Химические свойства. Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам

Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам. Характерная особенность моносахаридов — способность существовать в открытой (ациклической) и циклической формах и давать производные каждой из форм. Большинство моноз циклизуются в водном растворе с образованием гемиацеталей или гемикеталей (в зависимости от того, являются ли они альдозами или кетозами) между спиртом и карбонильной группой того же самого сахара. Глюкоза, например, легко образует полуацетали, при взаимодействии гидроксильной группы возле пятого атома углерода с альдегидной группой (С1) образуется 6-членное кольцо, названное пиранозид. Та же самая реакция может иметь место между С1(альдегидной группой) и О4 (гидроксильной группы), чтобы сформировать 5-членное фуранозид.

Полезно подробно познакомиться с глюкозой – наиболее распространенным в природе моносахаридом. Глюкоза относится к гексозам; ее формула С₆Н₁₂O₆. Моносахариды. Альдозы. Кетозы. Открытая цепь и циклические формы углеводов. Открытая цепь и циклические формы углеводов на рисунке молекула глюкозы представлена в виде «открытой цепи» и в виде циклической структуры. Открытая цепь может быть прямолинейной цепочкой, но углы связей между атомами углерода допускают у пентоз и гексоз образование стабильных циклических структур. У гексоз типа глюкозы первый атом углерода соединяется с кислородом при пятом углеродном атоме, что приводит к образованию шестичленного кольца. Обратите внимание на то, что атом кислорода включается в кольцо, а шестой углеродный атом оказывается вне кольца. У пентоз первый атом углерода соединяется с кислородом при четвертом углеродном атоме, в результате чего образуется пятичленное кольцо, как показано на рисунке. Циклические структуры пентоз и гексоз – обычные их формы; в каждый данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде открытой цепи. В состав дисахаридов и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Альфа- и бета- изомеры углеводов. Циклические структуры могут существовать в двух формах, известных как альфа(α)- и бета(β) -формы. У α-формы гидроксильная группа при первом углеродном атоме расположена под плоскостью цикла, а у β-формы — над ней. Такие молекулы, с одинаковой химической формулой, но с разной структурой, называются изомерами. На рисунке представлены пространственные модели α - и β -изомеров глюкозы. В любой данный момент в растворе глюкозы часть молекул существует в виде открытой цепи и часть — в циклической форме. Последняя более стабильна и потому преобладает. Возможны спонтанные переходы от открытой цепи к одной из двух циклических форм, и наоборот. При этом в конечном счете неизменно достигается равновесие, при котором соотношение различных форм остается постоянным.

Как указано выше, только циклические структуры глюкозы образуют дисахариды и полисахариды. Хотя структурные различия между α - и бета-глюкозой невелики, но сказываются на свойствах образуемых ими молекул они весьма существенно. Ниже мы увидим, что α -глюкоза входит в состав крахмала, а бета-глюкоза – в состав целлюлозы, двух полисахаридов с весьма различными свойствами.

Стереоизомеры моносахаридов обладают оптической активностью: при прохождении через их растворы луча поляризованного света они отклоняют плоскость поляризации на некоторый характерный для каждого вещества угол вправо или влево. Этим свойством оптических стереоизомеров пользуются для количественного определения их содержания в биологических жидкостях. Наи­более просто устроенным моносахаридом. имеющим оптически активные стерео­изомеры, является глицериновый альдегид. Он существует в двух формах: D (правовращающей) и L (левовращающей),

Принадлежностъ моносахарида к D- или L-ряду определяется положением водорода и гидроксила у наиболее удаленного от альдегидной или ке­тонной группы асимметричного углеродного атома (он обозначен звездочкой).

Кроме того, принадлежностъ моносахарида к D- или L-ряду не определяет направление вращения плоскости поляризации.

Это направление обозначается дополнительно знаком (+) при правом вращении и знаком (‒) при левом вращении.

Олигосахариды(от греч. ὀλίγος — немногий).состоят из нескольких моносахаридов, соединенных ковалентными связями. При гидролизе они распадаются на входящие в них моносахариды. Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных – гетерополисахаридами.

Примером наиболее распространённых олигосахаридов могут служить дисахариды и трисахариды. Дисахариды состоят из двух молекул моносахаридов. Наиболее распространенные дисахариды сахароза (пищевой или тростниковый сахар), состоящий из остатков глюкозы и фруктозы, лактоза(молочный сахар), состоящий из остатков глюкозы и галактозы.

Трисахариды отличаются одним от другого структурой входящих в них моносахаридов и их последовательностью в цепи. Так, например:

Рафиноза – состоит из остатков D-галактозы, D-глюкозы и D-фруктозы.

Мелицитоза – состоит из двух остатков D-глюкозы и одного остатка D-фруктозы.

Мальтотриоза – состоит из трех остатков D-мальтозы.

В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.

Олигосахаридысостоят из нескольких моносахаридов, соединенных ковалентными связями. При гидролизе они распадаются на входящие в них моносахариды. Примером олигосахаридов могут служить дисахариды, состоящие из двух молекул моносахаридов. Наиболее распространенные дисахариды сахароза (пищевой или тростниковый сахар), состоящий из остатков глюкозы и фруктозы, лактоза(молочный сахар), состоящий из остатков глюкозы и галактозы.

Полисахаридыпредставляют собой длинные неразветвленные цепи. Включающие сотни и тысячи моносахаридных остатков. Наиболее известные из них –крахмал, целлюлоза, гликоген - состоят из остатков глюкозы.

Функции углеводов в организме весьма разнообразны.

1. Энергетическая.

2. Структурная функция (входят в состав клеточных структур).

3. Защитная (синтез иммунных тел в ответ на антигены).

4.Антисвертывающая (гепарин).

5. Гомеостатическая (поддержание водно-солевого обмена)

6. Механическая ( входят в состав соединительных и опорных тканей).