Углеводы

Углеводы с общей формулой – это полиспирты, содержащие альдегидную или кетонную группировку.

Следующая схема наглядно показывает генеалогию углеводов (сахаридов):

Рисунок 13.1.

В молекуле моносахарида для указания числа углеродных атомов к корню соответствующего греческого числительного прибавляют окончание «-оза».

Моносахариды обычно изображаются формулами Фишера, в которых углеродная цепь располагается линейно. В табл. 13.1 приведены первые четыре типа моносахаридов.

альдозы

триозы
C 3H 6O 3

тетрозы
C 4H 8O 4

пентозы
C 5H 10O 5

гексозы
C 6H 12O 6


рибоза


глюкоза

кетозы


фруктоза

Таблица 13.1.

Простейшие моносахариды.

*) асимметрические атомы углерода, связанные с четырьмя разными заместителями.

Простейшие моносахариды триозы:

       

глицериновый альдегид (альдотриоза)

       

дигидроксиацетон (кетотриоза)

Альдегидная (кетонная) форма моносахарида находится в равновесии со своей таутомерной циклической формой. Например, альдогексоза (глюкоза) образует циклическую форму, в основе которой лежит пирановый гетероцикл:

       

глюкоза (альдогексоза)

   +    

глюкоза

глюкопираноза

Циклизация кетогексозы (фруктозы) приводит к образованию пятичленного фуранового цикла:

       

фруктоза (кетогексоза)

     +  

фруктоза

  фруктофураноза

При образовании циклической структуры группа ОН, связанная с C 1, может расположиться по ту же сторону от кольца, что и ОН-группа, связанная с C 2 (α-форма) или по противоположную сторону кольца (β-форма), что играет существенную роль при образовании полисахаридов.

При связывании двух моносахаридов по реакции конденсации образуются дисахариды с возникновением гликозидной связи :

+

гликозидная связь

При конденсации глюкозы и фруктозы образуется дисахарид сахароза (пищевой сахар).

+

+

В зависимости от места образования гликозидной связи различают несколько дисахаридов: тип сахарозы (α-1,2-связь), тип мальтозы (α-1,4-связь), тип лактозы (β-1,4-связь):

+

      (тип α-1,4)

глюкоза

глюкоза

мальтоза  (солодовый сахар)

      (тип β-1,4)

остаток глюкозы               остаток глюкозы

лактоза  (молочный сахар)

Полисахариды – высокомолекулярные соединения общей формулы (C 6H 10O 5) n. Важнейшими представителями этих высших полиоз являются крахмал, гликоген, целлюлоза.

Крахмал – полиоза растительного происхождения, состоящая из двух фракций – амилозы и амилопектина, соотношение между которыми колеблется в пределах 1:9 – 1:4. Отличие между амилозой и амилопектином заключается в том, что в амилопектинах помимо α-1,4-гликозидной связи имеются разветвления по α-1,6-связи. Поскольку α-1,4-гликозидная связь типична для мальтоз, то гидролиз крахмала обычно происходит по схеме

(C 6H 10O 5) n

(C 6H 10O 5) n

C 12H 22O 11

C 6H 12O 6.

крахмал

декстины, растворимые крахмалы

мальтоза

глякоза

Гликоген (животный крахмал) играет роль резервного полисахарида. Конечным продуктом сложных превращений гликогена в мышцах является молочная кислота.

Гликозидные цепи α-1,4-типа в молекуле гликогена более разветвлены по связи α-1,4-типа, поэтому их молекулярный вес достигает 1∙10 6 единиц.

Клетчатка ( целлюлоза ) – полисахарид, среднее число гликозидных фрагментов β-1,4-типа в которых достигает 6000–12000.

Инулин – резервный полисахарид растений, гидролизуется во фруктозу.

Структура молекул крахмала и целлюлозы приведена ниже:

крахмал

целлюлоза