Углеводы. Дисахариды. Полисахариды. Лекция 6

Дисахариды С12H22O11 – природные биологически активные соединения, молекулы которых состоят из 2 остатков моносахаридов, связанных гликозидной связью.
Дисахариды – твердые кристаллические вещества, очень хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях, сладкие на вкус.
Дисахариды можно классифицировать по характеру гликозидной связи и свойствам:
1. Восстанавливающие (редуцирующие) – дают качественные реакции моносахаридов на альдегидную группу, мутаротируют в растворах – мальтоза, изомальтоза, лактоза, целлобиоза.
2. Невосстанавливающие (нередуцирующие) – не дают качественные реакции моносахаридов, не мутаротируют в растворах, не имеют таутомерных форм – сахароза, трегалоза.

Важнейшие дисахариды.

Дисахариды.

Некоторые химические свойства дисахаридов.
Все дисахариды при гидролизе in vitro в кислой среде дают составляющие их моносахариды.
Мальтоза, изомальтоза, лактоза, сахароза, трегалоза съедобны, перевариваются в ЖКТ с образованием моносахаридов. Целлобиоза – несъедобна.
Все восстанавливающие дисахариды дают реакции с реактивами Фелинга и Толленса с образованием соответствующих бионовых кислот.

Биозначение дисахаридов.
Съедобные дисахариды - важнейший компонент углеводной диеты человека:
Мальтоза и изомальтоза – продукты неполного переваривания крахмала во рту и ЖКТ человека.
Лактоза – молочный сахар, добавка к таблеткам против намокания.
Сахароза – свекловичный (тростниковый) сахар (до 120 г/сут).
Инвертный сахар (продукт гидролиза сахарозы) и мальтозный сироп (из крахмала) применяются в пищевой промышленности.
Трегалоза – сахар грибов и гемолимфы насекомых.
Целлобиоза – продукт неполного гидролиза целлюлозы in vitro и in vivo бактериями.

Полисахариды – большая группа природных биологически активных соединений, полимеров моносахаридов, молекулы которых состоят из остатков моносахаридов (более 10), связанных гликозидной связью. Сахара, молекулы которых содержат 3-10 остатков моносахаридов – олигосахариды.
Олиго- и полисахариды – твердые вещества, по-разному растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
По составу полисахариды делятся на:
Гомополисахариды Сn(H2O)m – построены из, и гидролизуются с образованием моносахаридов 1 типа.
Гетерополисахариды - построены из, и гидролизуются с образованием моносахаридов 2-х и более типов.

Полисахариды очень разнообразны по составу, строению, физико-химическим свойствам, биологической роли и применению, многие используются и в лечебных целях.
Гомополисахариды: крахмал (амилоза + амилопектин), декстрины, гликоген, декстраны, целлюлоза, хитин, хитозан и др.
Гетерополисахариды: гликозаминогликаны (ГАГ): гиалуроновая кислота, хондроитин-4- и 6-сульфаты, гепарин, гепарансульфаты, дерматансульфаты, протеогликаны и др.

Крахмал.
Крахмал (С6H10O5)n – основной запасающий полисахарид растений, полимер α-D-глюкозы, белый порошок, растворимый в воде: в холодной воде набухает, в горячей частично растворяется.
Основной компонент углеводной диеты человека (около 400 г/сут), основной поставщик экзогенной D-глюкозы в организм человека.
Переваривается (гидролизуется) в ЖКТ ступенчато до глюкозы:
(С6H10O5)n → декстрины → мальтоза + изомальтоза → глюкоза
Состоит из 2-х фракций: неразветвленной амилозы и разветвленного амилопектина.
Амилоза дает с йодом интенсивную фиолетовую окраску – образуется комплекс включения I2 в полость спирали молекулы амилозы.

Строение и физико-химические свойства фракций крахмала.
Амилоза – неразветвленный полимер с мол. массой 32-160 тыс., остатки D-глюкозы связаны α-(1→4)-гликозидными связями, хорошо растворяется в горячей воде.
Амилопектин - разветвленный полимер с мол. массой до 1 млн., остатки D-глюкозы связаны α-(1→4)-гликозидными связями в линейных цепях и α-(1→6)-гликозидными связями в точках ветвления через 20-25 остатков глюкозы; в воде растворяется плохо, но набухает.

Гликоген.
Гликоген - основной запасающий полисахарид человека (до 400 г) и животных, высоко-разветвленный полимер α-D-глюкозы, белый порошок, практически не растворимый в воде, структурный аналог амилопектина.
Гликоген отличается от амилопектина большей мол. массой (до 100 млн.) и большей разветвленностью – точки ветвления через 6-12 остатков глюкозы в линейных цепях.
Гликоген запасается в печени и мышцах. Печеночный гликоген гидролизуется до глюкозы и секретируется в кровь при кратковременном голодании (до 12 ч.). Мышцы используют свой гликоген (в форме глюкозо-6-фосфата) при сокращениях при недостатке кислорода.

Декстраны.
Декстраны - высокоразветвленный полимер α-D-глюкозы бактериального происхождения, предшественник клеточных стенок бактерий, ни в чем нерастворим. Мол. масса до 100 млн. В основных цепях связи α-(1→6), в точках ветвления α-(1→4), α-(1→3) и α-(1→2) Компонент сухого вещества зубного налета.
Частично гидролизованные водорастворимые декстраны с мол. массой 30-60 тыс. – плазмо-замещающие растворы – препараты полиглюкин и реополиглюкин.

Целлюлоза и ее производные.
Целлюлоза – природный неразветвленный волокнистый полимер β-D-глюкозы, остатки глюкозы сязаны β-(1→4)-гликозидными связями. Молекулярные цепи собираются в волокна образованием множества водородных связей между группами ОН соседних цепей.
Растворима только в реактиве Швейцера [Cu(NH3)2](OH)2.
Целлюлоза – компонент клеточных стенок растений и древесины, широко используется в промышленности и быту, содержится в растительной пище, необходима для нормальной работы кишечника (5-10 г/сут.).
Многочисленные производные целлюлозы (простые и сложные эфиры) широко применяются – ткани, медицинские пленки, адсорбенты и др.

Важнейшие гликозаминогликаны.

Гиалуроновая кислота.
Важнейший компонент соединительной ткани, мол. масса 2-7 млн., образует очень вязкие разбавленные водные растворы. Входит в состав матрикса соединительной ткани, связок, суставной жидкости, стекловидного тела глаза и др.
Функции: структурная, барьерная.
Имеются препараты гиалуроновой кислоты.

Хондроитин-4 и 6-сульфаты.
Важнейший компонент соединительной ткани, мол. масса 10-60 тыс., образует матрикс хрящевой ткани. Имеет множество сульфатных групп в виде О-эфиров с ОН группами при атомах С-4 или С-6 в остатках N-ацетил-D-галактозамина. Биозный фрагмент – N-ацетилхондрозин, связь между фрагментами - β-(1→4).
Имеются препараты хондроитинсульфатов.

Гепарин.
Твердое вещество, хорошо растворимое в воде, мол. масса 16-20 тыс.
Основное противосвертывающее вещество крови (антикоагулянт) углеводной природы. Синтезируется печенью и ассоциировано с сосудистыми стенками.
Имеет довольно сложный состав и строение (см. табл.).
Применяется в лечебных целях – растворы, гепариновая мазь и др.