Углеводы. Функции углеводов в организме. Классификация углеводов

Впервые термин «углеводы» был предложен профессором Дерптского (ныне Тартуского) университета К.Г. Шмидтом в 1844 г
В то время предполагали, что все углеводы имеют общую формулу Cm(H2O)n
т.е. углевод + вода
глюкоза и фруктоза имеют формулу С(Н2О)6
тростниковый сахар (сахароза) C12(H2O)11
крахмал [С6(Н2О)5]n

Углеводы
К классу углеводов относят органические соединения, содержащую альдегидную или кетонную группу и несколько спиртовых гидроксилов
Углеводы – органические вещества, которые часто встречаются в живой природе: в растительных и животных организмах.
Растения производят углеводы путем восстановительной конденсации оксида углерода IV, используя для этого зеленый пигмент хлорофилл и лучистую энергию в процессе фотосинтеза. Наряду с углеводами растения производят при этом кислород

Функции углеводов в организме
Углеводы служат материалом, при окислении которого выделяется энергия, используемая в биохимических реакциях
Промежуточные продукты окисления углеводов служат исходными веществами для синтеза многих других органических соединений
Углеводы используются для построения субклеточных структур, клеточных оболочек и других образований, выполняющие в организме опорные, защитные и иные функции

Классификация углеводов
Низшие углеводы называются сахарами, соединения сложной структуры – сахаридами.
По правилам номенклатуры название углеводов оканчивается частицей "-оза". Широко применяются тривиальные названия
Классификацию углеводов ведут по признакам:
– Количество атомов углерода в цепи: четыре – тетрозы, пять – пентозы, шесть – гексозы, семь – гептозы, ...
– Тип карбонильной группы: альдегидная группа – альдозы, кетогруппа – кетозы
– Способность окисляться слабыми окислителями (реактив Толленса, реактив Фелинга): восстанавливающие или не восстанавливающие.
– Количество углеводов, входящих в состав молекулы: один – простые сахара, несколько– сложные сахариды.
Сложные сахариды различаются на дисахариды, олигосахариды, полисахариды.

Классификация углеводов

Моносахариды

Моносахариды
Моносахариды можно рассматривать как производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную (альдегидную или кетонную) группу
Если карбонильная группа находится в конце цепи, то моносахарид представляет собой альдегид и называется альдозой
при любом другом положении этой группы моносахарид является кетоном и называется кетозой

По числу атомов углерода моносахариды делят на:
Треозы (3)
Тетрозы (4)
Пентозы (5)
Гексозы (6)
Гептозы (7)

Изомерия моносахаридов
Моносахариды обладают оптической активностью
Из шести атомов углерода, составляющих углеродную цепь молекулы глюкозы, четыре являются ассиметричными.
Глюкозе соответствуют (24)= 16 стереоизомеров, которые образуют восемь пар энантиомеров.
Эмиль Фишер в 1891 году (Нобелевская премия 1902 года) предложил простую методику единообразного изображения конфигурации каждого ассиметричного атома углерода.
– углеродную цепь располагают по вертикали, на ее концах пишут формулы первой и последней функциональных групп (при этом альдегидную группу всегда пишут вверху);
– атомы водорода и гидроксильные группы располагают слева и справа от цепи в соответствии с тем, как они расположены в молекуле.

Э. Фишер предложил сравнивать расположение водорода и гидроксила при втором снизу углеродном атоме в молекуле моносахарида со строением этой группы в глицериновом альдегиде. Глицериновый альдегид – глицероза существует в виде двух оптических антиподов – правовращающего (D – dextrum – правый) и левовращающего (L – levae – левый). Все альдозы, у которых конфигурация нижнего стереоцентра такая же, как у D-глицерозы, относятся к D-ряду, а их антиподы – к L-ряду.

Изомерия моносахаридов
Характерной особенностью моносахаридов является способность к таутомерным превращениям
Кольчато-цепная таутомерия
полуацетальный гидроксил
Циклическая форма
1
2
3
4
5
6
Формула Фишера
открытая форма
Формула Колли-Толленса
Формула Хеуорса

Конформационная изомерия моносахаридов

Важнейшие представители моносахаридов
Глюкоза

Важнейшие представители моносахаридов
Фруктоза

Важнейшие представители моносахаридов
Рибоза

Получение моносахаридов
Фотосинтез
Гидролиз ди- и полисахаридов, который происходит под действием кислот или ферментов

3) Альдольная конденсация формальдегида – первый синтез сахаров был произведен еще А.М. Бутлеровым, в качестве катализатора используют гидроксид кальция
4) Окисление многоатомных спиртов

Химические свойства
1) Реакции как многоатомных спиртов. Взаимодействие с Cu(OH)2

Химические свойства
2) Реакции по альдегидной группе
Окисление (реакция серебряное зеркало, Троммера, с жидкостью Фелинга)
глюкуроновая
кислота
глюконовая
кислота
глюкаровая (сахарная)
кислота

Восстановление
Взаимодействие с HCN
сорбит
гептоза

Взаимодействие с гидроксиламином
Взаимодействие с фенилгидразином
оксим

3) Реакции циклической формы
Алкилирование
Ацилирование

Образование дисахаридов