Классификация белков

Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые  по всем свойствам нужно отнести  в группу углеводов, хотя они имеют  состав не точно соответствующий  формуле С_мH_2пО_п. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название - глициды.

Большой класс углеводов  разделяют на две группы: простые  и сложные.

Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода С_пН_2nО_п.

Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода С_мН_2пО_п.

II. КЛАССИФИКАЦИЯ ВСЕХ ВИДОВ УГЛЕВОДОВ

Углеводы

Простые Сложные

МОНОСАХАРИДЫ  ДИСАХАРИДЫ

Тетрозы С₄Н₈О₄ сахароза C12H22O11

элитроза лактоза

треоза мальтоза

Пентозы С₅Н₁₀О₅ целобиоза

арабиноза ПОЛИСАХАРИДЫ

ксилоза (С₅Н₈О₄)_n

рибоза пентозаны

ГЕКСОЗЫ С₆Н₁₂О₆ (С₆Н₁₀О₅)_n

глюкоза целлюлоза

манноза крахмал

галактоза гликоген

фруктоза

Моно- ( 1 молекула)	Олиго- (< 10 молекул)	Поли- (>10 молекул)
Рибоза Фруктоза Глюкоза C6H12O6	Сахароза = глюкоза +фруктоза Мальтоза = глюкоза + глюкоза	Крахмал (C6H10O5)n целлюлоза глюкоген - животный сахар

 

III. ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ  УГЛЕВОДОВ

1. Моносахариды

Моносахариды - это твердые вещества, способные кристаллизоваться. Они гидроскопичны, очень легко растворимы в воде, легко образуют сиропы, из которых выделить их в кристаллическом виде бывает очень трудно

Растворы моносахаридов  имеют нейтральную на лакмус реакцию  и обладают сладковатым вкусом. Сладость моносахаридов различна: фруктоза в 3 раза слаще глюкозы.

Все моносахориды представляют собой бифункциональные соединения, в состав которых входят неразветвленный угольный скелет, несколько гидроксильных групп и одна карбональная группа. Моносахориды с адельгидной группой называют альдозами, а с некогруппой - кетозами. Ниже приведены структурные формулы важнейших моносахоридов:

Моносахариды, важнейшие  представители простых углеводов, в природе находятся как в  свободном состоянии, так и в  виде своих ангидридов - сложных  углеводов.

Все сложные углеводы можно  рассматривать как ангидриды  простых сахаров, получающиеся путем  отнятия одной или нескольких молекул воды от двух или более  молекул моносахарида.

К сложным углеводам относятся  разнообразные по своим свойствам  вещества и их делят по этой причине  на две подгруппы.

а) Глюкоза

Общая формула, строение. Глюкоза С6Н12О6 представляет собой белые кристаллы, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. В линейной формуле молекулы глюкозы содержат одну альдегидную группу и пять гидроксидных групп. В кристаллах молекулы глюкозы находятся в одной из двух циклических форм (б- илив-глюкоза), которые образуются из линейной формы за счет взаимодействия гидроксильной группы при 5-м атоме углерода с карбональной группой.

Глюкозу называют также виноградным сахаром, так  как она содержится в большом количестве в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза находится и в других сладких плодах и даже в разных частях растений. Распространена глюкоза и в животном мире: 0,1% ее находится в крови. Глюкоза разносится по всему телу и служит источником энергии для организма. Она также входит в состав сахарозы, лактозы, целлюлозы, крахмала.

В растительном мире широко распространена фруктоза или фруктовый (плодовый) сахар. Фруктоза содержится в сладких плодах, меде. Извлекая из цветов сладких плодов соки, пчелы приготавливают мед, который по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Также фруктоза входит в состав сложных сахаров, например тростникового и свекловичного.

В организме человека глюкоза  содержится а мышцах, крови, и в небольших количествах во всех клетках.

В природе глюкоза на ряду с другими углеводами образуется в результате реакции фотосинтеза:

6СО2+6Н2О хролофил С6Н12О6+6О2-Q

В процессе этой реакции аккумулируется энергия  Солнца.

На производстве глюкозу чаще всего получают гидролизом крахмала в присутствии серной кислоты:

(С6Н10О5)n + nН2О Н2SO4, t nС6Н12О6

Физические  свойства. Глюкоза -- бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата С6Н12Об*Н2О. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.

Химические свойства.

Глюкоза обладает химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме  того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами.

Получение.

Первый синтез простейших углеводов из формальдегида  в присутствии гидроксида кальция  был произведен А. М. Бутлеровым в 1861 г.:

О

6Н - С Са(ОН)2 С6Р12О6

Н

Применение

Глюкоза является ценным питательным продуктом. В  организме она подвергается сложным  биохимическим превращениям, в результате которых освобождается энергия, которая накопилась в процессе фотосинтеза. Упрощенно процесс окисления  глюкозы в организме можно  выразить следующим уравнением:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + Q

Этот  процесс протекает ступенчато, и  поэтому энергия выделяется медленно. Так как глюкоза легко усваивается  организмом, ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного  средства. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле (изготовление мармелада, карамели, пряников и т. д.).

Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании  кормов. Если подвергаемая силосованию  масса недостаточно уплотнена, то под  влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению.

На практике используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.

б) Фруктоза

Фруктоза  СеН12Об -- изомер глюкозы. Как и глюкоза, она может существовать в линейной и циклических формах. В линейной форме фруктоза представляет собой кетоноспирт с пятью гидроксильными группами, а в циклической -- кетофуранозу (т.е. пятичленный цикл с атомом кислорода).

Фруктоза вступает во все реакции многоатомных спиртов, но, в отличие от глюкозы, не реагирует  с аммиачным раствором оксида серебра.

в) Рибоза

Рибоза  и дезоксирибоза. Из пентоз большой интерес представляют рибоза и дезоксирибоза, ибо они входят в состав нуклеиновых кислот. Структурные формулы рибозы и дезоксирибозы с открытой цепью следующие:

Название дезоксирибоза показывает, что по сравнению с рибозой в ее молекуле на одну группу ОН меньше.

Как и глюкоза, молекулы рибозы и дезоксирибозы могут иметь и циклическое строение:

2. Дисахариды

Важнейшие дисахариды -- сахароза, мальтоза и лактоза. Все они являются изомерами и имеют формулу С12Н22О11, однако их строение различно.

а) Сахароза

Молекула сахарозы состоит из двух циклов: шестичленного (остатка б-глюкозы в пиранозной форме) и пятичленного (остатка в-фруктозы в фура-нозной форме), соединенных за счет гликозидного гидроксила глюкозы:

Индусы еще  за 300 лет до нашей эры умели  получать тростниковый сахар из тростника. В наше время получают сахарозу из тростника, произрастающего в тропиках (на о.Куба и в других странах Центральной Америки).

В середине 18 века дисахарид  был обнаружен и в сахарной свекле, а в середине 19 века был  получен в производственных условиях.

В сахарной свекле содержится 12-15% сахарозы, по другим источникам 16-20% (сахарный тростник содержит 14-26% сахарозы).

Сахарную свеклу измельчают и извлекают из нее сахарозу горячей  водой в специальных аппаратах-диффузорах. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедший частично в раствор избыточный гидролиз кальция осаждают пропусканием диоксида углерода. Далее после отделения  осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах, получая мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки  получают рафинированный (очищенный) сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется в виде мелких кристаллов или в виде компактных «сахарных  голов», которые раскалывают или  распиливают на куски. Быстрорастворимый  сахар готовят прессованием мелкоизмельченного сахарного песка.

Тростниковый  сахар применяется в медицине для изготовления порошков, сиропов, микстур и т.д.

Свекловичный  сахар широко применяется в пищевой промышленности, кулинарии, приготовлении вин, пива и т.д.

Из молока получают молочный сахар - лактозу. В молоке лактоза  содержится в довольно значительном количестве: в коровьем молоке 4-5,5% лактозы, женское молоко содержит 5,5-8,4% лактозы.

Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гидроскопичности - она не отсыревает. Это свойство имеет большое значение: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующее лекарство, то берут молочный сахар. Если взять тростниковый или свекловичный сахар, то порошок быстро отсыреет и легко гидролизующее лекарственное вещество быстро разложится.

Значение лактозы очень  велико, т.к. она является важным питательным  веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающихся животных.

Солодовый сахар - это промежуточный продукт при гидролизе крахмала. По другому его называют еще мальтоза, т.к. солодовый сахар получается из крахмала при действии солода (по лат. солод - maltum).

Солодовый сахар широко распространен  как в растительных, так и в  животных организмах. Например, он образуется под влиянием ферментов пищеварительного канала, а также при многих технологических  процессах бродильной промышленности: винокурения, пивоварении и т.д.

б) Мальтозы и лактоза

Молекула мальтозы состоит  из двух остатков б -глюкозы в пиранозной форме, соединенных через 1-й и 4-й атомы углерода:

Лактоза состоит из остатков (3-галактозы и а-глюкозы в пиранозной форме, соединенных через 1-й и 4-й атомы углерода:

Все эти вещества представляют собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворимые в воде.

Химические свойства дисахаридов  определяются их строением. При гидролизе  дисахаридов в кислой среде или  под действием ферментов связь  между двумя циклами разрывается и образуются соответствующие моносахариды, например:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О ^Н+, t С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

^{глюкоза фруктоза}

По отношению к окислителям  дисахариды делят на два типа: восстанавливающие  и невосстанавливающие. К первым относятся мальтоза и лактоза, которые реагируют с аммиачным раствором оксида серебра по упрощенному уравнению:

NH3

C₁₂H₂₂O₁₁ + Ag₂O ------ > С₁₂Н₂₂О₁₂ + 2Ag.

Эти дисахариды могут  также восстанавливать гидроксид  меди (II) до оксида меди (I):

C₁₂H₂₂O₁₁ + 2Сu(ОН)₂ ---- > С₁₂Н₂₂О₁₂ + Cu₂Ov + 2Н₂О.

Восстановительные свойства мальтозы и лактозы обусловлены  тем, что их циклические формы  содержат гликозидный гидроксил (обозначен звездочкой), и, следовательно, эти дисахариды могут переходить из циклической формы в альдегидную, которая и реагирует с Ag2O и Сu(ОН)2.

В молекуле сахарозы нет  гликозидного гидроксила, поэтому ее циклическая форма не может раскрываться и переходить в альдегидную форму. Сахароза -- невосстанавливающий дисахарид; она не реагирует с гидро-ксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра.

Распространение в природе. Наиболее распространенный дисахарид -- сахароза. Это химическое название обычного сахара, который получают экстракцией из сахарной свеклы или сахарного тростника. Сахароза -- главный источник углеводов в пище человека.

Лактоза содержится в молоке (от 2 до 8%) и получается из молочной сыворотки. Мальтоза содержится в проросших  семенах хлебных злаков. Мальтоза также образуется при неполном гидролизе  крахмала.

 

 

 

Дисахариды, биозы, углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов. Все дисахариды построены по типу гликозидов. При этом водородный атом гликозидного гидроксила одной молекулымоносахарида замещается остатком др. молекулы моносахарида за счёт полуацетального или спиртовогогидроксила. В первом случае образуются дисахариды, не обладающие восстанавливающими свойствами, во втором — дисахариды с восстанавливающими свойствами (I). В группу невосстанавливающих дисахаридов входят трегалоза (микоза, или грибной сахар), состоящая из 2 остатков глюкозы (II); сахароза, состоящая из остатков глюкозы и фруктозы (III), и др. К группе восстанавливающих дисахаридов относятся мальтоза (IV),целлобиоза (V), лактоза (VI) и др. Дисахариды могут содержать 5- и 6-членные кольца моносахаридов(пентозы и гексозы) и различаться по конфигурации гликозидной связи (a- или b-гликозиды). Пространственные формы (конформации) колец моносахаридных остатков в разных дисахаридах могут варьировать. Так, целлобиоза и мальтоза различаются не только конфигурацией гликозидной связи (a — умальтозы и b — у целлобиозы), но и тем, что в целлобиозе оба остатка находятся в одинаковой конформации, а в мальтозе — в разных.