Структура, свойства, функции моносахаридов и их производных.

Функции углеводов. Классификация углеводов по строению.

Термин "углеводы" возник потому, что первые представители углеводов по составу отвечали формуле C_m(H₂O)_n, т.е. углерод+вода (например, глюкоза и фруктоза имеют форму C₆(H₂O)₆, сахароза – C₁₂(H₂O)₁₁, крахмал – [C₆(H₂O)₅]_n). Впоследствии были обнаружены природные углеводы с др. элементным составом (например, дезоксирибоза – С₅Н₁₀О₄), но термин "углеводы" закрепился за этой группой органических веществ.

По химической природе углеводы - это органические вещества, содержащие карбонильную группу (кетонную или альдегидную)и несколько гидроксильных групп. Или углеводы – это альдегиды и кетоны многоатомных спиртов и их производные.

Углеводы составляют около 2% массы тела, но роль их очень велика. Суточная потребность в углеводах – 400-450 г. и зависит от пола, возраста, рода трудовой деятельности.

Углеводы выполняют в организме следующие функции:

1. Энергетическая. При окислении в тканях 1 г углеводов (глюкозы) выделяется 4,1 ккалэнергии. За счёт углеводов покрывается 60% энергозатрат организма.

2. Пластическая. Углеводы входят в состав сложных молекул: нуклеиновых кислот (например, пентозы: рибоза и дезоксирибоза, участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК), гликолипидов, гликопротеинов и протеогликанов. Углеводы входят во все органы и ткани организма.

3. Структурная.Гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты) являются структурными компонентами межклеточного вещества, соединительной ткани

4. Резервная.Углеводы способны накапливаться в организме в виде гликогена в печени (10%) и мышцах (2%) и расходуется по мере необходимости.

5. Защитная. Секреты, выделяемые различными железами, богаты углеводами – мукополисахаридами, которые защищают организм от механических повреждений, патогенных бактерий и вирусов.

6. Группоспецифическая. Белки, определяющие группу крови – гликопритеины.

КЛАССИФИКАЦИЯ углеводов

По составу углеводы делят на 3 группы:

1. Моносахариды

2. Олигосахариды

3. Полисахариды

Структура, свойства, функции моносахаридов и их производных.

Моносахариды (монозы) - производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу(альдегидную или кетонную в зависимости от положения в молекуле). Монозы не подвергаются гидролизу, т.к. состоят из одной молекулы.

Моносахариды, содержащие кетонную группу, называются кетозами (кетоспиртами): диоксиацетон, фруктоза.

Моносахариды, содержащие альдегидную группу - альдозами (альдоспиртами): глицериновый альдегид (глицеральдегид), рибоза, глюкоза, галактоза.

По количеству углеродных атомов в молекулемоносахариды делятся на подклассы:

триозы (С-3) – диоксиацетон, глицеральдегид;

тетрозы (С-4) – эритроза и др.;

пентозы (С-5) – рибоза, дезоксирибоза и др.; входят в состав коферментов НАД и ФАД (рибоза), в состав ДНК и РНК (рибоза и дезоксирибоза).

гексозы (С-6) – глюкоза, фруктоза, галактоза и т.д.

Глюко́за (C₆H₁₂O₆) от греч. glykys-сладкий («виноградный сахар», декстроза) – наиболее распространенный моносахарид животных. Основная функция глюкозы энергетическая, а так же пластическая: из глюкозы могут образовываться моносахариды (например; фруктоза, триозы); входит в состав дисахаридов: мальтозы, сахарозы, лактозы; полисахаридов: крахмала, гликогена, целлюлозы, гликопротеинов, гликолипидов, липополисахаридов, гликозидов и производных нуклеотидов и др., регулирует осмотическое давление.

Галактоза – пространственный изомер глюкозы, отличается от неё расположением гидроксильной группы и атома водорода у 4 углеродного атома. Входит в состав лактозы, полисахаридов, гликолипидов. Галактоза в печени превращается в глюкозу.

Глюкоза и галактоза – альдоспирты, поэтому обладают восстанавливающими (редуцирующими) свойствами: восстанавливают металлы из их оксидов (дают положительную реакцию Троммера).

Фруктоза– кетоспирт (восстанавливающими свойствами не обладает, реакция Троммера отрицательна). Содержится в ягодах, фруктах, в мёде. В печени легко превращается в глюкозу. Путь распада фруктозы в организме короче, это важно при питании больных сахарным диабетом, когда глюкоза усваивается слабо.

Моносахариды могут существовать в двух изомерных (таутомерных) формах: линейной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной – образуется при взаимодействии карбонильной и гидроксильной групп). В результате циклизации в молекуле моносахарида появляется дополнительный асимметрический атом углерода. Образующиеся циклические формы отличаются друг от друга расположением полуацетального гидроксила. К α-изомерам относят моносахариды, у которых гликозидный гидроксил находится под плоскостью кольца, к β -изомерам — моносахариды, у которых полуацетальный гидроксил находится над плоскостью кольца. Например, в водном растворе глюкозы существуют следующие структуры:

Производные моносахаридов:

Гексуроновые кислоты образуются при окислении в молекуле гексоз спиртовой группы у 6-го атома углерода до карбоксильной (─ СН₂ОН → ─ СООН), например, из глюкозы - глюкуроновая кислота, из галактозы – галактуроновая.Глюкуроновая кислота участвует в обезвреживании токсических продуктов, которые образуются при распаде аминокислот, гемоглобина, а также участвует в построении кислых гетерополисахаридов.

Аминосахара(гексозамины)образуются призамещении ОН – группы на аминогруппу у 2 углеродного атома в молекуле гексоз гексоз. Из глюкозы образуется глюкозамин, из галактозы – галактозамин. Они входят в состав мукополисахаридов, гликопротеинов и гликолипидов, являются составной частью клеточной оболочки. В организме могут быть в свободном состоянии или в комплексе с уксусной кислотой – ацетилгексозамины: Например, нейраминовая кислота. Сиаловые кислоты – соединение нейраминовой и уксусной.

Фосфорные эфиры –активные формы,образуются в процессе обмена углеводов: гексозо – 1 – фосфат, гексозо – 6 – фосфат, гексозо – 1, 6 – дифосфат.