Углеводы

Ф КГМУ 4/3-04/02

ИП №6 от 14 июня 2007 г.

 

Карагандинский государственный медицинский университет

Кафедра фармацевтических дисциплин с курсом химии

 

ЛЕКЦИЯ

 

Тема: «Углеводы»

 

Дисциплина:  химия

 

Специальность:  5В130100 «Общая медицина»

 

Курс: 1

 

Время (продолжительность):  50 мин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Караганда 2012 г.

 

Утверждена на заседании курса химии

 

«29». 08. 2012 г.  Протокол № 1

 

Ответственный за курс ______________Л.М. Власова  
Тема: Углеводы.

 

Цель:   Закрепить и развить знания принципов  стереохимического строения, таутомерного равновесия  и химических свойств моносахаридов. Разобрать их химические свойства за счёт всех функциональных групп. Сформировать знание принципов строения и основных химических превращений важнейших олиго- и полисахаридов, участвующих в процессах жизнедеятельности.

 

План лекции:

1. Углеводы. Классификация. Биологическая роль.
2. Химические свойства моносахаридов.
3. Дисахариды: мальтоза, целлобиоза, лактоза, сахароза. Их строение и свойства.
4. Полисахариды - гомополисахариды: крахмал, гликоген, целлюлоза.
5. Гетерополисахариды.

 

Тезисы лекции.

УГЛЕВОДЫ

     Углеводы составляют  обширную группу соединений, представляющих  собой первичные продукты фотосинтеза  и исходные продукты биосинтеза  других веществ  в растениях. Углеводы содержатся в клетках всех живых организмов. Они составляют  до 80% массы сухого вещества растений и около 2 % сухого вещества животных организмов.

     Животные и человек  не способны синтезировать сахара  и получают их с различными  пищевыми продуктами растительного происхождения.

     В растениях углеводы  образуется  из СО2 и Н2О  в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой  за счёт  солнечной энергии с участием земного пигмента растений хлорофилла.

                    6СО 2 +6 Н 2О  хлорофилл свет С6Н12О6 +6О2

В зависимости от  строения углеводы делятся на:

1. Моносахариды
2. Дисахариды
3. Полисахариды

     Моносахариды - это простейшие углеводороды, не  гидролизующиеся с образованием более простейших  углеводов. Среди  моносахаридов  по характеру  карбонильной группы  различают альдозы (содержат альдегидную группу) и кетозы (содержат кетонную группу), а  по числу  углеводных  атомов – триозы, тетрозы,  пентозы, гексозы и т.д. Наиболее распространены в природе пентозы и гексозы.

                                                           Моносахариды    

                           Стереоизомерия моносахаридов.

Стереоизомерия моносахаридов относится к конфирмационной (различие между изомерами  вызвано способностью атомов и групп атомов вращаться вокруг одинарных  σ- связей).

Для стереоизомеров моносахаридов характерно наличие нескольких хиральных центров, по количеству которых число изомеров определяется:

                                             N=2n  

  n-число хиральных центров

 N-число изомеров

Принадлежность  к Д -, L - ряду (относительная конфигурация) определяется по конфигурационному стандарту - глицериновому альдегиду.

 

                         Химические свойства  моносахаридов.

 

1. Моносахариды относятся к сильным восстановителям. Способность глюкозы окисляться используется для её обнаружения в биологических жидкостях. Альдегидная группа переходит в карбоксильную, образуются глюкуроновые  кислоты. 

  СОН                                                            СООН

       С Н2О                                                           С H2O

 

       С Н2О          + Ag2O                                    C H2O      + 2 Ag  

       С Н2О         C H2O

       С Н2О         C H2O

        С  Н2О Н           C H2OH

 

Д-глюкоза                                          Д - глюконовая кислота

 

                              Реакция Троммера

        COH                                                         COOH

   

     CH2O                                                           CH2O

     CH2O + 2 Cu (OH)2                             CH2O         +     2Cu OH

  
     CH2O                                                           CH2O            H2O      Cu2O

 
     CH2O                                                           CH2O

  
     CH2OH                                                        CH2OH

 

                     Восстановление моносахаридов

После восстановления карбонильной группы при участии водорода образуется многоатомные спирты.

Рибоза - рибит                    глюкоза - сорбит

Ксилоза - ксилит                галактоза - дульцит

Наибольший интерес представляют сорбит и ксилит, используемые как заменители сахара при сахарном диабете.

 

     COH   CH2OH

    CH2O   CH2O

 

    CH2O                                                CH2O

       +  H 2      

    CH2O                                                CH2O

    CH2O                                               CH2O

 

    CH2OH                                             CH2OH

 

Д-глюкоза Д-сорбит

  COH  CH2OH

  CH2O     CH2O

  CH2O           + H 2                                 CH2O

  CH2O                                                     CH2O

  CH2OH                                                  CH2OH

 

Д-ксилоза Д-ксилит

 

   3.Окисление первичной спиртовой группы.

 

При окислении только концевой первично-спиртовой группы образуются гликуроновые, (уроновые) кислоты.

  

     COH   COOH

    CH2O   CH2O

 

    CH2O                                                CH2O

       + [ O ]      

    CH2O                                                CH2O

    CH2O                                                CH2O

 

    CH2OH                                             CH2OH

 

α- Д глюкоза                                    Д - глюкуроновая  кислота

Уроновые кислоты входят в состав  полисахаридов, например в состав гепарина.

 

4. Образование простых эфиров.

 

Простые эфиры получаются при взаимодействии  спиртовых  групп моносахаридов с  алкилгалогенидами. Огромное значение имеют некоторые моно- и дифосфорные эфиры сахаров, например 6 – фосфат глюкозы, 1,6-дифосфат фруктозы.

 

 

                           HO    OH

                                \  /

                      СН2 – Р = О

                                           О

                                    О

               Н                         Н

                                                                  глюкозо – 6 -монофосфат

 

 

          НО                                    ОН

 

                                         ОН

 

 

          НО

                \                                         О           

         О = Р –  О – Н2С                                        Н                     

                /

           НО                                                                    OH

                                                                                   /

                               НО                            СН2 – О – Р = О

                                                                                   \

                                                                                     OH

                                         ОН

 

             Фруктозо - 1,6 – дифосфат

 

Фосфорные эфиры моносахаридов являются промежуточными продуктами брожения и других биологических процессов расщепления и биосинтеза углеводов. Они также являются структурными компонентами ряда коэнзимов, нуклеиновых кислот и нуклеопротеидов.

 

                   Производные моносахаридов.

 

Аминосахара – производные моносахаридов, ОН – группы которых замещена на NH2 – группы.

В зависимости от положения – NH2   различают 2-амино, 3-амино, 4-амино,...

По числу – NH2   выделяют моноаминосахара, ди-, три -,…аминосахара

В организме человека и животных наиболее важными  являются  Д- глюкозами и Д- галактозами.

                      СН2 ОН

 

                                          О

               Н                               Н

                         ОН                            глюкозамин

 

 

          НО                                   ОН

 

                     Н           NH2

 

                      СН2ОН

 

                                          О

          НО                          Н

                         ОН                            галактозамин 

 

 

              Н                                  ОН

 

                      Н          NH2

 

 

Аминосахара являются составной частью хонрозамина, участвующего в построении хрящей. АС являются углеводными компонентами различных гликопротеинов и гликолипидов. Важное место среди М. занимает иейраминовая кислота и её производные – сиаловые кислоты. В свободном состоянии нитроаминовая кислота содержится в спинномозговой жидкости.

     Сиаловые кислоты  – производные нитроаминовой  кислоты, в которых – NH2 и – ОН группы ацилированы остатками уксусной или гликолевой кислот. СК представляют собой бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, не растворимы в неполярных органических растворителях.

Они  являются компонентами специфических веществ крови и тканей, входят в состав ганглиозидов мозга, участвующих в проведении нервных импульсов.

 

Сложные углеводы, или полисахариды – это углеводы, которые могут гидролизоваться с образование простых углеводов. Общая формула сложных углеводов СmH2nOn.

    Все полисахариды можно  рассматривать как ангидриды  простых сахаров, получающихся путем  отнятия одной или нескольких молекул воды от двух или более молекул моносахарида. В зависимости от числа молекул моносахаридов, образующихся при гидролизе, полисахариды делятся на : ди-, три-, и т.д. сахариды.

 

                                   Строение дисахаридов.        

 

     Все дисахариды построены  по типу гликозидов: все они  представляют собой производные  циклической формы моносахарида, у которого атом водорода в  полуацетальном гидроксиле замещен остатком другой молекулы моносахарида. Одна молекула всегда участвует в построении молекулы дисахарида своим полуацетальным гидроксилом. Другая молекула может участвовать своим спиртовым гидроксилом в образовании связи, а полуацетальный гидроксил может оставаться свободным.

     Отсутствие или наличие  в молекуле дисахарида свабодного  полуауетального гидроксила сильно  отражается на свойствах дисахаридов. Различают группы невосстанавливающих  и восстанавливающих дисахаридов.