Обща формула на въглехидратната химия. Въглехидрати: тяхната класификация и състав

Химичните свойства на монозахаридите се дължат на наличието на:

• карбонилна група (ацикличен монозахарид)
• полуацетален хидроксил (циклична монозахаридна форма)
• алкохол OH групи

Възстановяване

• Продукти за възстановяване: многоатомни алкохоли - глицити
• Редуктор: NaBH 4 или каталитично хидрогениране.

Глицитите се използват като заместители на захарта.

Намаляването на алдозата води до „изравняване“ на функционалните групи в краищата на веригата. В резултат на това оптично неактивни мезо-съединения се образуват например от някои алдози (еритроза, рибоза, ксилоза, алоза, галактоза). Когато кетозата се възстанови от карбонилната група, се появява нов хирален център и се образува смес от неравномерно количество диастереомерни алкохоли (С2 епимери):

Тази реакция доказва, че D-фруктозата, D-глюкозата и D-манозата имат еднакви конфигурации на хирални центрове C2, C3 и C4.

Окисление

Окислението може да бъде подложено на:

• карбонилна група
• двата края на въглеродната верига (карбонилна група и хидрокси група при шестия въглероден атом)
• хидрокси група на шестия въглероден атом, независимо от карбонила

Видът на окисляване зависи от естеството на окислителя.

Леко окисление. Гликонови киселини

• Окислител: бромна вода
• Какво е окислено: карбонилна група на алдозата. Кетозите не се окисляват при тези условия и по този начин могат да бъдат изолирани от смеси с алдози.
• Продукти за окисляване: гликонови киселини (от ациклични монозахариди), пет- и шестчленни лактони (от циклични).

Намаляване на монозахаридите. Качествена реакция към алдехидната група

• Окислител: метални катиони Ag + (OH - реактив на Толенс) и Cu 2+ (комплекс Cu 2+ с тартарат-йон - реагент на Фелинг) в алкална среда
• Какво е окислено: карбонилна група алдоза и кетоза
• Продукти за окисляване: гликонови киселини и продукти на разрушителното разпадане

Алдоза + + → гликонова киселина + Ag + продукти за разрушително окисляване

Алдоза + Cu 2+ → гликонова киселина + Cu 2 O + продукти на разрушителното окисляване

Възстановяване на въглехидрати - въглехидрати, способни да намалят реактивите на Tolens и Fehling. Кетозите проявяват редуциращи свойства поради изомеризация в алкална среда в алдози, които допълнително взаимодействат с окислителя. Превръщането на кетозата в алдоза се получава в резултат на енолизацията. Енолът, образуван от кетоза, е общ за него и 2 алдози (С-2 епимери). Така че в слабо алкален разтвор енедиолът, D-глюкозата и D-манозата са в равновесие с D-фруктоза.

Епимеризация - взаимно превръщане между алдози, С2 епимери в алкален разтвор.

Силно окисляване. Гликарнови киселини

• Окислител: разредена азотна киселина
• Какво е окислено: двата края на въглеродната верига. Окисляването на кетозата с азотна киселина протича с разцепването на С-С връзките.
• Продукти за окисляване: гликарова киселина

Когато се образуват гликарови киселини, функционалните групи в краищата на веригата се „изравняват“ и от някои алдози се образуват мезо-съединения.

Ензимно окисляване в организма. Глюкуронови киселини

• Окислител: ензими в организма. В лабораторни условия се извършва многоетапен синтез за защита на карбонилната група.
• Какво е окислено: хидрокси група на шестия въглероден атом независимо от карбонила
• Продукти за окисляване: гликуронови киселини

Гликуроновите киселини са част от полизахаридите (пектин, хепарин). Важна биологична роля на D-глюкуроновата киселина е, че много токсични вещества се екскретират от тялото с урината под формата на разтворими глюкурониди.

Реакции на полуацетален хидроксил. Гликозиди

Монозахаридите са способни да свързват съединения от различно естество, за да образуват гликозиди. Гликозид - молекула, в която въглехидратният остатък е свързан с друга функционална група чрез гликозидна връзка.

В присъствието на киселини монозахаридите реагират със съединения, съдържащи хидроксилна група. В резултат на това се образуват циклични ацетали -.

Структурата на гликозидите

Молекулата на гликозид се състои от две части - въглехидратен компонент и агликон:

По вида на връзката между въглехидратния остатък и агликона има:

По размер на цикъла гликозиди:

• пиранозиди
• фуранозиди

По природа на въглехидратите:

• глюкозиди (глюкозни ацетали)
• рибозиди (рибоза ацетали)
• фруктозиди (фруктоза ацетали)

По природа на агликон:

• феноликозиди
• антрахинонови гликозиди

Получаване на гликозиди

Често срещан метод за получаване на гликозиди е преминаването на газообразен хлороводород (катализатор) през разтвор на монозахарид в алкохол:

Хидролиза на гликозиди

Гликозидите лесно се хидролизират в кисела среда, устойчиви на хидролиза в леко алкална среда. Фуранозидите, поради напрежението на цикъла, се хидролизират по-лесно от пиранозидите. В резултат на хидролизата на гликозидите се образуват съответните хидрокс-съдържащи съединения (алкохол, фенол и др.) И монозахарид.

Образуване на етер

Когато алкохолните хидроксилни групи реагират с алкил халогениди, се образуват етери. Етерите са устойчиви на хидролиза, а гликозидната връзка се хидролизира в кисела среда:

Образуване на естери

Монозахаридите влизат в реакция на ацилиране с органични кислородни анхидриди. В резултат се образуват естери. Естерите се хидролизират както в кисела, така и в алкална среда:

Дехидратация

Дехидратацията на въглехидратите се получава при нагряване с минерални киселини.

Въглехидратите изпълняват една от най-важните функции в живите организми. Те са източник на енергия и участват в метаболизма.

общо описание

Друго име на въглехидратите е захарта. Въглехидратите имат две определения:

• от гледна точка на биологията - биологично активни вещества, които са източник на енергия за живите организми, включително хората;
• от гледна точка на химията - органични съединения, състоящи се от няколко карбонилни (-CO) и хидроксилни (-OH) групи.

Елементи, които образуват въглехидрати:

• въглерод;
• водород;
• кислород.

Общата формула на въглехидратите е C n (H 2 O) m. Минималният брой въглеродни и кислородни атоми е три. Съотношението на водорода към кислорода винаги е 2: 1, както във водна молекула.

Източникът на въглехидрати е процесът на фотосинтеза. Въглехидратите съставляват 80% от сухото растително вещество и 2-3% от животинските вещества. Въглехидратите са част от АТФ, универсален енергиен източник.

Видове

Въглехидратите са голяма група органични вещества. Те се класифицират по два начина:

• броят на въглеродните атоми;
• броят на структурните единици.

В зависимост от броя на въглеродните атоми в една молекула (структурна единица), има:

• триози;
• тетрози;

• пентози;
• хексози;
• хептози.

Молекулата може да съдържа до девет въглеродни атома. Най-значими са пентозите (C 5 H 10 O 5) и хексозите (C 6 H 12 O 6). Пентозите са компоненти на нуклеиновите киселини. Хексозите са част от полизахаридите.

Фигура: 1. Структурата на монозахарида.

Според втория критерий за класификация въглехидратите са:

• простосъстоящ се от една молекула или структурна единица (монозахариди);
• комплекссъдържащи много молекули (олигозахариди, полизахариди).

  Характеристиките на сложните структури са описани в таблицата на въглехидратите.

  

  Фигура: 2. Структурата на полизахарида.

  Един от най-значимите видове олигозахариди са дизахаридите, които се състоят от два монозахарида. Те служат като източник на глюкоза и изпълняват изграждаща функция в растенията.

  Физически свойства

  Монозахаридите и олигозахаридите имат сходни физични свойства:

  • кристална структура;
  • сладък вкус;
  • разтворимост във вода;
  • прозрачност;
  • неутрално рН в разтвор;
  • ниски точки на топене и кипене.

  Полизахаридите са по-сложни вещества. Те са неразтворими и нямат сладък вкус. Целулозата е вид полизахарид, който е част от клетъчните стени на растенията. Хитин, подобен на целулозата, се намира в гъбички и черупки на членестоноги. Нишестето се натрупва в растенията и се разпада на прости въглехидрати, които осигуряват енергия. В животинските клетки гликогенът изпълнява резервна функция.

  Химични свойства

  В зависимост от структурата, всеки въглехидрат има специални химични свойства. Монозахаридите, по-специално глюкозата, се подлагат на многостепенно окисление (при липса и присъствие на кислород). В резултат на пълно окисление се образуват въглероден диоксид и вода:

  C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O.

  При липса на кислород ферментацията протича под действието на ензими:

  • алкохол-

    C6H12O6 → 2C2H5OH (етанол) + 2CO2;

  • млечна киселина-

    C 6 H 12 O 6 → 2CH 3 -CH (OH) -COOH (млечна киселина).

  В противен случай полизахаридите взаимодействат с кислород, изгаряйки до въглероден диоксид и вода:

  (C 6 H 10 O 5) n + 6O 2 → 6nCO 2 + 5nH 2 O.

  Олигозахаридите и полизахаридите се разлагат до монозахариди при хидролиза:

  • C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6;
  • (C6H10O5) n + nH2O → nC6H12O6.

  Глюкозата реагира с меден (II) хидроксид и амонячен разтвор на сребърен оксид (сребърна огледална реакция):

  • CH2OH- (CHOH) 4 -CH \u003d O + 2Cu (OH) 2 → CH2OH- (CHOH) 4 -COOH + Cu2O ↓ + 2H2O;
  • CH 2 OH- (CHOH) 4 -CH \u003d O + 2OH → CH 2 OH- (CHOH) 4 -COONH 4 + 2Ag ↓ + 3NH 3 + H 2 O.

  

  Фигура: 3. Реакцията на сребърното огледало.

  Какво научихме?

  От темата по химия 10 клас научи за въглехидратите. Това са биоорганични съединения, състоящи се от една или повече структурни единици. Една единица или молекула се състои от карбонилни и хидроксилни групи. Разграничете монозахаридите, състоящи се от една молекула, олигозахаридите, включително 2-10 молекули, и полизахаридите - дълги вериги от много монозахариди. Въглехидратите са сладки на вкус и силно разтворими във вода (с изключение на полизахаридите). Монозахаридите се разтварят във вода, окисляват се, взаимодействат с меден хидроксид и амониев сребърен оксид. Полизахаридите и олигозахаридите се подлагат на хидролиза. Полизахаридите изгарят.

  Тест по тема

  Оценка на доклада

  Среден рейтинг: 4.6. Общо получени оценки: 176.

Въглехидрати

Видове въглехидрати.

Въглехидратите са:

1) Монозахариди

2) Олигозахариди

3) Сложни въглехидрати

нишесте12.jpg

Основни функции.

Енергия.

Пластмасов.

Доставка на хранителни вещества.

Специфични.

Защитни.

Регулаторни.

Химични свойства

Монозахаридите проявяват свойствата на алкохоли и карбонилни съединения.

Окисление.

а) Както при всички алдехиди, окислението на монозахаридите води до съответните киселини. Така че, когато глюкозата се окислява с амонячен разтвор на сребърен оксид хидрат, се образува глюконова киселина (реакцията "сребърно огледало").

б) Реакцията на монозахаридите с меден хидроксид при нагряване също води до алдонови киселини.

в) По-силните окислители се окисляват до карбоксилната група не само алдехидната, но и основната алкохолна група, което води до двуосновна захарна (алдарова) киселини. Обикновено за това окисление се използва концентрирана азотна киселина.

Възстановяване.

Намаляването на захарите води до многоатомни алкохоли. Като редуциращ агент се използват водород в присъствието на никел, литиев алуминиев хидрид и др.

III. Специфични реакции

В допълнение към горното, глюкозата се характеризира и с някои специфични свойства - ферментационни процеси. Ферментацията е разграждане на захарните молекули от ензими (ензими). Захарите с кратно на три въглеродни атома се ферментират. Има много видове ферментация, сред които най-добре са известни следните:

а) алкохолна ферментация

б) млечнокисела ферментация

в) маслена ферментация

Споменатите видове ферментация, причинени от микроорганизми, имат широко практическо значение. Например алкохолът се използва за производство на етилов алкохол, във винопроизводството, пивоварството и др., А млечната киселина се използва за производство на млечна киселина и ферментирали млечни продукти.

3. Стереоизомеризъм на монозахариди от серия D и L. Отворени и циклични формули. Пираноза и фураноза. α- и β-аномери. Тавтомеризъм на циклоцепи. Феноменът на муторотация.

Способността на редица органични съединения да въртят равнината на поляризация на поляризираната светлина надясно или наляво се нарича оптична активност. Въз основа на горното следва, че органичните вещества могат да съществуват под формата на правовъртящи и левовъртящи се изомери. Такива изомери се наричат \u200b\u200bстереоизомери и самият феномен на стереоизомера.

По-строга система за класификация и обозначаване на стереоизомери се основава не на въртенето на равнината на поляризация на светлината, а на абсолютната конфигурация на стереоизомерната молекула, т.е. взаимното подреждане на четири непременно различни заместителни групи, разположени във върховете на тетраедъра, около въглеродния атом, разположен в центъра, който се нарича асиметричен въглероден атом или хирален център. Хиралните или, както ги наричат \u200b\u200bоще, оптично активни въглеродни атоми са обозначени в структурни формули със звездички

По този начин, терминът стереоизомерия трябва да се разбира като различна пространствена конфигурация на заместители в съединения, имащи еднаква структурна формула и имащи същите химични свойства. Този вид изомерия се нарича още огледална изомерия. Добър пример за огледална изомерия са дясната и лявата длан на ръката. По-долу са представени структурните формули на стереоизомерите на глицералдехид и глюкоза.

Ако асиметричен въглероден атом в прожекционната формула на глицеролен алдехид има OH група вдясно, такъв изомер се нарича D-стереоизомер, а ако OH групата е вляво, L-стереоизомер.

В случай на тетрози, пентози, хексози и други монози, които имат два или повече асиметрични въглеродни атома, принадлежността на стереоизомера към серията D или L се определя от позицията на групата OH при предпоследния въглероден атом във веригата - това е и последният асиметричен атом. Например, за глюкозата се оценява ориентацията на групата OH към 5-ти въглерод. Наричат \u200b\u200bсе абсолютно огледални стереоизомери енантиомери или антиподи.

Стереоизомерите не се различават по своите химични свойства, но се различават по биологично действие (биологична активност). Повечето монозахариди в тялото на бозайниците принадлежат към D-серията - ензимите, отговорни за техния метаболизъм, са специфични за тази конфигурация. По-специално, D-глюкозата се възприема като сладко вещество поради способността си да взаимодейства с вкусовите пъпки на езика, докато L-глюкозата е безвкусна, тъй като нейната конфигурация не се възприема от вкусовите пъпки.

По принцип структурата на алдозата и кетозата може да бъде представена по следния начин.

Стереоизомерия. Монозахаридните молекули съдържат няколко центъра на хиралност, което е причината за съществуването на много стереоизомери, съответстващи на една и съща структурна формула. Например, алдохексозата има четири асиметрични въглеродни атома и 16 стереоизомери съответстват на нея (24), т.е. 8 двойки енантиомери. В сравнение със съответните алдози, кетохексозите съдържат един хирален въглероден атом по-малко; следователно броят на стереоизомерите (23) намалява до 8 (4 двойки енантиомери).

Отворен (нецикличен) формите на монозахариди са изобразени под формата на проекционни формули на Фишер. Въглеродната верига се записва вертикално в тях. При алдозите алдехидната група е поставена отгоре, при кетоза, основната алкохолна група, съседна на карбонилната група. Номерирането на вериги започва с тези групи.

D, L-системата се използва за означаване на стереохимия. Присвояването на монозахарид към D- или L-серията се извършва според конфигурацията на най-отдалечения от оксо групата хирален център, независимо от конфигурацията на останалите центрове! За пентозите такъв „определящ“ център е атомът С-4, а за хексозите - С-5. Позицията на OH групата в последния център на хиралност вдясно показва, че монозахаридът принадлежи към D-ред, отляво - към L-ред, т.е.по аналогия със стереохимичния стандарт - глицеролен алдехид

Циклични форми. Отворените форми на монозахариди са удобни за разглеждане на пространствените връзки между стереоизомерни монозахариди. Всъщност монозахаридите са структурно циклични хемиацетали. Образуването на циклични форми на монозахариди може да бъде представено в резултат на вътремолекулното взаимодействие на карбонилни и хидроксилни групи, съдържащи се в монозахаридната молекула.

За първи път цикличната хемиацетална формула на глюкозата е предложена от А. А. Коли (1870). Той обясни липсата на някои алдехидни реакции в глюкозата с наличието на тричленен етиленов оксиден (а-оксиден) цикъл:

По-късно Tollens (1883) предлага подобна формула на хемиацетална глюкоза, но с петчленен (у-оксиден) бутиленов оксиден пръстен:

Формулите на Коли - Толенс са тромави и неудобни, не отразяват структурата на цикличната глюкоза, затова бяха предложени формулите на Howorth.

В резултат на циклизация, термодинамично по-стабилна фураноза (петчленна)и пиранозни (шестчленни) цикли. Имената на циклите идват от имената на сродни хетероциклични съединения - фуран и пиран.

Образуването на тези цикли е свързано със способността на въглеродните вериги на монозахаридите да приемат доста благоприятна хелатна конформация. В резултат на това алдехидните (или кетонните) и хидроксилните групи при С-4 (или при С-5), т.е. тези функционални групи, в резултат на взаимодействието на които възниква вътрешномолекулна циклизация, са близки в пространството.

В цикличната форма се създава допълнителен център на хиралност - въглеродният атом, който преди това е бил част от карбонилната група (за алдозите това е С-1). Този атом се нарича аномерен и двата съответни стереоизомера са α- и β-аномери (фиг. 11.1). Аномерите са специален случай на епимери.

При α-аномера конфигурацията на аномерния център е еднаква с конфигурацията на „крайния” хирален център, който определя принадлежността към d- или l-серията, докато при β-аномера е обратното. В проекция формули на Фишър в d-серията монозахариди в α-аномера, OH гликозидната група е вдясно, а в β-аномера, вляво от въглеродната верига.

Фигура: 11.1. Образуване на α- и β-аномери чрез примера на d-глюкоза

Формулите на Хауърт. Цикличните форми на монозахариди са изобразени под формата на перспективни формули на Howorth, в които циклите са показани под формата на плоски полигони, разположени перпендикулярно на равнината на чертежа. Кислородният атом се намира в пиранозния цикъл в далечния десен ъгъл, във фуранозния - зад равнината на цикъла. Символите за въглеродните атоми в циклите не показват.

За да се премине към формулите на Хюорс, цикличната формула на Фишър се трансформира така, че кислородният атом на цикъла се намира на една права линия с въглеродните атоми, включени в цикъла. Това е показано по-долу за a-d-глюкопираноза чрез две пермутации в атома С-5, което не променя конфигурацията на този асиметричен център (виж 7.1.2). Ако трансформираната формула на Фишер е поставена хоризонтално, както се изисква от правилата за писане на формулите на Хюорт, тогава заместителите вдясно от вертикалната линия на въглеродната верига ще бъдат под равнината на цикъла, а тези вляво ще бъдат над тази равнина.

При d-алдохексозите в пиранозна форма (и при d-алдопентозите във фуранозна форма) групата CH2OH винаги е разположена над равнината на цикъла, което е формален знак за d-серията. Гликозидната хидроксилна група в a-аномерите на d-алдозата се намира под равнината на цикъла, в β-аномерите - над равнината.

D-ГЛУКОПИРАНОЗА

Преходът се извършва по същите правила при кетоза, което е показано по-долу за примера на един от аномерите на фуранозната форма на d-фруктоза.

Тавтомеризъм на циклоцепипоради прехода на отворените форми на монозахариди към циклични и обратно.

Призовава се промяната във времето на ъгъла на въртене на равнината на поляризация на светлината от разтвори на въглехидрати мутаротация.

Химичната същност на мутаротацията е способността на монозахаридите да съществуват под формата на равновесна смес от тавтомери - отворени и циклични форми. Този тип тавтомеризъм се нарича цикло-оксотавтомеризъм.

В разтвори се установява равновесие между четирите циклични тавтомера на монозахаридите чрез отворената форма, оксоформата. Извиква се взаимопревръщането на a- и β-аномерите един в друг чрез междинна оксоформа аномеризация.

По този начин, в разтвор, г-глюкозата съществува под формата на тавтомери: оксоформи и a- и β-аномери на циклични форми на пираноза и фураноза.

ЛАКТИМ-ЛАКТАМИЧНА ТАВТОМЕРИЯ

Този тип тавтомеризъм е характерен за азотсъдържащите хетероцикли с N \u003d C-OH фрагмент.

Взаимовръщането на тавтомерните форми е свързано с прехвърлянето на протон от хидроксилната група, която прилича на фенолна OH група, към главния център, пиридиновия азотен атом и обратно. Обикновено лактамната форма преобладава в равновесие.

Моноаминомонокарбоксилна.

По полярността на радикала:

С неполярен радикал: (аланин, валин, левцин, фенилаланин) моноамино, монокарбоксилна

С незареден полярен радикал (глицин, серин, аспарагин, глутамин)

С отрицателно зареден радикал (аспарагинова, глутаминова киселина) моноамино, дикарбоксилна

С положително зареден радикал (лизин, хистидин) диамино, монокарбоксилна

Стереоизомерия

Всички естествени а-аминокиселини, с изключение на глицин (NH 2 -CH 2 -COOH), имат асиметричен въглероден атом (а-въглероден атом), а някои от тях дори имат два хирални центъра, например треонин. По този начин всички аминокиселини могат да съществуват като двойка несъвместими огледални антиподи (енантиомери).

За първоначалното съединение, с което е обичайно да се сравнява структурата на а-аминокиселините, обикновено се приемат D- и L-млечни киселини, чиито конфигурации от своя страна са установени за D- и L-глицеринови алдехиди.

Всички трансформации, които се случват в тези серии по време на прехода от глицералдехид към α-аминокиселина, се извършват в съответствие с основното изискване - те не създават нови и не разрушават стари връзки в асиметричния център.

Серинът (понякога аланин) често се използва като еталон за определяне на конфигурацията на а-аминокиселина.

Естествените аминокиселини, които изграждат протеините, принадлежат към L-серията. D-формите на аминокиселините са сравнително редки, те се синтезират само от микроорганизми и се наричат \u200b\u200b"неестествени" аминокиселини. D-аминокиселините не се усвояват от животински организми. Интересно е да се отбележи ефектът на D- и L-аминокиселините върху вкусовите рецептори: повечето аминокиселини от L-серията имат сладък вкус, докато аминокиселините от D-серията са горчиви или безвкусни.

Без участието на ензими, спонтанният преход на L-изомери към D-изомери с образуването на еквимоларна смес (рацемична смес) се случва за достатъчно дълъг период от време.

Рацемизацията на всяка L-киселина при дадена температура се извършва с определена скорост. Това обстоятелство може да се използва за определяне на възрастта на хората и животните. Така например в твърдия емайл на зъбите има протеин, наречен дентин, в който L-аспартатът се превръща в D-изомера при температура на човешкото тяло със скорост 0,01% годишно. По време на формирането на зъбите дентинът съдържа само L-изомера, поради което възрастта на човек или животно може да се изчисли от съдържанието на D-аспартат.

I. Общи свойства

1. Вътремолекулярна неутрализация → образува се биполярен цвиттерион:

Водните разтвори са електропроводими. Тези свойства се обясняват с факта, че молекулите на аминокиселини съществуват под формата на вътрешни соли, които се образуват поради прехвърлянето на протон от карбоксила към амино групата:

zwitterion

Водните разтвори на аминокиселини имат неутрална, кисела или алкална среда, в зависимост от броя на функционалните групи.

2. Поликондензация→ образуват се полипептиди (протеини):

Когато две α-аминокиселини взаимодействат, дипептид.

3. Разлагане → Амин + въглероден диоксид:

NH 2 -CH 2 -COOH → NH 2 -CH 3 + CO 2

IV. Качествена реакция

1. Всички аминокиселини се окисляват от нинхидрин, за да образуват синьо-виолетови продукти!

2. С йони на тежки метали α-аминокиселините образуват интракомплексни соли. Комплекси от мед (II), които имат наситено син цвят, се използват за откриване на а-аминокиселини.

Физиологично активни пептиди. Примери.

Пептидите, притежаващи висока физиологична активност, регулират различни биологични процеси. Според биорегулаторния ефект пептидите обикновено се разделят на няколко групи:

· Съединения с хормонална активност (глюкагон, окситоцин, вазопресин и др.);

· Вещества, които регулират храносмилателните процеси (гастрин, стомашен инхибиторен пептид и др.);

· Пептиди, които регулират апетита (ендорфини, невропептид-Y, лептин и др.);

· Съединения с аналгетичен ефект (опиоидни пептиди);

· Органични вещества, които регулират висшата нервна дейност, биохимичните процеси, свързани с механизмите на паметта, ученето, появата на чувство за страх, ярост и др .;

· Пептиди, които регулират кръвното налягане и съдовия тонус (ангиотензин II, брадикинин и др.).

Пептиди, които имат противотуморни и противовъзпалителни свойства (Lunazin)

Невропептиди - съединения, синтезирани в неврони със сигнални свойства

Класификация на протеини

-по молекулярна форма (кълбовидна или фибриларна);

-по молекулно тегло (ниско молекулно тегло, високо молекулно тегло и др.);

-по химическа структура (наличие или отсъствие на непротеинова част);

-чрез локализация в клетката (ядрени, цитоплазмени, лизозомни и др.);

-чрез локализация в тялото (протеини от кръв, черен дроб, сърце и др.);

-адаптивно регулиране на количеството на тези протеини, ако е възможно: протеини, синтезирани с постоянна скорост (конститутивни), и протеини, чийто синтез може да се засили под въздействието на фактори на околната среда (индуцируеми);

-по продължителност на живота в клетка (от много бързо обновяващи се протеини, с T 1/2 по-малко от 1 час, до много бавно обновяващи се протеини, T 1/2 от които се изчисляват за седмици и месеци);

-чрез подобни области на първичната структура и свързаните с тях функции (протеиново семейство).

Класификация на протеините по химична структура

Прости протеини. Някои протеини съдържат само полипептидни вериги, състоящи се от аминокиселинни остатъци. Те се наричат \u200b\u200b"прости протеини". Пример за прости протеини - хистони; те съдържат много аминокиселинни остатъци лизин и аргинин, радикалите на които имат положителен заряд.

2. Сложни протеини . Много протеини, в допълнение към полипептидните вериги, съдържат непротеинова част, прикрепена към протеина чрез слаби или ковалентни връзки. Непротеиновата част може да бъде представена от метални йони, всякакви органични молекули с ниско или високо молекулно тегло. Такива протеини се наричат \u200b\u200b„сложни протеини“. Непротеиновата част, която е здраво свързана с протеина, се нарича протезна група.

В биополимерите, чиито макромолекули се състоят от полярни и неполярни групи, полярните групи са солватирани, ако разтворителят е полярен. В неполярен разтворител, съответно, неполярните области на макромолекулите са солватирани.

Обикновено набъбва добре в течност, близка до него по химична структура. Така че, въглеводородните полимери като каучуци набъбват в неполярни течности: хексан, бензен. Биополимерите, чиито молекули съдържат голям брой полярни функционални групи, например протеини, полизахариди, набъбват по-добре в полярни разтворители: вода, алкохоли и др.

Образуването на солватираща обвивка на полимерна молекула е придружено от освобождаването на енергия, което се нарича топлината на подуване.

Подуване на топлиназависи от естеството на веществата. Той е максимален при набъбване в полярен разтворител на HMC, съдържащ голям брой полярни групи и минимум при набъбване в неполярен разтворител на въглеводороден полимер.

Киселинността на средата, при която се установява равенството на положителните и отрицателните заряди и протеинът става електрически неутрален, наречен изоелектрична точка (IEP). Протеините, в които IEP се намира в кисела среда, се наричат \u200b\u200bкиселинни. Протеините, за които стойността на IEP е в алкална среда, се наричат \u200b\u200bосновни протеини. Повечето растителни протеини имат IEP в леко кисела среда.

... Подуването и разтварянето на спиралата зависи от:
1. естеството на разтворителя и полимера,
2. структура на полимерни макромолекули,
3. температура,
4. наличието на електролити,
5. върху рН на средата (за полиелектролити).

Роля на 2,3-дифосфоглицерат

2,3-дифосфоглицерат се образува в еритроцитите от 1,3-дифосфоглицерат, междинен метаболит на гликолиза, в реакции, наречени rappoport шънт.

Rappoport шунтиращи реакции

2,3-дифосфоглицерат се намира в централната кухина на тетрамера на дезоксихемоглобина и се свързва с β-вериги, образувайки напречен солен мост между кислородните атоми на 2,3-дифосфоглицерата и аминогрупите на крайния валин на двете β-вериги, както и аминогрупите на радикалите лизин и хистидин.

Местоположение на 2,3-дифосфоглицерат в хемоглобина

Функцията на 2,3-дифосфоглицерат е в намаляващ афинитет хемоглобин до кислород. Това е особено важно при изкачване на височина, с липса на кислород във вдишания въздух. При тези условия свързването на кислорода с хемоглобина в белите дробове не се нарушава, тъй като неговата концентрация е относително висока. Въпреки това, в тъканите, поради 2,3-дифосфоглицерат, добивът на кислород се увеличава 2 пъти.

Въглехидрати. Класификация. Функции

Въглехидрати - наричат \u200b\u200bсе органични съединения, състоящи се от въглерод (С), водород (Н) и кислород (О2). Общата формула за такива въглехидрати е Cn (H2O) m. Пример е глюкоза (C6H12O6)

Химически въглехидратите са органични вещества, съдържащи неразклонена верига от няколко въглеродни атома, карбонилна група (С \u003d О) и няколко хидроксилни групи (ОН).

В човешкото тяло въглехидратите се произвеждат в незначителни количества, поради което повечето от тях постъпват в тялото с храната.

Видове въглехидрати.

Въглехидратите са:

1) Монозахариди(най-простите форми на въглехидрати)

Глюкоза С6Н12О6 (основното гориво в нашето тяло)

Фруктоза С6Н12О6 (най-сладкият въглехидрат)

Рибоза C5H10O5 (част от нуклеинови киселини)

Еритроза C4H8O4 (междинна форма при разграждането на въглехидратите)

2) Олигозахариди (съдържат от 2 до 10 монозахаридни остатъка)

Захароза С12Н22О11 (глюкоза + фруктоза, или просто - тръстикова захар)

Лактоза C12H22O11 (млечна захар)

Малтоза C12H24O12 (малцова захар, съставена от два свързани остатъка от глюкоза)

110516_1305537009_Sugar-Cubes.jpg

3) Сложни въглехидрати (състоящ се от много глюкозни остатъци)

Нишесте (С6H10O5) n (най-важният въглехидратен компонент на диетата, човек консумира около 80% нишесте от въглехидрати.)

Гликоген (енергийните резерви на тялото, излишната глюкоза, когато попадне в кръвта, се съхранява в тялото под формата на гликоген)

нишесте12.jpg

4) Влакнести или несмилаеми въглехидрати, определени като диетични фибри.

Целулоза (най-разпространената органична материя на земята и вид влакна)

Чрез проста класификация въглехидратите могат да бъдат разделени на прости и сложни. Простите включват монозахариди и олигозахариди, сложни полизахариди и фибри.

Основни функции.

Енергия.

Въглехидратите са основният енергиен източник. Когато въглехидратите се разграждат, освободената енергия се разсейва като топлина или се натрупва в молекулите на АТФ. Въглехидратите осигуряват около 50 - 60% от дневната консумация на енергия на тялото, а по време на мускулна издръжливост - до 70%. Окисляването на 1 g въглехидрати отделя 17 kJ енергия (4,1 kcal). Тялото използва като основен енергиен източник свободна глюкоза или складирани въглехидрати под формата на гликоген. Той е основният енергиен субстрат на мозъка.

Пластмасов.

Въглехидратите (рибоза, дезоксирибоза) се използват за изграждане на АТФ, АДФ и други нуклеотиди и нуклеинови киселини. Те са част от някои ензими. Отделните въглехидрати са структурните компоненти на клетъчните мембрани. Продуктите от превръщането на глюкозата (глюкуронова киселина, глюкозамин и др.) Са част от полизахаридите и сложните протеини на хрущяла и други тъкани.

Доставка на хранителни вещества.

Въглехидратите се съхраняват (съхраняват) в скелетните мускули, черния дроб и други тъкани като гликоген. Систематичната мускулна дейност води до увеличаване на запасите от гликоген, което увеличава енергийния потенциал на тялото.

Специфични.

Някои въглехидрати участват в осигуряването на специфичността на кръвните групи, играят ролята на антикоагуланти (причиняващи съсирване), като рецептори за веригата от хормони или фармакологични вещества, осигуряващи антитуморен ефект.

Защитни.

Сложните въглехидрати са компоненти на имунната система; мукополизахаридите се намират в лигави вещества, които покриват повърхността на съдовете на носа, бронхите, храносмилателния тракт, пикочните пътища и предпазват от проникване на бактерии и вируси, както и срещу механични повреди.

Регулаторни.

Фибрите на храната не се поддават на процеса на разделяне в червата, но активират перисталтиката на чревния тракт, ензимите, използвани в храносмилателния тракт, подобрявайки храносмилането и усвояването на хранителните вещества.

Въглехидратите, заедно с протеините и липидите, са най-важните химични съединения на живите организми. В организма на животните и хората въглехидратите изпълняват много важни функции: на първо място енергийни (основният вид клетъчно гориво), структурни (съществен компонент на повечето вътреклетъчни структури), защитни (значението на полизахаридите за поддържане на имунитета е голямо).

Въглехидратите се използват и за синтеза на нуклеинови киселини (рибоза, дезоксирибоза); те са съставни части на нуклеотидни коензими, които играят изключително важна роля в метаболизма на живите същества. Напоследък сложните смесени биополимери, съдържащи въглехидрати, привличат все по-голямо внимание. Такива смесени биополимери включват освен нуклеинови киселини, гликопептиди и гликопротеини, гликолипиди и липополизахариди, гликолипопротеини и др. Тези вещества изпълняват сложни и важни функции в организма.

В състава на тялото на хората и животните въглехидратите присъстват в по-малки количества (не повече от 2% от сухото телесно тегло) от протеините и липидите. В растителните организми въглехидратите представляват до 80% от сухата маса, поради което като цяло в биосферата има повече въглехидрати, отколкото всички други органични съединения, взети заедно.

За първи път терминът "въглехидрати" е предложен от К. Шмид, професор на университета Дорпат (сега Тарту) през 1844 г. По това време се предполага, че всички въглехидрати имат общата формула C m (H 2 O) n, т.е. въглерод + вода. Оттук и името "въглехидрати". Например, глюкозата и фруктозата имат формулата C 6 (H 2 O) 6, тръстиковата захар (захароза) - C 12 (H 2 O) 11, нишестето - [C 6 (H 2 O) 5] n и др. B освен това се оказа, че редица съединения, принадлежащи към класа на въглехидратите по своите свойства, съдържат водород и кислород в малко по-различно съотношение от посоченото в общата формула (например дезоксирибоза - C 5 H 10 O 4. През 1927 г. Международната комисия за реформи Химическата номенклатура предлага да се замени терминът "въглехидрати" с термина "глициди", но той не е широко разпространен. Старото наименование "въглехидрати" се утвърждава и е твърдо утвърдено в науката, като е общопризнато.

Трябва да се отбележи, че химията на въглехидратите заема едно от водещите места в историята на развитието на органичната химия. Тръстиковата захар може да се счита за първото органично съединение, изолирано в химически чиста форма. Синтезът (извън тялото) на въглехидрати от формалдехид, извършен през 1861 г. от А. М. Бутлеров, е първият синтез на едно от трите основни вещества (протеини, липиди, въглехидрати), които изграждат живите организми. Химичната структура на най-простите захари е изяснена в края на 19-ти век в резултат на фундаментални изследвания от немски учени Г. Клиани и Е. Фишер. Значителен принос за изследването на захарите са направили руските учени А. А. Коли, П. П. Шоригин и др. През 20-те години на миналия век в трудовете на английския изследовател У. Хюорт се поставят основите на структурната химия на полизахаридите. От втората половина на 20 век се наблюдава бързо развитие на химията и биохимията на въглехидратите, поради тяхното важно биологично значение.

Според приетата в момента класификация въглехидратите се разделят на три основни групи: монозахариди, олигозахариди и полизахариди.

Монозахаридите могат да се разглеждат като производни на многоатомни алкохоли, съдържащи карбонилна (алдехидна или кетонна) група. Ако карбонилната група е в края на веригата, тогава монозахаридът е алдехид и се нарича алдоза; във всяка друга позиция на тази група монозахаридът е кетон и се нарича кетоза.

Най-простите представители на монозахаридите са триозите: глицералдехид и дихидроксиацетон. Когато основната алкохолна група на триадводен алкохол, глицерол, се окисли, се образува глицералдехид (алдоза) и окисляването на вторичната алкохолна група води до образуването на дихидроксиацетон (кетоза):

Стереоизомеризъм на монозахаридите ... Всички монозахариди съдържат един или повече асиметрични въглеродни атоми: алдотриоза - 1 център на асиметрия, алдотетроза - 2, алдопентоза - 3, алдохексоза - 4 и др. Кетозите съдържат един по-малко асиметричен атом от алдозите със същия брой въглеродни атоми. Следователно кетотриозата - дихидроксиацетон - не съдържа асиметрични въглеродни атоми. Всички други монозахариди могат да съществуват под формата на различни стереоизомери. За обозначаване на стереоизомери, проекционните формули, предложени от Е. Фишер, са удобни. За да се получи прожекционната формула, въглеродната верига на монозахарида се поставя вертикално с алдехидна (или кетонна) група в горната част на веригата, а самата верига трябва да има формата на полупръстен, изпъкнал към наблюдателя (фиг. 79).

Общият брой на стереоизомерите за всеки монозахарид се изразява по формулата: N \u003d 2 n, където N е броят на стереоизомерите и n е броят на асиметричните въглеродни атоми. Както вече беше отбелязано, глицералдехидът съдържа само един асиметричен въглероден атом и следователно може да съществува като два различни стереоизомера.

Изомерът на глицералдехид, в който, когато моделът се проектира върху равнината, OH групата при асиметричния въглероден атом се намира от дясната страна се счита за D-глицералдехид, а огледалното отражение се счита за L-глицералдехид:

Алдохексозите съдържат четири асиметрични въглеродни атома и могат да съществуват като 2 4 \u003d 16 стереоизомери, от които например глюкозата е представителен. За алдопентозите и алдотетрозата броят на стереоизомерите е съответно 2 3 \u003d 8 и 2 2 \u003d 4.

Всички изомери на монозахариди се подразделят на D- и L-форми (D- и L-конфигурация) според сходството на разположението на атомните групи в последния център на асиметрията с подреждането на групи в D- и L-глицералдехид. Естествените хексози - глюкоза, фруктоза, маноза и галактоза - принадлежат по правило в стереохимична конфигурация към съединения от D-серията.

Също така е известно, че естествените монозахариди имат оптична активност. Способността да се върти равнината на поляризиран светлинен лъч е една от най-важните характеристики на веществата (включително монозахариди), чиито молекули имат асиметричен въглероден атом или са асиметрични като цяло. Свойството да върти равнината на поляризиран лъч вдясно се обозначава със знак (+), а в обратната посока - със знак (-). По този начин, D-глицералдехидът завърта равнината на поляризирания лъч вдясно, т.е. D-глицералдехидът е D (+) - алдотриоза и L-глицералдехид - L (-) - алдотриоза. Трябва обаче да се помни, че посоката на ъгъла на въртене на поляризирания лъч, която се определя от асиметрията на молекулата като цяло, не е предвидима предварително. Монозахаридите, принадлежащи към стереохимичната конфигурация към D-серията, могат да бъдат левовъртящи се. По този начин, често срещаната форма на глюкоза, която се среща в природата, е правоъгълна, а общата форма на фруктоза е левовъртяща.

Циклични (полуацетални) форми на монозахариди (формули на Толенс). Всеки от монозахаридите, притежаващ редица специфични физични свойства (точка на топене, разтворимост и др.), Се характеризира със специфична стойност на специфичното въртене [α] 20 D. Установено е, че стойността на специфичното въртене при разтваряне на който и да е монозахарид постепенно се променя и само при продължително престояване на разтвора достига съвсем определена стойност. Така например, прясно приготвен разтвор на глюкоза има [α] 20 D \u003d + 112,2 °, който след дълго престояване достига равновесната стойност [α] 20 D \u003d + 52,5 °. Промяната в специфичното въртене на разтворите на монозахариди при изправяне (във времето) се нарича мутаротация. Очевидно мутаротацията трябва да бъде причинена от промяна в асиметрията на молекулата и следователно от трансформацията на нейната структура в разтвор.

Явлението мутаротация има следното обяснение. Известно е, че алдехидите и кетоните лесно и обратимо реагират с еквимоларно количество алкохол, за да образуват хемиацетали:

Реакцията на образуване на хемиацетал също може да се проведе в рамките на същата молекула, ако това не е свързано с пространствени ограничения. Според теорията на Байер вътремолекулното взаимодействие на алкохолната и карбонилната групи е най-благоприятно, ако води до образуването на пет- или шестчленни пръстени. Когато се образуват хемиацетали, възниква нов асиметричен център (в случая на D-глюкоза това е C1). Шестчленните захарни пръстени се наричат \u200b\u200bпиранози, а петчленните - фуранози. Α-формата е тази, при която положението на полуацеталния хидроксил е същото като хидроксила (свободен или участващ в образуването на оксидния пръстен) върху асиметричния въглероден атом, което определя принадлежността към D- или L-серията. С други думи, във формулите с α-модификацията на монозахаридите от D-серията, хемиацеталният хидроксил е написан вдясно, а във формулите на представителите на L-серията - вляво. Когато пишете β-форми, направете обратното.

Често α- и β-формите се наричат \u200b\u200bанамери (от гръцки. Ana - нагоре, нагоре от), тъй като в обичайното вертикално изображение на формулите на алдозите тези форми се различават по конфигурации при първия въглероден атом.

По този начин явлението мутаротация е свързано с факта, че всеки твърд захарен препарат е някаква циклична (хемиацетална) форма, но при разтваряне и престояване на разтворите, тази форма чрез алдехид се трансформира в други тавтомерни циклични форми до постигане на равновесие. В този случай специфичната характеристика на въртене на първоначалната циклична форма постепенно се променя и накрая се установява постоянна специфична характеристика на въртене на равновесната смес от тавтомери. Например беше установено, че във водните разтвори глюкозата е предимно под формата на α- и β-глюкопиранози, в по-малка степен α- и β-глюкофураноза и много малко количество под формата на алдехидни форми. Трябва да се подчертае, че от различните тавтомерни форми на глюкоза в свободно състояние са известни само α- и β-пиранози. Доказано е съществуването на малки количества фураноза и алдехидни форми в разтвори, но в свободно състояние те не могат да бъдат изолирани поради нестабилност. По-долу са тавтомерните циклични форми на D-глюкоза [покажи]

Проекционни формули на Хауърт

През 20-те години Хауърт предлага по-изтънчен начин за написване на структурните формули на въглехидратите. За разлика от формулите на Толенс, които имат очертания на правоъгълници, формулите на Хюорс са шестнадесетични или петоъгълници и са показани в перспектива: пръстенът лежи в хоризонталната равнина. Връзките, които са по-близо до четеца, са изобразени с удебелени линии (въглеродните атоми от цикъла не се записват). Заместителите, разположени вдясно от молекулната верига в нейното линейно представяне, са поставени под равнината на пръстена, а заместителите вляво са разположени над равнината на пръстена. Обратното правило се прилага само за този единичен въглероден атом, чиято хидроксилна група участва в образуването на цикличния полуацетал. Така че, в D-захарите, групата CH 2 OH е написана в горното положение, а водородният атом със същия въглероден атом е записан в дъното. И накрая, трябва да се помни, че когато пишете структурните формули според Howors, хидроксилната група в C 1 ще бъде разположена под равнината на пръстена в α-формата и по-висока в β-формата [покажи]

Конформация на монозахариди ... Проекционните формули на Хауърт не отразяват истинската конформация на монозахаридите. Работите на Рийвс, а след това и на много други автори, показват, че подобно на циклохексана, пиранозният пръстен може да има две конфигурации - формата на стол и формата на лодка. Конфигурацията на формата на стола обикновено е по-стабилна и очевидно именно тази конфигурация преобладава в повечето от естествените захари (фиг. 80).

Основните реакции на монозахаридите,
продукти на реакцията и техните свойства

• Полуацетални хидроксилни реакции... Както вече беше отбелязано, монозахаридите, както в кристално състояние, така и в разтвор, съществуват предимно в полусърцеви форми. Хемиацеталният хидроксил е по-реактивен и може да бъде заменен от други групи при реакции с алкохоли, карбоксилни киселини, феноли и др. Съединението, което действа върху полуацеталния хидроксил на монозахарида, се нарича агликон, а реакционният продукт се нарича гликозид. Според α- и β-изомерите на монозахаридите съществуват α- и β-гликозиди. Например, в реакцията на метилов алкохол (агликон) с глюкоза (например в β-пиранозна форма) в присъствието на неорганични киселини се получава продукт на алкилиране, метил-β-D-глюкопиранозид:

  

  При въздействие върху β-D-глюкопираноза с оцетна киселина се образува продукт на ацилиране - ацетил-β-D-глюкопиранозид:

  

  Други хидроксилни групи на монозахаридите също са способни на ацилиране и метилиране, въпреки че това изисква много по-строги условия. В случаите, когато алкохолите, фенолите или карбоксилните киселини действат като агликони, реакционните продукти се наричат \u200b\u200bО-гликозиди. Следователно, метил-β-D-глюкопиранозидът и ацетил-β-D-глюкопиранозидът са О-гликозиди (връзката с агликона е чрез кислород). Естествените О-гликозиди, повечето от които се образуват в резултат на жизнената дейност на растенията, съществуват главно в β-формата.

  Много важен клас гликозиди са N-гликозидите, при които връзката с агликон се осъществява чрез азот, а не чрез кислород. Съществуват и S-гликозиди, които са производни на циклични форми на тиозахариди, в меркапто групата (-SH) при C1, от която водородният атом е заместен с радикал. S-гликозидите се намират в редица растения (горчица, черногория, глог и др.).

  N-гликозидите се считат за захарни производни, при които гликозиловата част на молекулата е свързана чрез азотен атом с радикала на органично съединение, което не е захар. Подобно на O-гликозидите, N-гликозидите могат да бъдат конструирани като пиранозиди или като фуранозиди и да имат α- и β-форми:

  

  N-гликозидите включват продукти от разцепването на нуклеинови киселини и нуклеопротеини (нуклеотиди и нуклеозиди), ATP, NAD, NADP, някои антибиотици, които са изключително важни в метаболизма и т.н.

• Реакции, включващи карбонилната група. Въпреки че линейната хидроксикарбонилна форма присъства в кристални препарати на монозахариди и техните разтвори в малки количества, нейното участие в тавтомерно равновесие придава на монозахаридите всички свойства, присъщи на алдехидите (в алдозите) или кетоните (при кетозата). Вече се запознахме със способността на алдозата и кетозата да добавят алкохоли (виж по-горе). Нека да разгледаме някои други свойства сега.
• Аминозахар - производни на монозахариди, чиято хидроксилна група (-OH) е заместена с амино група (-NH2). В зависимост от положението на аминогрупата (при въглеродните атоми) в молекулата на аминозахарта се разграничават 2-амино, 3-амино, 4-амино захар и др.

  Аминозахарите притежават всички свойства на амини, често срещани монозахариди, както и специфични свойства, дължащи се на пространствената близост на хидроксилните и аминовите групи.

  При хората и животните най-важните аминозахари са D-глюкозамин и D-галактозамин:

  

  Аминозахаридите са част от мукополизахариди от животински, растителен и бактериален произход, представляват въглехидратни компоненти на различни гликопротеини и гликолипиди. В състава на тези високомолекулни съединения аминогрупата на амино захарта най-често е ацилирана и понякога сулфонирана (вж. Хондроитин-4-сулфат).

Олигозахаридите са въглехидрати, чиито молекули съдържат от 2 до 8-10 монозахаридни остатъка, свързани с гликозидни връзки. В съответствие с това се разграничават дизахариди, тризахариди и др.

Дизахаридите са сложни захари, всяка молекула от които при хидролиза се разпада на две монозахаридни молекули. Дизахаридите, заедно с полизахаридите, са един от основните източници на въглехидрати в човешката и животинската храна. По своята структура дизахаридите са гликозиди, в които две молекули монозахариди са свързани чрез гликозидна връзка.

Сред дизахаридите малтозата, лактозата и захарозата са особено добре известни.

Малтозата, която е α-глюкопиранозил- (1-4) -α-глюкопираноза, се образува като междинен продукт при действието на амилазите върху нишестето (или гликоген) и съдържа два остатъка от α-D-глюкоза. Името на захарта, чийто хемиацетален хидроксил участва в образуването на гликозидната връзка, завършва на „тиня“.

В молекулата на малтозата вторият глюкозен остатък има свободен полуацетален хидроксил. Такива дизахариди имат редуциращи свойства.

Един от най-често срещаните дизахариди е захарозата, обикновена хранителна захар. Молекулата на захарозата се състои от един D-глюкозен остатък и един D-фруктозен остатък. Следователно това е α-глюкопиранозил- (1-2) -β-фруктофуранозид:

За разлика от повечето дизахариди, захарозата няма свободен полуацетален хидроксил и няма редуциращи свойства.

Дисахаридната лактоза се намира само в млякото и се състои от D-галактоза и D-глюкоза. Това е α-глюкопиранозил- (1-4) -глюкопираноза:

Тъй като лактозната молекула съдържа свободен полуацетален хидроксил (в глюкозния остатък), тя принадлежи към броя на редуциращите дизахариди.

От естествените тризахариди малко са важните. Най-известната е рафинозата, която съдържа остатъци от фруктоза, глюкоза и галактоза, която се намира в големи количества в захарното цвекло и много други растения.

По принцип олигозахаридите, присъстващи в растителните тъкани, са по-разнообразни по своя състав от олигозахаридите на животинските тъкани.

От гледна точка на общите принципи на структурата, полизахаридите могат да бъдат разделени на две групи, а именно: хомополизахариди, състоящи се от монозахаридни единици само от един тип, и хетерополизахариди, които се характеризират с наличието на два или повече вида мономерни единици.

По отношение на функционалността полизахаридите също могат да бъдат разделени на две групи: структурни и резервни полизахариди. Целулозата е важен структурен полизахарид, а основните резервни полизахариди са гликоген и нишесте (съответно при животни и растения). Тук ще бъдат обсъдени само хомополизахариди. Хетерополизахаридите са описани в глава "Биохимия на съединителната тъкан".

Нишестето е смес от два хомополизахарида: линеен - амилоза и разклонен - \u200b\u200bамилопектин, чиято обща формула е (C 6 H 10 O 5) n [покажи] .

По правило съдържанието на амилоза в нишестето е 10-30%, амилопектин - 70-90%. Нишестените полизахариди са изградени от глюкозни остатъци, свързани в амилоза и в линейни вериги на амилопектин чрез α-1,4-глюкозидни връзки и в точките на разклонение на амилопектина от междуверижни α-1,6-глюкозидни връзки.

В молекулата на амилозата средно са свързани около 1000 глюкозни остатъка, отделни линейни участъци от молекулата на амилопектина се състоят от 20-30 такива единици.

Амилозата не дава истински разтвор във вода. Амилозната верига във вода образува хидратирани мицели. Амилозата става синя в разтвор, когато се добавя йод. Амилопектинът също дава мицеларни разтвори, но формата на мицелите е малко по-различна. Полизахаридът амилопектин е оцветен с йод в червено-виолетов цвят.

Нишестето има молекулно тегло 10 6 -10 7. При частична кисела хидролиза на нишесте се образуват полизахариди с по-малка степен на полимеризация - декстрини, с пълна хидролиза - глюкоза. Нишестето е най-важният хранителен въглехидрат за хората; съдържанието му в брашно е 75-80%, в картофи 25%.

Гликоген - основният резервен полизахарид на висшите животни и хората, изграден от остатъци от α-D-глюкоза. Емпиричната формула на гликоген, като нишесте (C 6 H 10 O 5) n. Гликогенът се намира в почти всички органи и тъкани на животните и хората; по-голямата част се намира в черния дроб и мускулите. Молекулното тегло на гликогена е 10 7 -10 9 и по-високо. Неговата молекула е изградена от разклонени полиглюкозидни вериги, в които глюкозните остатъци са свързани чрез α-1,4-глюкозидни връзки. В точките на разклонение има α-1,6-глюкозидни връзки. Гликогенът е подобен по структура на амилопектина.

В гликогенната молекула се разграничават вътрешни клонове - участъци от полиглюкозидни вериги между точките на клонове и външни клонове - участъци от периферната точка на клона до нередуциращия край на веригата (фиг. 81) [покажи] ... По време на хидролизата гликогенът, подобно на нишестето, се разгражда, образувайки първо декстрини, след това малтоза и накрая глюкоза.

Целулоза (фибри) - най-разпространеният структурен полизахарид в растителния свят.

Целулозата се състои от остатъци на α-глюкоза в тяхната β-пиранозна форма, т.е.

План:

1. Дефиниция на понятието: въглехидрати. Класификация.

2. Състав, физични и химични свойства на въглехидратите.

3. Разпространение в природата. Получаване. Приложение.

Въглехидрати - органични съединения, съдържащи карбонилни и хидроксилни групи на атоми с обща формула Cn (H2O) m, (където n и m\u003e 3).

Въглехидрати - Веществата от първостепенно биохимично значение са широко разпространени в живата природа и играят важна роля в човешкия живот. Името въглехидрати произхожда от анализа на първите известни представители на тази група съединения. Веществата от тази група се състоят от въглерод, водород и кислород, а съотношението на броя на водородните и кислородните атоми в тях е същото като във водата, т.е. за всеки 2 водородни атома има един кислороден атом. През миналия век те се считаха за въглеродни хидрати. Оттук и руското име за въглехидрати, предложено през 1844г. К. Шмит. Общата формула на въглехидратите, според казаното, е C m H 2n O n. Когато „n" се извади от скобите, се получава формулата C m (H 2 O) n, която много ясно отразява наименованието „въглища - вода". Изследването на въглехидратите показа, че има съединения, които според всичките си свойства трябва да бъдат отнесени към групата на въглехидратите, въпреки че те имат състав, който не съвпада точно с формулата C m H 2n O n. Въпреки това старото име „въглехидрати“ е оцеляло и до днес, макар и по с това наименование понякога се използва по-ново име, глициди, за обозначаване на разглежданата група вещества.

Въглехидрати могат да бъдат разделени на три групи : 1) Монозахариди - въглехидрати, които могат да бъдат хидролизирани, за да образуват по-прости въглехидрати. Тази група включва хексози (глюкоза и фруктоза) и пентоза (рибоза). 2) Олигозахариди - кондензни продукти на няколко монозахариди (например захароза). 3) Полизахариди - полимерни съединения, съдържащи голям брой монозахаридни молекули.

Монозахариди. Монозахаридите са хетерофункционални съединения. Техните молекули едновременно съдържат както карбонил (алдехид или кетон), така и няколко хидроксилни групи, т.е. монозахаридите са полихидроксикарбонилни съединения - полихидроксиалдехиди и полихидроксикетони. В зависимост от това монозахаридите се подразделят на алдози (монозахаридът съдържа алдехидна група) и кетоза (съдържа кето група). Например, глюкозата е алдоза, а фруктозата е кетоза.

Получаване. В свободна форма глюкозата се намира главно в природата. Освен това е структурна единица на много полизахариди. Други свободни монозахариди са редки и обикновено са известни като компоненти на олиго- и полизахариди. В природата глюкозата се получава в резултат на фотосинтетичната реакция: 6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6O 2 За първи път глюкозата е получена през 1811 г. от руския химик Г. Е. Кирххоф по време на хидролизата на нишестето. По-късно синтезът на монозахариди от формалдехид в алкална среда е предложен от А. М. Бутлеров