ВУГЛЕВОДИ
Зміст
Введення
1. Освіта глікозидів
2. Дисахариди
3. Полісахариди
Крохмаль
Целюлоза
хСО2 + уH2О + сонячна енергія ¾ ® Сх (Н2О) у + ХО2
При окисленні вуглеводів в організмі енергія вивільняється і використовується для життєдіяльності:
Сх (Н2О) у + ХО2 ¾ ® ХСО 2 + уH 2 О + енергія
1. Освіта глікозидів
При пропущенні невеликої кількості хлороводню в розчин D-глюкози в метанолі відбувається реакція, в результаті якої утворюється суміш аномеров метілацеталя. Ацеталі вуглеводів називають глікозидами. Ацеталі глюкози називають глюкозидами, манози - маннозідамі, фруктози - фруктозідамі і т.д.
D-глюкпіраноза Метил-bD-глюкопіранозід Метил-aD-глюкопіранозід
Реакція проходить за наступним механізмом:
Глікозиди широко поширені в природі. У корі верби, наприклад, міститься саліцин, що володіє болезаспокійливими властивостями.
саліцин ваніль-bD-глюкопранозід
Оскільки глікозиди є ацеталя або кеталей, вони цілком стійкі в лужному середовищі, але легко гідролізуються у кислому, перетворюючись на вуглевод і спирт (аглікон). Наприклад, при підкисленні водного розчину метил-D-глюкопіранозіда утворюється D-глюкоза у вигляді суміші двох аномеров і невеликої кількості відкритої форми:
метил-D-глюкопіранозід D-глюкопіраноз аглікон
Упр. 11. Напишіть реакцію, що відбувається з водним розчином салицина в кислому середовищі.
Упр. 12. Напишіть реакцію етанолу з (а) D-глюкозою, (б) D-манози і D-галактозою в кислому середовищі.
1.
2. Дисахариди
Дисахариди, або біози, складаються з залишків двох моноз. Зв'язування двох моноз в біозу може відбуватися або за рахунок глікозидних гідроксильних груп обох моносахаридів, (невідновлювальне дисахариди) або за участю глікозидної гідроксильної групи одного і спиртової гідроксильної групи іншого моносахарида (відновлюють дисахариди). В останньому випадку на відміну від першого дисахариди мають поновлюючими властивостями і виявляють явище Мутаротація, оскільки в них внаслідок кільчасто-ланцюгової таутомерії може бути взаємний перехід відкритої та циклічної форм одного з моносахаридів.
Невідновлювальне дисахариди називають глікозілглікозідамі, а відновлюють - глікозілглікозамі. До поновлюючим дисахаридами відносяться мальтоза, целлобіоза і лактоза. У всіх відновлюють біоз є вільний Глікозидний гідроксил і внаслідок цього вони можуть існувати в a-і b-формах.
Мальтоза міститься в проростаючих зернах ячменю, звідки її назва - солодовий цукор. Її можна отримати поряд з іншими продуктами частковим гідролізом крохмалю в присутності кислоти або ферменту діастази. Інший фермент - мальтаза - викликає розщеплення мальтози до D-глюкози.
aD-глюкопіраноз D-глюкопіраноз 4 - (aD-глюкопіраноз) -
D-глюкопіраноз (мальтоза)
Продуктом деструкції целюлози є подібна за будовою з мальтозою целлобіоза. Їх відмінність полягає в тому, що в целлобіозе фрагменти D-глюкози пов'язані не a-а b-глікозидного зв'язком.
bD-глюкопіраноз D-глюкопіраноз
4 - (bD-глюкопіраноз) -
D-глюкопіраноз (целлобіоза)
Найважливішим з цукрів молока є лактоза (від латинського lас - молоко). Її отримують як побічний продукт при виробництві сиру. Складовими частинами цього відновлюючого дисахарида є bD-галактопіраноза і D-глюкопі-раноза. Лактоза може існувати в a-і b-формах.
Оскільки моносахарид галактоза відрізняється від глюкози стереохімії С-4, то і лактоза відрізняється від целлобіози розташуванням гідроксильної групи у С-4 першого циклу.
bD-Галактопіраноза D-глюкопіраноз 4 - (bD-Галактопіранозіл) -
D-глюкопіраноз (лактоза)
Дисахариди не здатні проникати через стінки кишечника і не можу потрапляти в кров. У кров можуть потрапляти тільки моносахариди. Тому для засвоєння дисахарида він спочатку повинні бути розщеплені на моносахариди. Для здійснення гідролізу лактози в якості каталізатора використовується спеціальний фермент лактази. Чим більше молока ми споживаємо, тим більше лактази нам потрібно. У травній системі дітей є достатня кількість лактази, а дорослих - ні, тому що з віком наш організм втрачає здатність виробляти лактазу, і тому на відміну від дітей дорослі можуть відразу випивати не більше одного - двох склянок молока або з'їдати еквівалентну кількість молочних продуктів. При нестачі лактази надлишкова лактоза в негідролізованном вигляді проходить по травному тракту до області, де вона ферментується в молочну кислоту, дражливу кишечник, c утворенням газів, що складаються з двоокису вуглецю та водню.
Найбільш поширеним і добре вивченим дисахаридів є сахароза, або звичайний цукор. Сахароза належить до невідновлюваних сахарам і міститься в цукровому очереті (14-16о) і в цукрових буряках (16-21о). Вона складається з aD-глюкопіраноз і bD-фруктофуранози, з'єднаних між собою глікозілглікозідной зв'язком. У кислому розчині або під дією ферменту сахароза гідролітично розпадається на D-глюкозу і D-фруктозу. Солодкість сахарози приймається за одиницю. Глюкоза виявляється менш солодкою (0,7), а фруктоза солодшою (1,7). Мальтоза (солодовий цукор) оцінюється в 0,45, а лактоза (молочний цукор) в 0,22.
aD-глюкопіраноз-β-D-фруктофуранозід або
β-D-Фруктофуранозіл-α-глюкопіранозід (сахароза)
Отримана в результаті гідролізу сахарози суміш глюкози і фруктози називається інвертний цукор. Він є основною складовою частиною бджолиного меду.
Якщо дисахарид далі конденсується з третьої, четвертої і т. д. молекулою моносхаріда, тоді утворюються олігосахара і далі полісахара. У реакції конденсації обов'язково бере участь хоча б один полуацетальний (Глікозидний) гідроксил.
Упр. 13. Зобразіть конформаційні формули целлобіози і лактози.
Упр. 14. Напішіеу формулу Хеуорса сахарози.
3. Полісахариди
Полісахариди - природні полімери, які можна розглядати як продукти конденсації моноз. Конденсація моносахаридів в організмах рослин і тварин відбувається ферментативно, з великою легкістю і досягає великих степових полімеризації. Найважливішими полісахаридами є крохмаль і клітковина (целюлоза). Обидва вони побудовані із залишків D-глюкози і служать в рослинних і тваринних організмах резервними вуглеводами харчування або вуглеводами для побудови кістяка клітинної тканини.
3.1. Крохмаль
Крохмаль утворюється в рослинах у процесі фотосинтезу і запасається у коренях, бульбах, зернах і плодах рослин, де він служить живильним резервом. У зернах пшениці і рису до 60-80% крохмалю, в картоплі до 20%. Крохмаль не є індивідуальним речовиною. Якщо крохмаль обробити теплою водою, то близько 20% його розчиниться. Розчинну у воді фракцію крохмалю називають амілози, а нерозчинну - амілопектину.
Амілоза побудована головним чином із залишків aD-глюкопіраноз з 1 ® 4-зв'язками.
амилоза
Молекула амілози закручена в спіраль, що включає близько 6 фрагментів глюкози на один виток спіралі. Порожнечі всередині такої спіралі можуть вмістити, наприклад, молекулу йоду. Відповідне з'єднання (іодкрахмал) забарвлене в синій колір.
Амілопектин - розгалужений полісахарид: a-глюкопіранозідний фрагмент зв'язаний у ньому як з С-4, так і з С-6 атомами. Розгалуження виникає через кожні 18-27 моносахаридних ланок.
амилопектин
У печінці тварин як резерву знаходиться глікоген, його структура близька до структури амілопектину, тільки розгалужень у ньому більше, вони повторюються через кожні 8-16 залишків глюкози.
Упр. 14. Яке відмінність в будові амілопектину і глікогену? Яку роль відіграє глікоген в організмі?
3.2. Целюлоза
Целюлоза є найбільш поширеним полисахаридом. Вона становить близько половини маси стінок клітин рослин і служить важливим сировиною в різних галузях народного господарства. Целюлоза побудована з ланок b-аномера D-глюкопіраноз.
целюлоза
Полімерна ланцюг целюлози не розгалужена, всі її ланки сполучені по 1,4-положенням. Ланцюги целюлози, розташовані у вигляді пучків і скріплені між собою водневими зв'язками. Така упаковка молекул целюлози робить її практично не розчиняється у воді і інших розчинниках.
Внаслідок того, що залишки глюкози в целюлозі з'єднані між собою b-глікозидного зв'язком, людина і більшість тварин, легко засвоюють крохмаль шляхом ферментативного гідролізу a-глікозидних зв'язків, не здатні гідролізувати целюлозу і використовувати її в їжу. Жуйні тварини їдять траву і засвоюють що є у ній целюлозу за допомогою мікроорганізмів, що живуть у них у шлунку.
Целюлозу одержують у великих кількостях для виробництва паперу. Крім того, целюлозу використовують у виробництві штучних волокон, пластмас, лаків, пороху і т. д.
Зміст
Введення
1. Освіта глікозидів
2. Дисахариди
3. Полісахариди
Крохмаль
Целюлоза
Введення
У живій природі широко поширені речовини, багатьом з яких відповідає формула С х (Н 2 О) у. Вони являють собою, таким чином, як би гідрати вуглецю, що і зумовило їх назва - вуглеводи. До вуглеводів належить звичайний цукор - сахароза, виноградний цукор - глюкоза, фруктовий цукор - фруктоза і молочний цукор - мальтоза. Цим пояснюється ще одне їх загальноприйнята назва цукру. Рослини синтезують вуглеводи з двоокису вуглецю та води в процесі фотосинтезу. При цьому сонячна енергія перетворюється на хімічну:хСО2 + уH2О + сонячна енергія ¾ ® Сх (Н2О) у + ХО2
При окисленні вуглеводів в організмі енергія вивільняється і використовується для життєдіяльності:
Сх (Н2О) у + ХО2 ¾ ® ХСО 2 + уH 2 О + енергія
1. Освіта глікозидів
При пропущенні невеликої кількості хлороводню в розчин D-глюкози в метанолі відбувається реакція, в результаті якої утворюється суміш аномеров метілацеталя. Ацеталі вуглеводів називають глікозидами. Ацеталі глюкози називають глюкозидами, манози - маннозідамі, фруктози - фруктозідамі і т.д.
D-глюкпіраноза Метил-bD-глюкопіранозід Метил-aD-глюкопіранозід
Реакція проходить за наступним механізмом:
Глікозиди широко поширені в природі. У корі верби, наприклад, міститься саліцин, що володіє болезаспокійливими властивостями.
саліцин ваніль-bD-глюкопранозід
Оскільки глікозиди є ацеталя або кеталей, вони цілком стійкі в лужному середовищі, але легко гідролізуються у кислому, перетворюючись на вуглевод і спирт (аглікон). Наприклад, при підкисленні водного розчину метил-D-глюкопіранозіда утворюється D-глюкоза у вигляді суміші двох аномеров і невеликої кількості відкритої форми:
метил-D-глюкопіранозід D-глюкопіраноз аглікон
Упр. 11. Напишіть реакцію, що відбувається з водним розчином салицина в кислому середовищі.
Упр. 12. Напишіть реакцію етанолу з (а) D-глюкозою, (б) D-манози і D-галактозою в кислому середовищі.
1.
2. Дисахариди
Дисахариди, або біози, складаються з залишків двох моноз. Зв'язування двох моноз в біозу може відбуватися або за рахунок глікозидних гідроксильних груп обох моносахаридів, (невідновлювальне дисахариди) або за участю глікозидної гідроксильної групи одного і спиртової гідроксильної групи іншого моносахарида (відновлюють дисахариди). В останньому випадку на відміну від першого дисахариди мають поновлюючими властивостями і виявляють явище Мутаротація, оскільки в них внаслідок кільчасто-ланцюгової таутомерії може бути взаємний перехід відкритої та циклічної форм одного з моносахаридів.
Невідновлювальне дисахариди називають глікозілглікозідамі, а відновлюють - глікозілглікозамі. До поновлюючим дисахаридами відносяться мальтоза, целлобіоза і лактоза. У всіх відновлюють біоз є вільний Глікозидний гідроксил і внаслідок цього вони можуть існувати в a-і b-формах.
Мальтоза міститься в проростаючих зернах ячменю, звідки її назва - солодовий цукор. Її можна отримати поряд з іншими продуктами частковим гідролізом крохмалю в присутності кислоти або ферменту діастази. Інший фермент - мальтаза - викликає розщеплення мальтози до D-глюкози.
aD-глюкопіраноз D-глюкопіраноз 4 - (aD-глюкопіраноз) -
D-глюкопіраноз (мальтоза)
Продуктом деструкції целюлози є подібна за будовою з мальтозою целлобіоза. Їх відмінність полягає в тому, що в целлобіозе фрагменти D-глюкози пов'язані не a-а b-глікозидного зв'язком.
bD-глюкопіраноз D-глюкопіраноз
4 - (bD-глюкопіраноз) -
D-глюкопіраноз (целлобіоза)
Найважливішим з цукрів молока є лактоза (від латинського lас - молоко). Її отримують як побічний продукт при виробництві сиру. Складовими частинами цього відновлюючого дисахарида є bD-галактопіраноза і D-глюкопі-раноза. Лактоза може існувати в a-і b-формах.
Оскільки моносахарид галактоза відрізняється від глюкози стереохімії С-4, то і лактоза відрізняється від целлобіози розташуванням гідроксильної групи у С-4 першого циклу.
bD-Галактопіраноза D-глюкопіраноз 4 - (bD-Галактопіранозіл) -
D-глюкопіраноз (лактоза)
Дисахариди не здатні проникати через стінки кишечника і не можу потрапляти в кров. У кров можуть потрапляти тільки моносахариди. Тому для засвоєння дисахарида він спочатку повинні бути розщеплені на моносахариди. Для здійснення гідролізу лактози в якості каталізатора використовується спеціальний фермент лактази. Чим більше молока ми споживаємо, тим більше лактази нам потрібно. У травній системі дітей є достатня кількість лактази, а дорослих - ні, тому що з віком наш організм втрачає здатність виробляти лактазу, і тому на відміну від дітей дорослі можуть відразу випивати не більше одного - двох склянок молока або з'їдати еквівалентну кількість молочних продуктів. При нестачі лактази надлишкова лактоза в негідролізованном вигляді проходить по травному тракту до області, де вона ферментується в молочну кислоту, дражливу кишечник, c утворенням газів, що складаються з двоокису вуглецю та водню.
Найбільш поширеним і добре вивченим дисахаридів є сахароза, або звичайний цукор. Сахароза належить до невідновлюваних сахарам і міститься в цукровому очереті (14-16о) і в цукрових буряках (16-21о). Вона складається з aD-глюкопіраноз і bD-фруктофуранози, з'єднаних між собою глікозілглікозідной зв'язком. У кислому розчині або під дією ферменту сахароза гідролітично розпадається на D-глюкозу і D-фруктозу. Солодкість сахарози приймається за одиницю. Глюкоза виявляється менш солодкою (0,7), а фруктоза солодшою (1,7). Мальтоза (солодовий цукор) оцінюється в 0,45, а лактоза (молочний цукор) в 0,22.
aD-глюкопіраноз-β-D-фруктофуранозід або
β-D-Фруктофуранозіл-α-глюкопіранозід (сахароза)
Отримана в результаті гідролізу сахарози суміш глюкози і фруктози називається інвертний цукор. Він є основною складовою частиною бджолиного меду.
Якщо дисахарид далі конденсується з третьої, четвертої і т. д. молекулою моносхаріда, тоді утворюються олігосахара і далі полісахара. У реакції конденсації обов'язково бере участь хоча б один полуацетальний (Глікозидний) гідроксил.
Упр. 13. Зобразіть конформаційні формули целлобіози і лактози.
Упр. 14. Напішіеу формулу Хеуорса сахарози.
3. Полісахариди
Полісахариди - природні полімери, які можна розглядати як продукти конденсації моноз. Конденсація моносахаридів в організмах рослин і тварин відбувається ферментативно, з великою легкістю і досягає великих степових полімеризації. Найважливішими полісахаридами є крохмаль і клітковина (целюлоза). Обидва вони побудовані із залишків D-глюкози і служать в рослинних і тваринних організмах резервними вуглеводами харчування або вуглеводами для побудови кістяка клітинної тканини.
3.1. Крохмаль
Крохмаль утворюється в рослинах у процесі фотосинтезу і запасається у коренях, бульбах, зернах і плодах рослин, де він служить живильним резервом. У зернах пшениці і рису до 60-80% крохмалю, в картоплі до 20%. Крохмаль не є індивідуальним речовиною. Якщо крохмаль обробити теплою водою, то близько 20% його розчиниться. Розчинну у воді фракцію крохмалю називають амілози, а нерозчинну - амілопектину.
Амілоза побудована головним чином із залишків aD-глюкопіраноз з 1 ® 4-зв'язками.
амилоза
Молекула амілози закручена в спіраль, що включає близько 6 фрагментів глюкози на один виток спіралі. Порожнечі всередині такої спіралі можуть вмістити, наприклад, молекулу йоду. Відповідне з'єднання (іодкрахмал) забарвлене в синій колір.
Амілопектин - розгалужений полісахарид: a-глюкопіранозідний фрагмент зв'язаний у ньому як з С-4, так і з С-6 атомами. Розгалуження виникає через кожні 18-27 моносахаридних ланок.
амилопектин
У печінці тварин як резерву знаходиться глікоген, його структура близька до структури амілопектину, тільки розгалужень у ньому більше, вони повторюються через кожні 8-16 залишків глюкози.
Упр. 14. Яке відмінність в будові амілопектину і глікогену? Яку роль відіграє глікоген в організмі?
3.2. Целюлоза
Целюлоза є найбільш поширеним полисахаридом. Вона становить близько половини маси стінок клітин рослин і служить важливим сировиною в різних галузях народного господарства. Целюлоза побудована з ланок b-аномера D-глюкопіраноз.
целюлоза
Полімерна ланцюг целюлози не розгалужена, всі її ланки сполучені по 1,4-положенням. Ланцюги целюлози, розташовані у вигляді пучків і скріплені між собою водневими зв'язками. Така упаковка молекул целюлози робить її практично не розчиняється у воді і інших розчинниках.
Внаслідок того, що залишки глюкози в целюлозі з'єднані між собою b-глікозидного зв'язком, людина і більшість тварин, легко засвоюють крохмаль шляхом ферментативного гідролізу a-глікозидних зв'язків, не здатні гідролізувати целюлозу і використовувати її в їжу. Жуйні тварини їдять траву і засвоюють що є у ній целюлозу за допомогою мікроорганізмів, що живуть у них у шлунку.
Целюлозу одержують у великих кількостях для виробництва паперу. Крім того, целюлозу використовують у виробництві штучних волокон, пластмас, лаків, пороху і т. д.