksideja (ei reagoi kuparihydroksidin tai "hopeapeilireaktion" kanssa). Jos kondensaatioreaktioon osallistuu yksi hemiasetaali ja yksi alkoholihydroksyyli ja kaksi monosyylitähdettä yhdistetään glykosidi-glykoosisidoksella, muodostuu pelkistävä disakkaridi. Tämä disakkaridi sisältää glykosidista hydroksyyliä, jonka ansiosta se voi muuttua avoimeen aldehydimuotoon ja toimia pelkistimenä.

Oligosakkaridit luonnossa Sakkaroosi ( ruokosokeri, juurikassokeri) on erittäin yleinen kasveissa. Ei-pelkistävä disakkaridi. Maltoosi (mallassokeri) koostuu kahdesta D-glukopyranoositähteestä, jotka on yhdistetty 1,4-glykosidisidoksella. Maltoosi muodostuu tärkkelyksen hydrolyysistä amylaasientsyymin vaikutuksesta; Jos pureskelet leipää pitkään, voit tuntea maltoosin makean maun, joka muodostuu leivän tärkkelyksestä syljen amylaasin vaikutuksesta. Vähentää disakkaridia. Sellubioosi koostuu kahdesta D-glukopyranoositähteestä, jotka on yhdistetty 1,4-glykosidisidoksella. Se on kuidun (selluloosan) rakenneyksikkö. Vähentää disakkaridia. Laktoosi (maitosokeri) koostuu D-galaktopyranoosi- ja D-glukopyranoositähteistä, jotka on yhdistetty 1,4 glykosidisidoksella. Vain nisäkkäiden maidossa se on pelkistävä disakkaridi. Se hydrolysoituu elimistössä laktaasientsyymin vaikutuksesta, jonka puutos ei kykene sulattamaan laktoosia. Siksi laktaasin puutteesta kärsivien ihmisten käyttäessä maitoa laktoosi ei pilkkoudu, vaan suoliston mikrofloora käy sitä epämiellyttävin seurauksin (ilmavaivat, ripuli). Trehaloosi (sienisokeri) koostuu kahdesta D-glukopyranoositähteestä, jotka on liitetty hemiasetaalihydroksyyliryhmiin, mikä tekee trehaloosista ei-pelkistävän disakkaridin. Löytyy sienistä ja joistakin kasveista. Hiivassa trehaloosipitoisuus on 18 % kuiva-aineesta. Muut disakkaridit, kuten melibioosi, gentibioosi, turanoosi, primveroosi jne., ovat harvinaisia. Trisakkaridit ovat harvinaisia. Trisakkaridiraffinoosia, joka koostuu galaktoosista, glukoosista ja fruktoosista, löytyy sokerijuurikkaasta. Se on ei-pelkistävä trisakkaridi. Muut trisakkaridit (gentianoosi, meletoosi, manninotrioosi, sellotrioosi, plantoosi) ovat erittäin harvinaisia. Tetrasakkaridistakyoosi koostuu kahdesta galaktoositähteestä, yhdestä glukoositähteestä ja yhdestä fruktoositähteestä. Stakyoosia löytyy lupiinin, soijapapujen ja herneiden siemenistä, ei-pelkistävä tetrasakkaridi. Sykliset oligosakkaridit - syklodekstriinejä muodostuu tärkkelyksen hydrolyysin aikana amylaasin vaikutuksesta. Ne koostuvat 6...10 D glukoositähteestä, jotka on yhdistetty 1,4 glykosidisidoksella. Syklodekstriinit muodostavat värillisiä komplekseja jodin kanssa, ja jodimolekyylit sijaitsevat syklodekstriinin ontelon sisällä.

Polysakkaridit tai polyoosit ovat korkean molekyylipainon hiilihydraatteja. Kemiallisesti ne ovat polyglykosideja. Polysakkaridimolekyyleissä monet monosakkariditähteet on liitetty toisiinsa glykosidisidoksilla. Tässä tapauksessa yhdistääkseen edellisen tähteen kanssa uusi tähde tarjoaa alkoholihydroksyyliryhmän, useimmiten 4 tai 6 hiiliatomissa. Edellinen jäännös tarjoaa glykosidisen (hemiasetaalin) hydroksyylin sitoutumista varten seuraavaan jäännökseen. Polysakkarideissa kasviperäinen pääosin (1 4) ja (1 6) kytkennät tehdään. Polysakkaridiketjut voivat olla haarautuneita tai haarautumattomia (lineaarisia). Polysakkaridit hydrolysoituvat happamassa ympäristössä ja kestävät hydrolyysiä happamassa ympäristössä. Täydellinen hydrolyysi johtaa monosakkaridien tai niiden johdannaisten muodostumiseen, epätäydellinen hydrolyysi johtaa useisiin välituoteoligosakkarideihin, mukaan lukien disakkaridit. Homopolysakkaridit koostuvat yhden monosakkaridin tähteistä, esimerkiksi tärkkelyksestä, selluloosasta, glykogeenista jne. Heteropolysakkaridit koostuvat erilaisten monosakkaridien tähteistä. Heteropolysakkaridit liittyvät kehossa proteiineihin ja muodostavat monimutkaisia supramolekulaarisia komplekseja. Esimerkkejä heteropolysakkarideista ovat hyaluronihappo ja hepariini.

Tärkkelys on kasvien tärkein varastoravinne. Tärkkelyksen homopolysakkaridit jaetaan kahteen fraktioon: amyloosiin (15-25 %) ja amylopektiiniin (75-85 %). Amyloosi (C6H10O5) n. Amyloosipolysakkaridit ovat suoria tai hieman haarautuneita ketjuja, jotka sisältävät noin 200 glukoositähdettä. Amyloosilla on kristallirakenne. Liukenee sisään kuuma vesi, mutta kun liuokset seisovat, ne pian saostuvat. Antaa sinisen värin jodilla. Entsyymit ja hapot hydrolysoivat helposti maltoosiksi ja glukoosiksi. Amylopektiini (C6H10O5)n. Amylopektiinimolekyylit ovat monimutkaisempia kuin amyloosi. Ne ovat erittäin haarautuneita ketjuja, jotka sisältävät noin 4000 glukoositähdettä ja 0,4 % fosforihappoa. Amylopektiini ei liukene kuumaan veteen, mutta turpoaa voimakkaasti ja muodostaa tahnaa. Jodi muuttuu violetiksi.

Selluloosa (kuitu) Selluloosa tai kuitu on yleisin kasvipolysakkaridi. Se toimii kasvien tukimateriaalina. Puuvilla sisältää lähes 100 % selluloosaa, puu - 50...70 %. Selluloosa on rakennettu βD-glukopyranoositähteistä, jotka on liitetty toisiinsa β(14)-glykosidisidoksilla. Ketjulla ei ole haaroja, se sisältää 2500-12000 βD-glukoositähdettä (molekyylipaino 0,4-2 miljoonaa). Selluloosaketju näyttää kierteeltä, joka on kierretty akselinsa ympäri ja jota pidetään tässä asennossa glukoositähteiden hydroksyylien vetysidoksilla. Yksittäiset langat yhdistetään molekyylien välisillä vetysidoksilla nipuiksi, joilla on kuitujen luonne. Tämä tarjoaa selluloosan erityiset mekaaniset ominaisuudet, selluloosan korkean lujuuden ja elastisuuden sekä liukoisuuden puutteen useimpiin liuottimiin. Vapaiden alkoholihydroksyyliryhmien läsnäolon ansiosta selluloosa pystyy reagoimaan alkoholien ja happojen kanssa muodostaen estereitä. Asetaattikuitu on valmistettu selluloosa-asetaatin asetoniliuoksesta. Kuitu hydrolysoituu helposti happojen vaikutuksesta. Hydrolyysituotteita ovat sellodekstriinit, sellobioosi ja glukoosi. Ihmisen maha-suolikanavan entsyymit eivät hajoa selluloosaa, eikä se voi olla ravintoaine, mutta se auttaa säätelemään maha-suolikanavan toimintaa ja stimuloi paksusuolen peristaltiikkaa.

Pektiiniaineita löytyy hedelmistä ja vihanneksista, niille on ominaista geeliytyminen orgaanisten happojen läsnä ollessa, jota käytetään Ruokateollisuus hyytelöiden ja marmeladien valmistukseen. Pektiiniaineet perustuvat pektiinipolygalakturonihappoon. Pektiinihappo koostuu D-galakturonihappotähteistä, jotka on yhdistetty (1 4) glykosidisidoksella. Joillakin pektiiniaineilla on haavaumia estävä vaikutus, ja ne ovat perustana useille lääkkeille, esimerkiksi plantain plantaglusidille.

Heteropolysakkarideja Algiinihappoja löytyy mm ruskolevät. Haaroittumaton ketju on rakennettu D-mannuroni- ja L-guluronihappotähteistä, jotka on yhdistetty (14)-sidoksilla. Algiinihappoja käytetään hyytelöimisaineina elintarviketeollisuudessa. Merilevä toimii monien polysakkaridien lähteenä. Esimerkiksi biokemiallisissa tutkimuksissa laajalti käytetty agar on heteropolysakkaridi, joka sisältää suuren määrän sulfaattiryhmiä. Agar koostuu agaroosin ja agaropektiinin seoksesta. Agaroosin polysakkaridiketjussa D-galaktoosi- ja L-laktoositähteet vuorottelevat. Sidekudospolysakkaridit. Sidekudos jakautuu koko kehoon ja määrittää elinten lujuuden ja elastisuuden, niiden yhteyksien joustavuuden ja vastustuskyvyn infektioita vastaan. Sidekudospolysakkaridit liittyvät proteiineihin. Täydellisimmin tutkitut ovat kondroitiinisulfaatit (iho, rusto, jänteet), hyaluronihappo (silmän lasiainen, napanuora, rusto, nivelneste), hepariini (maksa). Näillä polysakkarideilla on yleiset ominaisuudet rakenteessa: niiden haarautumattomat ketjut rakentuvat disakkariditähteistä, joihin kuuluvat uronihapot (D-glukuroni, D-galakturoni, L-iduroni) ja N-asetyyliheksosamiini (N-asetyyliglukosamiini, N-asetyyligalaktosamiini). Jotkut niistä sisältävät rikkihappojäämiä.

Joidenkin heteropolysakkaridien rakenne Hyaluronihappo rakentuu disakkaridijäännöksistä, jotka on yhdistetty (1 4) glykosidisidoksilla. Disakkaridifragmentti koostuu D-glukuronihappo- ja N-asetyyli-O-glukosamiinitähteistä, jotka on liitetty (13) glykosidisidoksella. Hyaluronihapolla on suuri molekyylipaino - 27 miljoonaa, liuoksilla on korkea viskositeetti, mikä liittyy sen estetoimintoon, mikä varmistaa sidekudoksen läpäisemättömyyden patogeenisille mikro-organismeille. Kondroitiinisulfaatit koostuvat N-asetyloidun kondrosiinin disakkaridijäännöksistä, jotka on yhdistetty (14) glykosidisilla sidoksilla. Kondrosiinin koostumus sisältää D-glukuronihappoa ja D-galaktosamiinia, jotka on liitetty toisiinsa (1 3) glykosidisidoksella. Sulfaattiryhmä muodostaa esterisidoksen galaktosamiinin hydroksyyliryhmän N asetyyli O kanssa, joka sijaitsee joko 4. tai 6. asemassa, Molekyylimassa kondroitiinisulfaatteja on 10 000-60 000. Kondroitiinisulfaatteja ja hyaluronihappoa ei löydy vapaasta, vaan sidottu muoto polypeptidiketjujen kanssa.

Yksi ihmiskehon täyden toiminnan kannalta välttämättömistä orgaanisten yhdisteiden tyypeistä on hiilihydraatit.

Ne on jaettu useisiin tyyppeihin rakenteensa mukaan - monosakkaridit, disakkaridit ja polysakkaridit. Sinun on selvitettävä, miksi niitä tarvitaan ja mitkä ovat niiden kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet.

Hiilihydraatit ovat yhdisteitä, jotka sisältävät hiiltä, vetyä ja happea. Useimmiten ne ovat luonnollista alkuperää, vaikka jotkut on valmistettu teollisesti. Niiden rooli elävien organismien elämässä on valtava.

Niiden päätehtävät ovat seuraavat:

Energiaa. Nämä yhdisteet ovat tärkein energianlähde. Useimmat elimet voivat toimia täysin käyttämällä glukoosin hapettumisesta saatua energiaa.
Rakenteellinen. Hiilihydraatteja tarvitaan lähes kaikkien kehon solujen muodostumiseen. Kuitu toimii tukimateriaalina, ja monimutkaisia hiilihydraatteja löytyy luista ja rustokudoksesta. Yksi komponenteista solukalvot on hyaluronihappoa. Myös hiilihydraattiyhdisteitä tarvitaan entsyymien tuotantoprosessissa.
Suojaava. Kehon toiminnan aikana suoritetaan rauhasten työtä, jotka erittävät eritysnesteitä, jotka ovat välttämättömiä sisäelinten suojaamiseksi patogeenisiltä vaikutuksilta. Merkittävä osa näistä nesteistä on hiilihydraatteja.
Sääntely. Tämä toiminto ilmenee sen vaikutuksessa ihmiskehon glukoosi (ylläpitää homeostaasia, säätelee osmoottista painetta) ja kuitu (vaikuttaa maha-suolikanavan peristaltiikkaan).
Lisäominaisuudet. Ne ovat ominaisia tietyt lajit hiilihydraatteja. Tällaisia erityistoimintoja ovat: osallistuminen hermoimpulssien siirtoprosessiin, erilaisten veriryhmien muodostuminen jne.

Sen perusteella, että hiilihydraattien toiminnot ovat melko monipuolisia, voidaan olettaa, että näiden yhdisteiden tulisi erota rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan.

Tämä on totta, ja niiden pääluokitus sisältää seuraavat lajikkeet:

. Niitä pidetään yksinkertaisimpina. Muuntyyppiset hiilihydraatit tulevat hydrolyysiprosessiin ja hajoavat pienemmiksi komponenteiksi. Monosakkarideilla ei ole tätä kykyä; ne ovat lopputuote.
Disakkaridit. Joissakin luokitteluissa ne luokitellaan oligosakkarideiksi. Ne sisältävät kaksi monosakkaridimolekyyliä. Disakkaridi jakautuu niihin hydrolyysin aikana.
Oligosakkaridit. Tämä yhdiste sisältää 2-10 molekyyliä monosakkarideja.
Polysakkaridit. Nämä yhdisteet ovat suurin lajike. Ne sisältävät yli 10 molekyyliä monosakkarideja.

Jokaisella hiilihydraattityypillä on omat ominaisuutensa. Meidän on tarkasteltava niitä ymmärtääksemme, kuinka kukin niistä vaikuttaa ihmiskehoon ja mitä hyötyä siitä on.

Nämä yhdisteet ovat hiilihydraattien yksinkertaisin muoto. Ne sisältävät yhden molekyylin, joten hydrolyysin aikana niitä ei jaeta pieniin lohkoihin. Kun monosakkaridit yhdistyvät, muodostuu disakkarideja, oligosakkarideja ja polysakkarideja.

Ne erottuvat kiinteästä aggregaatiosta ja makeasta mausta. Niillä on kyky liueta veteen. Ne voivat myös liueta alkoholeihin (reaktio on heikompi kuin veden kanssa). Monosakkaridit eivät melkein reagoi sekoittumiseen esterien kanssa.

Luonnolliset monosakkaridit mainitaan useimmiten. Jotkut heistä kuluttavat ihmiset ruoassa. Näitä ovat glukoosi, fruktoosi ja galaktoosi.

suklaa;
hedelmät;
tietyt viinityypit;
siirapit jne.

Tämän tyyppisten hiilihydraattien päätehtävä on energia. Tämä ei tarkoita sitä, etteikö keho voisi tulla toimeen ilman niitä, mutta niillä on ominaisuuksia, jotka ovat tärkeitä kehon täydelliselle toiminnalle, esimerkiksi osallistuminen aineenvaihduntaprosesseihin.

Elimistö imee monosakkarideja nopeammin kuin mikään, mitä tapahtuu maha-suolikanavassa. Monimutkaisten hiilihydraattien assimilaatioprosessi, toisin kuin yksinkertaiset yhdisteet, ei ole niin yksinkertainen. Ensinnäkin monimutkaiset yhdisteet on erotettava monosakkarideiksi, vasta sen jälkeen ne imeytyvät.

Tämä on yksi yleisimmistä monosakkaridien tyypeistä. Se on muodostunut valkoinen kiteinen aine luonnollisesti– fotosynteesin tai hydrolyysin aikana. Yhdisteen kaava on C6H12O6. Aine liukenee hyvin veteen ja sillä on makea maku.

Glukoosi antaa lihas- ja aivokudossoluille energiaa. Kun aine on nielty, se imeytyy, pääsee verenkiertoon ja leviää kaikkialle kehoon. Siellä se hapettuu ja vapauttaa energiaa. Tämä on aivojen tärkein energianlähde.

Kun elimistössä on glukoosin puute, kehittyy hypoglykemia, joka vaikuttaa ensisijaisesti aivorakenteiden toimintaan. Sen liiallinen pitoisuus veressä on kuitenkin myös vaarallinen, koska se johtaa kehitykseen diabetes mellitus. Myös kulutettuna Suuri määrä glukoositasot, kehon paino alkaa nousta.

Fruktoosi

Se on monosakkaridi ja on hyvin samanlainen kuin glukoosi. Sillä on hitaampi imeytymisnopeus. Tämä johtuu siitä, että fruktoosi on ensin muutettava glukoosiksi, jotta se imeytyy.

Siksi tätä yhdistettä ei pidetä vaarallisena diabeetikoille, koska sen kulutus ei aiheuta yhtäkkinen muutos sokerin määrä veressä. Tällaisen diagnoosin kanssa on kuitenkin oltava varovainen.

Fruktoosilla on kyky muuttua nopeasti rasvahappo mikä aiheuttaa liikalihavuuden kehittymistä. Tämä yhdiste vähentää myös insuliiniherkkyyttä, mikä aiheuttaa tyypin 2 diabetesta.

Tätä ainetta voidaan saada marjoista ja hedelmistä sekä hunajasta. Yleensä se on siellä yhdessä glukoosin kanssa. Seos on myös väriltään valkoinen. Maku on makea, ja tämä ominaisuus on voimakkaampi kuin glukoosin tapauksessa.

Muut liitännät

On muitakin monosakkaridiyhdisteitä. Ne voivat olla luonnollisia tai puolikeinotekoisia.

Galaktoosi on luonnollista. Se sisältyy myös elintarvikkeita, mutta sitä ei löydy puhtaassa muodossaan. Galaktoosi on tulosta laktoosin hydrolyysistä. Sen päälähde on maito.

Muita luonnossa esiintyviä monosakkarideja ovat riboosi, deoksiriboosi ja mannoosi.

Tällaisia hiilihydraatteja on myös lajikkeita, joiden valmistukseen käytetään teollisia tekniikoita.

Näitä aineita löytyy myös ruoasta ja ne pääsevät ihmiskehoon:

ramnoosi;
erytruloosi;
ribuloosi;
D-ksyloosi;
L-alloosi;
D-sorboosi jne.

Jokaisella näistä yhteyksistä on omat ominaisuutensa ja tehtävänsä.

Disakkaridit ja niiden käyttötarkoitukset

Seuraava hiilihydraattiyhdistetyyppi on disakkaridit. Niitä pidetään monimutkaisina aineina. Hydrolyysin seurauksena niistä muodostuu kaksi monosakkaridimolekyyliä.

Tämän tyyppisellä hiilihydraatilla on seuraavat ominaisuudet:

kovuus;
Vesiliukoisuus;
huono liukoisuus väkeviin alkoholeihin;
makea maku;
väri - valkoisesta ruskeaan.

Disakkaridien tärkeimmät kemialliset ominaisuudet ovat hydrolyysi (glykosidisidosten katkeaminen ja monosakkaridien muodostuminen) ja kondensaatio (polysakkarideja muodostuu).

Tällaisia yhteyksiä on 2 tyyppiä:

Palauttava. Niiden erikoisuus on vapaan hemiasetaalihydroksyyliryhmän läsnäolo. Tästä johtuen tällaisilla aineilla on korjaavia ominaisuuksia. Tähän hiilihydraattiryhmään kuuluvat sellobioosi, maltoosi ja laktoosi.
Ei-palauttava. Näitä yhdisteitä ei voida pelkistää, koska niistä puuttuu hemiasetaalihydroksyyliryhmä. Tunnetuimmat tämän tyyppiset aineet ovat sakkaroosi ja trehaloosi.

Nämä yhdisteet ovat laajalle levinneitä luonnossa. He voivat tavata vapaa muoto ja osana muita yhdisteitä. Disakkaridit ovat energianlähde, koska ne tuottavat glukoosia hydrolysoituessaan.

Laktoosi on erittäin tärkeää lapsille, koska se on tärkein osa vauvanruoasta. Toinen tämän tyyppisten hiilihydraattien tehtävä on rakenteellinen, koska ne ovat osa selluloosaa, joka on välttämätön kasvisolujen muodostumiselle.

Polysakkaridien ominaisuudet ja ominaisuudet

Toinen hiilihydraattityyppi on polysakkaridit. Tämä on monimutkaisin yhteystyyppi. Ne koostuvat suuresta määrästä monosakkarideja (niiden pääkomponentti on glukoosi). Polysakkaridit eivät imeydy maha-suolikanavassa, vaan ne hajoavat ensin.

Näiden aineiden ominaisuudet ovat:

liukenemattomuus (tai heikko liukoisuus) veteen;
kellertävä väri (tai ei väriä);
niillä ei ole hajua;
melkein kaikki ne ovat mauttomia (joillakin on makeahko maku).

Näiden aineiden kemiallisiin ominaisuuksiin kuuluu hydrolyysi, joka suoritetaan katalyyttien vaikutuksen alaisena. Reaktion tulos on yhdisteen hajoaminen rakenneelementeiksi - monosakkarideiksi.

Toinen ominaisuus on johdannaisten muodostus. Polysakkaridit voivat reagoida happojen kanssa.

Näissä prosesseissa muodostuvat tuotteet ovat hyvin erilaisia. Näitä ovat asetaatit, sulfaatit, esterit, fosfaatit jne.

Esimerkkejä polysakkarideista:

tärkkelys;
selluloosa;
glykogeeni;
kitiini.

Opetusvideomateriaali hiilihydraattien toiminnoista ja luokittelusta:

Nämä aineet ovat tärkeitä koko kehon ja yksittäisten solujen täydelliselle toiminnalle. Ne antavat keholle energiaa, osallistuvat solujen muodostukseen ja suojaavat sisäelimet vaurioilta ja haittavaikutuksilta. Ne toimivat myös vara-aineina, joita eläimet ja kasvit tarvitsevat vaikeina aikoina.

Hiilihydraatit jaetaan yksinkertaisiin (monosakkaridit) ja monimutkaisiin (polysakkaridit).

Monosakkaridit (monoosit). Nämä ovat heteropolyfunktionaalisia yhdisteitä, jotka sisältävät karbonyyliä ja useita hydroksyyliryhmiä. Monosakkarideilla on molekyylikaava KANSSA P(H 2 O) P, joka toimi pohjana tämän yhdisteluokan nimelle (hiili + vesi). Monoosit kuuluvat rakenteeltaan polyoksialdehydeihin tai aldooseihin tai polyoksiketoneihin tai ketoosiin. Hiiliatomien lukumäärästä riippuen monooosit jaetaan triooseihin (kolme hiiliatomia), tetrooseihin (neljä atomia), pentooseihin (viisi atomia), heksooseihin (kuusi atomia) ja heptooseihin (seitsemän atomia). Karbonyyliryhmän rakenteesta riippuen jokainen monooseista on nimetty: aldotrioosi, aldoheksoosi, ketoheksoosi jne.

Monosakkaridien optinen isomeria. Ominaisuus Monosakkaridien rakenne on epäsymmetristen (eli neljä eri substituenttia sisältävien) hiiliatomien läsnäolo molekyyleissä. Asymmetriset hiiliatomit edustavat molekyylin kiraalisuuden keskuksia. Molekyylin kiraalisuuden seuraus on optisen isomerian eli enantiomerian ilmiö, joka ilmenee yhdisteen kyvynä kiertää polarisoidun valon tasoa vastakkaisiin suuntiin. Yhdiste, jossa on asymmetrisiä hiiliatomeja, voi esiintyä 2 isomeerin muodossa. Yhdisteissä, joissa on identtiset asymmetriset hiiliatomit, optisten isomeerien määrä vähenee mesomuotojen olemassaolon vuoksi. Mesoliitännät ovat optisesti epäaktiivisia pyörimismerkin "sisäisen kompensoinnin" vuoksi. Esimerkki mesoyhdisteestä on D-ksylitoli.

Optisia isomeerejä, jotka liittyvät toisiinsa epäsymmetrisen kohteen peilikuvana, kutsutaan enantiomeereiksi tai optisiksi antipodeiksi. Enantiomeerit eroavat toisistaan kaikkien kiraalisuuskeskusten konfiguraatiossa ja muodostavat D-muodon (lat. Dexter - oikea) ja L-muodon (lat. laevus - vasen) - monosakkaridien stereokemiallisen sarjan. Isomeerejä, jotka eroavat vain osan kiraalisuuskeskusten konfiguraatiosta ja jotka eivät ole optisia antipodeja, kutsutaan diastereomeereiksi. Diastereomeeriparia, joka eroaa vain yhden asymmetrisen hiiliatomin konfiguraation suhteen, kutsutaan epimeereiksi. Yleensä nimeen lisätään epimeerisen hiiliatomin numero, 2-epimeerejä kutsutaan yksinkertaisesti epimeereiksi. Esimerkiksi D-alloosi ja D-altroosi ovat epimeerejä, D-alloosi ja D-glukoosi ovat 3-epimeerejä, D-alloosi ja D-guloosi ovat 4-epimeerejä.

Asymmetrisen atomin konfiguraatio yksinkertaisimmassa trioosissa, D-glyseraldehydissä, on otettu standardiksi määritettäessä, kuuluuko yhdiste stereokemialliseen D- tai L-sarjaan. Sen, kuuluuko yhdiste stereokemialliseen sarjaan, määrittää suurimman lukumäärän asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatio (glukoosin tapauksessa C5-atomi). Jos se on sama kuin D-glyseraldehydin asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatio, yhdiste luokitellaan D-sarjaksi; jos se ei ole sama, se luokitellaan L-sarjaksi. On todettu, että kaikki luonnonmonoosit kuuluvat D-sarjaan.

Monosakkaridien syklo-okso-tautomerismi. Kiinteässä tilassa ja vesiliuoksessa monosakkaridit esiintyvät pääasiassa syklisten puoliasetaalien muodossa. Hemiasetaalien muodostumista voidaan pitää molekyylinsisäisenä reaktiona AN, jonka seurauksena muodostuvat stabiiliimmat kuusijäseniset renkaat (pyranoosi) ja viisijäseniset renkaat (furanoosi). Siten liuokseen muodostuu tautomeerinen tasapaino monosakkaridin avoimen (oksomuoto) ja syklisen muodon välille, jolloin syklinen muoto on merkittävästi vallitseva (yli 99,9 % tasapainoseoksessa):

Yhdisteiden spatiaalisen rakenteen kuvaamiseen avoimessa muodossa tasossa käytetään Fisherin projektiokaavoja ja syklisten yhdisteiden tilarakenteen kuvaamiseen tasossa Haworthin projektiokaavoja:

Tässä tapauksessa heitä ohjaavat seuraavat säännöt: sykli on kuvattu tasaisena; oksomuodossa oikealla olevat substituentit on kuvattu rengastason alapuolella ja vasemmalla olevat substituentit on esitetty rengastason yläpuolella; vetyatomit C-H-sidokset ei ehkä näytetä.

Syklisessä muodossa esiintyy ylimääräinen epäsymmetrinen hiiliatomi (kiraalisuuden keskus) verrattuna avoimeen muotoon: C1-atomi aldooseissa tai C2-atomi ketooseissa, joita kutsutaan anomeeriseksi hiiliatomiksi, ja lisäksi -OH-ryhmä, jota kutsutaan hemiasetaaliksi. hydroksyyli (näkyy Haworthin kaavassa tähdellä *). Jos anomeerisen hiiliatomin konfiguraatio on sama kuin sen atomin konfiguraatio, joka määrittää, kuuluuko yhdiste stereokemialliseen sarjaan, sitä kutsutaan a-anomeeriksi, jos se ei ole sama, sitä kutsutaan b-anomeeriksi.

Siten monojen a- ja b-anomeerit voidaan pitää hemiasetaalihydroksyyliaseman isomeereinä. Anomeeristen muotojen a « b siirtymä tapahtuu vain avoimen oksomuodon kautta: a-muoto « oksomuoto « b-muoto

Samoin pyranoosi- ja furanoosimuotojen välille muodostuu tasapaino liuoksessa. A- tai b-anomeerin vallitsevuus riippuu monoosin luonteesta, liuottimesta, pitoisuudesta ja muista ulkoisista olosuhteista. Kaikkien muotojen välinen tasapaino on siksi dynaaminen. Siten jos jokin glukoosin anomeeri liuotetaan veteen, se muuttuu vähitellen toiseksi anomeeriksi, kunnes muodostuu näiden kahden anomeerin tasapainoseos, joka sisältää myös hyvin pienen määrän avointa muotoa. Tähän siirtymiseen liittyy muutos liuoksen optisessa kierrossa. Tätä ilmiötä kutsutaan mutarotaatio monosakkaridien (anomerointi). Sekä a- että b-D-glukopyranoosien mutarotaatiosta muodostuva tasapainoseos sisältää 36 % a-isomeeriä ja 64 % b-muotoa. Oksomuodon osuus tasapainoseoksessa on pieni (pH:ssa 6,9 D-glukoosin tasapainoseos sisältää vain pienen osan aldehydimuodosta). Siksi monooosit eivät anna aldehydien värjäystä reaktiossa fuksrikkihapon kanssa eivätkä reagoi natriumvetysulfiitin kanssa. Mutarotaatiota katalysoivat hapot ja emäkset. Kiinteässä tilassa monooseja löytyy yksinomaan syklisessä muodossa.

Monosakkaridien kemialliset ominaisuudet. Kemiallisesti monooseissa yhdistyvät moniarvoisten alkoholien, karbonyyliyhdisteiden ja hemiasetaalien ominaisuudet.

1. Monoosin syklisille muodoille reaktiot, joissa on mukana hydroksyyliryhmä, ovat tyypillisimpiä. Kemiallisesti aktiivisin on hemiasetaalihydroksyyliryhmä.

Eetterit saadaan saattamalla mononatriumin hydroksyyliryhmät reagoimaan alkyylihalogenidien kanssa. Samanaikaisesti sekä hemiasetaali- että alkoholihydroksiryhmät reagoivat. Hemiasetaaliryhmä –OH on reaktiivisempi, joten eetterin muodostuminen tässä ryhmässä etenee nopeammin ja voi tapahtua myös, kun monosakkaridi reagoi alempien alkoholien kanssa kloorivedyn läsnäollessa. Syntyviä monoestereitä kutsutaan glykosideiksi (pyranosideiksi ja furanosideiksi).

Alkoholihydroksyyliryhmien muodostamat eetterit eivät hydrolysoitu, ja glykosidisidos hydrolysoituu helposti alkalisessa ympäristössä. Glykosidiliuokset eivät mutaatiota.

Etanoli- tai metyylijodidimolekyylit toimivat tässä reaktiossa nukleofiileina. Samoin monoosit ovat vuorovaikutuksessa amiinien ja niiden johdannaisten kanssa muodostaen N-glykosideja.

Glykosidit ovat monosakkaridien syklisten muotojen kondensaatiotuotteita alkoholien ja amiinien kanssa glykosidisidoksen muodostamiseksi. Glykosidit hydrolysoituvat helposti happamassa ympäristössä. O-glykosidien tyypin mukaan muodostuu di- ja polysakkarideja, ja N-glykosidien tyypin mukaan muodostuu nukleosideja - rakennekomponentteja nukleiinihapot. Glykosideilla on erittäin tärkeä rooli biokemiallisissa prosesseissa, erityisesti hengitys- ja fotosynteesiprosesseissa. Glykosideista tärkein on adenosiinitrifosfaatti (ATP), joka on fosforihapon ja adenosiinin esteri, nukleosidi, joka on adeniinin ja riboosin kondensoitumisen tuote. ATP:n fosfaattiryhmät toimivat eräänlaisena energiavarastona; niiden hydrolyysi vapauttaa energiaa, jota solut tarvitsevat lihasten supistumiseen.

Kun monooosit ovat vuorovaikutuksessa happojen ja niiden anhydridien kanssa, ne muodostavat estereitä. Siten, kun glukoosi reagoi etikkahappoanhydridin kanssa, muodostuu pentaasetyyliglukoosia.

Biologisesti tärkeä esimerkki Tämän tyyppiset reaktiot ovat fosforylaatioreaktioita. Fosfaatteja - monosakkaridin ja fosforihapon estereitä löytyy kaikista kasvi- ja eläinorganismeista, ja ne ovat monosakkaridien metabolisesti aktiivisia muotoja. Siten D-glukoosi-1-fosfaattia muodostuu glykogeenin (eläinorganismeille luontainen polysakkaridi) hydrolyysin aikana; Glukoosi-6-fosfaatti on glukoosin katabolian tuote kehossa; D-riboosi ja 2-deoksi-D-deoksiriboosifosfaatit ovat nukleiinihappojen rakenneosia.

Reaktio tapahtuu glykolyysin ensimmäisessä vaiheessa (glukoosin hapetusprosessi pyruvaatiksi). On huomattava, että kaikki glykolyysin välituotteet ovat monosakkaridin ja fosforihapon estereitä.

2. Monosakkaridien hapettuminen happamissa ja neutraaleissa ympäristöissä johtaa erilaisten happojen muodostumiseen. Vain karbonyyliryhmä voi hapettua - "pehmeä" hapetus, esimerkiksi bromivedellä muodostaen -onihappoja

Karbonyyli- ja primaarisen hydroksyyliryhmän hapetus - "kova" hapetus, esimerkiksi HNO 3 -liuoksella glykarihappoihin.

Vain primaarisen hydroksyyliryhmän hapettuminen miedoissa olosuhteissa (esimerkiksi entsyymien vaikutuksesta) samalla kun aldehydiryhmää suojataan, johtaa glykuronihappojen muodostumiseen.

Glykuronidit dekarboksyloituvat helposti kuumennettaessa, jolloin muodostuu vähemmän hiiliatomeja sisältäviä monoja. Näin saat pentoosia, D-ksyloosia, D-glykuronidista.

Monosakkaridien hapettumiseen emäksisessä ympäristössä liittyy hiilirungon tuhoutuminen. Hapetusreaktiot eivät ole ominaisia vain aldooseille, vaan myös ketooseille (toisin kuin ketoneilla), mikä selittyy monoosien epimeroitumisilmiöllä.

Jotkut disakkaridit, joita kutsutaan pelkistäviksi, voivat myös hapettua. Ne esiintyvät pääasiassa puoliasetaalien muodossa, ja niissä on mahdollisesti vapaa aldehydiryhmä (oksomuodossa).

Mono- ja disakkaridien pelkistys pelkistää Fehling-reagenssiin tai Benedict-reagenssiin sisältyvät kupari(II)-ionit kuparioksidiksi (I) Cu 2 O, samoin kuin hopea-ionit Tollensin reagenssissa OH vapaaksi hopeaksi. Reaktioita käytetään kvalitatiivisina reaktioina pelkistävien sakkaridien läsnäollessa.

3. Monosakkaridit pelkistyvät kemiallisesti tai biologisesti.

Monojen pelkistys, kuten kaikki karbonyyliyhdisteet, johtaa karbonyyliryhmien muuntamiseen alkoholiryhmiksi; tämä tuottaa moniarvoisia alkoholeja, joita kutsutaan sokerialkoholeiksi tai alditoleiksi.

Vesipitoisessa (tai vesi-alkoholi- tai alkoholipitoisessa) väliaineessa olevan natriumamalgaamin lisäksi monosakkien palauttamiseen käytetään vetyä katalyyttien (Pt, Pd, Ni) ja metallihydridien (erityisesti NaBH4) läsnä ollessa. On syytä muistaa, että aldooseja pelkistettäessä muodostuu yksi alkoholi ja ketoosien pelkistämisessä kaksi stereoisomeeristä moniarvoista alkoholia, koska Epäsymmetrinen 2. C-atomi ketoosissa (karbonyyliryhmäatomi) muuttuu pelkistyksen jälkeen epäsymmetriseksi ja siihen sitoutuneen hydroksyyliryhmän kaksi suuntausta ovat mahdollisia.

4. Isomerointireaktio (epimerisaatio) tapahtuu aina monosakkaridien a-CH*-happokeskuksessa, joka on hiiliatomi, joka on sitoutunut suoraan karbonyyliryhmään. Reaktio tapahtuu laimeiden alkaliliuosten vaikutuksesta tai entsymaattisesti (kehon olosuhteissa) ja siihen liittyy

molekyylinsisäinen hapetus-pelkistys

hiiliatomien C1 ja C2 (disproportionaatio).

Tämän siirron vuoksi ryhmittelyn aikana

protoni, suoritetaan vaikutuksen alaisena

hydroksyyli-ioni, esiintyy välituote

yhdiste - enedioli (yksi kaksoissidos)

kahden hydroksyyliryhmän välillä (di-oli)).

Enediolin transformaatiot voivat johtaa muodostumiseen

sekä ketoosien että kahden aldoosin vähentäminen.

Reaktion seurauksena siis

vähitellen muodostuu tasapainoseos

isomeerit. Esimerkiksi D-glukoosin epimerisoitumisen seurauksena

D-mannoosi on glukoosin epimeeri C2:ssa ja D-fruktoosi on glukoosin rakenteellinen isomeeri.

Esimerkki isomerointireaktiosta kehossa on glukoosi-6-fosfaatin entsymaattinen muuntaminen fruktoosi-6-fosfaatiksi glykolyysin aikana.

Oligo- ja polysakkaridit. Disakkaridit (bioosit) ovat kahden O-glykosidisidoksella yhdistetyn monosakkaridimolekyylin kondensaatiotuote.

Jos molemmat hemiasetaalihydroksyylit osallistuvat kondensaatioreaktioon ja kaksi monojäännöstä yhdistetään glykosidi-glykosidinen sidos, muodostuu ei-palauttava disakkaridi Tällainen disakkaridi ei sisällä glykosidista hydroksyyliä, ei voi muuttua avoimeen aldehydimuotoon eikä siksi pelkistä metallioksideja (ei reagoi kuparihydroksidin tai "hopeapeilireaktion" kanssa).

Jos yksi hemiasetaali ja yksi alkoholihydroksyyli osallistuvat kondensaatioreaktioon ja kaksi monosähdettä yhdistetään glykosidi-glykoosi-sidos, muodostuu korjaava disakkaridi Tämä disakkaridi sisältää glykosidista hydroksyyliä, jonka ansiosta se voi muuttua avoimeen aldehydimuotoon ja toimia pelkistimenä.

Disakkaridit, kuten kaikki glykosidit, hydrolysoituvat happamassa ympäristössä. Biologisesti tärkeimmät disakkaridit ovat sakkaroosi, maltoosi, laktoosi ja sellobioosi.

Esimerkiksi maltoosin rakennekaava, joka on tärkkelyksen hajoamisen päätuote suuontelossa syljen entsyymin b-amylaasi vaikutuksesta, voidaan esittää seuraavasti:

Systemaattinen nimi (a-D-glukopyranosyyli-(1®4)-a-D-glukopyranoosi tai 4-(a-D-glukopyranosido)-D-glukopyranoosi) osoittaa glykosidisidoksen olemassaolon yhden glukoositähteen a-konfiguroidun C-atomin ja C-atomi 4 muu jäännös. Maltoosi muodostuu kahden a-D-glukopyranoosimolekyylin kondensoitumisen seurauksena, jolloin muodostuu glykosidinen sidos a-glukoosianomeerin C1-atomin ja toisen glukoosimolekyylin C4-atomin välille. Tällaista sidosta kutsutaan (1®4)-sidokseksi.

Laktoosilla (4-(b-D-galaktopyranosidi)-D-glukopyranoosilla on rakenne:

Sellobioosi (4-(b-D-glukopyranosidi)-D-glukopyranoosi) on selluloosan päärakenneosa; muodostuu selluloosan entsymaattisen hydrolyysin aikana. Sellobioosissa, kuten laktoosissa, on 1,4-b-glykosidisidos ja se on pelkistävä disakkaridi, mutta toisin kuin laktoosi, täydellisen hydrolyysin jälkeen se tuottaa vain D-glukoosia:

Sakkaroosi (a-D-glukopyranosidi-b-D-fruktofuranosidi)

kutsutaan ruokosokeriksi; hän on parantumaton

kaatamalla sokeriruo'osta löytyvää disakkaridia

punajuuret, erilaiset hedelmät, marjat ja vihannekset.

Sakkaroosin systemaattinen nimi kuvastaa kokoonpanoa

molempien glykosidien radiokuvaus (liite "oside" molempien nimissä

monoz) hydroksyylit (a tai b) ja C1-C2-sidoksen läsnäolo.

Useiden (2 - 12) monosakkaridimolekyylien kondensaatiotuotteita kutsutaan oligosakkarideiksi; lisää monosakkaridit - polysakkarideja.

Jos makromolekyylejä rakennetaan yhden monosakkaridin tähteistä, niin tällaisia polysakkarideja kutsutaan ns. homopolysakkarideja. Homopolysakkarideista biologisesti tärkeimpiä ovat poly-D-glukopyranoosit: amyloosi, amylopektiini, glykogeeni (jälkimmäisen disakkaridifragmentti on maltoosi) ja selluloosa, rakenteellinen komponentti joka on disakkaridi sellobioosi.

Amyloosi on haarautumattoman rakenteen omaava polymeeri (lineaarinen polymeeri), jonka molekyylipaino on noin 60 000; kuumennettaessa se liukenee veteen muodostaen lyofiilisen kolloidisen liuoksen; reagoi jodin kanssa muodostaen sinisen kompleksisen "inkluusioyhdisteen".

Haiman erittämän ja syljestä löytyvän b-amylaasin entsymaattisen hydrolyysin aikana amyloosi hajoaa glukoosiksi ja maltoosiksi; hydrolyysi alkaa amyloosin ei-pelkistävästä päästä ja tapahtuu eliminoimalla maltoosimolekyylit peräkkäin.

Amylopektiinillä on haarautunut rakenne ja se sisältää a(1®4)-sidosten lisäksi glykosidisia a(1®6)-sidoksia. Jälkimmäisen vuoksi rakenteeseen muodostuu oksia:

Veteen liuotettuna amylopektiini turpoaa muodostaen sidotun dispergoituneen järjestelmän - geelin. Amylopektiini muodostaa punaisen violetin yhdisteen jodin kanssa.

Amyloosin (20-25%) ja amylopektiinin (75-80%) seos on luonnollista alkuperää oleva polysakkaridi - tärkkelys.

Luonnollinen tärkkelys ei siis ole yksittäinen aine: se koostuu kahdesta jakeesta, jotka eroavat rakenteeltaan ja joiden liukoisuus on sen seurauksena erilainen lämmintä vettä. Tärkkelys on kasvien tärkein varapolysakkaridi.

Tärkkelys on valkoinen amorfinen aine. SISÄÄN kylmä vesi liukenematon, turpoaa kuumana ja liukenee vähitellen. Jäähdytettynä saadaan hyytelömäinen massa tai geeli (hyytelö). Hyytelö on monissa ominaisuuksissa samanlainen kuin kiinteä aine; erityisesti se osoittaa elastisuutta huolimatta siitä, että se on melko laimea tärkkelysliuos eikä tiivistetty, kuten siirappi. Tosiasia on, että kun haaroittuneet ja haarautumattomat amylopektiinin ja amylaasin molekyylit saapuvat liuokseen, ne muodostavat tuloksena olevien vetysidosten vuoksi kolmiulotteisen avaruudellisen verkoston, jonka soluihin vesimolekyylit tulevat. Tällainen kehys on olemassa vain matalissa lämpötiloissa. Jos hyytelöä kuumennetaan, molekyylit alkavat liikkua energisemmin, niiden väliset vetysidokset tuhoutuvat ja hyytelö muuttuu nestemäiseksi.

Kaikki tärkkelyspolysakkaridit kiertävät polarisoitua valoa oikealle, koska ne muodostuvat oikealle kiertävästä glukoosista. Hapoilla kuumennettaessa tärkkelys hydrolysoituu glukosidi-glukoosisidoskohdassa, jolloin syntyy peräkkäin dekstriinejä, maltoosia ja glukoosia.

Glykogeeni ("eläintärkkelys") on rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan samanlainen kuin amylopektiini, mutta sillä on vielä haaroittuneempi polymeeriketju ja se on eläinten varapolysakkaridi, joka varastoituu maksaan ja lihaskudokseen.

Glykogeeni on tärkkelyksen "kaksoisosa" eläinmaailmassa ja sillä on varaston rooli ravinteita ja eläinkudosten varahiilihydraatit (kerrostuvat pääasiassa maksaan ja lihaksiin). Glykogeenin molekyylipaino on erittäin suuri - noin 100 miljoonaa. Tämä molekyylikoko vastaa niiden biologista tehtävää varahiilihydraattina. Glykogeenimakromolekyyli johtuu iso koko ei kulje kalvon läpi ja pysyy solun sisällä, kunnes energian tarve syntyy. Aterioiden välillä glykogeeni hajoaa vähitellen glukoosiksi, joka pääsee vereen ja jota kehon solut käyttävät. Hyvin ravitun aikuisen glykogeenivarat ovat jopa 0,5 kg.

Yksi tärkeimmistä polysakkarideista on selluloosa. Se muodostaa pääasiallisen komponentti kasvien soluseinät. Selluloosa on polymeeri, joka koostuu kokonaan b-D-glukopyranoosiyksiköistä, jotka on liitetty glykosidisilla b(1®4)-sidoksilla.

Selluloosa on lineaarinen polymeeri, jonka ketjut voivat sisältää yli 10 000 yksikköä:

Puhdas selluloosa on valkoinen kuituaine, joka ei liukene veteen, eetteriin tai alkoholiin. Tämä liuottimien kestävyys johtuu selluloosan ainutlaatuisesta rakenteesta.

Tämä polysakkaridi koostuu D-glukoositähteistä, jotka on liitetty vain glykosidisella b(1®4)-sidoksella; Selluloosamolekyylit ovat lankamaisia, eikä niissä ole oksia. Röntgendiffraktioanalyysin vahvistama erittäin järjestetty rakenne on vastuussa selluloosan poikkeuksellisesta lujuudesta ja elastisuudesta sekä liukoisuuden puutteesta useimpiin käytettyihin liuottimiin.

On outoa, että selluloosa liukenee reagenssiin, joka on valmistettu sekoittamalla Cu(OH)2:ta väkevän ammoniakin vesiliuoksen kanssa (Schweitzer-reagenssi), sekä happamaan ZnCl2-liuokseen kuumennettaessa tai väkevään rikkihappoon, ts. niissä ympäristöissä, joiden koostumus mahdollistaa vetysidosten katkaisun selluloosamalekyyleissä ja muodostaa uusia sidoksia liuottimen kanssa.

Vapaiden alkoholihydroksyyliryhmien läsnäolon ansiosta selluloosa pystyy reagoimaan alkoholien ja happojen kanssa muodostaen estereitä. Selluloosa toimii rakenteellisena polysakkaridina, jota keho käyttää solukudoksen rungon rakentamiseen.

Pektiiniaineita löytyy hedelmistä ja vihanneksista, niille on ominaista hyytelöityminen orgaanisten happojen läsnä ollessa, jota käytetään elintarviketeollisuudessa hyytelöiden ja marmeladejen valmistukseen.

Pektiiniaineiden perusta on

pektiini - polygalakturonihappo.

Pektiinihappo koostuu jäämistä

D-galakturonihappoon liittyvä

a(1®4)-glykosidisidos.

Joillakin pektiiniaineilla on haavaumia estävä vaikutus, ja ne ovat perustana useille lääkkeille, esimerkiksi plantain plantaglusidille.

Heteropolysakkaridit(jonka makromolekyylit on rakennettu useamman kuin yhden monosakkaridin tähteistä) ovat myös melko yleisiä luonnossa.

Algiinihapot löytyy ruskealevistä. Haaroittumaton ketju on rakennettu D-mannuroni- ja L-guluronihappotähteistä, jotka on yhdistetty (1®4)-sidoksilla. Algiinihappoja käytetään hyytelöimisaineina elintarviketeollisuudessa. Merilevät ovat monien polysakkaridien lähde. Esimerkiksi laajalti käytetty biokemiallisessa tutkimuksessa agar on heteropolysakkaridi, joka sisältää suuren määrän sulfaattiryhmiä. Agar koostuu agaroosin ja agaropektiinin seoksesta. Agaroosin polysakkaridiketjussa vuorottelevat D-galaktoosi- ja L-laktoositähteet.

Sidekudospolysakkaridit. Sidekudos jakautuu koko kehoon ja määrittää elinten lujuuden ja elastisuuden, niiden yhteyksien joustavuuden ja vastustuskyvyn infektioita vastaan. Sidekudospolysakkaridit liittyvät proteiineihin.

Täysin tutkittu kondroitiinisulfaatit(iho, rusto, jänteet), hyaluronihappo(silmän lasiainen, napanuora, rusto, nivelneste), hepariini(maksa). Näillä polysakkarideilla on yhteisiä rakenteellisia piirteitä: niiden haarautumattomat ketjut rakentuvat disakkariditähteistä, joihin kuuluvat uronihapot (D-glukuroni, D-galakturoni, L-iduroni) ja N-asetyyliheksosamiinit (N-asetyyliglukosamiini, N-asetyyligalaktosamiini). Jotkut niistä sisältävät rikkihappojäämiä.

Hyaluronihappo koostuu disakkaridijäännöksistä, jotka on yhdistetty b(1®4)-glykosidisilla sidoksilla. Disakkaridifragmentti koostuu D-glukuronihappo- ja N-asetyyli-O-glukosamiinitähteistä, jotka on liitetty b(1®3)-glykosidisidoksella. Hyaluronihapolla on suuri molekyylipaino - 2-7 miljoonaa, liuoksilla on korkea viskositeetti, mikä liittyy sen estetoimintoon, mikä varmistaa sidekudoksen läpäisemättömyyden patogeenisille mikro-organismeille.

Kondroitiinisulfaatit koostuvat N-asetyloidun kondrosiinin disakkaridijäännöksistä, jotka on yhdistetty b(1®4)-glykosidisilla sidoksilla. Kondrosiinin koostumus sisältää D-glukuronihappoa ja D-galaktosamiinia, jotka on liitetty toisiinsa b(1®3)-glykosidisidoksella.

Sulfaattiryhmä muodostaa esterisidoksen N-asetyyli-O-galaktosamiinin hydroksyyliryhmän kanssa, joka sijaitsee joko asemassa 4 tai 6. Kondroitiinisulfaattien molekyylipaino on 10 000 - 60 000.

Kondroitiinisulfaatteja ja hyaluronihappoa ei löydy vapaassa muodossa, vaan sidottuna polypeptidiketjuihin.

OLIGO- JA POLYSAKKARIDIT

1. POLYSAKKARIDEJEN LUOKITUS; NIIDEN BIOLOGINEN ROOLI.

Polysakkaridit kutsutaan monimutkaiset hiilihydraatit(polyglykosidit), jotka pystyvät läpikäymään happohydrolyysin muodostaen monosakkarideja tai niiden johdannaisia. Toisin kuin monosakkaridit, niillä ei yleensä ole makeaa makua, ne ovat amorfisia ja veteen liukenemattomia (ne muodostavat kolloidisia liuoksia). Polysakkaridit jaetaan oligosakkarideja Ja korkeampi homo- ja heteropolysakkaridit. Oligosakkaridien hydrolyysi tuottaa 2 - 10 monosakkaridijäännöstä. Korkeammat polysakkaridit sisältävät hiilihydraatteja, jotka sisältävät satoja ja tuhansia monosakkaridijäännöksiä molekyyleissään. Homopolysakkaridien hydrolyysin aikana muodostuu vain yhden monosakkaridin jäännöksiä, heteropolysakkaridien hydrolyysin aikana muodostuu sekoitus erilaisia monosakkarideja ja niiden johdannaisia.

Oligosakkaridien happohydrolyysin aikana muodostuneiden monosakkaridien lukumäärän mukaan ne jaetaan di-, tri-, tetra-, penta- jne. (10:een) sakkarideja.

Luonnolliset polysakkaridit suorittavat pääasiassa sellaisia tärkeitä tehtäviä kuin:

1) varaenergiavaraston ja hiililähteiden toiminta, esimerkiksi glykogeeni ihmisen ja eläinten kudoksissa, tärkkelys kasviorganismeissa; 2) rakenteelliset, esimerkiksi sidekudoksen, ruston, ihon jne. heteropolysakkaridit. Lisäksi solukalvon proteiineihin liittyvät hiilihydraattitähteet, erityisesti oligosakkaridit, toimivat solupintojen ja biopolymeerien spesifisinä markkereina, jolloin muut solut tunnistavat ne.

2. DISAKKARIDIEN PALAUTTAMINEN. RAKENNE, SYKLO-OKSO-TAUTOMEERIA, BIOLOGINEN MERKITYS.

Disakkaridit ovat yleensä hiilihydraattien kuljetus- tai varastointimuoto, ja ne ovat tärkeitä ravitsemuksessa. Ne on rakennettu heksooseista ja niillä on yleinen molekyylikaava C12H22O11. Monosakkaridijäännöksiä yhdistävän glykosidisidoksen tyypistä riippuen disakkaridit jaetaan pelkistäviin ja ei-pelkistäviin.

U korjaava Disakkarideja, glykosidisidos muodostuu yhden monosakkariditähteen hemiasetaalihydroksyylin ja toisen monosakkariditähteen alkoholihydroksyylin osallistuessa. Tällainen disakkaridi säilyttää rakenteessa vapaan hemiasetaalihydroksyylin ja se voidaan muuttaa aldehydimuotoon emäksisessä ympäristössä ja tuottaa "hopeapeiliä", Trommerin, Fehlingin reaktioita, ts. osoittavat korjaavia ominaisuuksia. Disakkarideja, joissa on tämän tyyppinen glykosidinen sidos, ovat maltoosi, laktoosi ja sellobioosi. Ne mutatoituvat liuoksessa ja voivat muodostaa glykosideja alkoholien, amiinien ja muiden monosakkaridien kanssa.

U ei-palauttava disakkarideja, joista esimerkkinä on sakkaroosi, glykosidisidos muodostuu molempien monosakkariditähteiden hemiasetaalihydroksyylien osallistuessa. Tämän seurauksena disakkaridi ei säilytä vapaata hemiasetaalihydroksyyliä, sitä ei voida muuttaa tautomeeriseksi asykliseksi (aldehydi)-muodoksi, eikä sillä ole pelkistäviä ominaisuuksia, se ei mutarotoi liuoksessa eikä pysty muodostamaan edelleen glykosideja.

Maltoosi- mallassokeri, joka muodostuu tärkkelyksen sokeroitumisen aikana mallasentsyymien tai syljen vaikutuksesta. Maltoosin happohydrolyysi tuottaa 2 molekyyliä, D-glukopyranoosi:

Disakkaridien kemiallinen nimi annetaan kuten glykosidien: glykosidin tyyppi (O tai N) ilmoitetaan, monosakkaridin ensimmäistä jäännöstä kutsutaan radikaaliksi, jonka pääte on "il", sitten glykosidisidoksen tyyppi (14) ) ja toisen monosakkaridin nimi, jonka pääte on "ose", lisätään, koska maltoosi voi silti muodostaa glykosideja vapaassa hemiasetaalihydroksyylissä.

Maltoosin rakenne Colley-Tollensin mukaan:

Maltoosin rakenne Haworthin mukaan:

sellobioosi saatu selluloosapolysakkaridin epätäydellisellä hydrolyysillä. Sellubioosissa kahden D-glukopyranoosimolekyylin jäännökset on liitetty toisiinsa (14)-glykosidisidoksella. Ero sellobioosin ja maltoosin välillä on, että glykosidisidoksen muodostumiseen osallistuvalla anomeerisella hiiliatomilla on - konfiguraatio. Sellobioosiliuokset mutatoituvat.

Sellobioosia hajottaa glukosidaasientsyymi, jota ihmiskehossa ei ole. Siksi sellobioosi ja vastaava polysakkaridiselluloosa eivät pysty hajottamaan maha-suolikanavan entsyymit, ja ne toimivat ihmisten ravinnonlähteinä.

Laktoosi- maitosokeri, jota löytyy maidosta (rintamaito - jopa 8%, lehmänmaito - 4-5%). Juustoteollisuudessa sitä saadaan herasta juustomassan erottamisen jälkeen. Laktoosin happohydrolyysi tuottaa:

Näiden laktoosissa olevien monosakkaridien tähteet yhdistetään (14)-glykosidisidoksella, jonka muodostumiseen osallistuu hemiasetaalihydroksyyli, D-galaktopyranoosi. Loput D-glukopyranoosista säilyttää vapaan hemiasetaalihydroksyylin, joten laktoosilla on myös pelkistäviä ominaisuuksia.

Glykosidisidoksella on erilainen konformationaalinen (spatiaalinen) rakenne kuin maltoosin -glykosidisidoksella. Siksi laktoosi on vähemmän veteen liukeneva ja vähemmän hygroskooppinen. Sitä käytetään lääketeollisuudessa jauheiden ja tablettien valmistuksessa sekä ravintoaineena imeväisten keinotekoisissa äidinmaidonkorvikkeissa. Se edistää Lactobacillus bifidus -mikro-organismin kehittymistä ruoansulatuskanavassa, joka hajottaa laktoosia muodostaen maito- ja etikkahappoja, jotka estävät patogeenisten bakteerien lisääntymisen. Lisäksi ihmisen rintamaito sisältää myös useita oligosakkarideja (tri-, tetra- ja pentasakkarideja), jotka sisältävät laktoosia, joka liittyy aminosokereihin ja siaalihappoon (joskus fukoosiin). Näillä oligosakkarideilla on myös hyvin tärkeä luonnollisen ei-patogeenisen mikroflooran muodostumiseen imeväisten maha-suolikanavassa.

3. SAKKAROOSI EI VÄHENTÄVIEN DISAKKARIDIEN EDUSTAJANA. RAKENNE, SUKAROOSIN HYDROLYSI.

Sakkaroosi- juurikas (ruoko)sokeri, löytyy sokerijuurikkaasta (16-18%), sokeriruo'osta (jopa 28% kuiva-aineesta), kasvimehuista ja hedelmistä, käytetään elintarvikkeissa (vain sokeri). Sakkaroosin hydrolyysi tuottaa:

Sakkaroosilla ei ole pelkistäviä ominaisuuksia eikä se mutarotisoi, koska molemmat hemiasetaalihydroksyylit osallistuvat näiden monosakkaridien tähteitä yhdistävän (12)-glykosidisidoksen muodostumiseen. Sakkaroosin nimessä monosakkaridin toinen molekyyli saa päätteen "osidi", joka on tyypillistä glykosideille.

Sakkaroosi kiertää valon polarisaatiotasoa oikealle +66,5. Sakkaroosin (entsyymi-invertaasi) happaman tai entsymaattisen hydrolyysin aikana muodostuu D-glukoosin ja D-fruktoosin ekvimolekylaarinen seos, joka pyörii vasemmalla, koska tuloksena oleva fruktoosi kiertää valon polarisaatiotason paljon voimakkaammin. vasemmalle kuin glukoosi oikealle. Näin ollen sakkaroosin hydrolyysin aikana valon polarisaatiotason pyörimissuunta vaihtuu oikealta vasemmalle, ts. inversio, joten sakkaroosin hydrolyysituotteita kutsutaan inverttisokeriksi. Inverttisokeri on mehiläishunajan pääkomponentti.

4. TÄRKKELYS. RAKENNE, OMINAISUUDET, HYDROLYSIREAKTIOT. TÄRKKELYKSEN BIOLOGINEN ROOLI.

Tärkkelys (C 6 H 10 O 5) n on kasvien tärkein varastohomopolysakkaridi. Se muodostuu kasveissa fotosynteesin aikana ja "varastoituu" viljakasvien mukuloihin, juuriin ja jyviin. Tärkkelys on valkoinen amorfinen aine. Liukenematon kylmään veteen; kuumana se turpoaa ja muodostaa tahnaa. Jodin kanssa se antaa intensiivisen sinivioletin värin, joka häviää kuumennettaessa. Kuumennettaessa happamassa ympäristössä tärkkelys hydrolysoituu vaiheittain:

(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

tärkkelys r-rime tärkkelysdekstriinit maltoosi, D-glukopyranoosi

x< n m << n

Tärkkelyksellä itsessään ei ole korjaavia ominaisuuksia. Dekstriineillä on korjaavia ominaisuuksia, ne liukenevat veteen ja niillä on makea maku. Erityisesti tärkkelyksen dekstrinointi suoritetaan leivän paistoprosessin aikana. Dekstriineistä voidaan valmistaa liimaa.

Tärkkelys on heterogeenista ja koostuu kahdesta fraktiosta: amyloosista (10-20 %) ja amylopektiinistä (80-90 %).

A) -Amyloosia koostuu D-glukopyranoositähteistä, jotka on liitetty lineaariseen sekvenssiin (14)-glykosidisilla sidoksilla.

Amyloosimakromolekyylillä on myös sekundaarinen kierukkarakenne, jossa on 6 monosakkaridiyksikköä jokaista heliksin kierrosta kohti. Voi muodostaa inkluusioyhdisteitä. Se on amyloosin ja jodin inkluusioyhdiste, jolla on voimakas sinivioletti väri.

b) Amylopektiinillä, toisin kuin amyloosilla, on haarautunut rakenne. Ketjussa D-glukopyranoositähteet on liitetty (1 4)-glykosidisidoksilla ja haarakohdissa (1 6) glykosidisidoksilla. Haaroja esiintyy 20-25 jäännöksen välein.

Ihmisen ruoansulatuskanavassa tärkkelys hydrolysoituu (14)- ja (16)-glykosidisia sidoksia pilkkovien entsyymien vaikutuksesta. Hydrolyysin lopputuotteet ovat D-glukopyranoosi ja maltoosi.

5. GLYKOGENI, SEN RAKENNE. GLYKOGENIN HAARUUTUMISEN BIOLOGINEN MERKITYS.

Glykogeeni(C 6 H 10 O 5) n on eläin- ja ihmissolujen varapolysakkaridi, mutta sitä löytyy sienistä ja joistakin kasveista. Eläimillä ja ihmisillä sitä on yleensä kaikissa soluissa, mutta eniten maksassa (jopa 20 %) ja lihaksissa (jopa 4 %). Kaikkiin elintärkeisiin prosesseihin, ensisijaisesti lihastyöhön, liittyy glykogeenin hajoaminen ja D-glukopyranoosin vapautuminen. Glykogeeni on rakenteeltaan samanlainen kuin amylopektiini, mutta siinä on vielä enemmän haaroja (joka 6-10 tähdettä); Ensisijaisten haarojen lisäksi on myös toissijaisia haaroja. Glykogeenin kompakti ja erittäin haarautunut rakenne mahdollistaa glukoosin tehokkaan varastoinnin sekä sen nopean ja tehokkaan halkaisun jokaisesta oksasta fyysisen harjoittelun aikana. Glykogeeni, toisin kuin tärkkelys, antaa punaruskean värin jodin kanssa.

6. KUITU, RAKENNE, OMINAISUUDET. ROOLI RAVINTOKSESSA.

Selluloosa tai selluloosa on lineaarinen homopolysakkaridi, joka koostuu D-glukopyranoositähteistä, jotka on liitetty toisiinsa (14)-glykosidisilla sidoksilla.

Selluloosan rakenteellinen toistuva fragmentti on bioosifragmentti - sellobioosi. Tässä fragmentissa toista monosakkariditähdettä, D-glukopyranoosia, kierretään 180 suhteessa edelliseen. Tämä mahdollistaa selluloosan lineaarisen rakenteen, joka on edelleen stabiloitunut vetysidoksilla. Vetysidoksia voi muodostua pyranoosirenkaan happiatomin ja seuraavan renkaan 3. hiiliatomin alkoholihydroksyylin sekä vierekkäisten ketjujen välille. Tämä ketjupakkaus tarjoaa korkean mekaanisen lujuuden, kuituisuuden, veteen liukenemattomuuden ja kemiallisen inerttiyden, jolloin selluloosa voi muodostaa kasvin soluseinän.

Entsyymit eivät hajoa kuituja ihmisen maha-suolikanavassa, mutta sen pitäisi olla olennainen osa ruokaa. Se suorittaa seuraavat toiminnot:

luo täyteyden tunteen;

stimuloi maha-suolikanavan peristaltiikkaa;

on substraatti maha-suolikanavan bakteereille, jotka syntetisoivat B-vitamiineja;

osallistuu ulosteiden muodostumiseen;

edistää myrkyllisten aineiden adsorptiota paksusuolessa ja niiden eliminaatiota, mikä vähentää riskiä paksusuolen pahanlaatuisten kasvainten kehittymiselle.

Dekstraanit- (C 6 H 10 O 5) n - bakteeriperäiset polysakkaridit, jotka on rakennettu D-glukopyranoositähteistä. Niiden makromolekyylit ovat erittäin haarautuneita. Pääasiallinen sidostyyppi on (16) ja haarautumiskohdissa - (14), (13) ja harvemmin (12) - glykosidisidokset.

Natiivin dekstraanin molekyylipaino on noin 300 000 - 400 000, ja sitä käytetään geelisuodatuksessa käytettävän Sephadexin valmistukseen. Plasmaa korvaavina liuoksina (polyglusiini, reopolyglusiini jne.) käytetään osittain hydrolysoitua dekstraania, jonka molekyylipaino on 60 000 - 90 000 isotonisessa NaCl-liuoksessa (0,85 %).

8. HETEROPOLYSAKKARIDEJEN RAKENTEEN KÄSITE. HAWORTHIN MUKAINEN RAKENNE, BIOLOGINEN ROOLI.

Heteropolysakkaridit- korkeammat polysakkaridit, joiden happohydrolyysi tuottaa monosakkaridijohdannaisten - aminosokereiden ja uronihappojen - seoksen. On olemassa: 1) glykosaminoglykaaneja ja 2) proteoglykaaneja (glykosaminoglykaaneja, jotka ovat kovalenttisesti sitoutuneet proteiiniin).

Glykosaminoglykaanit heteropolysakkaridit, joissa on pitkät, haarautumattomat ketjut, jotka koostuvat toistuvista disakkaridiyksiköistä. Niitä kutsutaan glykosaminoglykaaneiksi, koska toinen toistuvan disakkaridin kahdesta tähteestä on aminosokeri (N-asetyyliglukosamiini tai N-asetyyligalaktosamiini). Useimmissa tapauksissa yksi näistä aminosokereista on sulfatoitu (esteröity rikkihappotähteillä) ja toinen on uronihappo. Ionisoituneiden sulfaatti- tai karboksyyliryhmien läsnäolo monissa sokeritähteissä antaa glykosaminoglykaaneille suuren negatiivisen varauksen ja kyvyn houkutella monia osmoottisesti aktiivisia ioneja, kuten Na+. Suuri määrä polaarisia hydrofiilisiä ryhmiä ja korkea osmoottinen ionipitoisuus edistävät glykosaminoglykaanien ja koko sidekudosmatriisin hydraatiota. Tämä luo turvotuspainetta (turgoria), jolloin matriisi voi muodostaa löysän, hydratoituneen geelin ja vastustaa puristusvoimia. Näin esimerkiksi rustomatriisi vastustaa puristusta. Samaan aikaan geelirakenne ei häiritse vesiliukoisten molekyylien nopeaa diffuusiota ja solujen migraatiota.

Glykosaminoglykaaneja ovat: hyaluronihappo, kondroitiinisulfaatit, hepariini jne.

Hyaluronihappo on sidekudoksen pääkomponentti. Sitä löytyy suurina määrinä nivelten nivelnesteestä, silmän lasiaisesta, napanuorasta ja myös ihosta. Sen toistuva rakenneyksikkö on disakkaridifragmentti, joka koostuu,D-glukuronihaposta ja N-asetyyli-,D-glukosamiinista, liitettynä (13) glykosidisidoksella. Toistuvat disakkaridifragmentit on liitetty toisiinsa (14) glykosidisidoksilla, jotka muodostuvat N-asetyyliglukosamiinin hemiasetaalihydroksyylin ja seuraavan yksikön glukuronihapon 4. hiiliatomin alkoholihydroksyylin välille.

Hyaluronihapon molekyylipaino on yli 10 miljoonaa ja sille on ominaista korkea viskositeetti. Hyaluronihapolla on tärkeä rooli kehon vastustuskyvyssä bakteerien tunkeutumista vastaan. Useat hyaluronidaasia (hyaluronihappoa hajottava entsyymi) erittävät bakteerit voivat kuitenkin levitä helposti kehossa poistaen viskoosin hyaluronihapon aiheuttaman esteen. Sidekudoksessa hyaluronihappo on yleensä sitoutunut proteiineihin.

Kondroitiinisulfaatit rakenteeltaan, kudoksissa sijainneilta ja suoritetuilta toiminnoilta muistuttavat hyaluronihappoa, paitsi että heksosamiinia edustavat N-asetyyli-, D-galaktosamiini ja yksittäiset hydroksyyliryhmät 4, 6 tai molemmissa N-asetyyli-galaktosamiinitähteen asemassa. esteröidään rikkihappojäännöksillä:

Kondroitiini-4-sulfaatti: R = S03, R = H; kondroitiini-6-sulfaatti: R = H, R = SO 3

Kondroitiini-4,6-disulfaatti: R = R = SO 3.

Kondroitiinisulfaatteja löytyy yleensä vain proteiineihin sitoutuneessa muodossa (proteoglykaanit). Proteoglykaanit– tämä on ryhmä hiilihydraatti-proteiinibiopolymeerejä, joissa hiilihydraattikomponentin osuus on hallitseva. Proteoglykaanien ominaisuudet määräytyvät pääasiassa niiden polysakkaridiaineosien perusteella. Pääasiallinen sidostyyppi polysakkaridi- ja polypeptidiketjujen välillä on O-glykosidisidos.

Rustossa ja sidekudoksessa kondroitiinisulfaatit sitoutuvat tiukasti hyaluronihappoon sitovien proteiinien kautta muodostaen erittäin suuria aggregaatteja.

Näitä aggregaatteja voidaan tarkkailla elektronimikroskoopilla:

Rustokudoksen proteoglykaaniaggregaatin kaavamainen rakenne.

Proteoglykaaniaggregaateissa proteoglykaanimolekyylit toimivat alayksiköinä, joita ei-kovalenttisesti yhdistävät pienet niin kutsutut pitkäketjuiset hyaluronihappoa sitovat proteiinit. Tällaiset rakenteet antavat rustolle kovemman koostumuksen ja samalla suuremman joustavuuden.

Glykoproteiinit ovat sekabiopolymeerejä, jotka koostuvat proteiinimolekyyleistä, joihin oligosakkaridiketjut on kiinnitetty kovalenttisesti. Glykoproteiineissa proteiinikomponentin osuus on hallitseva.

Glykoproteiinit ovat osa kaikkia ihmisen ja eläimen kudoselimiä ja soluja; ne sisältyvät eritysnesteisiin ja veriplasmaan. Niiden tehtävät ovat erittäin monipuolisia. Niitä ovat entsyymit, hormonit, immuunijärjestelmän proteiinit, veriplasman komponentit, musiinit, solukalvoreseptorit jne.

Minimi ohjelma

polysakkarideja oligo- Ja polysakkarideja. Rakenteellinen analyysi oligo- Ja polysakkarideja. Toiminnot oligo- Ja polysakkarideja. Lektiinien käsite...

1 biotekniikan kehityksen historia ja sen tärkeimmät näkökohdat

Minimi ohjelma

Solut (nukleiinihapot, proteiinit, polysakkarideja, lipidit, nukleoproteiinit, glykoproteiinit, lipoproteiinit... monomeeriset rakenteelliset yksiköt oligo- Ja polysakkarideja. Rakenteellinen analyysi oligo- Ja polysakkarideja. Toiminnot oligo- Ja polysakkarideja. Lektiinien käsite...

» minulle tuntematon, luultavasti miten histologia testaa

Testit

Ja glykoproteiinit (musiini, mukoidit). Polysakkaridit. Aineenvaihduntahäiriöihin polysakkarideja soluissa voidaan havaita hapteenien vähenemistä. Näitä ovat monet mono-, oligo- Ja polysakkarideja, lipidit, glykolipidit, keinotekoiset polymeerit, ...

Arvostelijat:

Lääketieteen tohtori, professori Osmanov E.M. ;

kemian kandidaatti, apulaisprofessori Knyazeva L.G.

Romantsova S.V., Bioorgaaninen kemia kysymyksissä ja vastauksissa. Koulutusmenetelmä. käsikirja lääketieteen opiskelijoille. asiantuntija. un-tov / S.V. Romantsova, A.I. Panasenko, O.A. Sheina, L.V. Rosenblum; M-vol. ja Venäjän federaation tieteet, valtion budjettitaloudellinen korkea-asteen koulutuslaitos "Tamb. osavaltio Yliopisto nimetty G.R. Derzhavin." Tambov: Kustantaja TSU on nimetty. G.R. Derzhavina, 2013. …………… s.

Tämä koulutus- ja metodologinen käsikirja on kirjoitettu "Yleinen ja bioorgaaninen kemia" -kurssin "Yleinen lääketiede" opiskelijoille -ohjelman mukaisesti. Oppaassa on vastauksia yleisimpiin kysymyksiin, joita opiskelijat herävät opintojakson aikana. Selitykset annetaan orgaanisten yhdisteiden luokitteluun, nimikkeistöön ja yleisiin reaktiivisuusmalleihin, biologisten makromolekyylien ja niiden rakennekomponenttien rakenteeseen ja ominaisuuksiin. UDC 577.1 BBK 24.2 ya73 © GOUVPO Tambov State University, joka on nimetty G.R. Derzhavina, 2013

Johdanto

Bioorgaanisen kemian kurssin tarkoituksena akateemisena tieteenalana on kehittää systemaattista tietoa biologisesti tärkeiden orgaanisten yhdisteiden luokkien, biopolymeerien ja niiden rakennekomponenttien rakenteen ja kemiallisten ominaisuuksien välisestä suhteesta elämän olemuksen ymmärtämisen perustana. prosesseja nykyaikaisella molekyylitasolla.

Bioorgaanisen kemian opetuksessa kiinnitetään paljon huomiota opiskelijoiden itsenäiseen työskentelyyn. Tämä käsikirja tarjoaa yksityiskohtaisia vastauksia yleisimpiin kysymyksiin, joita opiskelijoilla on kurssin aikana. Näiden selitysten avulla opiskelijat oppivat itseopiskelun aikana yleisen lähestymistavan ja päättelyn logiikan, mikä helpottaa kontrolli- ja testaustehtävien suorittamista.

hiilihydraatit: mono-, di- ja polysakkaridit

Kysymys 1. Mitä yhdisteitä kutsutaan hiilihydraatteiksi?

Vastaus. Hiilihydraatit ovat luokka luonnollisia orgaanisia aineita, jotka ovat heterofunktionaalisia yhdisteitä, jotka sisältävät sekä funktionaalisia karbonyyli- että hydroksyyliryhmiä (eli ne ovat moniarvoisia aldehydi- tai ketoalkoholeja tai niiden kondensaatiotuotteita). Termi "hiilihydraatit" syntyi 1800-luvun puolivälissä johtuen siitä, että useiden hiilihydraattien molekyyleissä vety- ja happiatomien suhde on sama kuin vesimolekyyleissä, ts. Jokaista kahta vetyatomia kohden oli yksi happiatomi, ja hiilihydraattimolekyylin voidaan ajatella koostuvan hiilestä (hiilestä) ja vedestä. Esimerkiksi glukoosin (C 6 H 12 O 6) kaava voidaan kirjoittaa muodossa C 6 (H 2 O) 6, sakkaroosin kaava (C 12 H 22 O 11) voidaan kirjoittaa muodossa C 12 (H 2 O ) 11, ja yleisessä muodossa - Cn (H20) m. Myöhemmin tuli tunnetuksi luonnollisia hiilihydraatteja, jotka eivät vastaa annettua yleiskaavaa (C n (H 2 O) m), mutta termiä "hiilihydraatit" käytetään edelleen edelleen yhdessä termin "sakkaridit" tai yksinkertaisesti "sokerit" kanssa. .

Kysymys 2. Mitä toimintoja hiilihydraatit suorittavat?

Vastaus. Hiilihydraatteja muodostuu kasveissa hiilidioksidin ja veden fotosynteesin seurauksena. Eläinorganismit eivät pysty syntetisoimaan hiilihydraatteja ja saamaan niitä kasviperäisestä ruoasta. Siten hiilihydraatit ovat osa kaikkia eläviä organismeja ja yksi yleisimmistä orgaanisista aineista maapallolla. Hiilihydraattien tehtävät:

– rakenteelliset ja tukevat toiminnot (selluloosa on kasvien soluseinien päärakennekomponentti, kitiini suorittaa samanlaisen tehtävän sienissä ja jäykistää myös niveljalkaisten ulkopuolista luurankoa);

- suojaava rooli (joillakin kasveilla on suojaavia muodostelmia: piikkejä, piikkejä jne., jotka koostuvat kuolleiden solujen soluseinistä;

– energiatoiminto (1 gramman hiilihydraattien hapettuminen vapauttaa 4,1 kcal energiaa);

– plastinen toiminta (osa monimutkaisista molekyyleistä, esimerkiksi riboosi ja deoksiriboosi osallistuvat ATP:n, DNA:n ja RNA:n rakentamiseen);

– varastointitoiminto (hiilihydraatit toimivat vararavintoaineina: glykogeeni eläimissä, tärkkelys ja inuliini kasveissa);

– osmoottinen toiminta (osallistua osmoottisen paineen säätelyyn kehossa, myös veressä);

– reseptorin toiminta (osa monien solujen reseptoreiden havaitsevaa osaa).

Useita hiilihydraatteja ja niiden johdannaisia käytetään apteekissa ja lääketieteessä. Hiilihydraatit toimivat lähtöaineina paperin, tekokuitujen, räjähteiden, etyylialkoholin jne. teollisessa tuotannossa.

Kysymys 3. Miten hiilihydraatit luokitellaan?

Vastaus. Hiilihydraatit jaetaan kahteen luokkaan: yksinkertaisiin ja monimutkaisiin. Yksinkertaiset hiilihydraatit (monosakkaridit, monosakkaridit) eivät hydrolysoidu muodostamaan yksinkertaisempia hiilihydraatteja. Esimerkkejä yksinkertaisista hiilihydraateista ovat: glukoosi (C6H12O6), riboosi (C5H10O5), fruktoosi (C6H12O6).

Yksinkertaisia ketoryhmän sisältäviä hiilihydraatteja kutsutaan ketooseiksi, kun taas aldehydiryhmän sisältäviä hiilihydraatteja kutsutaan aldooseiksi. Hiiliatomien lukumäärästä riippuen monooosit jaetaan triooseihin (kolme hiiliatomia), tetrooseihin (neljä atomia), pentooseihin (viisi atomia), heksooseihin (kuusi atomia) ja heptooseihin (seitsemän atomia).

Esimerkiksi glukoosi sisältää aldehydiryhmän ja kuusi hiiliatomia molekyylissään, sitä kutsutaan aldoheksoosiksi; fruktoosi sisältää karbonyyliryhmän (se on moniarvoinen ketoalkoholi) ja kuusi hiiliatomia, sitä kutsutaan ketoheksoosiksi. Riboosi on aldopentoosi. Luonnolliset monosakkaridit sisältävät pääsääntöisesti haarautumattomia hiiliatomiketjuja.

D - fruktoosi

Monimutkaiset hiilihydraatit voidaan hydrolysoida yksinkertaisten hiilihydraattimolekyylien muodostamiseksi. Jos monimutkaisen hiilihydraatin hydrolyysi tuottaa 2-10 molekyyliä yksinkertaisia hiilihydraatteja, niin tällaista monimutkaista hiilihydraattia kutsutaan oligosakkaridiksi. Jos oligosakkaridin hydrolyysi tuottaa kaksi molekyyliä yksinkertaisia hiilihydraatteja, sitä kutsutaan disakkaridiksi, kolme - trisakkaridiksi jne. Yleisimmät disakkaridit ovat sakkaroosi (hydrolyysi tuottaa fruktoosia ja glukoosia), maltoosi ja sellobioosi (hydrolyysi tuottaa kaksi glukoosimolekyyliä), laktoosi (hydrolyysi tuottaa galaktoosia ja glukoosia).

Hiilihydraatteja, jotka hydrolysoituvat muodostaen suuren määrän (jopa useita tuhansia) yksinkertaisten hiilihydraattien molekyylejä, kutsutaan polysakkarideiksi. Polysakkaridit ovat korkean molekyylipainon yhdisteitä. Näitä ovat esimerkiksi tärkkelys ja selluloosa (kuitu). Monimutkaisia hiilihydraatteja voidaan pitää monosakkaridien polykondensaatiotuotteina.

Jos polysakkaridit rakennetaan yhden monosakkaridin tähteistä, niitä kutsutaan homopolysakkarideiksi; jos eri monosakkaridien tähteistä, niin – heteropolysakkarideja.

Homopolysakkarideista biologisesti tärkeimpiä ovat tärkkelys, glykogeeni, selluloosa, heteropolysakkarideista - algiinihapot, agar (sisältyy levissä); sidekudospolysakkaridit (kondroitiinisulfaatit, hyaluronihappo, hepariini).

Hiilihydraattimolekyylit ovat osa sekabiopolymeerejä, esimerkiksi hiilihydraatti-proteiinibiopolymeerejä (glykoproteiinit, proteoglykaanit) tai hiilihydraatti-lipidibiopolymeerejä (glykolipidejä).

Kysymys 4. Ovatko monosakkaridit optisesti aktiivisia yhdisteitä? Kuinka kuvata monosakkaridien enantiomeerit?

Vastaus. Monosakkaridien molekyylit (paitsi dioksiasetoni) sisältävät kiraalisuuskeskuksia (epäsymmetrisiä hiiliatomeja), mikä on syy stereoisomeerien olemassaoloon. Esimerkiksi aldoheksoosissa on neljä epäsymmetristä hiiliatomia ja se vastaa 16 stereoisomeeriä (2 4 = 16), jotka muodostavat 8 paria. Aldopentoosissa on kolme asymmetristä hiiliatomia ja se vastaa 8 stereoisomeeriä (2 3 = 8), jotka muodostavat 4 paria.

Yhden parin jäsenet ovat antipodeja tai enantiomeerejä (niiden molekyylit liittyvät toisiinsa kuten esine on peilikuvaansa). Enantiomeereillä on sama nimi, mutta yksi niistä kuuluu D-sarjaan ja toinen L-sarjaan. Enantiomeerit voidaan esittää avoimina Fischer-projektiokaavoina, esimerkiksi:

Fischerin kaavoissa hiiliketju kirjoitetaan pystysuoraan ja numeroidaan siitä päästä, jota aldehydi- tai ketoryhmä on lähimpänä, ts. ylimmästä hiiliatomista. Epäsymmetrisiä hiiliatomeja ei ole merkitty symbolilla "C", vaan niiden on tarkoitus olla pysty- ja vaakaviivojen leikkauskohdassa.

Ketopentoosimolekyyli sisältää 2 asymmetristä hiiliatomia (kolmas ja neljäs) ja muodostaa 2 paria enantiomeerejä:

Se, kuuluuko isomeeri D- tai L-sarjaan, määritetään vertaamalla karbonyyliryhmästä kauimpana olevan asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiota glyseraldehydin isomeerien konfiguraatioon, joka on hyväksytty standardiksi. Glyseraldehydi sisältää yhden asymmetrisen hiiliatomin molekyylissä ja siinä on kaksi enantiomeeriä:

Harkitse esimerkiksi fruktoosi-isomeerejä:

D - fruktoosi

Molemmat kaavat sisältävät kolme asymmetristä (kiraalista) hiiliatomia. Nämä ovat atomit 3, 4 ja 5. Kauimpana ketoryhmästä (C=O) ovat kiraaliset atomit, joiden numero on 5. Kaavassa (1) viidennen hiiliatomin konfiguraatio vastaa D:n kiraalisen atomin konfiguraatiota. -glyseraldehydimolekyyli (OH-ryhmä sijaitsee oikealla, vetyatomi - vasemmalla). Siten ensimmäinen isomeeri kuuluu D-sarjaan, se on D-fruktoosi. Viidennen hiiliatomin konfiguraatio kaavassa (2) vastaa L-glyseraldehydin konfiguraatiota, so. Tämä on L-fruktoosi. Suurin osa luonnollisista monosakkarideista kuuluu D-sarjaan.

Kysymys 5. Löytyykö luonnosta monosakkarideja vapaassa muodossa?

Vastaus. Yleisin luonnollinen monosakkaridi on D-glukoosi - rypälesokeri tai dekstroosi latista. dexrus – oikein, koska tavallisen luonnollisen D-glukoosin ominaiskierto on + 52,5 o, ts. kääntää tasopolarisoidun valon polarisaatiotasoa 52,5 o oikealle.

Sitä esiintyy vapaassa muodossa veressä, mikä on aivojen pääasiallinen energiasubstraatti. Tasainen glukoositaso ylläpidetään hormoni-insuliinin avulla, joka vähentää glukoosin pitoisuutta veressä sekä glukagonin, adrenaliinin ja muiden sen pitoisuutta lisäävien hormonien avulla. Diabetes mellituksessa haima tuottaa insuliinia riittämättöminä määrinä, mikä johtaa sen pitoisuuden lisääntymiseen veressä.

Mielenkiintoista on, että L-glukoosi, joka on normaalin luonnollisen D-glukoosin enantiomeeri, on myös makeaa, mutta se ei imeydy elimistöön, joten sitä voidaan käyttää sokerin korvikkeena.

Glukoosia löytyy myös vapaassa muodossa vihreistä kasvien osista, erilaisista hedelmistä ja hunajasta. Se on osa tärkkelystä, glykogeenia, selluloosaa, hemiselluloosia, dekstraaneja, sakkaroosia, maltoosia ja monia glykosideja.

D-fruktoosi – hedelmäsokeri tai levuloosi lat. laevus – vasen, koska D-fruktoosin vesiliuosten ominaiskierto on 92,4 o.

Fruktoosia löytyy kasvien vihreistä osista, kukkien nektarista, hedelmistä ja hunajasta. Se on osa sakkaroosia, samoin kuin monia polysakkarideja.

D-galaktoosi. Sitä löytyy vapaassa kiteisessä muodossa murattihedelmistä. Esiintyy joidenkin disakkaridien (laktoosi) ja polysakkaridien (kondroitiini, agar-agar, lima, hemiselluloosat) komponenttina

Kysymys 6. Kuinka kirjoittaa galaktoosin L-isomeerin kaava, jos D-isomeerin kaava tunnetaan?

Vastaus. Enantiomeerin kaavan kirjoittamiseksi on tarpeen kuvata substituentit peilikuvassa kaikille epäsymmetriset hiiliatomit. Kirjoita D-galaktoosin kaava valitsemalla alla olevasta kaaviosta ja muuttamalla substituenttien (–H ja –OH) järjestystä 2, 3, 4 ja 5 hiiliatomissa:

Enantiomeerinimi: L-galaktoosi.

Kysymys 7. Mitä eroa on diasteromeerien, epimeerien ja enantiomeerien välillä?

Vastaus. Hiilihydraattien stereoisomeerejä, jotka eroavat yhden tai useamman asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiolta, kutsutaan diastereomeereiksi, esimerkiksi: D-alloosi ja D-mannoosi; D-fruktoosi ja L-tagatoosi jne.

Epimeerit ja enantiomeerit ovat diastereomeerien erikoistapauksia.

Diastereomeerejä, jotka liittyvät toisiinsa, kuten esine on peilikuvaan, kutsutaan enantiomeereiksi. Enantiomeereillä on samat fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet; nämä isomeerit eroavat toisistaan vain tasopolarisoidun valon polarisaatiotason pyörimissuunnassa. Myös enantiomeerien biologinen aktiivisuus vaihtelee.

Jos diastereomeerit eroavat vain yhden asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiosta, niitä kutsutaan epimeereiksi. Jos toisen hiiliatomin konfiguraatio eroaa, niin tällaisia diastereomeerejä kutsutaan yksinkertaisesti epimeereiksi; jos on muita hiiliatomeja, niin tämän atomin numero lisätään nimeen.

Esimerkiksi D-riboosi ja D-arabinoosi eroavat vain toisen hiiliatomin konfiguraatiosta ja ovat epimeerejä.

D-alloosi ja D-glukoosi eroavat vain kolmannen hiiliatomin konfiguraatiosta ja ovat 3-epimeerejä, kun taas D-alloosi ja D-guloosi ovat 4-epimeerejä.

Epimeereillä on erilaisia fysikaalisia ja optisia ominaisuuksia sekä biologisia aktiivisuuksia.

Kysymys 8. Kuinka määrittää, ovatko D-alloosi ja L-idoosi diastereomeerejä?

Vastaus. Tätä varten sinun on kirjoitettava näiden aldoosien kaavat. D-alloosin kaava on esitetty kaaviossa (ks. kysymys 6). L-idoosi on D-idoosin enantomeeri, ts. niiden molekyylit liittyvät toisiinsa objektina ja sen peilikuvana ja D-idoosin kaavan tuntemalla L-idoosin kaava on helppo kirjoittaa (ks. kysymys 6):

Diastereomeerien on määritelmän mukaan oltava erilaisia yhden tai useamman asymmetrisen hiiliatomin konfiguraation suhteen. D-alloosin ja L-idoosin kaavojen tarkastelusta seuraa, että toisen ja neljännen hiiliatomin konfiguraatiot ovat samat (sekä D-alloosimolekyylissä että L-idoosimolekyylissä näiden atomien OH-ryhmät ovat sijaitsee oikealla ja vetyatomit ovat vasemmalla).

Kolmannen ja viidennen hiiliatomin konfiguraatiot ovat erilaisia (D-alloosimolekyylissä OH-ryhmät ovat hiiliketjun oikealla puolella ja L-idoosimolekyylissä ne ovat vasemmalla). Siten D-alloosi ja L-idoosi eroavat kahden asymmetrisen hiiliatomin, kolmannen ja viidennen, konfiguraation suhteen ja ovat siksi diastereomeerejä.

Kysymys 9. Kuinka määrittää, ovatko D-glukoosi ja D-mannoosi epimeerejä?

Vastaus. Tätä varten sinun on kirjoitettava näiden aldoosien kaavat. Kaava näkyy kaaviossa (katso kysymys 6).

Epimeerit ovat diastereomeerien erikoistapaus, ja niiden täytyy määritelmän mukaan erota vain yhden asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiosta. D-glukoosin ja D-mannoosin kaavojen tarkastelusta seuraa, että molemmissa molekyyleissä kolmannessa hiiliatomissa on vetyatomi oikealla ja hydroksyyliryhmä vasemmalla; kummankin molekyylin neljännessä ja viidennessä hiiliatomissa on vetyatomi vasemmalla ja hydroksyyliryhmä oikealla; nuo. D-glukoosin ja D-mannoosin kolmannen, neljännen ja viidennen asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiot ovat samat.

Toisen hiiliatomin konfiguraatio on erilainen (D-glukoosimolekyylissä OH-ryhmä on hiiliketjun oikealla puolella ja D-mannoosimolekyylissä vasemmalla). Siten D-glukoosi ja D-mannoosi eroavat vain yhden (toisen) asymmetrisen hiiliatomin konfiguraatiossa ja ovat siksi epimeerejä.

Kysymys 10. Kuinka monosakkaridien sykliset muodot muodostuvat?

Vastaus. Monosakkaridien syklisiä muotoja muodostuu karboksyyli- ja hydroksyyliryhmien välisen molekyylinsisäisen vuorovaikutuksen seurauksena. Nämä muodot ovat termodynaamisesti stabiilimpia kuin hiilihydraattimolekyylien avoimet muodot. Yleensä esiintyy viisijäsenisiä (furanoosi) ja kuusijäsenisiä (pyranoosi) syklejä. Avaruudessa aldehydiryhmät (tai ketoniryhmät) ja hydroksyyliryhmä neljännessä tai viidennessä (aldooseille) ja viidennessä ja kuudennessa (ketoosit) hiiliatomissa näkyvät lähellä toisiaan. Niiden vuorovaikutuksen vuoksi monosakkaridimolekyyleissä tapahtuu syklin sulkeutumista.

Kuusijäseninen pyranoosirengas muodostuu aldehydiryhmän vuorovaikutuksesta aldopentoosien tai aldoheksoosien viidennen atomin kanssa; sekä kun ketoryhmä on vuorovaikutuksessa ketoheksoosien kuudennen atomin kanssa.

Viisijäseninen furanoosirengas muodostuu aldehydiryhmän vuorovaikutuksesta aldotetroosin, aldopentoosin ja aldoheksoosin neljännen atomin kanssa; sekä kun ketoryhmä on vuorovaikutuksessa ketopentoosien ja ketoheksoosien viidennen atomin kanssa.

Aldoheksoosimolekyyliin renkaan muodostumisen seurauksena ensimmäisessä hiiliatomissa esiintyy hydroksyyliryhmä aldehydiryhmän sijaan (ketoheksoosien toisessa hiiliatomissa). Tätä hydroksyyliryhmää kutsutaan glykosidiseksi (hemiasetaali) hydroksyyliryhmäksi (glykosidiseksi hydroksyyliksi). Syklisten muotojen nimissä hiilihydraattinimitykseen lisätään pääte "pyranoosi" kuusijäseniselle syklille tai "furanoosi" viisijäseniselle syklille.

Syklisessä monosakkaridimolekyylissä epäsymmetristen hiiliatomien lukumäärä kasvaa, koska Hiiliatomi, joka oli aiemmin osa aldehydi- tai ketoniryhmää, tulee epäsymmetriseksi. Galaktoosin tapauksessa se on ensimmäinen ja fruktoosin tapauksessa toinen hiiliatomi. Tätä atomia kutsutaan anomeeriseksi hiileksi. Ylimääräisen epäsymmetrisen atomin ilmaantuminen johtaa kaksinkertaiseen kasvuun syklistä muotoa vastaavien optisten isomeerien lukumäärässä avoimeen muotoon verrattuna. Joten aldoheksoosilla se ei ole enää 16, vaan 32 isomeeriä. Jokainen avoimen muodon isomeeri vastaa kahta syklisen muodon isomeeriä (anomeerit).

α-anomeerille anomeerisen keskuksen konfiguraatio on sama kuin epäsymmetrisen hiiliatomin konfiguraatio, joka määrittää sen, kuuluuko se D- vai L-sarjaan, kun taas β-anomeerilla se on päinvastainen. Fischer-projektiokaavoissa D-sarjan monosakkarideille α-anomeerissa glykosidinen hydroksyyliryhmä on oikealla puolella ja β-anomeerissa se on hiiliketjun vasemmalla puolella; L-isomeerien osalta päinvastoin a-anomeerissä glykosidinen hydroksyyliryhmä on vasemmalla ja β-anomeerissa se on hiiliketjun oikealla puolella. Anomeerit ovat diastereomeerejä ja eroavat ominaisuuksiltaan (esimerkiksi sulamispisteiltä). Anomeerit voidaan pitää epimeerien erikoistapauksena.

Kysymys 11. Miten monosakkaridien sykliset muodot on kuvattu Haworthin perspektiivikaavojen muodossa?

Vastaus. Haworthin järjestelmässä syklit on kuvattu litteinä viisikulmioina tai kuusikulmioina, jotka sijaitsevat kohtisuorassa piirustuksen tasoon nähden, joten renkaan etuosaa vastaavat viivat on korostettu lihavoitummin. Happiatomi sijaitsee pyranoosirenkaassa äärioikeassa kulmassa, furanoosirenkaassa se on myös renkaan oikeassa reunassa tai keskellä renkaan takaosassa. Hydroksyyliryhmät ja vetyatomit sijaitsevat kohtisuorassa rengastasoon nähden. Sykleissä olevien hiiliatomien symboleja ei yleensä kirjoiteta.

Kirjoittaaksesi Haworthin kaavan, piirrä ensin Fisherin kaava ja käännä sitä 90 o oikealle (myötäpäivään:

Hiiliatomia, joka liittyy syklisointireaktion läpikäyvään hydroksyyliryhmään, kierretään 90°. Mannofuranoosia rakennettaessa tämä on neljäs hiiliatomi, mannopyranoosia rakennettaessa viides. Pyörityksen seurauksena –OH-ryhmän pitäisi olla linjassa päähiiliketjun kanssa. Siksi D-isomeerille -CH2OH-ryhmä on ylhäällä ja L-isomeerille alaosassa:

Syklisen muodon nimi osoittaa: anomeerin tyypin (a tai b), sitten stereokemiallisen sarjan: D- tai L-; sitten monosakkaridin nimi, josta tämä syklinen muoto on johdannainen, ilman päätettä "-za", eli jätämme gluko-, manno-, frukto- jne., lopuksi syklisen muodon tyyppi on (pyranoosi tai furanoosi).

Pyranoosimuodossa olevissa D-sarjan aldoheksooseissa (ja furanoosimuodossa olevissa D-sarjan aldoheksooseissa ja ketoheksoosissa) CH2OH-ryhmä sijaitsee aina rengastason yläpuolella, mikä toimii D-sarjan muodollisena ominaisuutena. L-sarjassa tämä ryhmä sijaitsee syklitason alla. Glykosidiryhmä –OH D-sarjan aldoosien a-anomeereissä esiintyy tason alapuolella ja b-anomeereissa syklin tason yläpuolella. L-sarjan yhdisteillä glykosidinen hydroksyyli L-sarjan a-anomeereissa on tason yläpuolella ja b-anomeerien syklin tason alapuolella.

Yllä olevia sääntöjä noudattaen voit kirjoittaa Heworthin kaavat ketoosien furanoosi- ja pyranoosimuodoille, esimerkiksi fruktoosille:

Kysymys 12. Missä muodoissa (avoimissa tai syklisissä) monosakkarideja esiintyy pääasiassa kiinteässä olomuodossa ja liuoksessa?

Vastaus. Kiinteässä tilassa monosakkaridit ovat syklisessä muodossa (pääasiassa pyranoosi). Liuoksissa asetetaan tasapaino avoimen muodon ja kahden syklisen anomeeriparin välille (syklo-okso-tautomeerinen tasapaino tai syklo-ketjutautomerismi). Molekyylien eri muotoja tässä tasapainotilassa kutsutaan tautomeereiksi. Tautomeerien seoksissa pyranoosimuodot hallitsevat. Avoimia muotoja ja furanoosirenkaita on pieniä määriä. A- tai b-anomeerin vallitsevuus riippuu monoosin luonteesta, liuottimesta, pitoisuudesta ja muista ulkoisista olosuhteista.

Hiilihydraattien tautomeeriset muodot voivat muuttua toisikseen, mikä johtaa jonkin muodon määrän täydentymiseen, kun se kuluu jossain prosessissa. Kaikkien muotojen välinen tasapaino on siksi dynaaminen. Siten jos jokin glukoosin anomeeri liuotetaan veteen, se muuttuu vähitellen toiseksi anomeeriksi, kunnes muodostuu näiden kahden anomeerin tasapainoseos, joka sisältää myös hyvin pienen määrän avointa muotoa. Tähän siirtymiseen liittyy muutos liuoksen optisessa kierrossa, koska Jokaiselle tautomeerille on tunnusomaista oma tasopolarisoidun valon polarisaatiotason kiertokulma. Tätä ilmiötä kutsutaan mutarotaatio monosakkaridit.

Kysymys 13. Kirjoita L-arabinoosin a-furanoosin ja b-pyranoosin muodot. Piirrä niiden anomeerit Fischer-projektioina.

Vastaus. D-arabinoosi tulee ottaa lähtöaineena. Kirjoitamme sen kaavan muistiin ja rakennamme kaavan sen enantiomeerille (katso kysymys 6).

L-arabinoosi - aldopentoosi. Sen furanoosimuoto muodostuu aldehydiryhmän vuorovaikutuksesta neljännen hiiliatomin hydroksyylin kanssa; ja pyranoosimuoto johtuu aldehydiryhmän vuorovaikutuksesta viidennen hiiliatomin hydroksyylin kanssa. Syklisoinnin aikana hydroksyyliryhmän (C5 tai C4) vety kiinnittyy aldehydiryhmän happeen C–O-p-sidoksen katkeamisen vuoksi, jolloin muodostuu hemiasetaali tai glykosidinen hydroksyyli(kehystetty). C4- tai C5-atomin hydroksyyliryhmän happi yhdistyy C1-atomissa olevan aldehydiryhmän hiilen kanssa vedyn poistamisen jälkeen. Ilmestyy happisilta, joka yhdistää C1-C4-atomit ja sulkee viisijäsenisen renkaan tai C1-C5 ja sulkee kuusijäsenisen renkaan.

O O N N N OH

C – H 1 C – N C C

HO H H 2 OH H OH H OH

H OH HO 3 H HO H HO H

N O N O 4 N O N O N

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

D-arabinoosi L-arabinoosi a-L-arabinofuranoosi b-L-arabinofuranoosi

O O N N N OH

C – H 1 C – N C C

HO H H 2 OH H OH H OH

H OH HO 3 H HO H HO H

N OH MUTTA 4 N MUTTA N MUTTA N

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

D-arabinoosi L-arabinoosi a-L-arabinopyranoosi b-L-arabinopyranoosi

Hemiasetaalimuodossa ensimmäinen hiiliatomi on tullut epäsymmetriseksi. Tämän seurauksena, kun sykli suljetaan, yhdestä avoimesta aldehydimuodosta (oksomuoto) saadaan kaksi syklistä hemiasetaalimuotoa, jotka eroavat toisistaan hemiasetaalihydroksyylin asemassa.

Syklinen muoto, jossa puoliasetaalihydroksyyli sijaitsee samalla puolella (cis-asemassa) hydroksyylin kanssa, joka määrittää konfiguraation (kuuluu ryhmään D - tai L-sarja) monot, joita kutsutaan a-muodoksi. Syklistä muotoa, jossa hemiasetaalihydroksyyli on trans-suhteessa hydroksyylin kanssa, joka määrittää konfiguraation, kutsutaan b-muodoksi. A- ja b-muodot ovat diastereomeerejä, joita kutsutaan anomeereiksi.

Kysymys 14. Mitä yhdisteitä saadaan, kun D-glukoosi ja D-fruktoosi pelkistetään?

Vastaus. Kun monosakkaridit pelkistyvät, muodostuu moniarvoisia alkoholeja (polyoleja), joita kutsutaan alditoleiksi. Pelkistys suoritetaan tavallisesti vedyllä metallikatalyyttien (palladium, nikkeli) tai natriumboorihydridin läsnä ollessa. Vetyä lisätään karbonyyliryhmän hiili-happi-kaksoissidoksen pilkkoutumiskohtaan. Aldooseja pelkistettäessä saadaan vain yksi tuote (polyoli), esim. pelkistettäessä D-glukoosia muodostuu heksahydrinen alkoholi D-glusiitti (L-sorbitoli):

D-glusiitti, kuten D-glukoosi, on optisesti aktiivinen yhdiste, koska sen molekyyli sisältää 4 epäsymmetristä hiiliatomia (2, 3, 4, 5) eikä siinä ole symmetriaelementtejä.

Glukoosin pelkistäminen sorbitoliksi on ensimmäinen vaihe askorbiinihapon kemiallisessa synteesissä. Sorbitoli hapetetaan mikrobiologisesti käyttämällä mikro-organismia Acetobacter suboxydans; tuloksena oleva L-sorboosi muunnetaan askorbiinihapoksi useissa vaiheissa.

Ketoosia vähentämällä saadaan kahden polyolin seos, koska ketoryhmään kuulunut hiiliatomi muuttuu pelkistyksen jälkeen epäsymmetriseksi ja sille on mahdollista OH-ryhmän ja vetyatomin kaksoisjärjestyminen avaruudessa (sekä vasemmalla että oikealla hiiliketjussa). Esimerkiksi D-fruktoosille meillä on:

D-glusiitilla ja D-mannitolilla on optista aktiivisuutta.

Monosakkaridien pelkistämällä saadut moniarvoiset alkoholit ovat kiteisiä aineita, jotka liukenevat hyvin veteen; on makea maku ja niitä voidaan käyttää sokerin korvikkeena diabeteksessa (ksylitoli, sorbitoli).

Kysymys 15. Mitä aldoheksoosien pelkistyksessä muodostuu optisesti inaktiivisia heksahydrisiä alkoholeja?

Vastaus. Kun D-galaktoosi ja D-alloosi pelkistetään, saadaan heksahydrisiä alkoholeja dulsiittia ja alliittia, vastaavasti. Näiden alkoholien molekyyleillä on symmetriataso, joka kulkee kolmannen ja neljännen hiiliatomin välillä, joten näillä polyoleilla ei ole optista aktiivisuutta.

Kysymys 16. Mitä yhdisteitä voi muodostua L-galaktoosia hapettamalla? Ovatko nämä yhdisteet optisesti aktiivisia?

Vastaus. Hapetusreaktioita käytetään biokemiallisissa testeissä (esimerkiksi sokerin veri- ja virtsakokeet). Monosakkaridien hapetustuotteiden koostumus ja rakenne riippuvat monosakkaridin luonteesta ja hapetusolosuhteista (ensisijaisesti hapettimen vahvuudesta). Aldoosit hapettuvat helpommin ketoosin vaikutuksesta.

Mietojen hapettavien aineiden (hopeaoksidin ammoniakkiliuos, kuparihydroksidi, bromivesi) vaikutuksesta aldoosit muuttuvat aldonihapoiksi (aldehydiryhmä hapetetaan happamaksi karbonyyliryhmäksi).

A) "hopeapeili"-reaktio (Tollensin reaktio):

Ulkoinen merkki reaktiosta on metallisen hopeakerroksen muodostuminen koeputken seinämiin.

B) reaktio kupari(II)hydroksidin kanssa:

Ulkoinen merkki reaktiosta on kupari(II)hydroksidin sinisen sakan muuttuminen punaiseksi kupari(I)oksidin sakaksi.

C) hapetus bromivedellä (ulkoinen merkki reaktiosta on bromiliuoksen värjäytyminen):

Vahvan hapettimen - laimean typpihapon - avulla aldoosien pääteryhmät (aldehydi ja primaarinen alkoholi) hapetetaan samanaikaisesti karboksyyliryhmiksi, jolloin muodostuu aldaari- (sokeri)happoja, esimerkiksi:

Tätä reaktiota voidaan käyttää galaktoosin havaitsemiseen, koska limahappoa on vaikea liueta veteen. On syytä kiinnittää huomiota siihen, että vaikka limahappomolekyyli sisältää neljä epäsymmetristä hiiliatomia (2, 3, 4, 5), sillä ei ole optista aktiivisuutta, koska on symmetriataso.

Elimistössä entsyymien osallistuessa primaarinen alkoholiryhmä voi hapettua, kun taas aldehydiryhmä pysyy sen seurauksena hapettumattomana. Tällaisten reaktioiden tuotteita kutsutaan uronihapoiksi:

Uronihapot suorittavat elimistössä erittäin tärkeän tehtävän: ne muodostavat vesiliukoisia glykosideja lääkkeiden ja niiden muuntumistuotteiden (aineenvaihduntatuotteiden), myrkyllisten aineiden kanssa ja poistavat niitä elimistöstä virtsan mukana, mistä johtuu nimi uronihapot (latinaksi virtsa - virtsa) . D-glukuroni- ja L-iduronihapot ja niiden johdannaiset ovat erilaisten polysakkaridien (pektiiniaineet, hepariini, hyaluronihappo, kondroitiini, hepariini jne.) rakenneosia. Uronihappojen metabolian aikana syntetisoituu askorbiinihappoa (ei syntetisoitu ihmisillä).

Kysymys 17. Mitä yhdisteitä voi muodostua D-fruktoosia hapettamalla? Ovatko nämä yhdisteet optisesti aktiivisia?

Vastaus. Ketoosien hapettuminen tapahtuu voimakkaiden hapettimien vaikutuksesta ja siihen liittyy hiilirungon tuhoutuminen. Sidosten katkeaminen voi tapahtua kahdella tavalla: ensimmäisen ja toisen sekä toisen ja kolmannen hiiliatomin välillä. Tässä tapauksessa kaikki terminaaliset hiiliatomit hapetetaan muodostaen karboksyyliryhmiä.

Näin ollen D-fruktoosin hapettuminen tuottaa neljä reaktiotuotetta. Kun sidos ensimmäisen ja toisen hiiliatomin välillä katkeaa, muodostuu muurahais- ja D-arabinaarihappoa. Kun sidos toisen ja kolmannen hiiliatomin välillä katkeaa, muodostuu oksaali- ja mesoviinihappoa.

Monosakkaridit muodostavat myös asetaaleja (ketalleja), joita kutsutaan glykosideiksi:

Glykosideja ei kutsuta vain hiilihydraattiasetaaleiksi, jotka muodostuvat vuorovaikutuksessa alkoholien kanssa. Glykosideihin kuuluvat tuotteet, jotka muodostuvat hemiasetaalihydroksyylin vuorovaikutuksesta muiden yhdisteiden kanssa. Hemiasetaalihydroksyylin muodostamaa sidosta kutsutaan myös glykosidisidokseksi.

Glykosidit voidaan luokitella sen mukaan, mihin atomiin aglykoni on liittynyt glykosidin sokeriosaan: C-glykosidit, O-glykosidit, N-glykosidit, S-glykosidit.

Syklin koosta riippuen glykosidit jaetaan pyranosideihin ja furanosideihin.

Glykosidin ei-hiilihydraattista osaa kutsutaan aglykoniksi (voidaan kääntää "ei-sokeriksi"). Annetussa esimerkissä tämä on metoksiryhmä - metyylialkoholin jäännös (kursiivilla). Glykosidien nimet on rakennettu seuraavasti: aglykoni + glykosidi. Hiilihydraattipääte -ose muuttuu -otsidiksi. Aivan nimen alussa on merkitty atomi, jonka kautta aglykoni on kiinnittynyt hiilihydraattiosaan.

Esimerkki C-glykosidista on pseudouridiini, ja esimerkki S-glykosidista on sinigriini, jota löytyy sinappista. Nukleosidit - riboosin ja deoksiriboosin N-glykosidit, joissa on nukleiiniemäksiä, ovat nukleotidien, DNA:n ja RNA:n komponentteja.

Kysymys 19. Miten monosakkaridien esterit muodostuvat?

Vastaus. Estereitä voidaan saada käsittelemällä monosakkarideja orgaanisilla happoanhydrideillä. Esimerkiksi kun saatetaan reagoimaan etikkahappoanhydridin kanssa, saadaan monosakkaridien asetyylijohdannaisia.

Esterit hydrolysoituvat sekä happamassa että emäksisessä ympäristössä.

Erittäin tärkeitä ovat fosforihapon esterit - fosfaatit, jotka sisältyvät kaikkiin kasvi- ja eläinorganismeihin. Näitä ovat pääasiassa D-glukoosifosfaatit: D-glukoosi-1-fosfaattia saadaan hydrolysoimalla glykogeenia käyttämällä fosforylaasientsyymiä; Glukoosi-6-fosfaattia muodostuu glykolyysin ensimmäisessä vaiheessa (glukoosin katabolia kehossa).

D-riboosi ja 2-deoksi-D-riboosifosfaatit toimivat nukleiinihappojen ja useiden koentsyymien rakenneelementteinä.

Rikkihapon esterit - sulfaatit - ovat osa sidekudoksen polysakkarideja.

Kysymys 20. Kirjoita disakkaridin rakennekaava, joka muodostuu kahdesta 1,4-glykosidisidoksella kytketystä b-D-galaktoositähteestä. Kirjoita tämän disakkaridin reaktion tuotteen rakennekaava metyylialkoholin kanssa vetykloridin läsnä ollessa. Voivatko nämä yhdisteet osallistua "hopeapeilireaktioon"? Kirjoita tarvittavien reaktioiden yhtälöt.

Vastaus. b-D-galaktoosimolekyylit voivat muodostaa sidoksia toisiinsa sisältäen 1. ja 4. hiiliatomin:

Asteriski osoittaa glykosidista hydroksyyliä, joka voidaan korvata ryhmällä –OCH3, kun se reagoi metanolin kanssa:

Glykosidisen hydroksyylin läsnäolon ansiosta disakkaridi voidaan muuttaa lineaariseen muotoon aldehydiryhmällä vesiliuoksessa, jolloin saadaan hopeapeilireaktio (yhtälö on annettu yksinkertaistetussa muodossa):

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

b-D-galaktoosidisakkaridin monometyylieetteri ei sisällä glykosidista hydroksyyliä, ei voi olla lineaarisessa muodossa eikä käy läpi hopeapeilireaktiota.

Kysymys 21. Mikä on sakkaroosimolekyylin rakenne?

Vastaus. Hydrolyysin aikana sakkaroosimolekyyli hajoaa α-D-glukopyranoosimolekyyliksi ja β-D-fruktofuranoosimolekyyliksi, joten se on disakkaridi, ts. koostuu kahdesta monosakkaridimolekyylijäännöksestä:

Nämä tähteet on liitetty glykosidisidoksella anomeeristen hiiliatomien hydroksyyliryhmien välillä (a-D-glukopyranoosin 1. atomi ja β-D-fruktofuranoosin 2. atomi).

Sakkaroosimolekyylissä ei ole vapaita OH-ryhmiä α-D-glukoositähteen 1. hiiliatomissa ja β-D-fruktoositähteen 2. hiiliatomissa (hemiasetaali- tai hydroksyylihydroksyylit). Siksi sakkaroosimolekyyli ei voi mennä avoimeen (aldehydi) muotoon ja antaa hopeapeilireaktiota, eikä se voi hapettua kuparihydroksidilla, ts. on hiilihydraatti, joka ei vähennä hopeaa ja kuparia.

Sakkaroosin lähteitä ovat: sokeriruoko, sokerijuurikas, kasvi- ja hedelmämehut.

Kysymys 22. Onko sakkaroosi makein aine?

Vastaus. Hiilihydraattien makea maku tekee elämästämme kirkkaampaa ja maukkaampaa. Makein aine ei kuitenkaan ole sakkaroosi tai edes hiilihydraatti. Sakkaroosia makeampi hiilihydraatti on fruktoosi. Jos otetaan sakkaroosin suhteellinen makeus 100, niin fruktoosin makeus on 173, glukoosin 74, maltoosin ja galaktoosin makeutta 32 ja laktoosin vain 16.

Monosakkaridit voivat kuitenkin olla mauttomia ja jopa katkeria, ja ei-hiilihydraattisilla aineilla voi olla makea maku. Esimerkiksi beryllium- ja lyijyyhdisteet voivat olla makeita. Lyijyasetaattia kutsutaan lyijysokeriksi, vaikka sen käyttöä sokerina ei suositella ollenkaan lyijyyhdisteiden korkean myrkyllisyyden vuoksi.

Myös monet orgaaniset aineet, joilla ei ole mitään tekemistä sokereiden kanssa, ovat makean makuisia, esimerkiksi sakkariini, jonka makeus on noin 500 kertaa suurempi kuin sakkaroosin makeus. 4-etoksifenyyliurea (dulciini) on 200 kertaa makeampaa kuin sakkaroosi, ja sitä käytettiin makeutusaineena, kunnes sen havaittiin olevan haitallinen keholle.

Asesulfaami ja aspartaami (dipeptidin L-aspartyyli-L-fenyylialaniinin metyyliesteri) ovat 200 kertaa makeampia kuin sakkaroosi. L-aspartyyliaminomalonihapon metyylifenyyliesteri on 33 000 kertaa makeampi kuin sakkaroosi ja sukronihappo 200 000 kertaa makeampaa.

Joillakin proteiineilla on yllättävän voimakas makea maku. Esimerkiksi trooppisen kasvin Dioscoreophyllum cumminsii proteiini monelliini on 3000 kertaa makeampaa kuin sakkaroosi, trooppisen kasvin Thaumacoccus daniellii proteiini taumatiini on 750-1000 kertaa makeampaa kuin sokeri ja sen alumiini-ionien kompleksi - taliini - on jo 3500 kertaa makeampi. makeampaa kuin sakkaroosi. Synsepalum dulcificumin mirakuliiniproteiinilla ei ole makeaa makua, mutta se pystyy muuttamaan happamien ruokien maun makeaksi.

Kysymys 23. Mitkä oligosakkaridit ovat yleisimpiä luonnossa?

Vastaus. Sakkaroosi (ruokosokeri, juurikassokeri) on erittäin yleistä kasveissa. Ei-pelkistävä disakkaridi.

Maltoosi (mallassokeri) koostuu kahdesta a-D-glukopyranoositähteestä, jotka on yhdistetty a-1,4-glykosidisidoksella. Maltoosi muodostuu tärkkelyksen hydrolyysistä amylaasientsyymin vaikutuksesta; Jos pureskelet leipää pitkään, voit tuntea maltoosin makean maun, joka muodostuu leivän tärkkelyksestä syljen amylaasin vaikutuksesta. Vähentää disakkaridia.

Sellubioosi koostuu kahdesta b-D-glukopyranoositähteestä, jotka on yhdistetty b-1,4-glykosidisidoksella. Se on kuidun (selluloosan) rakenneyksikkö. Sitä esiintyy vapaasti joidenkin puiden mahlassa. Vähentää disakkaridia.

Laktoosi (maitosokeri) koostuu b-D-galaktopyranoosi- ja a-D-glukopyranoositähteistä, jotka on yhdistetty b-1,4-glykosidisidoksella. Laktoosia löytyy vain nisäkkäiden maidosta ja se on pelkistävä disakkaridi.

Elimistössä laktoosi hydrolysoituu laktaasientsyymin vaikutuksesta. Jos laktaasin tuotanto on riittämätöntä, ilmenee laktaasin puutos ja havaitaan kyvyttömyys sulattaa laktoosia. Siksi, kun laktaasin puutteesta kärsivät ihmiset kuluttavat maitoa, laktoosi ei sula, vaan suoliston mikrofloora alkaa fermentoitua erilaisilla epämiellyttävillä seurauksilla (ilmavaivat, ripuli). Useimmilla ihmisillä ja nisäkkäillä laktaasigeeni sammuu heidän vanhetessaan. Tämä selittyy sillä, että nisäkkäät kuluttavat maitoa vasta vauvaiässä, eikä myöhemmin ole mitään järkeä tuhlata energiaa ja aminohappoja laktaasin synteesiin. Kuitenkin yhdessä säätelygeenissä tapahtuneen mutaation seurauksena, jonka tuote sulki laktaasigeenin, tämä entsyymi (laktaasi) alkoi syntetisoitua läpi elämän. Noin 70 % eurooppalaisista sulattaa maitoa aikuisiässä, kun taas Afrikassa, Oseaniassa ja Keski-Aasiassa vain 30 % väestöstä pystyy tuottamaan laktaasia. Perinteisesti runsaasti maitoa kuluttavilla Afrikan kansoilla (tutsit, tuaregit jne.) ei kuitenkaan ole ongelmia laktoosin sulatuksessa.

Trehaloosi (sienisokeri) koostuu kahdesta a-D-glukopyranoositähteestä, jotka ovat liittyneet hemiasetaalihydroksyyliryhmiin, joten trehaloosi on ei-pelkistävä disakkaridi.

Löytyy sienistä ja joistakin kasveista. Hiivassa trehaloosipitoisuus on 18 % kuiva-aineesta.

Muut disakkaridit, kuten melibioosi, gentibioosi, turanoosi, primveroosi jne. ovat harvinaisia.

Trisakkaridit ovat harvinaisia. Trisakkaridiraffinoosia, joka koostuu galaktoosista, glukoosista ja fruktoosista, löytyy sokerijuurikkaasta. Se on ei-pelkistävä trisakkaridi. Muut trisakkaridit (gentianoosi, meletoosi, manninotrioosi, sellotrioosi, plantoosi) ovat erittäin harvinaisia.

Tetrasakkaridistakyoosi koostuu kahdesta galaktoositähteestä, yhdestä glukoositähteestä ja yhdestä fruktoositähteestä. Stakyoosia löytyy Stachyksen juurista, lupiinin, soijapapujen ja herneiden siemenistä, ja se on ei-pelkistävä tetrasakkaridi.

Syklisiä oligosakkarideja - syklodekstriinejä (Schardinger-dekstriinejä) muodostuu tärkkelyksen hydrolyysin aikana Bacillus maceransista peräisin olevan amylaasin vaikutuksesta. Ne koostuvat 6-10 D-glukoositähteestä, jotka on yhdistetty a-1,4-glykosidisilla sidoksilla. Syklodekstriineillä tiedetään olevan katalyyttisiä ominaisuuksia, esimerkiksi ne pystyvät katalysoimaan fenoliesterien hydrolyysiä. Ne muodostavat värillisiä komplekseja jodin kanssa, ja jodimolekyylit sijaitsevat syklodekstriinin ontelon sisällä.

Kysymys 24. Mitä hiilihydraatteja kutsutaan polysakkarideiksi?

Vastaus. Polysakkaridit tai polyoosit ovat korkean molekyylipainon hiilihydraatteja. Kemiallisesti ne ovat polyglykosideja.

Polysakkaridimolekyyleissä monet monosakkariditähteet on liitetty toisiinsa glykosidisidoksilla. Tässä tapauksessa yhdistääkseen edellisen tähteen kanssa uusi tähde tarjoaa alkoholihydroksyyliryhmän, useimmiten 4. tai 6. hiiliatomissa. Edellinen jäännös tarjoaa glykosidisen (hemiasetaalin) hydroksyylin sitoutumista varten seuraavaan jäännökseen.

Kasviperäisissä polysakkarideissa tapahtuu pääasiassa (1®4)- ja (1®6)-sidoksia. Polysakkaridiketjut voivat olla haarautuneita tai haarautumattomia (lineaarisia).

Polysakkaridit hydrolysoituvat happamassa ympäristössä ja kestävät hydrolyysiä happamassa ympäristössä. Täydellinen hydrolyysi johtaa monosakkaridien tai niiden johdannaisten muodostumiseen, epätäydellinen hydrolyysi johtaa useisiin välituoteoligosakkarideihin, mukaan lukien disakkaridit.

Kysymys 25. Miten homopolysakkaridit eroavat heteropolysakkarideista?

Vastaus. Polysakkaridit jaetaan kahteen ryhmään: homopolysakkaridit ja heteropolysakkaridit.

Homopolysakkaridit koostuvat yhden monosakkaridin jäämistä, esimerkiksi tärkkelyksestä, selluloosasta, glykogeenista jne.

Tärkkelys on kahden a-D-glukopyranoositähteistä rakennetun polysakkaridin seos: amyloosin (10-20 %) ja amylopektiinin (80-90 %).

Amyloosiketju on haarautumaton ja sisältää 200-1000 glukoositähdettä (molekyylipaino 160 000).

Amyloosimolekyylit kiertyvät spiraaliksi, jonka sisäiseen kanavaan voivat päästä sopivan kokoisia molekyylejä (esim. jodi) muodostaen komplekseja, joita kutsutaan inkluusioyhdisteiksi. Amyloosin ja jodin kompleksilla on sininen väri. Tätä käytetään tärkkelyksen kvalitatiivisena reaktiona (tärkkelysjoditesti).

Amylopektiini, toisin kuin amyloosi, on haarautunut kierre. Sen pääketjussa α-D-glukopyranoositähteet on liitetty α(1®4)-glykosidisidoksilla ja haarautumiskohdissa α(1®6)-glykosidisidoksilla. Haaroituspisteiden välissä on 20-25 a-D-glukopyranoositähdettä. Amylopektiinin molekyylipaino saavuttaa useita miljoonia.

Tärkkelys on valkoinen amorfinen aine. Se ei liukene kylmään veteen, kuumassa vedessä se turpoaa ja liukenee osittain.

Tärkkelystä muodostuu kasveissa fotosynteesin aikana ja se laskeutuu mukuloihin, juuriin ja siemeniin. Ruoansulatuskanavassa entsyymien vaikutuksesta tärkkelys hydrolysoituu, hydrolyysin lopputuote on α-D-glukoosi.

Glykogeeni on kasvitärkkelyksen rakenteellinen ja toiminnallinen analogi, jota löytyy eläinorganismeista. Rakenteeltaan glykogeeni on samanlainen kuin amylopektiini, mutta sillä on vielä suurempi ketjuhaarautuminen. Haaroituskohtien välissä on yleensä 10-12 glukoosiyksikköä, joskus jopa 6. Glykogeenin molekyylipaino on erittäin suuri (jopa 100 miljoonaa). Glykogeeni toimii kehossa varahiilihydraattina. Oikealla hetkellä siitä irtoaa glukoosia tarvittavat määrät ja kehon energiavarasto täydentyy. Kasveissa amylopektiinillä on varapolysakkaridin rooli.

Selluloosa tai kuitu on yleisin kasvipolysakkaridi. Se toimii kasvien tukimateriaalina. Puuvilla sisältää lähes 100% selluloosaa, puu - 50-70%.

Selluloosa on rakennettu β-D-glukopyranoositähteistä, jotka on liitetty toisiinsa β(1®4)-glykosidisilla sidoksilla. Ketjulla ei ole haaroja, se sisältää 2500-12000 β-D-glukoositähdettä (molekyylipaino 0,4-2 miljoonaa).

Selluloosan lineaarista rakennetta ylläpitävät myös vetysidokset, jotka muodostuvat hiilihydraattiketjujen sisällä ja yksittäisten ketjujen välillä. Selluloosa ei hajoa entsyymeillä ihmisen maha-suolikanavassa, eikä se voi olla ravintoaine, mutta se on välttämätöntä normaalille ravitsemukselle, koska. auttaa säätelemään maha-suolikanavan toimintaa, stimuloi paksusuolen peristaltiikkaa.

Pektiiniaineita löytyy hedelmistä ja vihanneksista. Orgaanisten happojen läsnä ollessa ne muodostavat hyytelöä, jota käytetään elintarviketeollisuudessa. Pektiiniaineiden molekyylejä ovat pektiinihappo - polygalakturonihappo, joka koostuu D-galakturonihappotähteistä, jotka on liitetty a-(1®4)-glykosidisidoksella.

Joillakin pektiiniaineilla on haavaumia estävä vaikutus, ja ne ovat perustana useille lääkkeille, esimerkiksi plantain plantaglusidille.

Heteropolysakkaridit koostuvat erilaisten monosakkaridien jäämistä. Heteropolysakkaridit liittyvät kehossa proteiineihin ja muodostavat monimutkaisia supramolekulaarisia komplekseja. Esimerkkejä heteropolysakkarideista ovat hyaluronihappo ja hepariini.

Hyaluronihappo koostuu D-glukuronihaposta ja N-asetyyli-D-glukosamiinitähteistä, jotka liittyvät β-(1®3)-
glykosidinen sidos.

Hyaluronihapolla on korkea molekyylipaino ja korkea viskositeetti, ja se varmistaa sidekudoksen läpäisemättömyyden patogeenisille mikro-organismeille. Hyaluronihappoa ei yleensä löydy vapaassa muodossa, vaan yhdessä polypeptidiketjujen kanssa. Sekabiopolymeerit muodostavat eläinorganismien solujen ja nesteiden perustan.

Hepariinin polymeerimolekyylit sisältävät D-glukosamiinijäännöksiä ja kahta uronihappoa - D-glukuronihappoa ja L-iduronihappoa. Kvantitatiivisesti L-iduronihappo on hallitseva. Useimpien glukosamiinitähteiden aminoryhmä on sulfatoitu (sisältää SO 3 H -ryhmän), ja joissakin se on asetyloitunut (liittynyt CH 3 CO -ryhmään). Lisäksi S03H-ryhmiä löytyy useista L-idurihappotähteistä. Hepariini ja sen johdannainen - heparitiinisulfaatti - sitoutuvat kehossa proteiineihin, hepariini estää veren hyytymistä, heparitiinisulfaatti on osa verisuonten seinämiä.