3.1 Классификация углеводов: пищевые и природные углеводы
Углеводы- большая группа природных соединений. Большинство из них имеет
состав Сn (Н2О )m ( m =n , m< n ) - отсюда и возникло название «углеводы», тем более, что при нагревании их без доступа кислорода образуются два вещества: углерод и вода.
Углеводы подразделяют на три класса :
- моносахариды
- олигосахариды (оligos - греч - малый )
- полисахариды.
Олиго- и полисахариды можно рассматривать как продукты поликонденсации моносахаридов, которые отличаются числом мономерных звеньев моносахаридов.
Олиго- и полисахариды могут состоять из одинаковых или различных моносахаридов.
В первом случае такие полисахариды называются гомополисахариды , а во втором- гетерополисахариды.
3.1.2 Моносахариды
Общая формула моносахаридов Сn (Н2О)n
Физические свойства : твердые кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде,
водные растворы имеют нейтральную реакцию. Растворимость глюкозы в воде : 1,5 г глюкозы в 1мл( 1,5 :1). Моносахариды плохо растворимы в этаноле и других спиртах, не растворимы в бензоле, эфире. Все моносахариды сладкие на вкус, что связано с присутствием в составе молекулы нескольких гидроксильных групп ( вспомните, глицерин также сладкий на вкус). Относятся к осмоактивным веществам.
Номенклатура моносахаридов.
Чаще используют тривиальные названия, которые имеют окончание «оза» : глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза..
Классификация моносахаридов:
Моносахариды классифицируют по двум основным признакам :
I. По числу атомов углерода – в природе наибольшее распространение имеют моносахариды , содержащие 3 -6 атомов углерода: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы
II. По природе карбонильной группы : содержащие альдегидную группу называют альдозы, кетоновую группу- кетозы.
Оба признака объединяют в одном названии: альдопентоза, кетогексоза.
По составу и строению моносахариды – полигидроксикарбонильные соединения
(альдегиды или кетоны, в которых остальные атомы углерода связаны каждый с одной с гидроксильной группой; если один атом не связан с гидроксильной группой, то соединение относится к дезоксимоносахаридам )
Углеводы существуют в линейной и циклических формах. Запись в линейной форме проводят в проекциях Фишера, углеродный скелет записывают вертикально, указывая конфигурацию каждого хирального центра (d или l )
Нумерация атомов , как обычно, производится от карбонильной группы, а перечисление конфигурации асимметричных атомов начинают снизу вверх, от того атома, который определяет принадлежность к стереоряду (природные моносахариды принадлежат
стереоряду)
Изомерия моносахаридов. Стереоизомерия. L- и Д- ряды. Диастереомеры, энантиомеры, эпимеры. Значение отдельных представителей
Триозы.
Существуют три триозы: энантиомеры D- и L-глицериновый альдегид и их структурный изомер диоксиацетон ( Напоминаем, что энантиомеры- это зеркальные стереоизомеры).
СНО СН2 ОН СНО
| | |
Н—С—ОН С=О НО—С—Н
| | |
СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН
D- глицериновый альдегид диоксиацетон L-глицериновый альдегид
В животных и растительных клетках образуется и участвует в обмене веществ только
D - глицериновый альдегид .
В растительной клетке
происходит
присоединение СО2 и увеличение
числа атомов в моносахариде
СНО
|
Н—С—ОН D-
конфигурация у последнего асимметрического
| центра сохраняется
СН2 ОН
глицериновый альдегид
Моносахариды с большим числом атомов углерода (4, 5, 6 и так далее) в растительных и животных клетках сохраняют конфигурацию этого атома , большинство природных моносахаридов животных клеток относятся D- стереоряду
Тетрозы С4 (Н2О)4 содержат два хиральных атома углерода и существуют в виде
стереоизомеров. В свободном состоянии в клетках человека не встречаются и
образуются в качестве промежуточных соединений при метаболизме глюкозы в пентозофосфатном цикле.
Пентозы
Состав пентозы С5(Н2О)5, или С5Н10О5. Различают два вида: альдозы и кетозы. Альдозы содержат три хиральных атома , и образуют 8 стереоизомеров (четыре принадлежат D- ряду, четыре L – ряду ).
В организме человека встречаются D- рибоза, D- ксилоза, в небольшом количестве
D- арабиноза и дезоксиальдопентоза - D - 2- дезоксирибоза.
Кетоза D- рибулоза содержит во втором положении оксо-группу. Большинство природных кетоз содержит оксо-группу в положении 2 углеродного скелета. Это вызвано тем, что альдозы и 2- кетозы могут превращаться друг в друга в процессе изомеризации.
Две пентозы D- Рибоза (d d d) и D-арабиноза(d d l ) в растворе взаимно превращаются друг в друга. Промежуточным соединением является D-рибулоза. (d d). В точности также в процессе изомеризации D- рибулоза может превращаться в оба углевода- D-рибозу и D-арабинозу.
1СНО СНО СНО СНО СН2 ОН
| | | | |
Н –С-ОН d Н –С-ОН d НО –С-Н l Н –С –Н С=О
| | | | |
Н-С-ОН d НО-С-Н l Н-С-ОН d Н-С-ОН d Н- С-ОН d
| | | | |
Н-С-ОН d Н-С-ОН d Н-С-ОН d Н-С-ОН d Н-С-ОН d
| | | | |
5 СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН
D-рибулоза(dd)
D - рибоза (d d d) D- ксилоза (d l d ) D- арабиноза(d d l) D - 2- дезоксирибоза
Два природных углевода, которые имеют общую кетозу, являются эпимерами, в слабо щелочном растворе превращаются друг в друга; процесс превращения называется - эпимеризацией (в терминах стереоизомерии- эпимеры- диастереомеры)
D- Рибоза ( d d d ) <——> D-рибулоза(d d) <——> D-арабиноза(d d l )
В более широком понимании- эпимеры- диастереомеры, отличающиеся конфигурацией только одного хирального центра.
Гексозы
Состав гексозы С6(Н2О)6 или С6 Н12О6 .
Различают два вида гексоз : альдозы и кетозы
Альдозы содержат четыре хиральных атома , и образуют 16 стереоизомеров.(восемь принадлежат D- ряду, восемь L – ряду )
В биологическом отношении наиболее важное значение для организма человека имеют три альдозы D- стереоряда: D- глюкоза (d d l d ), D- манноза (d d l l),
D – галактоза. (d l l d ) и кетоза D – фруктоза (d d l ).
1СНО СНО СНО СН2 ОН
| | | |
Н –С-ОН d НО –С-Н l Н –С-ОН l С=О
| | | |
НО-С-Н l НО-С-Н l Н-С-ОН d НО- С- Н l
| | | |
Н-С-ОН d Н-С-ОН d НО-С- Н l Н-С-ОН d
| | | |
Н- С-ОН d Н- С-ОН d Н- С-ОН d Н- С-ОН d
| | | |
6СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН СН2 ОН
D- глюкоза (d d l d) D- манноза (d d l l) D– галактоза (d l l d) D– фруктоза (d d l ).
Все перечисленные три альдогексозы- диастереомеры (эпимеры) .