Тема: Углеводы
План
1. Значение и биофункции.
2. Классификация.
3. Моносахариды.
4. Химические свойства.
5. Производные моносахаридов (уроновые кислоты, аминосахара,
сиаловые кислоты)
6. Олигосахариды.
7. Гомополисахариды.
8. Гетерополисахариды.
9. Пищевая ценность углеводов.
10. Формы нарушения углеводного обмена.
11. Использование углеводов в медицине.
Встречаются в свободной и связанной формах в любой
растительной, животной и бактериальной клетке.
В их состав входят углерод (С), водород (Н) и кислород (О).
Последние два элемента относятся как 2:1, т.е. аналогично
отношению, имеющемуся в воде, откуда и произошло название
«углеводы» (Шмидт К.Г., 1844).
В 1927 г. Международная комиссия по реформе химической номенклатуры предложила термин ≪углеводы≫ заменить
термином ≪глициды≫, однако старое название укоренилось и является общепризнанным.
1861 г. A.M. Бутлеров синтез углеводов (вне организма) из формальдегида - первый синтез представителей одного из трех
основных классов веществ (Б, Л, У), входящих в состав живых организмов.
конец XIX в. Э. Фишер Химическая структура простейших углеводов.
Отечественные ученые А.А. Колли, П.П. Шорыгин, Н.К. Кочетков и др.
В 20-е годы ХХ в У. Хеуорс основы структурной химии полисахаридов.
Сm (H2O) n
Биофункции
1. Энергетическая главный вид клеточного топлива (1г = 4 ккал), ≈ 75% суточного рациона и более 50% от
суточного количества ккал.;
2. Защитно-механическая – основное вещество трущихся поверхностей суставов, сосуды и слизистые
оболочки (гиалуроновая кислота и другие гликозаминогликаны);
3. Опорно-структурная –
целлюлоза в растениях, гликозаминогликаны в составе протеогликанов
(хондроитинсульфат в соединительной ткани); участие углеводных компонентов иммуноглобулинов в поддержании
иммунитета.
4. Гидроосмотическая и ионрегулирующая – гетероПС гидрофильны, «-»заряжены и, т.о, удерживают
Н2О, ионы Са2+, Mg2+, Na+ в межклеточном веществе, обеспечивают тургор кожи, упругость тканей,
5. Кофакторная – гепарин - кофактор липопротеинлипазы плазмы крови и ферментов свертывания крови
(инактивирует тромбокиназу).
6. Большое число белков (ферменты, Б-транспортеры, Б-рецепторы, гормоны) – гликопротеины, углеводная
составляющая которых повышает их специфичность. Например, различия в строении олигосахаридных фрагментов
клеточной оболочки эритроцитов обеспечивают групповую принадлежность крови;
7. Входят в состав мембран (вместе с Б и Л);
8. Глюкурониды участвуют в детоксикации ксенобиотиков (чужеродных веществ) и
инактивации веществ эндогенного происхождения.
9. Входят в состав НК.
Моносахариды
•Сn →С4 - тетрозы, С5 - пентозы, С6 - гексозы…
• содержат асимметричные (хиральные) атомы
углерода (С*), Общее число стереоизомеров для
любого моносахарида определяется
N = 2n,
где N – число стереоизомеров,
n – число С*.
L-Арабиноза
D-Ксилоза
•по расположению ОН-группы у последнего С*
–D- и L- изомеры;
•в зависимости от конформации НО-группы
первого атома С в циклических формах – α- и
β-формы,
• способны вращать плоскость поляризованного
луча света
В водных растворах из ациклических (оксо-) переходят
циклические таутоменые формы (пиранозная, фуранозная) и обратно.
в
При образовании циклических форм на
месте
карбонильных
групп
образуются
полуацетальные или гликозидные гидроксилы.
Химические свойства
2. Образование простых и сложных эфиров. С органическими кислотами
образуют сложные эфиры, с H3PO4 – фосфорные эфиры, которые участвуют в
ОВ
3. Восстанавливают Феленгову жидкость (Cu(OH)2) c образованием
Cu2O↓ красного цвета. На этой реакции основаны методы их
определения.
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + NaSO4
RCOH + 2Cu(OH)2 → RCOOH + Cu2O↓ + 2H2O
3.Производные моносахаридов
Уроновые кислоты – производные гексоз, имеющие в 6 положении
-СООН группы, (глюкуроновая, идуроновая, галактуроновая,
аскорбиновая кислоты). Они часто входят в состав протеогликанов
Аминосахара – производные моносахаров,
содержащие аминогруппы, например,
глюкозамин или галактозамин. Эти производные
обязательно входят в состав дисахаридных
компонентов гетерополисахаридов. Ряд
антибиотиков (эритромицин, карбомицин)
содержат в своем составе аминосахара
Сиаловые кислоты являются N- или Oацилпроизводными нейраминовой кислоты,
которую можно рассматривать как производное
глюкозы. Они, наряду с аминосахарами, входят
в состав гликопротеинов и гликолипидов
(ганглиозидов).
Широкое применение в кардиологии нашли входящие в состав наперстянки
сердечные гликозиды, в качестве агликона они содержат стероиды. Известный
антибиотик стрептомицин также является гликозидом.
3.Олигосахариды (Полисахариды I-го порядка)
При растворении вводе происходит уменьшение объема –
контракция, величина которой незначительна (20% раствор – 6 мл/л).
При нагревании выше tпл(190-2000C) происходит дегидратация (-Н2О)
ее с образованием различных полимерных продуктов – карамелей,
органических кислот и др.
При нагревании 1) с кислотами НCl, H2SO4 или 2) под действием
фермента β-фруктофуранозидазы (инвертазы, сахаразы) сахароза
гидролизуется образуя смесь равных количеств глюкозы и фруктозы –
инвертный сахар. Гидролиз сахарозы изменяет удельное вращение
раствора с правого на левое, т.к. образующаяся при гидролизе фруктоза
Сахароза имеет левое вращение значительно большее по сравнению с правым
вращением глюкозы. Поэтому гидролиз сахарозы называют инверсией
(что означает изменение какой-либо величины на обратную).
Лактоза
олигосахариды, присутствующие в растительных тканях, разнообразнее по
своему составу, чем олигосахариды животных тканей.
Мальтоза
Рафиноза
Целлобиоза
Полисахариды II порядка (высшие полисахариды)
ВМС, содержат от нескольких десятков до нескольких тысяч остатков моноз. Полисахариды выполняют
структурную или резервную функцию.
одинаковый
Гомополисахариды:
крахмал
Гликоген (C6H10O5)n ̶ животный крахмал – резервный полисахарид всех
животных организмов, накапливается в печени и мышцах.
Целлюлоза – клетчатка ̶
основа оболочки растительных
клеток
Целлюлоза
не
расщепляется
ферментами
желудочно-кишечного
тракта человека, поэтому в питании
человека играет роль балластного
вещества
–
пищевых
волокон,
способствующих очистке кишечника
человека.
Хити́н, полисахарид, образованный остатками аминосахара ацетилглюкозамина.
Основной компонент наружного скелета (кутикулы) насекомых, ракообразных и других
членистоногих.
разный
Гетерополисахариды
Связь 2→1.
Используется в физиологических исследованиях для определения скорости
клубочковой фильтрации в почках.
Молекула инулина, представляющая
собой полифруктозан, содержит, как
правило, максимум 27 - 35 остатков
фруктозы в фуранозной форме и один
остаток глюкозы.
Подобно крахмалу, инулин служит
запасным углеводом, встречается во
многих растениях (георгин, нарцисс,
гиацинт, тубероза, цикорий и земляная
груша - топинамбур).
Инулин относится к группе пребиотиков.
характеризуются наличием повторяющихся дисахаридных остатков,
включающих уроновую кислоту и аминосахар. Дублируясь, они образуют олиго- и
полисахаридные цепи – гликаны (6 классов).
гепарин
• связаны со структурными компонентами костей
и соединительной ткани.
• удерживают воду и заполненяют межклеточное
пространство.
гликозаминогликаны
–
основной
компонент
внеклеточного
вещества
–
желатинообразного
вещества, заполняющего межклеточное пространство
тканей. Они также содержатся в больших количествах
в синовиальной жидкости – это вязкий материал,
окружающий суставы, который служит смазкой и
амортизатором.
Поскольку водные растворы гликозаминогликанов
гелеобразны, их называют мукополисахаридами.
если цепи гликозаминогликана присоединены к
белковой молекуле, соответствующее соединение
называют протеогликаном.
Функции протеогликанов
Значимы
для
межклеточного
пространства,
особенно
соединительной ткани, в которое
погружены коллагеновые волокна.
Имеют
древовидную
структуру.
Молекулы гликанов гидрофильны,
создают сетчатую желеподобную
структуру и заполняют пространство
между клетками, являясь преградой
для
крупных
молекул
и
микроорганизмов.
Пищевая ценность углеводов
фруктоза 170
инвертный сахар 130
сахароза 100
глюкоза 74
галактоза 32
мальтоза 32
лактоза 16
Роль балластных веществ
1.Улучшают перестальтику.
2.Способствуют выведению из организма холестерина.
3.Препятствуют всасыванию ядовитых веществ.
4.Недостаток
в
рационе
способствует
ожирению,
развитию желче-каменной болезни, СС заболеваний и
предположительно рака толстой кишки.
5.Создают чувство насыщенности, снижают аппетит.
6.Повышенное содержание клетчатки приводит к
снижению усвоения многих компонентов пищи
(особенно
минеральных
нарушение деятельности ЖКТ.
веществ),
вызывают
наследственные дефекты ферментов, участвующих в синтезе или
расщеплении гликогена
увеличение содержания в крови гексоз (пентоз) выше нормы.
заболевание, возникающее в результате дефекта гликогенсинтазы
С нарушением обмена углеводов тесно связан ряд заболеваний:
• сахарный диабет,
• галактоземия,
• нарушение в системе депо гликогена,
• нетолерантность к молоку и т.д.
Использование углеводов
Экспериментальная биология
Для хроматографии используются декстраны – резервный полисахарид дрожжей
и бактерий, состоящий из остатков α-глюкозы.
Лабораторная диагностика
Инулин В медицинской практике используется для определения очистительной
способности почек – клиренса.
Клиническая медицина

декстраны используются как компонент кровезаменителей, например, в виде вязкого
раствора на 0,9% NaCl – реополиглюкина,

сердечные гликозиды и гепарин применяются в кардиологии,

при заболеваниях позвоночника и суставов широкое применение нашли препараты,
содержащие гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфат и глюкозамины,

при нарушении функции кишечника используются кристаллическая целлюлоза,
лактулоза, хитин как стимуляторы перистальтики, целлюлоза и хитин могут
использоваться и в качестве адсорбента,

инфекционные заболевания лечатся гликозидными антибактериальными средствами,
например, стрептомицин, эритромицин.