|
Дисахариды и полисахаридыДисахариды и полисахаридыУГЛЕВОДЫ Оглавление Введение 1. Образование гликозидов 2. Дисахариды 3. Полисахариды Крахмал Целлюлоза ВведениеВ живой природе широко распространены вещества, многим из которых соответствует формула Сх(Н2О)у. Они представляют собой, таким образом, как бы гидраты углерода, что и обусловило их название - углеводы. К углеводам относится обычный сахар - сахароза, виноградный сахар - глюкоза, фруктовый сахар - фруктоза и молочный сахар - мальтоза. Этим объясняется еще одно их общепринятое название сахара. Растения синтезируют углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе фотосинтеза. При этом солнечная энергия переходит в химическую:хСО2 + уH2О + солнечная энергия Сх(Н2О)у + хО2При окислении углеводов в организме энергия высвобождается и используется для жизнедеятельности:Сх(Н2О)у + хО2 хСО2 + уH2О + энергия 1. Образование гликозидовПри пропускании небольшого количества хлороводорода в раствор D-глюкозы в метаноле происходит реакция, в результате которой образуется смесь аномеров метилацеталя. Ацетали углеводов называют гликозидами. Ацетали глюкозы называют глюкозидами, маннозы - маннозидами, фруктозы - фруктозидами и т.д.D-глюкпираноза Метил--D-глюкопиранозид Метил--D-глюкопиранозидРеакция проходит по следующему механизму: Гликозиды широко распространены в природе. В коре ивы, например, содержится салицин, обладающий болеутоляющими свойствами. салицин ванилил--D-глюкопранозидПоскольку гликозиды являются ацеталями или кеталями, они вполне устойчивы в щелочной среде, но легко гидролизуются в кислой, превращаясь в углевод и спирт (агликон). Например, при подкислении водного раствора метил-D-глюкопиранозида образуется D-глюкоза в виде смеси двух аномеров и небольшого количества открытой формы: метил-D-глюкопиранозид D-глюкопираноза агликонУпр. 11. Напишите реакцию, происходящую с водным раствором салицина в кислой среде.Упр. 12. Напишите реакцию этанола с (а) D-глюкозой, (б) D-маннозой и D-галактозой в кислой среде.1. 2. ДисахаридыДисахариды, или биозы, состоят из остатков двух моноз. Связывание двух моноз в биозу может происходить либо за счет гликозидных гидроксильных групп обоих моносахаридов, (невосстанавливающие дисахариды) либо с участием гликозидной гидроксильной группы одного и спиртовой гидроксильной группы другого моносахарида (восстанавливающие дисахариды). В последнем случае в отличие от первого дисахариды обладают восстанавливающими свойствами и обнаруживают явление мутаротации, поскольку в них вследствие кольчато-цепной таутомерии возможен взаимный переход открытой и циклической форм одного из моносахаридов.Невосстанавливающие дисахариды называют гликозилгликозидами, а восстанавливающие - гликозилгликозами. К восстанавливающим дисахаридам относятся мальтоза, целлобиоза и лактоза. У всех восстанавливающих биоз есть свободный гликозидный гидроксил и вследствие этого они могут существовать в - и -формах.Мальтоза содержится в прорастающих зернах ячменя, откуда ее название - солодовый сахар. Ее можно получить наряду с другими продуктами частичным гидролизом крахмала в присутствии кислоты или фермента диастазы. Другой фермент - мальтаза - вызывает расщепление мальтозы до D-глюкозы. -D-глюкопираноза D-глюкопираноза 4-(-D-глюкопиранозил)- D-глюкопираноза (мальтоза)Продуктом деструкции целлюлозы является сходная по строению с мальтозой целлобиоза. Их различие заключается в том, что в целлобиозе фрагменты D-глюкозы связаны не - а -гликозидной связью. -D-глюкопираноза D-глюкопираноза 4-(-D-Глюкопиранозил)-D-глюкопираноза (целлобиоза)Важнейшим из сахаров молока является лактоза (от латинского lас - молоко). Ее получают как побочный продукт при производстве сыра. Составными частями этого восстанавливающего дисахарида являются -D-галактопираноза и D-глюкопи-раноза. Лактоза может существовать в - и -формах.Поскольку моносахарид галактоза отличается от глюкозы стереохимией С-4, то и лактоза отличается от целлобиозы расположением гидроксильной группы у С-4 первого цикла. -D-Галактопираноза D-Глюкопираноза 4-(-D-Галактопиранозил)- D-глюкопираноза (лактоза)Дисахариды не способны проникать через стенки кишечника и не могу попадать в кровь. В кровь могут попадать только моносахариды. Поэтому для усвоения дисахарида он сначала должны быть расщеплены на моносахариды. Для осуществления гидролиза лактозы в качестве катализатора используется специальный фермент лактаза. Чем больше молока мы потребляем, тем больше лактазы нам нужно. В пищеварительной системе детей имеется достаточное количество лактазы, а взрослых - нет, так как с возрастом наш организм утрачивает способность вырабатывать лактазу, и поэтому в отличие от детей взрослые могут сразу выпивать не более одного - двух стаканов молока или съедать эквивалентное количество молочных продуктов. При недостатке лактазы избыточная лактоза в негидролизованном виде проходит по пищеварительному тракту до области, где она ферментируется в молочную кислоту, раздражающую кишечник, c образованием газов, состоящих из двуокиси углерода и водорода.Наиболее распространенным и хорошо изученным дисахаридом является сахароза, или обычный сахар. Сахароза принадлежит к невосстанавливающим сахарам и содержится в сахарном тростнике(14-16о) и в сахарной свекле (16-21о). Она состоит из -D-глюкопиранозы и -D-фруктофуранозы, соединенных между собой гликозилгликозидной связью. В кислом растворе или под действием фермента сахароза гидролитически распадается на D-глюкозу и D-фруктозу. Сладость сахарозы принимается за единицу. Глюкоза оказывается менее сладкой (0,7), а фруктоза более сладкой (1,7). Мальтоза (солодовый сахар) оценивается в 0,45, а лактоза (молочный сахар) в 0,22. -D-глюкопиранозил-в-D-фруктофуранозид илив-D-Фруктофуранозил- б-глюкопиранозид (сахароза)Полученная в результате гидролиза сахарозы смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Он является основной составной частью пчелиного меда.Если дисахарид дальше конденсируется с третьей, четвертой и т. д. молекулой моносхарида, тогда образуются олигосахара и далее полисахара. В реакции конденсации обязательно участвует хотя бы один полуацетальный (гликозидный) гидроксил.Упр. 13. Изобразите конформационные формулы целлобиозы и лактозы.Упр. 14. Напишиеу формулу Хеуорса сахарозы. 3. ПолисахаридыПолисахариды - природные полимеры, которые можно рассматривать как продукты конденсации моноз. Конденсация моносахаридов в организмах растений и животных происходит ферментативно, с большой легкостью и достигает больших степней полимеризации. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и клетчатка (целлюлоза). Оба они построены из остатков D-глюкозы и служат в растительных и животных организмах резервными углеводами питания или углеводами для построения остова клеточной ткани.3.1. КрахмалКрахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и запасается в корнях, клубнях, зернах и плодах растений, где он служит питательным резервом. В зернах пшеницы и риса до 6080% крахмала, в картофеле до 20%. Крахмал не является индивидуальным веществом. Если крахмал обработать теплой водой, то около 20% его растворится. Растворимую в воде фракцию крахмала называют амилозой, а нерастворимую - амилопектином. Амилоза построена главным образом из остатков -D-глюкопиранозы с 1 4-связями. амилоза Молекула амилозы закручена в спираль, включающую около 6 фрагментов глюкозы на один виток спирали. Пустоты внутри такой спирали могут вместить, например, молекулу иода. Соответствующее соединение (иодкрахмал) окрашено в синий цвет. Амилопектин - разветвленный полисахарид: -глюкопиранозидный фрагмент связан в нем как с С-4, так и с С-6 атомами. Разветвление возникает через каждые 18-27 моносахаридных звеньев. амилопектин В печени животных в качестве резерва находится гликоген, его структура близка к структуре амилопектина, только разветвлений в нем больше, они повторяются через каждые 8-16 остатков глюкозы. Упр. 14. Каково различие в строении амилопектина и гликогена? Какую роль играет гликоген в организме? 3.2. Целлюлоза Целлюлоза является наиболее распространенным полисахаридом. Она составляет около половины массы стенок клеток растений и служит важным сырьем в различных областях народного хозяйства. Целлюлоза построена из звеньев -аномера D-глюкопиранозы. целлюлоза Полимерная цепь целлюлозы не разветвлена, все ее звенья соединены по 1,4-положениям. Цепи целлюлозы, расположены в виде пучков и скреплены между собой водородными связями. Такая упаковка молекул целлюлозы делает ее практически нерастворимой в воде и других растворителях. Вследствие того, что остатки глюкозы в целлюлозе соединены между собой -гликозидной связью, человек и большинство животных, легко усваивающих крахмал путем ферментативного гидролиза -гликозидных связей, не способны гидролизовать целлюлозу и использовать ее в пищу. Жвачные животные едят траву и усваивают содержащуюся в ней целлюлозу с помощью микроорганизмов, живущих у них в желудке. Целлюлозу получают в больших количествах для производства бумаги. Кроме того, целлюлозу используют в производстве искусственных волокон, пластмасс, лаков, пороха и т. д. |
 |
||||||||||||||||||
| ©2011 |
