Struktur och egenskaper hos mono- och polysackarider. Glykosid

15.04.2022 | Skadeanmälan

Kolhydraternas funktioner är strukturella och stödjande funktioner (cellulosa är den huvudsakliga strukturella komponenten i växtcellväggar, kitin i svampar, kitin ger stelhet till exoskelettet hos leddjur); – skyddande roll (i växter: taggar, taggar, etc., bestående av cellväggar av döda celler; – energifunktion (oxidation av 1 g kolhydrater frigör 4,1 kcal energi); – plastisk funktion (del av komplexa molekyler, för till exempel är ribos och deoxiribos involverade i konstruktionen av ATP, DNA och RNA); – lagringsfunktion (lagrande näringsämnen: glykogen i djur, stärkelse och inulin i växter); – osmotisk funktion (deltager i regleringen av det osmotiska trycket i kroppen , inkl. i blodet); – receptorfunktion (en del av den uppfattande delen av många cellulära receptorer).

Monos stereoisomerism Stereoisomerer av kolhydrater som skiljer sig i konfigurationen av en eller flera asymmetriska kolatomer kallas diastereomerer. Epimerer och enantiomerer är specialfall av diastereomerer. Diastereomerer som är relaterade till varandra som ett objekt är till sin spegelbild kallas enantiomerer. Enantiomerer har samma fysikaliska och kemiska egenskaper och skiljer sig i optiska egenskaper och biologisk aktivitet. Om diastereomerer skiljer sig åt i konfigurationen av endast en asymmetrisk kolatom, kallas de epimerer. Om konfigurationen av den andra kolatomen skiljer sig, så kallas sådana diastereomerer helt enkelt epimerer; om det finns andra kolatomer, så läggs numret på denna atom till namnet.

Kemiska egenskaper monos Kolhydrater är heterofunktionella föreningar och kan existera i både öppen och cyklisk form. Allt kemiska reaktioner de ingår kan delas in i tre grupper: reaktioner som involverar karbonylgruppen (reduktion, oxidation); reaktioner som involverar hydroxylgrupper (bildning av etrar och estrar); reaktioner som involverar hemiacetal hydroxyl (produktion av glykosider).

Reduktion av monosac När karbonylgruppen i monosac reduceras bildas polyoler (flervärda alkoholer). Dessa är kristallina ämnen, lättlösliga i vatten och har ofta en söt smak, så vissa används som sockerersättning (xylitol, sorbitol). Ketoser (till skillnad från aldoser) ger 2 polyoler, eftersom kolatomen i ketogruppen, vid reduktion, förvandlas till en asymmetrisk, vilket leder till att det finns en annan isomer polyol vid den andra kolatomen. Reduktionen av glukos till sorbitol är ett av stegen i den industriella syntesen av askorbinsyra.

Oxidation av monoser Aldoser oxideras lättare än ketoser. Vid interaktion med svaga oxidationsmedel (koppar(II)hydroxid, ammoniaklösning av silverhydroxid), oxideras aldehydgruppen till en karboxylgrupp. De resulterande –onsyrorna (glucon, mannonic, etc.) Samspelet mellan aldoser och starkare oxidationsmedel (utspädd salpetersyra) leder till oxidation av aldehyd- och primära alkoholgrupper. Dikarboxylsyraaronsyror bildas. Med deltagande av enzymer kan oxidation ske längs den primära alkoholgruppen utan att påverka aldehydgruppen. I detta fall erhålls uronsyror.

Oxidation av ketoser sker under påverkan av starka oxidationsmedel och åtföljs av förstörelse av kolskelettet. Bindningsklyvning kan ske på två sätt: mellan den första och andra, såväl som den andra och tredje kolatomen. I detta fall oxideras alla terminala kolatomer för att bilda karboxylgrupper. Oxidationen av D-fruktos ger fyra reaktionsprodukter. När bindningen mellan den första och andra kolatomen bryts, bildas myrsyra och D-arabinarsyra. När bindningen mellan den andra och tredje kolatomen bryts, bildas oxal- och mesovinsyror: Det faktum att inte bara aldoser, utan också ketoser ger en "silverspegel"-reaktion (med ett svagt oxidationsmedel - en ammoniaklösning av silverhydroxid ) förklaras av det faktum att reaktionen sker i en alkalisk miljö där tautomera omvandlingar av ketoser till epimera aldoser är möjliga. De resulterande aldoserna fungerar som ett starkt reduktionsmedel.

Bildning av etrar Etrar erhålls genom att reagera hydroxylgrupperna i monosackarider med alkylhalogenider. Samtidigt reagerar både hemiacetal- och alkoholhydroxigrupper. Hemiacetalgruppen -OH är mer reaktiv, så bildningen av en eter i denna grupp fortskrider snabbare. De resulterande monoestrarna kallas glykosider (pyranosider och furanosider). Etrar som bildas av alkoholhydroxylgrupper hydrolyseras inte och glykosidbindningen hydrolyseras lätt i en alkalisk miljö. Lösningar av glykosider mutarerar inte.

Klassificering av glykosider Glykosider kallas inte bara kolhydratacetaler som bildas genom interaktion med alkoholer, utan också produkter som bildas genom interaktion av hemiacetalhydroxyl med andra föreningar. Bindningen som bildas av hemiacetal-hydroxylen kallas också en glykosidbindning. Beroende på cykelns storlek delas glykosider in i pyranosider och furanosider. Den icke-kolhydrathaltiga delen av glykosiden kallas aglykon ("icke-socker"). Glykosider kan klassificeras beroende på vilken atom aglykonen är kopplad till sockerdelen av glykosiden: C-glykosider, O-glykosider, N-glykosider, S-glykosider.

Bildning av estrar Estrar kan erhållas genom att reagera monosackarider med organiska syraanhydrider. Till exempel, när man reagerar med ättiksyraanhydrid, erhålls acetylderivat av monosackarider. Estrar hydrolyserar i både sura och alkaliska miljöer. Av stor betydelse är estrar av fosforsyra - fosfater som finns i alla växt- och djurorganismer. Dessa inkluderar primärt D-glukosfosfater: 1D-glukosfosfat erhålls genom hydrolys av glykogen med användning av enzymet fosforylas; 6 glukosfosfat bildas i det första steget av glykolysen (glukoskatabolism i kroppen). Fosfater D-ribos och 2-deoxi-D-ribos fungerar som strukturella element i DNA, RNA, ATP och ett antal koenzymer.

Disackarider (bioser) är kondensationsprodukten av två monosackaridmolekyler sammankopplade med en O-glykosidbindning. Om båda hemiacetalhydroxylerna deltar i kondensationsreaktionen och de två monosackaridresterna är förbundna med en glykosid-glykosidbindning, bildas en icke-reducerande disackarid. En sådan disackarid innehåller inte en glykosidhydroxyl, kan inte omvandlas till en öppen aldehydform och reducerar därför inte metalloxider (reagerar inte med kopparhydroxid eller "silverspegelreaktionen"). Om en hemiacetal och en alkoholhydroxyl deltar i kondensationsreaktionen och två monosylrester är förbundna med en glykosid-glykosbindning, bildas en reducerande disackarid. Denna disackarid innehåller en glykosidhydroxyl, på grund av vilken den kan omvandlas till en öppen aldehydform och fungera som ett reduktionsmedel.

Oligosackarider i naturen Sackaros ( rörsocker, betsocker) är extremt vanligt i växter. Icke-reducerande disackarid. Maltos (maltsocker) består av två D glukopyranosrester sammanlänkade med en 1,4 glykosidbindning. Maltos bildas genom hydrolys av stärkelse under verkan av enzymet amylas; Om du tuggar bröd under en längre tid kan du känna den söta smaken av maltos, som bildas av brödstärkelsen under inverkan av saliv amylas. Reducerar disackarid. Cellobios består av två D glukopyranosrester sammanlänkade med en 1, 4 glykosidbindning. Det är en strukturell enhet av fiber (cellulosa). Reducerar disackarid. Laktos (mjölksocker) består av D-galaktopyranos- och D-glukopyranosrester sammanlänkade med 1, 4 glykosidbindningar. Det finns endast i däggdjursmjölk och är en reducerande disackarid. Det hydrolyseras i kroppen genom verkan av enzymet laktas, i vilken brist det finns en oförmåga att smälta laktos. Därför, när mjölk konsumeras av personer med laktasbrist, smälts laktos inte, utan fermenteras av tarmens mikroflora med obehagliga konsekvenser (flatulens, diarré). Trehalos (svampsocker) består av två D-glukopyranosrester sammanlänkade av hemiacetal-hydroxylgrupper, vilket gör trehalos till en icke-reducerande disackarid. Finns i svamp och vissa växter. I jäst når trehaloshalten 18 % per torrsubstans. Andra disackarider såsom melibios, gentibios, turanos, primveros, etc. är sällsynta. Trisackarider är sällsynta. Trisackariden raffinos, bestående av galaktos, glukos och fruktos, finns i sockerbetor. Det är en icke-reducerande trisackarid. Andra trisackarider (gentianos, melecytos, manninotrios, cellotrios, planteos) är extremt sällsynta. Tetrasackariden stachyos består av två galaktosrester, en glukosrest och en fruktosrest. Stachyose finns i frön av lupin, sojabönor och ärter, en icke-reducerande tetrasackarid. Cykliska oligosackarider - cyklodextriner bildas under hydrolys av stärkelse under inverkan av amylas. De består av 6...10 D glukosrester sammanlänkade med 1, 4 glykosidbindningar. Cyklodextriner bildar färgade komplex med jod, och jodmolekylerna ligger inuti cyklodextrinets hålighet.

Polysackarider eller polyoser är kolhydrater med hög molekylvikt. Av kemisk natur är de polyglykosider. I polysackaridmolekyler är många monosackaridrester kopplade till varandra genom glykosidbindningar. I det här fallet, för att koppla till den tidigare resten, tillhandahåller den nya resten en alkoholhydroxylgrupp, oftast med 4 eller 6 kolatomer. Den föregående resten tillhandahåller en glykosid (hemiacetal) hydroxyl för bindning till den efterföljande resten. I polysackarider växtursprung huvudsakligen (1 4) och (1 6) anslutningar görs. Polysackaridkedjor kan vara grenade eller ogrenade (linjära). Polysackarider hydrolyseras i sur miljö och är resistenta mot hydrolys i sur miljö. Fullständig hydrolys leder till bildandet av monosackarider eller deras derivat, ofullständig hydrolys leder till ett antal mellanliggande oligosackarider, inklusive disackarider. Homopolysackarider består av rester av en monosackarid, till exempel: stärkelse, cellulosa, glykogen etc. Heteropolysackarider består av rester av olika monosackarider. Heteropolysackarider i kroppen är associerade med proteiner och bildar komplexa supramolekylära komplex. Exempel på heteropolysackarider inkluderar hyaluronsyra och heparin.

Stärkelse är det huvudsakliga lagringsnäringsämnet för växter. Stärkelsehomopolysackarider delas in i två fraktioner: amylos (15-25%) och amylopektin (75-85%). Amylos (C6H10O5) n. Amylospolysackarider är raka eller lätt grenade kedjor som innehåller cirka 200 glukosrester. Amylose har kristallstruktur. Lösligt i varmt vatten, men när lösningarna står fälls de snart ut. Ger en blå färg med jod. Hydrolyseras lätt av enzymer och syror till maltos och glukos. Amylopektin (C6H10O5)n. Amylopektinmolekyler är mer komplexa än amylos. De är mycket grenade kedjor som innehåller cirka 4000 glukosrester och 0,4 % fosforsyra. Amylopektin löses inte i varmt vatten, men det sväller kraftigt och ger en pasta. Jod blir lila.

Cellulosa (fiber) Cellulosa eller fiber är den vanligaste växtpolysackariden. Det fungerar som ett stödmaterial för växter. Bomull innehåller nästan 100% cellulosa, trä - 50...70%. Cellulosa är uppbyggd av βD glukopyranosrester, som är sammanlänkade genom β(1 4) glykosidbindningar. Kedjan har inga förgreningar, den innehåller 2500-12000 βD-glukosrester (molekylvikt 0,4-2 miljoner). Cellulosakedjan ser ut som en tråd, spiralformad runt sin axel och hålls i denna position av vätebindningar av hydroxylgrupperna av glukosrester. Enskilda trådar är förbundna med intermolekylära vätebindningar till buntar som har karaktären av fibrer. Detta ger cellulosas speciella mekaniska egenskaper, hög hållfasthet och elasticitet hos cellulosa och bristande löslighet i de flesta lösningsmedel. På grund av närvaron av fria alkoholhydroxylgrupper kan cellulosa reagera med alkoholer och syror för att bilda estrar. Acetatfiber är gjord av lösningar av cellulosaacetat i aceton. Fiber hydrolyseras lätt av syror. Hydrolysprodukterna är cellodextriner, cellobios och glukos. Cellulosa bryts inte ner av enzymer i människans mag-tarmkanal och kan inte vara ett näringsämne, men det hjälper till att reglera mag-tarmkanalens funktion och stimulerar peristaltiken i tjocktarmen.

Pektinämnen finns i frukt och grönsaker, de kännetecknas av gelning i närvaro av organiska syror, som används i Livsmedelsindustrin för att göra geléer och marmelader. Pektinämnen är baserade på pektinpolygalakturonsyra. Pektinsyra består av D-galakturonsyrarester sammanlänkade med en (1 4) glykosidbindning. Vissa pektinämnen har en antiulcuseffekt och är grunden i ett antal läkemedel, till exempel plantaglucide från groblad.

Heteropolysackarider Alginsyror finns i brunalger. Den ogrenade kedjan är uppbyggd av D-mannuron- och L-guluronsyrarester sammankopplade med (1 4) bindningar. Alginsyror används som gelningsmedel inom livsmedelsindustrin. Tång tjäna som en källa till många polysackarider. Till exempel är agar, som används i stor utsträckning i biokemiska studier, en heteropolysackarid som innehåller ett stort antal sulfatgrupper. Agar består av en blandning av agaros och agaropektin. I polysackaridkedjan av agaros alternerar D-galaktos- och L-laktosrester. Bindvävspolysackarider. Bindväv är fördelad över hela kroppen och bestämmer organens styrka och elasticitet, elasticiteten i deras anslutningar och motståndskraft mot infektion. Bindvävspolysackarider är associerade med proteiner. De mest studerade är kondroitinsulfater (hud, brosk, senor), hyaluronsyra (ögats glaskropp, navelsträng, brosk, ledvätska), heparin (lever). Dessa polysackarider har allmänna funktioner i struktur: deras ogrenade kedjor är uppbyggda av disackaridrester, som inkluderar uronsyror (D glukuron, D galakturon, L iduron) och N acetylhexosaminer (N acetylglukosamin, N acetylgalaktosamin). Vissa av dem innehåller rester av svavelsyra.

Strukturen hos vissa heteropolysackarider Hyaluronsyra är uppbyggd av disackaridrester sammankopplade med (1 4) glykosidbindningar. Disackaridfragmentet består av D glukuronsyra och N acetyl O glukosaminrester sammanlänkade med en (1 3) glykosidbindning. Hyaluronsyra har en stor molekylvikt - 2 7 miljoner, lösningar har en hög viskositet, vilket är förknippat med dess barriärfunktion, vilket säkerställer bindvävens ogenomtränglighet för patogena mikroorganismer. Kondroitinsulfater består av disackaridrester av N-acetylerat kondrosin, förbundna med (1 4) glykosidbindningar. Sammansättningen av kondrosin inkluderar D glukuronsyra och D galaktosamin, anslutna till varandra (1 3) genom en glykosidbindning. Sulfatgruppen bildar en esterbindning med hydroxylgruppen N acetyl O i galaktosamin, belägen antingen i 4:e eller 6:e positionen, Molekylär massa kondroitinsulfater är 10 000-60 000. Kondroitinsulfater och hyaluronsyra finns inte i gratis, utan i bunden form med polypeptidkedjor.

En av de typer av organiska föreningar som är nödvändiga för att människokroppen ska fungera fullt ut är kolhydrater.

De är indelade i flera typer enligt deras struktur - monosackarider, disackarider och polysackarider. Du måste ta reda på varför de behövs och vad deras kemiska och fysikaliska egenskaper är.

Kolhydrater är föreningar som innehåller kol, väte och syre. Oftast är de av naturligt ursprung, även om vissa skapas industriellt. Deras roll i levande organismers liv är enorm.

Deras huvudfunktioner är följande:

Energi. Dessa föreningar är den huvudsakliga energikällan. De flesta organ kan fungera fullt ut med den energi som erhålls från oxidationen av glukos.
Strukturell. Kolhydrater är nödvändiga för bildandet av nästan alla celler i kroppen. Fiber spelar rollen som stödmaterial och komplexa kolhydrater finns i ben och broskvävnad. En av komponenterna cellmembranär hyaluronsyra. Dessutom krävs kolhydratföreningar i processen för enzymproduktion.
Skyddande. Under kroppens funktion utförs körtlarnas arbete och utsöndrar sekretoriska vätskor som är nödvändiga för att skydda inre organ från patogena influenser. En betydande del av dessa vätskor är kolhydrater.
Reglerande. Denna funktion visar sig i dess inflytande på människokropp glukos (upprätthåller homeostas, kontrollerar osmotiskt tryck) och fibrer (påverkar gastrointestinal peristaltiken).
Specialfunktioner. De är karakteristiska vissa arter kolhydrater. Sådana speciella funktioner inkluderar: deltagande i processen att överföra nervimpulser, bildandet av olika blodgrupper etc.

Baserat på det faktum att kolhydraternas funktioner är ganska olika, kan det antas att dessa föreningar bör skilja sig åt i deras struktur och egenskaper.

Detta är sant, och deras huvudklassificering inkluderar sådana sorter som:

. De anses vara de enklaste. Andra typer av kolhydrater går in i hydrolysprocessen och bryts ner i mindre komponenter. Monosackarider har inte denna förmåga, de är slutprodukten.
Disackarider. I vissa klassificeringar klassificeras de som oligosackarider. De innehåller två monosackaridmolekyler. Det är i dem som disackariden delas under hydrolysen.
Oligosackarider. Denna förening innehåller från 2 till 10 molekyler av monosackarider.
Polysackarider. Dessa föreningar är den största sorten. De innehåller mer än 10 molekyler av monosackarider.

Varje typ av kolhydrat har sina egna egenskaper. Vi måste titta på dem för att förstå hur var och en av dem påverkar människokroppen och vad dess fördelar är.

Dessa föreningar är den enklaste formen av kolhydrater. De innehåller en molekyl, så under hydrolys är de inte uppdelade i små block. När monosackarider kombineras bildas disackarider, oligosackarider och polysackarider.

De kännetecknas av sitt fasta aggregationstillstånd och söta smak. De har förmågan att lösas upp i vatten. De kan också lösas upp i alkoholer (reaktionen är svagare än med vatten). Monosackarider reagerar nästan inte på blandning med estrar.

Naturliga monosackarider nämns oftast. Vissa av dem konsumeras av människor i mat. Dessa inkluderar glukos, fruktos och galaktos.

choklad;
frukter;
vissa typer av vin;
sirap, etc.

Huvudfunktionen hos kolhydrater av denna typ är energi. Därmed inte sagt att kroppen inte kan klara sig utan dem, men de har egenskaper som är viktiga för kroppens fulla funktion, till exempel deltagande i metaboliska processer.

Kroppen tar upp monosackarider snabbare än allt som händer i mag-tarmkanalen. Processen för assimilering av komplexa kolhydrater, till skillnad från enkla föreningar, är inte så enkel. Först måste komplexa föreningar separeras i monosackarider, först efter vilka de absorberas.

Detta är en av de vanligaste typerna av monosackarider. Det är ett vitt kristallint ämne som bildas naturligtvis– under fotosyntes eller hydrolys. Formeln för föreningen är C6H12O6. Ämnet är mycket lösligt i vatten och har en söt smak.

Glukos förser muskel- och hjärnvävnadsceller med energi. När det väl intagits absorberas ämnet, kommer in i blodomloppet och sprids i hela kroppen. Där oxiderar den och frigör energi. Detta är den huvudsakliga energikällan för hjärnan.

När det råder brist på glukos i kroppen utvecklas hypoglykemi, vilket i första hand påverkar hjärnstrukturernas funktion. Men dess överdrivna innehåll i blodet är också farligt, eftersom det leder till utvecklingen diabetes mellitus. Även när det konsumeras stor kvantitet glukosnivåer börjar kroppsvikten öka.

Fruktos

Det är en monosackarid och är väldigt lik glukos. Det har en långsammare absorptionshastighet. Det beror på att fruktos först måste omvandlas till glukos för att kunna absorberas.

Därför anses denna förening inte vara farlig för diabetiker, eftersom dess konsumtion inte leder till plötslig förändring mängden socker i blodet. Men med en sådan diagnos är försiktighet fortfarande nödvändig.

Fruktos har förmågan att snabbt omvandlas till fettsyra som orsakar utvecklingen av fetma. Denna förening minskar också insulinkänsligheten, vilket orsakar typ 2-diabetes.

Detta ämne kan erhållas från bär och frukter, och även från honung. Vanligtvis finns det där i kombination med glukos. Blandningen är också vit till färgen. Smaken är söt, och denna egenskap är mer intensiv än i fallet med glukos.

Andra kopplingar

Det finns andra monosackaridföreningar. De kan vara naturliga eller semi-artificiella.

Galaktos är naturligt. Den finns också i mat produkter, men finns inte i sin rena form. Galaktos är resultatet av hydrolysen av laktos. Dess huvudsakliga källa är mjölk.

Andra naturligt förekommande monosackarider är ribos, deoxiribos och mannos.

Det finns också varianter av sådana kolhydrater, för produktion av vilka industriell teknik används.

Dessa ämnen finns också i mat och kommer in i människokroppen:

ramnos;
erytrolos;
ribulos;
D-xylos;
L-allos;
D-sorbos etc.

Var och en av dessa anslutningar har sina egna egenskaper och funktioner.

Disackarider och deras användningsområden

Nästa typ av kolhydratföreningar är disackarider. De anses vara komplexa ämnen. Som ett resultat av hydrolys bildas två molekyler av monosackarider från dem.

Denna typ av kolhydrater har följande egenskaper:

hårdhet;
Vattenlöslighet;
dålig löslighet i koncentrerade alkoholer;
söt smak;
färg - från vit till brun.

De viktigaste kemiska egenskaperna hos disackarider är reaktionerna av hydrolys (brytning av glykosidbindningar och bildning av monosackarider) och kondensation (polysackarider bildas).

Det finns två typer av sådana anslutningar:

Stärkande. Deras egenhet är närvaron av en fri hemiacetal hydroxylgrupp. På grund av detta har sådana ämnen återställande egenskaper. Denna grupp av kolhydrater inkluderar cellobios, maltos och laktos.
Icke återställande. Dessa föreningar kan inte reduceras eftersom de saknar en hemiacetal-hydroxylgrupp. De mest kända ämnena av denna typ är sackaros och trehalos.

Dessa föreningar är utbredda i naturen. De kan träffas fri form och som en del av andra föreningar. Disackarider är en energikälla eftersom de producerar glukos när de hydrolyseras.

Laktos är mycket viktigt för barn, eftersom det är huvudkomponenten i barnmat. En annan funktion av kolhydrater av denna typ är strukturell, eftersom de är en del av cellulosa, vilket är nödvändigt för bildandet av växtceller.

Egenskaper och egenskaper hos polysackarider

En annan typ av kolhydrater är polysackarider. Detta är den mest komplexa typen av anslutning. De består av ett stort antal monosackarider (deras huvudkomponent är glukos). Polysackarider absorberas inte i mag-tarmkanalen, de bryts först ner.

Egenskaperna hos dessa ämnen är:

olöslighet (eller svag löslighet) i vatten;
gulaktig färg (eller ingen färg);
de har ingen lukt;
nästan alla är smaklösa (vissa har en sötaktig smak).

De kemiska egenskaperna hos dessa ämnen inkluderar hydrolys, som utförs under inverkan av katalysatorer. Resultatet av reaktionen är sönderdelningen av föreningen till strukturella element - monosackarider.

En annan egenskap är bildandet av derivat. Polysackarider kan reagera med syror.

Produkterna som bildas under dessa processer är mycket olika. Dessa är acetater, sulfater, estrar, fosfater, etc.

Exempel på polysackarider:

stärkelse;
cellulosa;
glykogen;
kitin.

Pedagogiskt videomaterial om funktioner och klassificering av kolhydrater:

Dessa ämnen är viktiga för att kroppen som helhet och enskilda celler ska fungera fullt ut. De förser kroppen med energi, deltar i bildandet av celler och skyddar inre organ från skador och negativa effekter. De spelar också rollen som reservämnen som djur och växter behöver vid svåra perioder.

Kolhydrater delas in i enkla (monosackarider) och komplexa (polysackarider).

Monosackarider (monoser). Dessa är heteropolyfunktionella föreningar som innehåller karbonyl och flera hydroxylgrupper. Monosackarider har molekylär formel MED P(H 2 O) P, som tjänade som grund för namnet på denna klass av föreningar (kol + vatten). Genom sin struktur tillhör monoser polyoxialdehyder, eller aldoser, eller polyoxyketoner, eller ketoser. Beroende på antalet kolatomer delas monoser in i trioser (tre kolatomer), tetroser (fyra atomer), pentoser (fem atomer), hexoser (sex atomer) och heptoser (sju atomer). Beroende på strukturen av karbonylgruppen betecknas var och en av monoserna: aldotrios, aldohexos, ketohexos, etc.

Optisk isomerism av monosackarider. Karakteristiskt drag Strukturen av monosackarider är närvaron av asymmetriska (d.v.s. med fyra olika substituenter) kolatomer i molekylerna. Asymmetriska kolatomer representerar molekylens kiralitetscentra. En konsekvens av en molekyls kiralitet är fenomenet optisk isomerism, eller enantiomerism, som uttrycks i förmågan hos en förening att rotera planet av polariserat ljus i motsatta riktningar. En förening med asymmetriska kolatomer kan existera i form av 2 isomerer. I föreningar med identiska asymmetriska kolatomer minskar antalet optiska isomerer på grund av förekomsten av mesoformer. Meso-anslutningar är optiskt inaktiva på grund av "intern kompensation" av rotationsskylten. Ett exempel på en mesoförening är D-xylitol.

Optiska isomerer som är relaterade till varandra som ett asymmetriskt objekt till dess spegelbild kallas enantiomerer, eller optiska antipoder. Enantiomerer skiljer sig från varandra i konfigurationen av alla kiralitetscentra och bildar D-formen (lat. Dexter - höger) och L-form (lat. laevus - vänster) - stereokemisk serie av monosackarider. Isomerer som skiljer sig åt i konfigurationen av endast en del av chiralitetscentra och inte är optiska antipoder kallas diastereomerer. Ett par diastereomerer som skiljer sig åt i konfigurationen av endast en asymmetrisk kolatom kallas epimerer. Vanligtvis läggs numret på den epimera kolatomen till namnet, 2-epimerer kallas helt enkelt epimerer. Till exempel är D-allos och D-altros epimerer, D-allos och D-glukos är 3-epimerer, D-allos och D-gulos är 4-epimerer.

Konfigurationen av den asymmetriska atomen i den enklaste triosen, D-glyceraldehyd, används som standard för att bestämma om en förening tillhör den stereokemiska D- eller L-serien. Huruvida en förening tillhör en stereokemisk serie bestäms av konfigurationen av den asymmetriska kolatomen med det högsta antalet (i fallet med glukos, C5-atomen). Om det sammanfaller med konfigurationen av den asymmetriska kolatomen i D-glyceraldehyd, så klassificeras föreningen som en D-serie, om den inte sammanfaller klassificeras den som en L-serie. Det har konstaterats att alla naturliga monoser tillhör D-serien.

Cyklo-oxo-tautomerism av monosackarider. I fast tillstånd och i vattenlösning existerar monosackarider övervägande i form av cykliska hemiacetaler. Bildandet av hemiacetaler kan betraktas som en intramolekylär reaktion AN, som ett resultat av vilken de mest stabila sexledade ringarna (pyranos) och femledade ringarna (furanos) bildas. Således etableras en tautomer jämvikt i lösningen mellan den öppna (oxo-formen) och den cykliska formen av monosackariden, med den cykliska formen som är signifikant dominerande (mer än 99,9% i jämviktsblandningen):

För att skildra den rumsliga strukturen av föreningar i öppen form på ett plan används Fishers projektionsformler, och för att skildra den rumsliga strukturen för cykliska föreningar på ett plan används Haworths projektionsformler:

I det här fallet styrs de av följande regler: cykeln avbildas som platt; substituenter belägna i oxo-formen till höger är avbildade under ringplanet, och de till vänster visas ovanför ringplanet; väteatomer CH-bindningar kanske inte visas.

I den cykliska formen uppträder en ytterligare asymmetrisk kolatom (kiralitetscentrum) jämfört med den öppna formen: C 1-atomen i aldoser eller C 2-atomen i ketoser, kallad den anomera kolatomen, och en ytterligare –OH-grupp som kallas hemiacetal hydroxyl (visas i Haworth-formeln med en asterisk *). Om konfigurationen av den anomera kolatomen sammanfaller med konfigurationen av atomen som bestämmer om föreningen tillhör den stereokemiska serien kallas den en a-anomer, om den inte sammanfaller kallas den en b-anomer.

Således kan a- och b-anomererna av monos betraktas som isomerer av hemiacetal-hydroxylpositionen. Övergången av anomera former a « b sker endast genom den öppna oxo-formen: a-form « oxo-form « b-form

På liknande sätt etableras jämvikt i lösning mellan pyranos- och furanosformerna. Övervägandet av a- eller b-anomeren beror på typen av monos, lösningsmedel, koncentration och andra yttre förhållanden. Balansen mellan alla former är därför dynamisk. Således, om någon anomer av glukos löses i vatten, omvandlas den gradvis till en annan anomer tills en jämviktsblandning av de två anomererna bildas, som också innehåller en mycket liten mängd av den öppna formen. Denna övergång åtföljs av en förändring i lösningens optiska rotation. Detta fenomen kallas mutarotation(anomerisering) av monosackarider. Jämviktsblandningen som bildas som ett resultat av mutarotation av både a- och b-D-glukopyranoser innehåller 36 % av a-isomeren och 64 % av b-formen. Andelen oxoform i jämviktsblandningen är liten (vid pH 6,9 innehåller jämviktsblandningen av D-glukos endast en liten del av aldehydformen). Därför ger monoser inte färgegenskaperna för aldehyder i reaktion med fuchsvavelsyra och reagerar inte med natriumhydrosulfit. Mutarotation katalyseras av syror och baser. I fast tillstånd finns monoser uteslutande i cyklisk form.

Kemiska egenskaper hos monosackarider. Kemiskt kombinerar monoser egenskaperna hos flervärda alkoholer, karbonylföreningar och hemiacetaler.

1. För cykliska former av monos är reaktioner som involverar hydroxylgruppen mest karakteristiska. Den mest kemiskt aktiva är hemiacetal-hydroxylgruppen.

Etrar erhålls genom att reagera hydroxylgrupperna i mononatrium med alkylhalider. Samtidigt reagerar både hemiacetal- och alkoholhydroxigrupper. Hemiacetalgruppen –OH är mer reaktiv, därför fortskrider bildningen av en eter i denna grupp snabbare och kan även inträffa när monosackarid reagerar med lägre alkoholer i närvaro av väteklorid. De resulterande monoestrarna kallas glykosider (pyranosider och furanosider).

Etrar som bildas av alkoholhydroxylgrupper hydrolyseras inte och glykosidbindningen hydrolyseras lätt i en alkalisk miljö. Lösningar av glykosider mutarerar inte.

Etanol- eller metyljodidmolekyler fungerar som nukleofiler i denna reaktion. På liknande sätt interagerar monoser med aminer och deras derivat för att bilda N-glykosider.

Glykosider är kondensationsprodukterna av cykliska former av monosackarider med alkoholer och aminer för att bilda en glykosidbindning. Glykosider hydrolyseras lätt i en sur miljö. Av typen av O-glykosider bildas di- och polysackarider, och av typen av N-glykosider bildas nukleosider - strukturella komponenter nukleinsyror. Glykosider spelar en extremt viktig roll i biokemiska processer, i synnerhet i processerna för andning och fotosyntes. Den viktigaste av glykosiderna är adenosintrifosfat (ATP), som är en ester av fosforsyra och adenosin, en nukleosid som är produkten av kondensation av adenin med ribos. Fosfatgrupperna i ATP fungerar som ett slags energidepå; deras hydrolys frigör den energi som cellerna behöver för muskelkontraktion.

När de interagerar med syror och deras anhydrider bildar monoser estrar. Sålunda, när glukos reagerar med ättiksyraanhydrid, bildas pentaacetylglukos.

Biologiskt viktigt exempel reaktioner av denna typ är fosforyleringsreaktioner. Fosfater - estrar av monosackarid och fosforsyra finns i alla växt- och djurorganismer och är metaboliskt aktiva former av monosackarider. Således bildas D-glukos 1-fosfat under hydrolysen av glykogen (en polysackarid som är inneboende i djurorganismer); Glukos 6-fosfat är en produkt av glukoskatabolism i kroppen; D-ribos- och 2-deoxi-D-deoxiribosfosfater är strukturella element i nukleinsyror.

Reaktionen sker i det första steget av glykolys (processen för oxidation av glukos till pyruvat). Det bör noteras att alla mellanprodukter av glykolys är estrar av monosackarid och fosforsyra.

2. Oxidation av monosackarider i sura och neutrala miljöer leder till bildning av olika syror. Endast karbonylgruppen kan genomgå oxidation - "mjuk" oxidation, till exempel med bromvatten för att bilda -onsyror

Oxidation av karbonyl- och primär hydroxylgruppen - "hård" oxidation, till exempel med en lösning av HNO 3 till glykarsyror.

Oxidation av endast den primära hydroxylgruppen under milda förhållanden (till exempel under inverkan av enzymer) samtidigt som aldehydgruppen skyddas leder till bildning av glykuronsyror.

Glykuronider dekarboxyleras lätt vid upphettning, vilket resulterar i bildandet av monos med färre kolatomer. Så här kan du få pentos, D-xylos, från D-glykuronid.

Oxidation av monosackarider i en alkalisk miljö åtföljs av förstörelse av kolskelettet. Oxidationsreaktioner är karakteristiska inte bara för aldoser utan också för ketoser (i motsats till ketoner), vilket förklaras av fenomenet epimerisering av monoser.

Vissa disackarider, som kallas reducerande sådana, kan också genomgå oxidation. De existerar främst i form av hemiacetaler och har en potentiellt fri aldehydgrupp (i oxoform).

Genom att reducera mono- och disackarider reduceras koppar(II)joner som ingår i Fehling-reagenset eller Benedict-reagenset till kopparoxid (I) Cu 2 O, såväl som silverjoner i Tollens-reagenset OH till fritt silver. Reaktionerna används som kvalitativa för närvaron av reducerande sackarider.

3. Monosackarider genomgår kemisk eller biologisk reduktion.

Reduktion av monos, som alla karbonylföreningar, leder till omvandling av karbonylgrupper till alkoholgrupper; detta producerar flervärda alkoholer som kallas sockeralkoholer eller alditoler.

Förutom natriumamalgam i ett vattenhaltigt (eller vattenhaltigt-alkoholiskt eller alkoholhaltigt) medium, används väte i närvaro av katalysatorer (Pt, Pd, Ni) och metallhydrider (särskilt NaBH 4) för att återställa monosäckar. Man bör komma ihåg att vid minskning av aldoser bildas en alkohol, och vid minskning av ketoser erhålls två stereoisomera flervärda alkoholer, eftersom den icke-asymmetriska 2:a C-atomen i ketos (karbonylgruppatom) blir asymmetrisk efter reduktion och två orienteringar av hydroxylgruppen bunden till den är möjliga.

4. Isomeriseringsreaktionen (epimeriseringsreaktionen) sker alltid vid a-CH*-syracentrum av monosackarider, som är en kolatom direkt bunden till karbonylgruppen. Reaktionen sker under påverkan av utspädda alkalilösningar eller enzymatiskt (under kroppsförhållanden) och åtföljs

intramolekylär oxidation-reduktion

(disproportionering) av kolatomerna C 1 och C 2.

Under denna omgruppering på grund av överlåtelsen

proton, utförd under påverkan

hydroxyljon, en mellanprodukt uppstår

förening - endiol (en dubbelbindning)

mellan två hydroxylgrupper (di-ol)).

Transformationer av endiol kan leda till bildningen

minskning av både ketoser och två aldoser.

Alltså som ett resultat av reaktionen

en jämviktsblandning bildas gradvis

isomerer. Till exempel, som ett resultat av epimeriseringen av D-glukos,

D-mannos är en epimer av glukos vid C2 och D-fruktos är en strukturell isomer av glukos.

Ett exempel på en isomeriseringsreaktion i kroppen är den enzymatiska omvandlingen av glukos-6-fosfat till fruktos-6-fosfat under glykolys.

Oligo- och polysackarider. Disackarider (bioser) är kondensationsprodukten av två monosackaridmolekyler sammankopplade med en O-glykosidbindning.

Om båda hemiacetal-hydroxylerna deltar i kondensationsreaktionen och två monos-rester kombineras glykosid-glykosidbindning,är formad icke återställande disackarid En sådan disackarid innehåller inte en glykosidhydroxyl, kan inte omvandlas till en öppen aldehydform och reducerar därför inte metalloxider (reagerar inte med kopparhydroxid eller "silverspegelreaktionen").

Om en hemiacetal och en alkoholhydroxyl deltar i kondensationsreaktionen och två monorester kombineras glykosid-glykos bindning,är formad stärkande disackarid Denna disackarid innehåller en glykosidhydroxyl, på grund av vilken den kan omvandlas till en öppen aldehydform och fungera som ett reduktionsmedel.

Disackarider, som alla glykosider, hydrolyseras i en sur miljö. De biologiskt viktigaste disackariderna är sackaros, maltos, laktos och cellobios.

Till exempel kan strukturformeln för maltos, som är huvudprodukten av stärkelsenedbrytning i munhålan under verkan av salivenzymet b-amylas, representeras enligt följande:

Det systematiska namnet (a-D-glukopyranosyl-(1®4)-a-D-glukopyranos eller 4-(a-D-glukopyranosido)-D-glukopyranos) indikerar närvaron av en glykosidbindning mellan den a-konfigurerade C-atomen i en glukosrest och C-atom 4 annan rest. Maltos bildas som ett resultat av kondensationen av två molekyler av a-D-glukospyranos med bildandet av en glykosidbindning mellan C1-atomen i a-glukosanomeren och C4-atomen i den andra glukosmolekylen. En sådan bindning kallas en (1®4) bindning.

Laktos (4-(b-D-galaktopyranosid)-D-glukopyranos) har strukturen:

Cellobios (4-(b-D-glukopyranosid)-D-glukopyranos) är det huvudsakliga strukturella elementet i cellulosa; bildas under den enzymatiska hydrolysen av cellulosa. Cellobios, liksom laktos, har en 1,4-b-glykosidbindning och är en reducerande disackarid, men till skillnad från laktos ger den vid fullständig hydrolys endast D-glukos:

Sackaros (a-D-glukopyranosid-b-D-fruktofuranosid)

kallas rörsocker; hon går inte att återställa

hällande disackarid, som finns i sockerrör, socker

rödbetor, olika frukter, bär och grönsaker.

Det systematiska namnet på sackaros återspeglar konfigurationen

radiobeskrivning av båda glykosiderna (suffixet "osid" i bådas namn

monoz) hydroxyler (a eller b) och närvaron av en C1-C2-bindning.

Kondensationsprodukterna av flera (från 2 till 12) monosackaridmolekyler kallas oligosackarider; Mer monosackarider - polysackarider.

Om makromolekyler är uppbyggda av rester av en monosackarid, så kallas sådana polysackarider homopolysackarider. Bland homopolysackariderna är de mest biologiskt viktiga poly-D-glukopyranoser: amylos, amylopektin, glykogen (disackaridfragmentet av den senare är maltos) och cellulosa, strukturell komponent som är disackariden cellobios.

Amylos är en polymer med oförgrenad struktur (linjär polymer) med en molekylvikt av cirka 60 000; vid upphettning löses den i vatten och bildar en lyofil kolloidal lösning; reagerar med jod för att bilda en blå komplex "inklusionsförening".

Under enzymatisk hydrolys av b-amylas, som utsöndras av bukspottkörteln och finns i saliv, bryts amylos ner till glukos och maltos; hydrolys börjar vid den icke-reducerande änden av amylos och utförs genom sekventiell eliminering av maltosmolekyler.

Amylopektin har en grenad struktur och inkluderar, tillsammans med a(1®4)-bindningar, glykosidiska a(1®6)-bindningar. På grund av det senare bildas grenar i strukturen:

När det löses i vatten sväller amylopektin och bildar ett bundet dispergeringssystem - en gel. Amylopektin bildar en rödviolett förening med jod.

En blandning av amylos (20-25%) och amylopektin (75-80%) är en polysackarid av naturligt ursprung - stärkelse.

Naturlig stärkelse är alltså inte ett individuellt ämne: det består av två fraktioner som skiljer sig i struktur och som ett resultat har olika löslighet i varmvatten. Stärkelse är den huvudsakliga reservpolysackariden hos växter.

Stärkelse är ett vitt amorft ämne. I kallt vatten olöslig, sväller när den är varm och löser sig gradvis. Vid kylning erhålls en gelatinös massa eller gel (gelé). I många egenskaper liknar gelé ett fast ämne; i synnerhet uppvisar det elasticitet, trots att det är en ganska utspädd lösning av stärkelse och inte koncentrerad, såsom sirap. Faktum är att när grenade och ogrenade molekyler av amylopektin och amylas kommer in i en lösning, på grund av de resulterande vätebindningarna, bildar de ett tredimensionellt rumsligt nätverk, i cellerna i vilka vattenmolekyler kommer in. Ett sådant ramverk existerar endast vid låga temperaturer. Om geléen värms upp kommer molekylerna att börja röra sig mer energiskt, vätebindningarna mellan dem kommer att förstöras och geléen blir flytande.

Alla stärkelsepolysackarider roterar polariserat ljus åt höger, eftersom de bildas av högervridande glukos. När den värms upp med syror hydrolyseras stärkelse vid platsen för glukosid-glukosbindningar, vilket ger successivt dextriner, maltos och glukos.

Glykogen (”animalisk stärkelse”) liknar i struktur och egenskaper amylopektin, men har en ännu mer grenad polymerkedja och är en reservpolysackarid från djur, lagrad i levern och muskelvävnaden.

Glykogen är den "dubbla" av stärkelse i djurvärlden och spelar rollen som en depå näringsämnen och reservkolhydrat från animaliska vävnader (avsatt huvudsakligen i levern och musklerna). Molekylvikten för glykogen är mycket stor - cirka 100 miljoner Denna storlek på molekyler motsvarar deras biologiska funktion som reservkolhydrat. Glykogen makromolekyl pga stor storlek passerar inte genom membranet och förblir inne i cellen tills energibehovet uppstår. Mellan måltiderna bryts glykogen gradvis ner till glukos, som kommer in i blodet och sedan används av kroppens celler. En välnärd vuxen har glykogenreserver på upp till 0,5 kg.

En av de viktigaste polysackariderna är cellulosa. Det utgör huvudet komponent växtcellväggar. Cellulosa är en polymer som helt består av b-D-glukopyranosenheter, som är sammanlänkade med glykosidiska b(1®4)-bindningar.

Cellulosa är en linjär polymer, vars kedjor kan innehålla mer än 10 000 enheter:

Ren cellulosa är en vit fibrös substans, olöslig i vatten, eter eller alkohol. Denna motståndskraft mot lösningsmedel beror på cellulosans unika struktur.

Denna polysackarid består av D-glukosrester sammanlänkade endast med en glykosid b(1®4)-bindning; Cellulosamolekyler är trådliknande och har inga grenar. Den mycket ordnade strukturen, bekräftad av röntgendiffraktionsanalys, är ansvarig för cellulosas extraordinära styrka och elasticitet, såväl som bristen på löslighet i de flesta lösningsmedel som används.

Det är konstigt att cellulosa löser sig i ett reagens framställt genom att blanda Cu(OH) 2 med en koncentrerad vattenlösning av ammoniak (Schweitzer-reagens), samt i en surgjord lösning av ZnCl 2 vid upphettning eller i koncentrerad svavelsyra, d.v.s. i de miljöer vars sammansättning gör det möjligt att bryta vätebindningar i cellulosamolekyler och bilda nya bindningar med lösningsmedlet.

På grund av närvaron av fria alkoholhydroxylgrupper kan cellulosa reagera med alkoholer och syror för att bilda estrar. Cellulosa fungerar som en strukturell polysackarid som används av kroppen för att bygga strukturen av cellulär vävnad.

Pektinämnen finns i frukt och grönsaker, de kännetecknas av gelbildning i närvaro av organiska syror, som används i livsmedelsindustrin för att göra geléer och marmelader.

Grunden för pektinämnen är

pektin - polygalakturonsyra.

Pektinsyra består av resterna

D-galakturonsyrarelaterad

a(1®4)-glykosidbindning.

Vissa pektinämnen har en antiulcuseffekt och är grunden i ett antal läkemedel, till exempel plantaglucide från groblad.

Heteropolysackarider(av vilka makromolekyler är uppbyggda av rester av mer än en monosackarid) är också ganska utbredda i naturen.

Alginsyror finns i brunalger. Den ogrenade kedjan är uppbyggd av D-mannuron- och L-guluronsyrarester sammankopplade med (1®4)-bindningar. Alginsyror används som gelningsmedel inom livsmedelsindustrin. Tång är en källa till många polysackarider. Till exempel används ofta i biokemisk forskning agarär en heteropolysackarid som innehåller ett stort antal sulfatgrupper. Agar består av en blandning av agaros och agaropektin. Polysackaridkedjan av agaros alternerar D-galaktos- och L-laktosrester.

Bindvävspolysackarider. Bindväv är fördelad över hela kroppen och bestämmer organens styrka och elasticitet, elasticiteten i deras anslutningar och motståndskraft mot infektion. Bindvävspolysackarider är associerade med proteiner.

Mest fullt utstuderade kondroitinsulfater(hud, brosk, senor), hyaluronsyra(ögats glaskropp, navelsträng, brosk, ledvätska), heparin(lever). Dessa polysackarider har gemensamma strukturella egenskaper: deras ogrenade kedjor är uppbyggda av disackaridrester, som inkluderar uronsyror (D-glukuronsyra, D-galakturonsyra, L-iduron) och N-acetylhexosaminer (N-acetylglukosamin, N-acetylgalaktosamin). Vissa av dem innehåller rester av svavelsyra.

Hyaluronsyra är sammansatt av disackaridrester sammankopplade med b(1®4)-glykosidbindningar. Disackaridfragmentet består av D-glukuronsyra och N-acetyl-O-glukosaminrester sammanlänkade med en b(1®3)-glykosidbindning. Hyaluronsyra har en stor molekylvikt - 2-7 miljoner, lösningar har hög viskositet, vilket är förknippat med dess barriärfunktion, vilket säkerställer bindvävens ogenomtränglighet för patogena mikroorganismer.

Kondroitinsulfater består av disackaridrester av N-acetylerat kondrosin förbundna med b(1®4)-glykosidbindningar. Sammansättningen av kondrosin inkluderar D-glukuronsyra och D-galaktosamin, anslutna till varandra genom en b(1®3)-glykosidbindning.

Sulfatgruppen bildar en esterbindning med hydroxylgruppen av N-acetyl-O-galaktosamin, belägen i antingen position 4 eller 6. Molekylvikten för kondroitinsulfater är 10 000 - 60 000.

Kondroitinsulfater och hyaluronsyra finns inte i fri form, utan i bunden form med polypeptidkedjor.

OLIGO- OCH POLYSACKARIDER

1. KLASSIFICERING AV POLYSACKARIDER. DERAS BIOLOGISKA ROLL.

Polysackarider kallas komplexa kolhydrater(polyglykosider) som kan genomgå syrahydrolys för att bilda monosackarider eller deras derivat. Till skillnad från monosackarider har de som regel inte en söt smak, är amorfa och olösliga i vatten (de bildar kolloidala lösningar). Polysackarider delas in i oligosackarider Och högre homo- och heteropolysackarider. Hydrolysen av oligosackarider producerar från 2 till 10 monosackarider. Högre polysackarider inkluderar kolhydrater som innehåller hundratals och tusentals monosackarider i sina molekyler. Under hydrolysen av homopolysackarider bildas rester av endast en monosackarid, under hydrolysen av heteropolysackarider bildas en blandning av olika monosackarider och deras derivat.

Beroende på antalet monosackarider som bildas under sur hydrolys av oligosackarider delas de in i di-, tri-, tetra-, penta- etc. (till 10) sackarider.

Naturliga polysackarider utför huvudsakligen sådana viktiga funktioner som:

1) funktionen hos en reservenergidepå och kolkällor, till exempel glykogen i mänskliga och animaliska vävnader, stärkelse i växtorganismer; 2) strukturella, till exempel, heteropolysackarider av bindväv, brosk, hud, etc. Dessutom fungerar kolhydratrester, särskilt oligosackarider, associerade med cellmembranproteiner, som specifika markörer för cellytor och biopolymerer, vilket orsakar deras igenkänning av andra celler.

2. ÅTERSTÄLLNING AV DISACKARIDER. STRUKTUR, CYKLO-OXO-TAUTOMERI, BIOLOGISK BETYDNING.

Disackarider är vanligtvis en transport- eller lagringsform av kolhydrater och är viktiga i näring. De är byggda av hexoser och har den allmänna molekylformeln C12H22O11. Beroende på typen av glykosidbindning som förbinder monosackaridrester, delas disackarider in i reducerande och icke-reducerande.

U stärkande disackarider, bildas den glykosidiska bindningen med deltagande av hemiacetalhydroxylen från en monosackaridrest och alkoholhydroxylen från en annan monosackaridrest. En sådan disackarid behåller fri hemiacetal-hydroxyl i sin struktur och kan omvandlas till en aldehydform i en alkalisk miljö och ge ”silverspegel”, Trommer, Fehling-reaktioner, d.v.s. uppvisar restaurerande egenskaper. Disackarider med denna typ av glykosidbindning inkluderar maltos, laktos och cellobios. De muterar i lösning och kan bilda glykosider med alkoholer, aminer och andra monosackarider.

U icke återställande disackarider, varav ett exempel är sackaros, bildas glykosidbindningen med deltagande av hemiacetalhydroxyler av båda monosackaridresterna. Som ett resultat bibehåller disackariden inte den fria hemiacetalhydroxylen, kan inte omvandlas till en tautomer acyklisk (aldehyd) form och uppvisar inte reducerande egenskaper, mutar inte i lösning och kan inte vidare bilda glykosider.

Maltos- Maltsocker, bildat under försockring av stärkelse under inverkan av maltenzymer eller saliv. Syrahydrolys av maltos producerar 2 molekyler, D-glukopyranos:

Det kemiska namnet på disackarider ges som glykosider: typen av glykosid (O eller N) anges, den första resten av monosackariden kallas som en radikal med ändelsen "il", sedan anges typen av glykosidbindning (14) ) och namnet på den andra monosackariden med ändelsen "ose" läggs till, eftersom maltos fortfarande kan bilda glykosider vid den fria hemiacetalhydroxylen.

Strukturen av maltos enligt Colley-Tollens:

Strukturen av maltos enligt Haworth:

Cellobios erhålls genom ofullständig hydrolys av cellulosapolysackarid. I cellobios är resterna av två D-glukopyranosmolekyler sammanlänkade med en (14)-glykosidbindning. Skillnaden mellan cellobios och maltos är att den anomera kolatom som är involverad i bildandet av glykosidbindningen har en - konfiguration. Cellobioslösningar muterar.

Cellobios bryts ner av enzymet glukosidas, som saknas i människokroppen. Därför kan cellobios och motsvarande polysackaridcellulosa inte brytas ned av enzymer i mag-tarmkanalen och tjäna som näringskällor för människor.

Laktos- mjölksocker, som finns i mjölk (bröstmjölk - upp till 8%, komjölk - 4-5%). Inom ostindustrin utvinns den från vassle efter att ostmassan separerats. Syrahydrolys av laktos ger:

Resterna av dessa monosackarider i laktos är förbundna med en (14)-glykosidbindning, i vilken hemiacetalhydroxylen, D-galaktopyranos, deltar. Resten av D-glukopyranos behåller fri hemiacetalhydroxyl, så laktos har också reducerande egenskaper.

Glykosidbindningen har en annan konformationell (spatial) struktur än -glykosidbindningen i maltos. Därför är laktos mindre lösligt i vatten och mindre hygroskopiskt. Det används inom läkemedelsindustrin vid tillverkning av pulver och tabletter, och även som näringsämne i konstgjorda formler för spädbarn. Det främjar utvecklingen av mikroorganismen Lactobacillus bifidus i matsmältningskanalen, som bryter ner laktos för att bilda mjölk- och ättiksyror, som förhindrar spridningen av patogena bakterier. Dessutom innehåller bröstmjölk även ett antal oligosackarider (tri-, tetra- och pentasackarider) som innehåller laktos associerad med aminosocker och sialinsyra (ibland fukos). Dessa oligosackarider har också stor betydelse för bildandet av naturlig icke-patogen mikroflora i mag-tarmkanalen hos spädbarn.

3. SUCHAROSE SOM REPRESSENTANT FÖR ICKE-REDUCERANDE DISACKARIDER. STRUKTUR, HYDROLYS AV SUCHAROSE.

sackaros- sockerbetor (rörsocker), som finns i sockerbetor (från 16 till 18 %), i sockerrör (upp till 28 % av torrsubstansen), växtjuicer och frukter, som används i livsmedel (bara socker). Hydrolysen av sackaros ger:

Sackaros har inte reducerande egenskaper och mutarotiserar inte, eftersom båda hemiacetalhydroxylerna deltar i bildandet av (12)-glykosidbindningen som förbinder resterna av dessa monosackarider. I sackaros namn får den andra molekylen av monosackariden ändelsen "osid", som är karakteristisk för glykosider.

Sackaros roterar ljusets polariseringsplan åt höger med +66,5. Under sur eller enzymatisk hydrolys av sackaros (enzyminvertas) bildas en ekvimolekylär blandning av D-glukos och D-fruktos, som har en vänsterrotation, eftersom den resulterande fruktosen roterar ljusets polariseringsplan mycket starkare mot ljusets polariseringsplan. vänster än glukos till höger. Sålunda, under hydrolysen av sackaros, omkastas rotationsriktningen för ljusets polariseringsplan från höger till vänster, dvs. inversion, därför kallas produkterna från sackaroshydrolys invertsocker. Invertsocker är huvudkomponenten i bihonung.

4. STÄRKELSE. STRUKTUR, EGENSKAPER, HYDROLYSREAKTIONER. STÄRKELSENS BIOLOGISKA ROLL.

Stärkelse (C 6 H 10 O 5) n är den huvudsakliga lagringshomopolysackariden hos växter. Det bildas i växter under fotosyntesen och "lagras" i knölar, rötter och spannmålskorn. Stärkelse är ett vitt amorft ämne. Olöslig i kallt vatten; när den är varm sväller den och bildar en pasta. Med jod ger den en intensiv blåviolett färg som försvinner vid uppvärmning. När den värms upp i en sur miljö hydrolyseras stärkelse i steg:

(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

stärkelse r-rim stärkelse dextriner maltos, D-glukopyranos

x< n m << n

Stärkelse i sig har inte restaurerande egenskaper. Dextriner har återställande egenskaper, är lösliga i vatten och har en söt smak. I synnerhet utförs dextrinisering av stärkelse under bakningsprocessen av bröd. Dextriner kan användas för att göra lim.

Stärkelse är heterogen och består av två fraktioner: amylos (10-20%) och amylopektin (80-90%).

A) -Amylos består av D-glukopyranosrester kopplade i en linjär sekvens med (1 4)-glykosidbindningar.

Amylosmakromolekylen har också en sekundär spiralstruktur, i vilken det finns 6 monosackaridenheter för varje varv av spiralen. Kan bilda inklusionsföreningar. Det är inklusionsföreningen av amylos med jod som har en intensiv blåviolett färg.

b) Amylopektin har, till skillnad från amylos, en grenad struktur. I kedjan är D-glukopyranosrester sammanlänkade med (1 4)-glykosidbindningar och vid förgreningspunkter med (1 6) glykosidbindningar. Grenar förekommer var 20-25:e rest.

I den mänskliga matsmältningskanalen hydrolyseras stärkelse under inverkan av enzymer som klyver (14)- och (16)-glykosidbindningar. Slutprodukterna av hydrolys är D-glukopyranos och maltos.

5. GLYKOGEN, DESS STRUKTUR. BIOLOGISK BETYDELSE AV GLYKOGENENS FÖRGRINGSSTRUKTUR.

Glykogen(C 6 H 10 O 5)n är en reservpolysackarid av animaliska och mänskliga celler, men finns i svampar och vissa växter. Hos djur och människor finns det vanligtvis i alla celler, men mest av allt i levern (upp till 20 %) och muskler (upp till 4 %). Alla vitala processer, främst muskelarbete, åtföljs av nedbrytningen av glykogen med frisättning av D-glukopyranos. Glykogen liknar i strukturen till amylopektin, men har ännu fler grenar (var 6-10:e rest); Tillsammans med de primära finns även sekundära grenar. Den kompakta och mycket förgrenade strukturen av glykogen gör det möjligt att effektivt lagra glukos, samt snabbt och effektivt dela av det från var och en av grenarna under fysisk träning. Glykogen ger till skillnad från stärkelse en rödbrun färg med jod.

6. FIBER, STRUKTUR, EGENSKAPER. ROLL I NÄRING.

Cellulosa eller cellulosaär en linjär homopolysackarid som består av D-glukopyranosrester kopplade till varandra genom (14)-glykosidbindningar.

Det strukturella repeterande fragmentet i cellulosa är biosfragmentet - cellobios. I detta fragment roteras den andra monosackaridresten, D-glukopyranos, 180 grader i förhållande till den föregående. Detta tillåter cellulosa att ha en linjär struktur, ytterligare stabiliserad av vätebindningar. Vätebindningar kan bildas mellan syreatomen i pyranosringen och alkoholhydroxylen i den 3:e kolatomen i nästa ring, såväl som mellan intilliggande kedjor. Denna kedjepackning ger hög mekanisk hållfasthet, fibröshet, vattenolöslighet och kemisk tröghet, vilket gör att cellulosa kan bilda växtcellväggen.

Fibrer bryts inte ner av enzymer i människans mag-tarmkanal, men det bör vara en viktig komponent i maten. Den utför följande funktioner:

skapar en känsla av fullkomlighet;

stimulerar peristaltiken i mag-tarmkanalen;

är ett substrat för bakterier i mag-tarmkanalen som syntetiserar B-vitaminer;

deltar i bildandet av avföring;

främjar adsorptionen av giftiga ämnen i tjocktarmen och deras eliminering, vilket minskar risken för att utveckla maligna neoplasmer i tjocktarmen.

Dextrans- (C 6 H 10 O 5) n - polysackarider av bakteriellt ursprung, byggda av rester av D-glukopyranos. Deras makromolekyler är mycket grenade. Den huvudsakliga typen av bindning är (16), och vid förgreningsställena - (14), (13) och mindre vanligt (12) - glykosidbindningar.

Nativt dextran har en molekylvikt på cirka 300 000-400 000 och används för tillverkning av Sephadex som används vid gelfiltrering. Partiellt hydrolyserat dextran med en molekylvikt på 60 000-90 000 i en isotonisk lösning av NaCl (0,85%) används som plasmaersättande lösningar (polyglucin, reopolyglucin, etc.).

8. KONCEPT FÖR HETEROPOLYSACKARIDERS STRUKTUR. STRUKTUR ENLIGT HAWORTH, BIOLOGISK ROLL.

Heteropolysackarider- högre polysackarider, vars sura hydrolys ger en blandning av monosackaridderivat - aminosocker och uronsyror. Det finns: 1) glykosaminoglykaner och 2) proteoglykaner (glykosaminoglykaner kovalent bundna till protein).

Glykosaminoglykaner heteropolysackarider med långa, ogrenade kedjor som består av upprepade disackaridenheter. De kallas glykosaminoglykaner eftersom en av de två resterna i den upprepade disackariden är ett aminosocker (N-acetylglukosamin eller N-acetylgalaktosamin). I de flesta fall är ett av dessa aminosocker sulfaterat (förestrat med svavelsyrarester) och det andra är uronsyra. Närvaron av joniserade sulfat- eller karboxylgrupper i många sockerrester ger glykosaminoglykaner en stor negativ laddning och förmågan att attrahera många osmotiskt aktiva joner som Na+. Ett stort antal polära hydrofila grupper och en hög osmotisk koncentration av joner bidrar till hydratiseringen av glykosaminoglykaner och bindvävsmatrisen som helhet. Detta skapar svälltryck (turgor), vilket gör att matrisen kan bilda en lös, hydratiserad gel och motstå tryckkrafter. Det är så broskmatrisen till exempel motstår kompression. Samtidigt stör gelstrukturen inte den snabba diffusionen av vattenlösliga molekyler och cellmigration.

Glykosaminoglykaner inkluderar: hyaluronsyra, kondroitinsulfater, heparin, etc.

Hyaluronsyraär huvudkomponenten i bindväv. Det finns i stora mängder i ledvätskan i lederna, ögats glaskropp, navelsträngen och även i huden. Dess repeterande strukturella enhet är ett disackaridfragment bestående av,D-glukuronsyra och N-acetyl-,D-glukosamin, sammanlänkade (13) med en glykosidbindning. De återkommande disackaridfragmenten är kopplade till varandra (14) genom glykosidbindningar bildade mellan hemiacetalhydroxylen av N-acetylglukosamin och alkoholhydroxylen vid den fjärde kolatomen i glukuronsyran i nästa enhet.

Hyaluronsyra har en molekylvikt på över 10 miljoner och kännetecknas av hög viskositet. Hyaluronsyra spelar en viktig roll i kroppens motståndskraft mot bakteriell invasion. Men ett antal bakterier som utsöndrar hyaluronidas (ett enzym som bryter ner hyaluronsyra) kan lätt spridas i kroppen, vilket eliminerar hindret som skapas av den trögflytande hyaluronsyran. I bindväv är hyaluronsyra vanligtvis bunden till proteiner.

Kondroitinsulfater i struktur, lokalisering i vävnader och utförda funktioner liknar de hyaluronsyra, med undantaget att hexosamin representeras av N-acetyl-, D-galaktosamin och individuella hydroxylgrupper i 4, 6 eller båda positionerna av N-acetyl-galaktosaminresten är förestrade med svavelsyrarester:

Kondroitin-4-sulfat: R = S03, R = H; kondroitin-6-sulfat: R = H, R = SO 3

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

Kondroitinsulfater finns vanligtvis endast i proteinbunden form (proteoglykaner). Proteoglykaner– detta är en grupp kolhydrat-proteinbiopolymerer där andelen kolhydratkomponent dominerar. Egenskaperna hos proteoglykaner bestäms huvudsakligen av deras polysackaridbeståndsdelar. Den huvudsakliga typen av bindning mellan polysackarid- och polypeptidkedjorna är O-glykosidbindningen.

I brosk och bindväv binder kondroitinsulfater hårt till hyaluronsyra via bindande proteiner och bildar mycket stora aggregat.

Dessa aggregat kan observeras i ett elektronmikroskop:

Schematisk struktur av ett proteoglykanaggregat av broskvävnad.

I proteoglykanaggregat fungerar proteoglykanmolekyler som subenheter som inte är kovalent kopplade av små så kallade långkedjiga hyaluronsyrabindande proteiner. Sådana strukturer ger brosk en hårdare konsistens och samtidigt större elasticitet.

Glykoproteiner är blandade biopolymerer som består av proteinmolekyler till vilka oligosackaridkedjor är kovalent bundna. I glykoproteiner dominerar andelen av proteinkomponenten.

Glykoproteiner är en del av alla vävnadsorgan och celler i människo- och djurkroppen; de finns i sekretoriska vätskor och blodplasma. Deras funktioner är extremt olika. Bland dem finns enzymer, hormoner, immunsystemproteiner, blodplasmakomponenter, muciner, cellmembranreceptorer, etc.

Minsta program

polysackarider oligo- Och polysackarider. Strukturanalys oligo- Och polysackarider. Funktioner oligo- Och polysackarider. Begreppet lektiner...

1 historia om utvecklingen av bioteknik och dess huvudaspekter

Minsta program

Celler (nukleinsyror, proteiner, polysackarider, lipider, nukleoproteiner, glykoproteiner, lipoproteiner... strukturella monomera enheter oligo- Och polysackarider. Strukturanalys oligo- Och polysackarider. Funktioner oligo- Och polysackarider. Begreppet lektiner...

» okänt för mig, förmodligen hur histologitester

Tester

Och glykoproteiner (mucin, mucoider). Polysackarider. För metabola störningar polysackarider i celler kan man observera en minskning... av haptener. Dessa inkluderar många mono-, oligo- Och polysackarider, lipider, glykolipider, konstgjorda polymerer, ...

Recensenter:

Doktor i medicinska vetenskaper, professor Osmanov E.M. ;

Kandidat för kemivetenskap, docent Knyazeva L.G.

Romantsova S.V., Bioorganisk kemi i frågor och svar. Pedagogisk metod. manual för läkarstudenter. specialist. un-tov / S.V. Romantsova, A.I. Panasenko, O.A. Sheina, L.V. Rosenblum; M-vol. och vetenskaper i Ryska federationen, statlig budgetutbildningsinstitution för högre yrkesutbildning “Tamb. stat Universitet uppkallat efter G.R. Derzhavin." Tambov: TSUs förlag uppkallat efter. G.R. Derzhavina, 2013. ………………… sid.

Denna pedagogiska och metodologiska manual skrevs i enlighet med programmet för kursen "Allmän och bioorganisk kemi" för studenter på specialiteten "Allmän medicin". Manualen ger svar på de vanligaste frågorna som studenter har när de studerar kursen. Förklaringar ges i frågor om klassificering, nomenklatur och allmänna reaktivitetsmönster för organiska föreningar, strukturen och egenskaperna hos biologiska makromolekyler och deras strukturella komponenter. UDC 577.1 BBK 24.2 ya73 © GOUVPO Tambov State University uppkallad efter G.R. Derzhavina, 2013

Introduktion

Syftet med kursen i bioorganisk kemi, som akademisk disciplin, är att utveckla systematisk kunskap om sambandet mellan struktur och kemiska egenskaper hos biologiskt viktiga klasser av organiska föreningar, biopolymerer och deras strukturella komponenter som grund för förståelse av livets väsen. processer på modern molekylär nivå.

I undervisningen i bioorganisk kemi ägnas mycket uppmärksamhet åt elevernas självständiga arbete. Denna manual ger detaljerade svar på de vanligaste frågorna som studenterna har under kursen. Med hjälp av dessa förklaringar lär sig eleverna under självstudier det allmänna förhållningssättet och logiken i resonemang, vilket gör det lättare att slutföra kontroll- och testuppgifter.

kolhydrater: mono-, di- och polysackarider

Fråga 1. Vilka föreningar kallas kolhydrater?

Svar. Kolhydrater är en klass av naturliga organiska ämnen som är heterofunktionella föreningar som innehåller både karbonyl- och hydroxylfunktionella grupper (dvs. de är flervärda aldehyder eller ketoalkoholer eller deras kondensationsprodukter). Termen "kolhydrater" uppstod i mitten av 1800-talet på grund av att i många kolhydraters molekyler är förhållandet mellan väte- och syreatomer detsamma som i vattenmolekyler, d.v.s. För varannan väteatom fanns det en syreatom, och kolhydratmolekylen kan tänkas bestå av kol (kol) och vatten. Till exempel, för glukos (C 6 H 12 O 6) kan formeln skrivas som C 6 (H 2 O) 6, formeln för sackaros (C 12 H 22 O 11) kan skrivas som C 12 (H 2 O ) ) 11, och i allmän form - Cn (H2O) m. Senare blev naturliga kolhydrater kända som inte motsvarar den givna allmänna formeln (C n (H 2 O) m), men termen "kolhydrater" används fortfarande idag, tillsammans med termen "sackarider" eller helt enkelt "socker" .

fråga 2. Vilka funktioner har kolhydrater?

Svar. Kolhydrater bildas i växter som ett resultat av fotosyntes från koldioxid och vatten. Djurorganismer kan inte syntetisera kolhydrater och få dem från vegetabiliska livsmedel. Således är kolhydrater en del av alla levande organismer och är ett av de vanligaste organiska ämnena på jorden. Funktioner av kolhydrater:

– strukturella och stödjande funktioner (cellulosa är den huvudsakliga strukturella komponenten i växtcellväggar, kitin utför en liknande funktion i svampar och ger också styvhet till exoskelettet hos leddjur);

– skyddande roll (vissa växter har skyddande formationer: taggar, taggar, etc., som består av cellväggar av döda celler;

– energifunktion (oxidation av 1 g kolhydrater frigör 4,1 kcal energi);

– plastisk funktion (en del av komplexa molekyler, till exempel ribos och deoxiribos är involverade i konstruktionen av ATP, DNA och RNA);

– lagringsfunktion (kolhydrater fungerar som reservnäringsämnen: glykogen i djur, stärkelse och inulin i växter);

– osmotisk funktion (deltaga i regleringen av det osmotiska trycket i kroppen, inklusive i blodet);

– receptorfunktion (en del av den uppfattande delen av många cellulära receptorer).

Många kolhydrater och deras derivat används i apotek och medicin. Kolhydrater fungerar som utgångsmaterial för industriell produktion av papper, konstgjorda fibrer, sprängämnen, etylalkohol, etc.

Fråga 3. Hur klassificeras kolhydrater?

Svar. Kolhydrater delas in i två klasser: enkla och komplexa. Enkla kolhydrater (monosackarider, monosackarider) hydrolyseras inte för att bilda enklare kolhydrater. Exempel på enkla kolhydrater inkluderar: glukos (C 6 H 12 O 6), ribos (C 5 H 10 O 5), fruktos (C 6 H 12 O 6).

Enkla kolhydrater som innehåller en ketogrupp kallas ketoser, medan de som innehåller en aldehydgrupp kallas aldoser. Beroende på antalet kolatomer delas monoser in i trioser (tre kolatomer), tetroser (fyra atomer), pentoser (fem atomer), hexoser (sex atomer) och heptoser (sju atomer).

Till exempel innehåller glukos en aldehydgrupp och sex kolatomer i sin molekyl, det kallas aldohexos; fruktos innehåller en karbonylgrupp (det är en flervärd ketoalkohol) och sex kolatomer, den kallas ketohexos. Ribos är en aldopentos. Naturliga monosackarider innehåller som regel ogrenade kedjor av kolatomer.

D – fruktos

Komplexa kolhydrater kan hydrolyseras för att bilda enkla kolhydratmolekyler. Om hydrolysen av ett komplext kolhydrat producerar från 2 till 10 molekyler av enkla kolhydrater, kallas ett sådant komplext kolhydrat en oligosackarid. Om hydrolysen av en oligosackarid producerar två molekyler av enkla kolhydrater, kallas det en disackarid, tre - en trisackarid, etc. De vanligaste disackariderna är sackaros (hydrolys producerar fruktos och glukos), maltos och cellobios (hydrolys producerar två glukosmolekyler), laktos (hydrolys producerar galaktos och glukos).

Kolhydrater som hydrolyserar för att bilda ett stort antal (upp till flera tusen) molekyler av enkla kolhydrater kallas polysackarider. Polysackarider är föreningar med hög molekylvikt. Dessa inkluderar till exempel stärkelse och cellulosa (fiber). Komplexa kolhydrater kan betraktas som polykondensationsprodukter av monosackarider.

Om polysackarider är uppbyggda av rester av en monosackarid, så kallas de homopolysackarider; om från rester av olika monosackarider, då – heteropolysackarider.

Bland homopolysackarider är de mest biologiskt viktiga stärkelse, glykogen, cellulosa, bland heteropolysackarider - alginsyror, agar (som finns i alger); bindvävspolysackarider (kondroitinsulfater, hyaluronsyra, heparin).

Kolhydratmolekyler ingår i blandade biopolymerer, till exempel kolhydrat-protein-biopolymerer (glykoproteiner, proteoglykaner) eller kolhydrat-lipid-biopolymerer (glykolipider).

Fråga 4. Är monosackarider optiskt aktiva föreningar? Hur avbildar man enantiomerer av monosackarider?

Svar. Molekyler av monosackarider (förutom dioxiaceton) innehåller kiralitetscentra (asymmetriska kolatomer), vilket är orsaken till förekomsten av stereoisomerer. Till exempel har aldohexos fyra asymmetriska kolatomer och motsvarar 16 stereoisomerer (2 4 = 16), som bildar 8 par. Aldopentos har tre asymmetriska kolatomer och motsvarar 8 stereoisomerer (2 3 = 8), som bildar 4 par.

Medlemmar av ett par är antipoder eller enantiomerer (deras molekyler är relaterade till varandra som ett objekt är till sin spegelbild). Enantiomerer har samma namn, men en av dem tillhör D-serien och den andra till L-serien. Enantiomerer kan representeras som öppna Fischer-projektionsformler, till exempel:

I Fischers formler skrivs kolkedjan vertikalt och numrerad från den ände som aldehyden eller ketogruppen är närmast, d.v.s. från den översta kolatomen. Asymmetriska kolatomer betecknas inte med symbolen "C", de är avsedda att vara i skärningspunkten mellan vertikala och horisontella linjer.

Ketopentosmolekylen innehåller 2 asymmetriska kolatomer (tredje och fjärde) och bildar 2 par enantiomerer:

Huruvida en isomer tillhör D- eller L-serien bestäms genom att jämföra konfigurationen av den asymmetriska kolatomen längst bort från karbonylgruppen med konfigurationen av isomererna av glyceraldehyd, som accepteras som standard. Glyceraldehyd innehåller en asymmetrisk kolatom i molekylen och har två enantiomerer:

Betrakta fruktosisomerer som ett exempel:

D – fruktos

Båda formlerna innehåller tre asymmetriska (kirala) kolatomer. Dessa är atomerna 3, 4 och 5. Längst bort från ketogruppen (C=O) är kirala atomer numrerade 5. I formel (1) motsvarar konfigurationen av den femte kolatomen konfigurationen av den kirala atomen i D:t -glyceraldehydmolekyl (OH-gruppen finns till höger, väteatom - vänster). Den första isomeren tillhör alltså D-serien, det är D-fruktos. Konfigurationen av den femte kolatomen i formel (2) motsvarar konfigurationen av L-glyceraldehyd, dvs. Detta är L-fruktos. De allra flesta naturliga monosackarider tillhör D-serien.

Fråga 5. Finns monosackarider i naturen i fri form?

Svar. Den vanligaste naturliga monosackariden är D-glukos - druvsocker eller dextros från lat. dextrus – rätt, därför att vanlig naturlig D-glukos har en specifik rotation på + 52,5 o, d.v.s. roterar polarisationsplanet för planpolariserat ljus 52,5 o åt höger.

Det finns i fri form i blodet och är det huvudsakliga energisubstratet för hjärnan. En konstant glukosnivå upprätthålls med hjälp av hormonet insulin, som minskar koncentrationen av glukos i blodet, samt glukagon, adrenalin och andra hormoner som ökar dess koncentration. Vid diabetes mellitus produceras insulin av bukspottkörteln i otillräckliga mängder, vilket leder till en ökning av dess koncentration i blodet.

Intressant nog är L-glukos, som är en enantiomer av normal naturlig D-glukos, också söt, men absorberas inte av kroppen, så den kan användas som sockerersättning.

Glukos finns även i fri form i gröna delar av växter, olika frukter och honung. Det är en del av stärkelse, glykogen, cellulosa, hemicellulosa, dextraner, sackaros, maltos och många glykosider.

D-fruktos – fruktsocker eller levulos från lat. laevus – vänster, därför att vattenhaltiga lösningar av D-fruktos har en specifik rotation på 92,4 o.

Fruktos finns i de gröna delarna av växter, i blommors nektar, i frukter och i honung. Det är en del av sackaros, liksom många polysackarider.

D-galaktos. Det finns i fri kristallin form på murgrönafrukter. Förekommer som en komponent i vissa disackarider (laktos) och polysackarider (kondroitin, agar-agar, slem, hemicellulosa)

Fråga 6. Hur skriver man formeln för L-isomeren av galaktos om formeln för D-isomeren är känd?

Svar. För att skriva formeln för en enantiomer är det nödvändigt att avbilda substituenterna i spegelbilden alla asymmetriska kolatomer. Låt oss skriva formeln för D-galaktos, välja från diagrammet nedan och ändra arrangemanget av substituenter (–H och –OH) vid 2, 3, 4 och 5 kolatomer:

Enantiomernamn: L-galaktos.

Fråga 7. Vad är skillnaden mellan diasteromerer, epimerer och enantiomerer?

Svar. Stereoisomerer av kolhydrater som skiljer sig i konfigurationen av en eller flera asymmetriska kolatomer kallas diastereomerer, till exempel: D-allos och D-mannos; D-fruktos och L-tagatos, etc.

Epimerer och enantiomerer är specialfall av diastereomerer.

Diastereomerer som är relaterade till varandra som ett objekt är till sin spegelbild kallas enantiomerer. Enantiomerer har samma fysikaliska och kemiska egenskaper; dessa isomerer skiljer sig endast i rotationsriktningen för polarisationsplanet för planpolariserat ljus. Den biologiska aktiviteten hos enantiomerer skiljer sig också.

Om diastereomerer skiljer sig åt i konfigurationen av endast en asymmetrisk kolatom, kallas de epimerer. Om konfigurationen av den andra kolatomen skiljer sig, så kallas sådana diastereomerer helt enkelt epimerer; om det finns andra kolatomer, så läggs numret på denna atom till namnet.

Till exempel skiljer sig D-ribos och D-arabinos i konfigurationen av endast den andra kolatomen och är epimerer.

D-allos och D-glukos skiljer sig åt i konfigurationen av endast den tredje kolatomen och är 3-epimerer, medan D-allos och D-gulos är 4-epimerer.

Epimerer har olika fysiska och optiska egenskaper, såväl som biologiska aktiviteter.

Fråga 8. Hur avgör man om D-allos och L-idos är diastereomerer?

Svar. För att göra detta måste du skriva formlerna för dessa aldoser. Formeln för D-allos visas i diagrammet (se fråga 6). L-idos är en enantomer av D-idos, dvs. deras molekyler relaterar till varandra som ett objekt och dess spegelbild och, med kunskap om formeln för D-idos, är det lätt att skriva formeln för L-idos (se fråga 6):

Diastereomerer måste per definition skilja sig i konfigurationen av en eller flera asymmetriska kolatomer. Från att undersöka formlerna för D-allos och L-idos, följer det att konfigurationerna av den andra och fjärde kolatomen är desamma (i både D-allosmolekylen och L-idosmolekylen är OH-grupperna i dessa atomer ligger till höger och väteatomerna till vänster).

Konfigurationerna av den tredje och femte kolatomen är olika (i D-allosmolekylen är OH-grupperna till höger om kolkedjan, och i L-idosmolekylen är de till vänster). Således skiljer sig D-allos och L-idos i konfigurationen av två asymmetriska kolatomer: den tredje och femte, och är därför diastereomerer.

Fråga 9. Hur avgör man om D-glukos och D-mannos är epimerer?

Svar. För att göra detta måste du skriva formlerna för dessa aldoser. Formeln visas i diagrammet (se fråga 6).

Epimerer är ett specialfall av diastereomerer och måste per definition skilja sig åt i konfigurationen av endast en asymmetrisk kolatom. Från att undersöka formlerna för D-glukos och D-mannos, följer att den tredje kolatomen i båda molekylerna har en väteatom till höger och en hydroxylgrupp till vänster; de fjärde och femte kolatomerna i båda molekylerna har en väteatom till vänster och en hydroxylgrupp till höger; de där. konfigurationerna av de tredje, fjärde och femte asymmetriska kolatomerna i D-glukos och D-mannos är desamma.

Konfigurationen av den andra kolatomen är annorlunda (i D-glukosmolekylen är OH-gruppen till höger om kolkedjan, och i D-mannosmolekylen är den till vänster). Således skiljer sig D-glukos och D-mannos i konfigurationen av endast en (andra) asymmetrisk kolatom och är därför epimerer.

Fråga 10. Hur bildas cykliska former av monosackarider?

Svar. Cykliska former av monosackarider bildas som ett resultat av intramolekylär interaktion mellan karboxyl- och hydroxylgrupper. Dessa former är termodynamiskt mer stabila än de öppna formerna av kolhydratmolekyler. Femledade (furanos) och sexledade (pyranos) cykler förekommer vanligtvis. I rymden uppträder aldehyd- (eller keton-) grupperna och hydroxylgruppen vid den fjärde eller femte (för aldoser) och femte och sjätte (för ketoser) kolatomer nära varandra. På grund av deras växelverkan sker cykelstängning i monosackaridmolekyler.

Den sexledade pyranosringen bildas genom växelverkan mellan aldehydgruppen och den femte atomen av aldopentoser eller aldohexoser; samt när ketogruppen interagerar med den sjätte atomen av ketohexoser.

Den femledade furanosringen bildas genom interaktionen av aldehydgruppen med den fjärde atomen av aldotetros, aldopentos och aldohexos; samt när ketogruppen interagerar med den femte atomen av ketopentoser och ketohexoser.

Som ett resultat av bildandet av en ring i aldohexosmolekylen uppträder en hydroxylgrupp vid den första kolatomen istället för en aldehydgrupp (i ketohexoser, vid den andra kolatomen). Denna hydroxylgrupp kallas en glykosid (hemiacetal) hydroxylgrupp (glykosidhydroxyl). I namnen på cykliska former läggs ändelsen "pyranos" för en sexledad cykel eller "furanos" för en femledad cykel till kolhydratbeteckningen.

I en cyklisk monosackaridmolekyl ökar antalet asymmetriska kolatomer, eftersom Kolatomen som tidigare ingick i aldehyd- eller ketongruppen blir asymmetrisk. När det gäller galaktos är det den första, och i fallet med fruktos är det den andra kolatomen. Denna atom kallas anomert kol. Uppkomsten av en ytterligare asymmetrisk atom leder till en dubbel ökning av antalet optiska isomerer som motsvarar den cykliska formen jämfört med den öppna formen. Så för aldohexos är det inte längre 16, utan 32 isomerer. Varje isomer av den öppna formen motsvarar två isomerer av den cykliska formen (anomerer).

För en α-anomer är konfigurationen av det anomera centret densamma som konfigurationen av den asymmetriska kolatomen, som avgör om den tillhör D- eller L-serien, medan det för β-anomeren är det motsatta. I Fischers projektionsformler för monosackarider i D-serien i α-anomeren är den glykosidiska hydroxylgruppen till höger och i β-anomeren är den till vänster om kolkedjan; för L-isomerer, tvärtom, i α-anomeren är den glykosidiska hydroxylgruppen till vänster och i β-anomeren är den till höger om kolkedjan. Anomerer är diastereomerer och skiljer sig i sina egenskaper (till exempel smältpunkter). Anomerer kan betraktas som ett specialfall av epimerer.

Fråga 11. Hur avbildas de cykliska formerna av monosackarider i form av Haworths perspektivformler?

Svar. I Haworths system avbildas cykler som platta femkanter eller hexagoner placerade vinkelrätt mot ritningens plan, därför är linjerna som motsvarar ringens framsida markerade med fetare typsnitt. Syreatomen sitter i pyranosringen längst till höger, i furanosringen finns den också längst till höger eller mitt på baksidan av ringen. Hydroxylgrupper och väteatomer är placerade vinkelrätt mot ringplanet. Symbolerna för kolatomer i cykler skrivs vanligtvis inte.

För att skriva Haworth-formeln, rita först Fisher-formeln och vrid den 90 o åt höger (medsols:

Kolatomen associerad med hydroxylgruppen som kommer in i cykliseringsreaktionen roteras 90°. När man konstruerar mannofuranos kommer detta att vara den fjärde kolatomen, när man konstruerar mannopyranos kommer det att vara den femte. Som ett resultat av rotationen bör –OH-gruppen vara i linje med huvudkolkedjan. Därför kommer –CH 2 OH-gruppen för D-isomeren att vara överst, och för L-isomeren kommer den att vara längst ned:

Namnet på den cykliska formen indikerar: typen av anomer (a eller b), sedan den stereokemiska serien: D- eller L-; sedan namnet på monosackariden, av vilken denna cykliska form är ett derivat, utan ändelsen "-za", det vill säga, vi lämnar glukos-, manno-, frukto-, etc., avslutningsvis är typen av cyklisk form indikerat (pyranos eller furanos).

I D-seriens aldohexoser i pyranosformen (och i D-seriens aldohexoser och ketohexoser i furanosformen) är CH 2 OH-gruppen alltid placerad ovanför ringplanet, vilket fungerar som ett formellt kännetecken för D-serien. För en L-serie är denna grupp placerad under cykelplanet. Glykosidgruppen –OH i a-anomerer av D-serie aldoser visas under planet, och i b-anomerer visas den ovanför cykelplanet. För föreningar i L-serien är den glykosidiska hydroxylen i a-anomererna i L-serien ovanför planet och i b-anomererna under cykelplanet.

Efter ovanstående regler kan du skriva Heworths formler för furanos och pyranosformer av ketoser, till exempel för fruktos:

Fråga 12. I vilka former (öppna eller cykliska) finns monosackarider övervägande i fast tillstånd och i lösning?

Svar. I fast tillstånd är monosackarider i cyklisk form (främst pyranos). I lösningar etableras en jämvikt mellan den öppna formen och två par cykliska anomerer (cyklo-oxo-tautomer jämvikt eller cyklokedjetautomerism). De olika formerna av molekyler i detta jämviktstillstånd kallas tautomerer. I blandningar av tautomerer dominerar pyranosformer. Öppna former och furanosringar finns i små mängder. Övervägandet av a- eller b-anomeren beror på typen av monos, lösningsmedel, koncentration och andra yttre förhållanden.

Tautomera former av kolhydrater kan omvandlas till varandra, vilket leder till påfyllning av mängden av en eller annan form när den konsumeras i någon process. Balansen mellan alla former är därför dynamisk. Således, om någon anomer av glukos löses i vatten, omvandlas den gradvis till en annan anomer tills en jämviktsblandning av de två anomererna bildas, som också innehåller en mycket liten mängd av den öppna formen. Denna övergång åtföljs av en förändring i den optiska rotationen av lösningen, eftersom Varje tautomer kännetecknas av sin egen rotationsvinkel för polarisationsplanet för planpolariserat ljus. Detta fenomen kallas mutarotation monosackarider.

Fråga 13. Skriv a-furanos- och b-pyranosformerna av L-arabinos. Rita deras anomerer som Fischer-projektioner.

Svar. D-arabinos bör tas som utgångsförening. Vi skriver ner dess formel och konstruerar formeln för dess enantiomer (se fråga 6).

L-arabinos – aldopentos. Dess furanosform bildas genom växelverkan mellan aldehydgruppen och hydroxylen i den fjärde kolatomen; och pyranosformen beror på växelverkan mellan aldehydgruppen och hydroxylen i den femte kolatomen. Under cyklisering fäster hydroxylgruppens väte (C 5 eller C 4) till syret i aldehydgruppen på grund av klyvningen av C–O p-bindningen och bildar hemiacetal, eller glykosid, hydroxyl(inramad). Syret i hydroxylgruppen vid C4- eller C5-atomen, efter att ha avlägsnat väte från den, kombineras med kolet i aldehydgruppen vid C1-atomen. En syrebrygga uppträder, som förbinder C 1 – C 4-atomerna och stänger en femledad ring, eller C 1 – C 5 och stänger en sexledad ring.

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-arabinos L-arabinos a-L-arabinofuranos b-L-arabinofuranos

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 MEN 4 N MEN N MEN N

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

D-arabinos L-arabinos a-L-arabinopyranos b-L-arabinopyranos

I hemiacetalformen har den första kolatomen blivit asymmetrisk. Som ett resultat, när cykeln är sluten, erhålls två cykliska hemiacetalformer från en öppen aldehydform (oxoform), som skiljer sig från varandra i hemiacetalhydroxylens position.

En cyklisk form där hemiacetal-hydroxylen är belägen på samma sida (i cis-position) med hydroxylen som bestämmer konfigurationen (tillhör D - eller L-serien) monos, kallad a-form. Den cykliska formen i vilken hemiacetalhydroxylen är i trans med hydroxylen som bestämmer konfigurationen kallas b-formen. Formerna a och b är diastereomerer som kallas anomerer.

Fråga 14. Vilka föreningar erhålls när D-glukos och D-fruktos reduceras?

Svar. När monosackarider reduceras bildas flervärda alkoholer (polyoler) som kallas alditoler. Reduktion utförs vanligtvis med väte i närvaro av metallkatalysatorer (palladium, nickel) eller natriumborhydrid. Väte tillsätts vid platsen för klyvning av kol-syre-dubbelbindningen i karbonylgruppen. Vid reducering av aldoser erhålls endast en produkt (polyol), till exempel, vid reducering av D-glukos bildas den sexvärda alkoholen D-glucite (L-sorbitol):

D-glukos, liksom D-glukos, är en optiskt aktiv förening, eftersom dess molekyl innehåller 4 asymmetriska kolatomer (2, 3, 4, 5) och det finns inga symmetrielement.

Reduktionen av glukos till sorbitol är det första steget i den kemiska syntesen av askorbinsyra. Sorbitol oxideras mikrobiologiskt med hjälp av mikroorganismen Acetobacter suboxydans; den resulterande L-sorbosen omvandlas till askorbinsyra i flera steg.

Vid minskning av ketos erhålls en blandning av två polyoler, eftersom kolatomen som ingick i ketogruppen, efter reduktion, blir asymmetrisk och för den är ett dubbelarrangemang av OH-gruppen och väteatomen i rymden möjligt (både till vänster och till höger om kolkedjan). Till exempel, för D-fruktos har vi:

D-glucite och D-mannitol har optisk aktivitet.

Flervärda alkoholer erhållna genom reduktion av monosackarider är kristallina ämnen som är mycket lösliga i vatten; har en söt smak och kan användas som sockerersättning för diabetes (xylitol, sorbitol).

Fråga 15. När man reducerar vilka aldohexoser bildas optiskt inaktiva sexvärda alkoholer?

Svar. När D-galaktos och D-allos reduceras erhålls de sexvärda alkoholerna dulcit respektive allit. Molekylerna i dessa alkoholer har ett symmetriplan som passerar mellan den tredje och fjärde kolatomen; därför har dessa polyoler inte optisk aktivitet.

Fråga 16. Vilka föreningar kan produceras genom oxidation av L-galaktos? Kommer dessa föreningar att vara optiskt aktiva?

Svar. Oxidationsreaktioner används i biokemiska tester (till exempel blod- och urintester för socker). Sammansättningen och strukturen av oxidationsprodukterna av monosackarider beror på monosackaridens natur och oxidationsförhållandena (främst på styrkan hos oxidationsmedlet). Aldoser oxideras lättare av ketos.

Under påverkan av milda oxidationsmedel (ammoniaklösning av silveroxid, kopparhydroxid, bromvatten) omvandlas aldoser till aldonsyror (aldehydgruppen oxideras till en sur karbonylgrupp).

A) "silverspegelreaktion" (Tollens reaktion):

Ett yttre tecken på att reaktionen inträffar är bildandet av ett skikt av metalliskt silver på provrörets väggar.

B) reaktion med koppar(II)hydroxid:

Ett yttre tecken på reaktionen är omvandlingen av en blå fällning av koppar(II)hydroxid till en röd fällning av koppar(I)oxid.

C) oxidation med bromvatten (ett yttre tecken på reaktionen är missfärgningen av bromlösningen):

Med hjälp av ett starkt oxidationsmedel - utspädd salpetersyra - oxideras de terminala grupperna av aldoser (aldehyd och primär alkohol) samtidigt till karboxylgrupper och bildar aldarsyra (socker) syror, till exempel:

Denna reaktion kan användas för att detektera galaktos eftersom slemsyra är svår att lösa i vatten. Uppmärksamhet bör fästas vid det faktum att även om slemsyramolekylen innehåller fyra asymmetriska kolatomer (2, 3, 4, 5), uppvisar den inte optisk aktivitet, eftersom har ett symmetriplan.

I kroppen, med deltagande av enzymer, kan den primära alkoholgruppen oxideras, medan aldehydgruppen som ett resultat förblir ooxiderad. Produkterna av sådana reaktioner kallas uronsyror:

I kroppen fyller uronsyror en mycket viktig funktion: de bildar vattenlösliga glykosider med läkemedel och deras omvandlingsprodukter (metaboliter), giftiga ämnen och tar bort dem från kroppen med urin, därav namnet uronsyror (latinsk urin - urin) . D-glukuron- och L-iduronsyror och deras derivat är strukturella element i olika polysackarider (pektiska ämnen, heparin, hyaluronsyra, kondroitin, heparin, etc.). Under metabolismen av uronsyror syntetiseras askorbinsyra (syntetiseras inte hos människor).

Fråga 17. Vilka föreningar kan produceras genom oxidation av D-fruktos? Kommer dessa föreningar att vara optiskt aktiva?

Svar. Oxidation av ketoser sker under påverkan av starka oxidationsmedel och åtföljs av förstörelse av kolskelettet. Bindningsklyvning kan ske på två sätt: mellan den första och andra, såväl som den andra och tredje kolatomen. I detta fall oxideras alla terminala kolatomer för att bilda karboxylgrupper.

Således ger oxidationen av D-fruktos fyra reaktionsprodukter. När bindningen mellan den första och andra kolatomen bryts bildas myrsyra och D-arabinarsyra. När bindningen mellan den andra och tredje kolatomen bryts bildas oxal- och mesovinsyror.

Monosackarider bildar också acetaler (ketaler), som kallas glykosider:

Glykosider kallas inte bara kolhydratacetaler som bildas genom interaktion med alkoholer. Glykosider inkluderar produkter som bildas genom interaktion av hemiacetalhydroxyl med andra föreningar. Bindningen som bildas av hemiacetal-hydroxylen kallas också en glykosidbindning.

Glykosider kan klassificeras beroende på vilken atom aglykonen är kopplad till sockerdelen av glykosiden: C-glykosider, O-glykosider, N-glykosider, S-glykosider.

Beroende på cykelns storlek delas glykosider in i pyranosider och furanosider.

Den icke-kolhydrathaltiga delen av glykosiden kallas aglykon (kan översättas som "icke-socker"). I exemplet som ges är detta metoxigruppen - resten av metylalkohol (kursivt). Namnen på glykosider är konstruerade enligt följande: aglykon + glykosid. Kolhydratändelsen -ose ändras till -ozid. Allra i början av namnet anges atomen genom vilken aglykonen är fäst vid kolhydratdelen.

Ett exempel på en C-glykosid är pseudouridin, och ett exempel på en S-glykosid är sinigrin, som finns i senap. Nukleosider - N-glykosider av ribos och deoxiribos med nukleinbaser, är komponenter av nukleotider, DNA och RNA.

Fråga 19. Hur bildas estrar av monosackarider?

Svar. Estrar kan erhållas genom att behandla monosackarider med organiska syraanhydrider. Till exempel, när man reagerar med ättiksyraanhydrid, erhålls acetylderivat av monosackarider.

Estrar hydrolyserar i både sura och alkaliska miljöer.

Av stor betydelse är estrar av fosforsyra - fosfater som finns i alla växt- och djurorganismer. Dessa inkluderar främst D-glukosfosfater: D-glukos 1-fosfat erhålls genom hydrolys av glykogen med användning av enzymet fosforylas; Glukos 6-fosfat bildas i det första steget av glykolysen (glukoskatabolism i kroppen).

D-ribos- och 2-deoxi-D-ribosfosfater fungerar som strukturella element i nukleinsyror och ett antal koenzymer.

Estrar av svavelsyra - sulfater - är en del av bindvävens polysackarider.

Fråga 20. Skriv strukturformeln för en disackarid som bildas av två b-D-galaktosrester sammanlänkade med en 1,4-glykosidbindning. Skriv strukturformeln för produkten av reaktionen av denna disackarid med metylalkohol i närvaro av väteklorid. Kan dessa föreningar delta i "silverspegelreaktionen"? Skriv ekvationerna för de nödvändiga reaktionerna.

Svar. b-D-galaktosmolekyler kan bilda bindningar med varandra som involverar 1:a och 4:e kolatomerna:

Asterisken indikerar den glykosidiska hydroxylen, som kan ersättas av –OCH 3-gruppen när den reagerar med metanol:

På grund av närvaron av den glykosidiska hydroxylen kan disackariden omvandlas till en linjär form med en aldehydgrupp i vattenlösning, så det ger silverspegelreaktionen (ekvationen ges i förenklad form):

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

Monometyletern av b-D-galaktosdisackariden innehåller inte en glykosidhydroxyl, kan inte existera i linjär form och genomgår inte en silverspegelreaktion.

Fråga 21. Vilken struktur har sackarosmolekylen?

Svar. Under hydrolys delas sackarosmolekylen i en α-D-glukopyranosmolekyl och en β-D-fruktofuranosmolekyl, alltså är det en disackarid, dvs. består av två rester av monosackaridmolekyler:

Dessa rester är sammanlänkade genom en glykosidbindning mellan hydroxylgrupperna vid de anomera kolatomerna (1:a atomen av α-D-glukopyranos och 2:a atomen av β-D-fruktofuranos).

I sackarosmolekylen finns inga fria OH-grupper vid den 1:a kolatomen i α-D-glukosresten och vid den 2:a kolatomen i β-D-fruktosresten (hemiacetal- eller hydroxylhydroxyler). Därför kan sackarosmolekylen inte gå in i öppen (aldehyd) form och ge en silverspegelreaktion och inte heller oxideras av kopparhydroxid, d.v.s. är en kolhydrat som inte minskar silver och koppar.

Källor till sackaros är: sockerrör, sockerbetor, växt- och fruktjuicer.

Fråga 22. Är sackaros det sötaste ämnet?

Svar. Det är den söta smaken av kolhydrater som gör våra liv ljusare och godare. Det sötaste ämnet är dock inte sackaros eller ens kolhydrater alls. En sötare kolhydrat än sackaros är fruktos. Om vi tar den relativa sötman av sackaros som 100, så kommer sötman av fruktos att vara 173, glukos 74, maltos och galaktos 32, och laktos endast 16.

Men monosackarider kan vara smaklösa och till och med bittra, och icke-kolhydratämnen kan ha en söt smak. Till exempel kan beryllium och blyföreningar vara söta. Blyacetat kallas blysocker, även om dess användning som socker inte rekommenderas alls på grund av blyföreningarnas höga toxicitet.

Dessutom har många organiska ämnen som inte har något att göra med sockerarter en söt smak, till exempel sackarin, vars sötma är ungefär 500 gånger större än sötman hos sackaros. 4-Ethoxyphenylurea (dulcin) är 200 gånger sötare än sackaros och användes som sötningsmedel tills det upptäcktes att det var skadligt för kroppen.

Acesulfam och aspartam (metylester av dipeptiden L-aspartyl-L-fenylalanin) är 200 gånger sötare än sackaros. L-aspartylaminomalonsyra-metylfenylester är 33 000 gånger sötare än sackaros och sackaronsyra är 200 000 gånger sötare.

Vissa proteiner har en förvånansvärt stark söt smak. Till exempel är proteinet monellin från den tropiska växten Dioscoreophyllum cumminsii 3000 gånger sötare än sackaros, proteinet thaumatin från den tropiska växten Thaumacoccus daniellii är 750-1000 gånger sötare än socker, och dess komplex med aluminiumjoner - talin - är redan 35000 gånger sötare än sackaros. Mirakulinproteinet från Synsepalum dulcificum har ingen söt smak, men kan ändra smaken på sur mat till söt.

Fråga 23. Vilka oligosackarider är vanligast i naturen?

Svar. Sackaros (rörsocker, betsocker) är extremt vanligt i växter. Icke-reducerande disackarid.

Maltos (maltsocker) består av två a-D-glukopyranosrester sammanlänkade med en a-1,4-glykosidbindning. Maltos bildas genom hydrolys av stärkelse under verkan av enzymet amylas; Om du tuggar bröd under en längre tid kan du känna den söta smaken av maltos, som bildas av brödstärkelsen under inverkan av saliv amylas. Reducerar disackarid.

Cellobios består av två b-D-glukopyranosrester sammanlänkade med en b-1,4-glykosidbindning. Det är en strukturell enhet av fiber (cellulosa). Det finns fritt i saften av vissa träd. Reducerar disackarid.

Laktos (mjölksocker) består av b-D-galaktopyranos- och a-D-glukopyranosrester sammanlänkade med en b-1,4-glykosidbindning. Laktos finns endast i däggdjursmjölk och är en reducerande disackarid.

I kroppen hydrolyseras laktos av enzymet laktas. Om det finns otillräcklig laktasproduktion uppstår laktasbrist och oförmåga att smälta laktos observeras. Därför, när mjölk konsumeras av personer med laktasbrist, smälts laktos inte, utan börjar fermenteras av intestinal mikroflora med olika obehagliga konsekvenser (flatulens, diarré). Hos de flesta människor och däggdjur stängs laktasgenen av när de blir äldre. Detta förklaras av det faktum att däggdjur konsumerar mjölk endast i spädbarnsåldern, och senare är det ingen idé att slösa energi och aminosyror på laktassyntes. Men som ett resultat av en mutation i en av de reglerande generna, vars produkt stängde av laktasgenen, började detta enzym (laktas) syntetiseras under hela livet. Ungefär 70 % av européerna smälter mjölk i vuxen ålder, medan i Afrika, Oceanien och Centralasien bara 30 % av befolkningen kan producera laktas. Folken i Afrika med traditionellt hög mjölkkonsumtion (tutsier, tuareger etc.) har dock inga problem med att smälta laktos.

Trehalos (svampsocker) består av två a-D-glukopyranosrester sammanlänkade av hemiacetal-hydroxylgrupper, så trehalos är en icke-reducerande disackarid.

Finns i svamp och vissa växter. I jäst når trehaloshalten 18 % per torrsubstans.

Andra disackarider som melibios, gentibios, turanos, primveros, etc. är sällsynta.

Trisackarider är sällsynta. Trisackariden raffinos, bestående av galaktos, glukos och fruktos, finns i sockerbetor. Det är en icke-reducerande trisackarid. Andra trisackarider (gentianos, melecytos, manninotrios, cellotrios, planteos) är extremt sällsynta.

Tetrasackariden stachyos består av två galaktosrester, en glukosrest och en fruktosrest. Stachyose finns i rötterna av Stachys, i frön av lupin, sojabönor och ärter och är en icke-reducerande tetrasackarid.

Cykliska oligosackarider - cyklodextriner (Schardinger-dextriner), bildas under hydrolysen av stärkelse under inverkan av amylas från Bacillus macerans. De består av 6-10 D-glukosrester sammanlänkade med a-1,4-glykosidbindningar. Cyklodextriner är kända för att uppvisa katalytiska egenskaper, till exempel kan de katalysera hydrolysen av fenolestrar. De bildar färgade komplex med jod, och jodmolekylerna ligger inuti cyklodextrinhålan.

Fråga 24. Vilka kolhydrater kallas polysackarider?

Svar. Polysackarider eller polyoser är kolhydrater med hög molekylvikt. Av kemisk natur är de polyglykosider.

I polysackaridmolekyler är många monosackaridrester kopplade till varandra genom glykosidbindningar. I det här fallet, för att koppla till den tidigare resten, tillhandahåller den nya resten en alkoholhydroxylgrupp, oftast vid den 4:e eller 6:e kolatomen. Den föregående resten tillhandahåller en glykosid (hemiacetal) hydroxyl för bindning till den efterföljande resten.

I polysackarider av vegetabiliskt ursprung utförs huvudsakligen (1®4)- och (1®6) bindningar. Polysackaridkedjor kan vara grenade eller ogrenade (linjära).

Polysackarider hydrolyseras i sur miljö och är resistenta mot hydrolys i sur miljö. Fullständig hydrolys leder till bildandet av monosackarider eller deras derivat, ofullständig hydrolys leder till ett antal mellanliggande oligosackarider, inklusive disackarider.

Fråga 25. Hur skiljer sig homopolysackarider från heteropolysackarider?

Svar. Polysackarider delas in i två grupper: homopolysackarider och heteropolysackarider.

Homopolysackarider består av rester av en monosackarid, till exempel: stärkelse, cellulosa, glykogen, etc.

Stärkelse är en blandning av två polysackarider byggda av a-D-glukopyranosrester: amylos (10-20%) och amylopektin (80-90%).

Amyloskedjan är ogrenad och inkluderar 200-1000 glukosrester (molekylvikt 160 000).

Amylosmolekyler lindas in i en spiral, i vars inre kanal molekyler av lämplig storlek (till exempel jod) kan komma in och bildar komplex som kallas inklusionsföreningar. Komplexet av amylos med jod har en blå färg. Detta används som en kvalitativ reaktion på stärkelse (stärkelsejodtest).

Amylopektin är, till skillnad från amylos, en grenad helix. I sin huvudkedja är α-D-glukopyranosrester sammanlänkade med α(1®4)-glykosidbindningar och vid förgreningspunkter - av α(1®6)-glykosidbindningar. Mellan grenpunkterna finns 20-25 α-D-glukopyranosrester. Molekylvikten för amylopektin når flera miljoner.

Stärkelse är ett vitt amorft ämne. Det löser sig inte i kallt vatten, i varmt vatten sväller det och löser sig delvis.

Stärkelse bildas i växter under fotosyntesen och deponeras i knölar, rötter och frön. I matsmältningskanalen, under inverkan av enzymer, hydrolyseras stärkelse; slutprodukten av hydrolysen är α-D-glukos.

Glykogen är en strukturell och funktionell analog av växtstärkelse, som finns i djurorganismer. I sin struktur liknar glykogen amylopektin, men har ännu större kedjeförgrening. Mellan förgreningspunkter finns vanligtvis 10-12 glukosenheter, ibland till och med 6. Molekylvikten för glykogen är mycket stor (upp till 100 miljoner). I kroppen fungerar glykogen som reservkolhydrat. I rätt ögonblick spjälkas glukos från det i nödvändiga mängder och kroppens energifond fylls på. I växter spelar amylopektin rollen som en reservpolysackarid.

Cellulosa eller fiber är den vanligaste växtpolysackariden. Det fungerar som ett stödmaterial för växter. Bomull innehåller nästan 100% cellulosa, trä - 50-70%.

Cellulosa är uppbyggd av β-D-glukopyranosrester, som är sammanlänkade genom β(1®4)-glykosidbindningar. Kedjan har inga förgreningar, den innehåller 2500-12000 β-D-glukosrester (molekylvikt 0,4-2 miljoner).

Den linjära strukturen hos cellulosa upprätthålls också av vätebindningar som bildas inom kolhydratkedjor och mellan individuella kedjor. Cellulosa bryts inte ned av enzymer i människans mag-tarmkanal och kan inte vara ett näringsämne, men det är nödvändigt för normal näring, eftersom. hjälper till att reglera funktionen av mag-tarmkanalen, stimulerar peristaltiken i tjocktarmen.

Pektinämnen finns i frukt och grönsaker. I närvaro av organiska syror bildar de gelé, som används i livsmedelsindustrin. Molekyler av pektinämnen inkluderar pektinsyra - polygalakturonsyra, bestående av D-galakturonsyrarester sammanlänkade med en a-(1®4)-glykosidbindning.

Vissa pektinämnen har en antiulcuseffekt och är grunden i ett antal läkemedel, till exempel plantaglucide från groblad.

Heteropolysackarider består av rester av olika monosackarider. Heteropolysackarider i kroppen är associerade med proteiner och bildar komplexa supramolekylära komplex. Exempel på heteropolysackarider inkluderar hyaluronsyra och heparin.

Hyaluronsyra består av D-glukuronsyra och N-acetyl-D-glukosaminrester kopplade β-(1®3)-
glykosidbindning.

Hyaluronsyra har en hög molekylvikt och hög viskositet och säkerställer bindvävens ogenomtränglighet för patogena mikroorganismer. Hyaluronsyra finns vanligtvis inte i fri form, utan i samband med polypeptidkedjor. Blandade biopolymerer utgör grunden för celler och vätskor från djurorganismer.

Polymermolekylerna av heparin inkluderar rester av D-glukosamin och två uronsyror - D-glukuron och L-iduron. Kvantitativt dominerar L-iduronsyra. Aminogruppen i de flesta glukosaminrester är sulfaterad (innehåller en SO 3 H-grupp), och i några av dem är den acetylerad (kopplad till en CH 3 CO-grupp). Dessutom finns SO3H-grupper vid ett antal L-idurinsyrarester. Heparin och dess derivat - heparitinsulfat - är bundna till protein i kroppen, heparin förhindrar blodkoagulering, heparitinsulfat är en del av blodkärlens väggar.