Predavanje Ugljikohidrati. Hemijska svojstva. Izvještaj: Ugljikohidrati kao glavni izvor energije u ljudskom tijelu Šta su ugljikohidrati u kemijskoj definiciji

Ugljikohidrati su, uz proteine ​​i lipide, najvažniji hemijski spoj živih organizama. U organizmu životinja i ljudi ugljikohidrati obavljaju vrlo važne funkcije: prvenstveno energetsku (glavni tip ćelijskog goriva), strukturnu (obavezna komponenta većine unutarćelijskih struktura), zaštitnu (polisaharidi su od velike važnosti u održavanju imuniteta).

Ugljikohidrati se također koriste za sintezu nukleinskih kiselina (riboza, deoksiriboza), sastavni su dio nukleotidnih koenzima, koji imaju izuzetno važnu ulogu u metabolizmu živih bića. U posljednje vrijeme sve veću pažnju privlače složeni miješani biopolimeri koji sadrže ugljikohidrate. Ovakvi mješoviti biopolimeri uključuju, pored nukleinskih kiselina, glikopeptide i glikoproteine, glikolipide i lipopolisaharide, glikolipoproteine ​​itd. Ove tvari obavljaju složene i važne funkcije u tijelu.

U sastavu tijela ljudi i životinja ugljikohidrati su prisutni u manjoj količini (ne više od 2% suhe tjelesne težine) od proteina i lipida. U biljnim organizmima ugljikohidrati čine i do 80% suhe mase, stoga, općenito, u biosferi ima više ugljikohidrata nego svih ostalih organskih spojeva zajedno.

Termin "ugljeni hidrati" prvi je predložio K. Schmidt, profesor na Univerzitetu Dorpat (sada Tartu), 1844. Tada se pretpostavljalo da svi ugljeni hidrati imaju opštu formulu C m (H 2 O) n, tj. ugljik + voda. Otuda i naziv "ugljikohidrati". Na primjer, glukoza i fruktoza imaju formulu C 6 (H 2 O) 6, šećer od trske (saharoza) - C 12 (H 2 O) 11, škrob - [C 6 (H 2 O) 5] n, itd. kasnije se ispostavilo da brojna jedinjenja koja po svojim svojstvima pripadaju klasi ugljikohidrata sadrže vodonik i kisik u nešto drugačijem omjeru od onoga što je naznačeno u opštoj formuli (na primjer, deoksiriboza - C 5 H 10 O 4. 1927. Međunarodna komisija za reformu Hemijska nomenklatura je predložila da se termin "ugljikohidrati" zamijeni terminom "glicidi", ali on nije postao široko rasprostranjen. Stari naziv "ugljikohidrati" se ukorijenio i čvrsto se drži u nauci, te je općepriznat .

Treba napomenuti da hemija ugljenih hidrata zauzima jedno od vodećih mesta u istoriji razvoja organske hemije. Šećer od trske može se smatrati prvim organskim spojem izoliranim u kemijski čistom obliku. Sinteza (izvan tijela) ugljikohidrata iz formaldehida, koju je 1861. izveo A. M. Butlerov, bila je prva sinteza jedne od tri osnovne tvari (proteini, lipidi, ugljikohidrati) koje čine žive organizme. Hemijska struktura najjednostavnijih šećera je razjašnjena krajem 19. veka kao rezultat fundamentalnih istraživanja nemačkih naučnika G. Klianija i E. Fišera. Značajan doprinos proučavanju šećera dali su ruski naučnici A. A. Colli, P. P. Shorygin i dr. Dvadesetih godina prošlog veka radovi engleskog istraživača W. Hawortha postavili su temelje strukturnoj hemiji polisaharida. Od druge polovine 20. veka dolazi do naglog razvoja hemije i biohemije ugljenih hidrata, zbog njihovog važnog biološkog značaja.

Prema trenutno prihvaćenoj klasifikaciji, ugljikohidrati se dijele u tri glavne grupe: monosaharidi, oligosaharidi i polisaharidi.

Monosaharidi se mogu smatrati derivatima polihidričnih alkohola koji sadrže karbonilnu (aldehidnu ili ketonsku) grupu. Ako je karbonilna grupa na kraju lanca, onda je monosaharid aldehid i naziva se aldoza; na bilo kojoj drugoj poziciji ove grupe, monosaharid je keton i naziva se ketoza.

Najjednostavniji predstavnici monosaharida su trioze: gliceraldehid i dihidroksiaceton. Kada se primarna alkoholna grupa trihidričnog alkohola, glicerol, oksidira, nastaje gliceraldehid (aldoza), a oksidacija sekundarne alkoholne grupe dovodi do stvaranja dihidroksiacetona (ketoza):

Stereoizomerizam monosaharida . Svi monosaharidi sadrže jedan ili više asimetričnih atoma ugljika: aldotrioze - 1 centar asimetrije, aldotetroze - 2, aldopentoze - 3, aldoheksoze - 4, itd. Ketoze sadrže jedan asimetrični atom manje od aldoza sa istim brojem atoma ugljika. Stoga, ketotrioza - dihidroksiaceton - ne sadrži asimetrične atome ugljika. Svi ostali monosaharidi mogu postojati kao različiti stereoizomeri. Za označavanje stereoizomera pogodne su projekcijske formule koje je predložio E. Fisher. Da bi se dobila formula za projekciju, ugljični lanac monosaharida postavlja se okomito s aldehidnom (ili ketonskom) grupom u gornjem dijelu lanca, a sam lanac treba imati oblik polukruga, konveksno okrenut prema posmatraču (Sl. 79).

Ukupan broj stereoizomera za bilo koji monosaharid izražava se formulom: N = 2 n , gdje je N broj stereoizomera, a n broj asimetričnih atoma ugljika. Kao što je već napomenuto, gliceraldehid sadrži samo jedan asimetrični atom ugljika i stoga može postojati kao dva različita stereoizomera.

Taj izomer gliceraldehida, u kojem se, kada se model projektuje na ravan, OH grupa na asimetričnom atomu ugljika nalazi na desnoj strani, uobičajeno je smatrati D-gliceraldehid, a zrcalni odraz - L-gliceraldehid:

Aldoheksoze sadrže četiri asimetrična atoma ugljika i mogu postojati kao 2 4 = 16 stereoizomera, od kojih je, na primjer, glukoza. Za aldopentoze i aldotetroze, broj stereoizomera je 2 3 = 8 i 2 2 = 4, respektivno.

Svi izomeri monosaharida se dijele na D- i L-oblike (D- i L-konfiguracija) prema sličnosti rasporeda atomskih grupa u posljednjem centru asimetrije sa rasporedom grupa kod D- i L-gliceraldehida. Prirodne heksoze - glukoza, fruktoza, manoza i galaktoza, po pravilu pripadaju jedinjenjima D-serije.

Također je poznato da prirodni monosaharidi imaju optičku aktivnost. Sposobnost rotiranja ravnine polariziranog snopa svjetlosti jedna je od najvažnijih karakteristika tvari (uključujući monosaharide), čiji molekuli imaju asimetrični atom ugljika ili su asimetrični općenito. Svojstvo rotacije ravni polariziranog zraka udesno je označeno znakom (+), au suprotnom smjeru - znakom (-). Dakle, D-gliceraldehid rotira ravan polarizovanog snopa udesno, odnosno D-gliceraldehid je D(+)-aldotrioza, a L-gliceraldehid je L(-)-aldotrioza. Međutim, treba imati na umu da smjer kuta rotacije polariziranog snopa, koji je određen asimetrijom molekule u cjelini, nije unaprijed predvidljiv. Monosaharidi koji pripadaju stereohemijskoj konfiguraciji D-serije mogu biti ljevoruki. Dakle, uobičajeni oblik glukoze koji se nalazi u prirodi je desnorotirajući, a uobičajen oblik fruktoze je levorotirajući.

Ciklični (poluacetalni) oblici monosaharida (Tollensove formule). Bilo koji od monosaharida, koji ima niz specifičnih fizičkih svojstava (tačka topljenja, rastvorljivost, itd.), karakteriše specifična vrednost specifične rotacije [α] 20 D . Utvrđeno je da se vrednost specifične rotacije tokom rastvaranja bilo kog monosaharida postepeno menja i tek pri dužem stajanju rastvora dostiže dobro definisanu vrednost. Tako, na primjer, svježe pripremljen rastvor glukoze ima [α] 20 D = + 112,2°, koji nakon dužeg stajanja dostiže ravnotežnu vrijednost [α] 20 D = + 52,5°. Promjena specifične rotacije otopina monosaharida nakon stajanja (u vremenu) naziva se mutarotacija. Očigledno, mutarotacija mora biti uzrokovana promjenom asimetrije molekula i, posljedično, transformacijom njegove strukture u otopini.

Fenomen mutarotacije ima sljedeće objašnjenje. Poznato je da aldehidi i ketoni lako i reverzibilno reaguju sa ekvimolarnom količinom alkohola da bi formirali hemiacetale:

Reakcija stvaranja hemiacetala može se izvesti i unutar jedne molekule, ako to nije povezano s prostornim ograničenjima. Prema Bayerovoj teoriji, intramolekularna interakcija alkohola i karbonilnih grupa je najpovoljnija ako dovodi do stvaranja peto- ili šestočlanih prstenova. Sa formiranjem hemiacetala, pojavljuje se novi asimetrični centar (u slučaju D-glukoze, to je C 1). Šestočlani šećerni prstenovi nazivaju se piranoze, a petočlani prstenovi nazivaju se furanoze. α-oblik je onaj u kojem hemiacetalni hidroksil ima istu lokaciju kao hidroksil (slobodan ili uključen u formiranje oksidnog prstena) na asimetričnom atomu ugljika, što određuje pripadnost D- ili L-seriji. Drugim riječima, u formulama sa α-modifikacijom monosaharida D-serije, hemiacetal hidroksil je napisan na desnoj strani, a u formulama predstavnika L-serije lijevo. Prilikom pisanja β-forme, tačno je suprotno.

Često se α- i β-oblici nazivaju anameri (od grčkog ana - gore, gore od), budući da se u uobičajenom vertikalnom predstavljanju aldoznih formula ovi oblici razlikuju po konfiguracijama kod prvog atoma ugljika.

Dakle, fenomen mutarotacije je posljedica činjenice da je svaki čvrsti pripravak šećera bilo koji ciklički (poluacetalni) oblik, ali kada se otopine otapaju i stoje, ovaj oblik se preko aldehidnog oblika transformiše u druge tautomerne cikličke forme do ravnotežnog stanja. je postignut. U tom slučaju se postupno mijenja specifična rotacija, karakteristična za početni ciklički oblik, i konačno se uspostavlja konstantna specifična rotacija, karakteristična za ravnotežnu mješavinu tautomera. Na primjer, utvrđeno je da je glukoza u vodenim otopinama uglavnom u obliku α- i β-glukopiranoze, u manjoj mjeri α- i β-glukofuranoze, a vrlo malo u obliku aldehidnog oblika. Treba naglasiti da su od različitih tautomernih oblika glukoze u slobodnom stanju poznate samo α- i β-piranoze. Dokazano je postojanje malih količina furanoze i aldehidnog oblika u rastvorima, ali se zbog nestabilnosti nisu mogli izolovati u slobodnom stanju. Slijede tautomerni ciklični oblici D-glukoze [prikaži]

Haworthove projekcijske formule

Tokom 1920-ih, Haworth je predložio napredniji način pisanja strukturnih formula ugljikohidrata. Za razliku od Tollensovih formula koje imaju obris pravougaonika, Haworthove formule su šesterokuti ili peterokuti, a prikazane su u perspektivi: prsten leži u horizontalnoj ravni. Veze bliže čitaču prikazane su debljim linijama (ugljikovi atomi ciklusa nisu upisani). Supstituenti koji se nalaze desno od kičme molekula na njegovoj linearnoj slici postavljeni su ispod ravni prstena, a supstituenti koji se nalaze lijevo zauzimaju poziciju iznad ravnine prstena. Obrnuto pravilo se odnosi samo na onaj pojedinačni atom ugljika čija hidroksilna grupa učestvuje u formiranju cikličkog hemiacetala. Dakle, u D-šećerima, CH 2 OH grupa je napisana u gornjem položaju, a atom vodonika na istom atomu ugljika je napisan ispod. Konačno, treba imati na umu da će prilikom pisanja strukturnih formula prema Haworthu, hidroksilna grupa na C 1 biti smještena ispod ravnine prstena u α-oblici i iznad u β-oblici [prikaži]

Konformacije monosaharida . Haworthove projekcijske formule ne odražavaju pravu konformaciju monosaharida. Radovi Reevesa, a potom i mnogih drugih autora, pokazali su da, poput cikloheksana, piranozni prsten može imati dvije konfiguracije - oblik stolice i oblik čamca. Konfiguracija oblika stolice je obično stabilnija i, očigledno, to je ono što prevladava u većini prirodnih šećera (Sl. 80).

Osnovne reakcije monosaharida,
produkti reakcije i njihova svojstva

• Hemiacetalne hidroksilne reakcije. Kao što je već napomenuto, monosaharidi, kako u kristalnom stanju tako iu rastvoru, uglavnom postoje u hemiacetalnim oblicima. Hemiacetal hidroksil je reaktivniji i može se zamijeniti drugim grupama u reakcijama s alkoholima, karboksilnim kiselinama, fenolima itd. Spoj koji djeluje na hemiacetalni hidroksil monosaharida naziva se aglikon, a produkt reakcije se naziva glikozid. Prema α- i β-izomerima monosaharida, razlikuju se α- i β-glikozidi. Na primjer, kada metil alkohol (aglikon) reagira s glukozom (na primjer, u obliku β-piranoze) u prisustvu anorganskih kiselina, nastaje produkt alkilacije - metil-β-D-glukopiranozid:

  

  Kada se β-D-glukopiranoza tretira octenom kiselinom, nastaje proizvod acilacije, acetil-β-D-glukopiranozid:

  

  Druge hidroksilne grupe monosaharida također mogu biti podvrgnute acilaciji i metilaciji, iako to zahtijeva mnogo strože uslove. U slučajevima kada alkoholi, fenoli ili karboksilne kiseline djeluju kao aglikoni, produkti reakcije se nazivaju O-glikozidi. Stoga su metil-β-D-glukopiranozid i acetil-β-D-glukopiranozid O-glikozidi (veza sa aglikonom je preko kiseonika). Prirodni O-glikozidi, od kojih većina nastaje kao rezultat biljnog života, postoje uglavnom u β-oblici.

  Vrlo važna klasa glikozida su N-glikozidi, kod kojih se veza sa aglikonom ostvaruje preko dušika, a ne kisika. Postoje i S-glikozidi, koji su derivati ​​cikličkih oblika tiosaharida, u merkapto grupi (-SH) na C 1 u kojoj je atom vodonika zamijenjen radikalom. S-glikozidi se nalaze u velikom broju biljaka (senf, crnogorski, glog itd.).

  N-glikozidi se smatraju derivatima šećera, u kojima je glikozilni dio molekule vezan preko atoma dušika za radikal organskog spoja koji nije šećer. Kao i O-glikozidi, N-glikozidi mogu biti izgrađeni kao piranozidi ili kao furanozidi i imaju α- i β-oblik:

  

  N-glikozidi uključuju produkte cijepanja nukleinskih kiselina i nukleoproteina (nukleotida i nukleozida), ATP, NAD, NADP, neke antibiotike koji su izuzetno važni u metabolizmu itd.

• Reakcije koje uključuju karbonilnu grupu. Iako je linearni hidroksikarbonil oblik prisutan u kristalnim preparatima monosaharida i njihovim rastvorima u malim količinama, ipak, njegovo učešće u tautomernoj ravnoteži daje monosaharidima sva svojstva svojstvena aldehidima (u aldozama) ili ketonima (u ketozama). Već smo se susreli sa sposobnošću aldoza i ketoza da vezuju alkohole (vidi gore). Razmotrimo sada neka druga svojstva.
• Amino Sugar- derivati ​​monosaharida čija je hidroksilna grupa (-OH) zamijenjena amino grupom (-NH 2). U zavisnosti od položaja amino grupe (kod atoma ugljika) u molekuli amino šećera razlikuju se 2-amino-, 3-amino-, 4-amino-šećeri itd. Monoamino šećer i diamino šećer se razlikuju po broju amino grupa.

  Amino šećeri imaju sva svojstva amina, običnih monosaharida, kao i specifična svojstva zbog prostorne blizine hidroksilnih i aminskih grupa.

  Kod ljudi i životinja najvažniji aminošećeri su D-glukozamin i D-galaktozamin:

  

  Amino šećeri su dio mukopolisaharida životinjskog, biljnog i bakterijskog porijekla, ugljikohidratne su komponente različitih glikoproteina i glikolipida. U sastavu ovih makromolekularnih jedinjenja, amino grupa amino šećera je najčešće acilirana, a ponekad i sulfonirana (vidi hondroitin-4-sulfat).

Oligosaharidi su ugljikohidrati čije molekule sadrže od 2 do 8-10 monosaharidnih ostataka povezanih glikozidnim vezama. U skladu s tim razlikuju se disaharidi, trisaharidi itd.

Disaharidi su složeni šećeri čiji se svaki molekul hidrolizom raspada na dva molekula monosaharida. Disaharidi su, uz polisaharide, jedan od glavnih izvora ugljikohidrata u ljudskoj i životinjskoj hrani. Po svojoj strukturi, disaharidi su glikozidi, u kojima su dva molekula monosaharida povezana glikozidnom vezom.

Među disaharidima posebno su poznate maltoza, laktoza i saharoza.

Maltoza, koja je α-glukopiranozil-(1-4)-α-glukopiranoza, nastaje kao intermedijer djelovanjem amilaze na škrob (ili glikogen) i sadrži dva ostatka α-D-glukoze. Naziv šećera čiji hemiacetalni hidroksil učestvuje u formiranju glikozidne veze završava se na "mulj".

U molekuli maltoze, drugi ostatak glukoze ima slobodni hemiacetalni hidroksil. Takvi disaharidi imaju svojstva redukcije.

Jedan od najčešćih disaharida je saharoza, uobičajeni šećer u hrani. Molekul saharoze sastoji se od jednog ostatka D-glukoze i jednog D-fruktoze. Dakle, radi se o α-glukopiranozil-(1-2)-β-fruktofuranozidu:

Za razliku od većine disaharida, saharoza nema slobodni hemiacetalni hidroksil i nema svojstva redukcije.

Disaharid laktoza se nalazi samo u mlijeku i sastoji se od D-galaktoze i D-glukoze. Ovo je α-glukopiranozil-(1-4)-glukopiranoza:

Budući da molekula laktoze sadrži slobodni hemiacetal hidroksil (u ostatku glukoze), ona spada u red reducirajućih disaharida.

Među prirodnim trisaharidima, nekoliko je važnih. Najpoznatija je rafinoza, koja sadrži ostatke fruktoze, glukoze i galaktoze, koja se u velikim količinama nalazi u šećernoj repi i mnogim drugim biljkama.

Općenito, oligosaharidi prisutni u biljnim tkivima su raznovrsniji u svom sastavu od oligosaharida životinjskih tkiva.

Sa stanovišta općih strukturnih principa, polisaharidi se mogu podijeliti u dvije grupe, i to: homopolisaharide, koji se sastoje od samo jedne vrste monosaharidnih jedinica, i heteropolisaharide, koje karakterizira prisustvo dvije ili više vrsta monomernih jedinica.

U smislu funkcionalne namjene, polisaharidi se također mogu podijeliti u dvije grupe: strukturne i rezervne polisaharide. Važan strukturni polisaharid je celuloza, a glavne rezervne polisaharide su glikogen i škrob (kod životinja, odnosno biljaka). Ovdje će se razmatrati samo homopolisaharidi. Heteropolisaharidi su opisani u poglavlju "Biohemija vezivnog tkiva".

Škrob je mješavina dva homopolisaharida: linearnog - amiloze i razgranatog - amilopektina, čija je opća formula (C 6 H 10 O 5) n [prikaži] .

U pravilu, sadržaj amiloze u škrobu je 10-30%, amilopektina - 70-90%. Škrobni polisaharidi se grade od ostataka glukoze povezanih u amilozu i u linearne lance amilopektina α-1,4-glukozidnim vezama, a na tačkama grananja amilopektina međulančanim α-1,6-glukozidnim vezama.

U molekulu amiloze u prosjeku je vezano oko 1000 ostataka glukoze; pojedinačni linearni dijelovi molekule amilopektina sastoje se od 20-30 takvih jedinica.

U vodi amiloza ne daje pravi rastvor. Lanac amiloze u vodi formira hidratizirane micele. U rastvoru, kada se doda jod, amiloza postaje plava. Amilopektin također daje micelarne otopine, ali je oblik micela nešto drugačiji. Polisaharid amilopektin boji crveno-ljubičasto jodom.

Škrob ima molekulsku težinu od 10 6 -10 7 . Djelomičnom kiselom hidrolizom škroba nastaju polisaharidi nižeg stepena polimerizacije - dekstrini, potpunom hidrolizom - glukoza. Škrob je najvažniji ugljikohidrat u ishrani za ljude; njegov sadržaj u brašnu je 75-80%, u krompiru 25%.

Glikogen - glavni rezervni polisaharid viših životinja i ljudi, izgrađen od ostataka α-D-glukoze. Empirijska formula glikogena, poput škroba (C 6 H 10 O 5) n. Glikogen se nalazi u gotovo svim organima i tkivima životinja i ljudi; Najviše se nalazi u jetri i mišićima. Molekularna težina glikogena je 10 7 -10 9 i više. Njegov molekul je izgrađen od razgranatih poliglukozidnih lanaca u kojima su ostaci glukoze povezani α-1,4-glukozidnim vezama. Na tačkama grananja postoje α-1,6-glukozidne veze. Glikogen je po strukturi sličan amilopektinu.

U molekuli glikogena razlikuju se unutrašnje grane - sekcije poliglukozidnih lanaca između tačaka grananja i spoljašnje grane - delovi od periferne tačke grananja do neredukcionog kraja lanca (Sl. 81) [prikaži] . Tokom hidrolize, glikogen se, poput škroba, razgrađuje da bi se prvo formirali dekstrini, zatim maltoza i na kraju glukoza.

celuloza (vlakna) - najrasprostranjeniji strukturni polisaharid biljnog svijeta.

Celuloza se sastoji od ostataka α-glukoze u njihovom obliku β-piranoze, tj. u molekulu celuloze monomerne jedinice β-glukopiranoze su linearno povezane jedna s drugom β-1,4-glukozidnim vezama.

Ugljikohidrati su glavni izvor energije u ljudskom tijelu.

Opća formula ugljikohidrata Sn(H2O)m

Ugljikohidrati - supstance sastava Cm H2n Op, koje su od najveće biohemijske važnosti, široko su rasprostranjene u divljini i igraju važnu ulogu u životu ljudi. Ugljikohidrati su dio ćelija i tkiva svih biljnih i životinjskih organizama i po masi čine najveći dio organske tvari na Zemlji. Ugljikohidrati čine oko 80% suhe tvari biljaka i oko 20% životinja. Biljke sintetiziraju ugljikohidrate iz neorganskih spojeva – ugljičnog dioksida i vode (CO2 i H2O).

Rezerve ugljikohidrata u obliku glikogena u ljudskom tijelu iznose oko 500 g. Najveći dio (2/3) je u mišićima, 1/3 je u jetri. Između obroka, glikogen se razlaže na molekule glukoze, što ublažava fluktuacije u nivou šećera u krvi. Zalihe glikogena bez unosa ugljikohidrata se iscrpe za oko 12-18 sati. U tom slučaju se aktivira mehanizam za stvaranje ugljikohidrata iz međuproizvoda metabolizma proteina. To je zbog činjenice da su ugljikohidrati vitalni za stvaranje energije u tkivima, posebno u mozgu. Ćelije mozga dobijaju energiju prvenstveno oksidacijom glukoze.

Vrste ugljikohidrata

Ugljikohidrati se prema njihovoj hemijskoj strukturi mogu podijeliti na jednostavne ugljikohidrate (monosaharidi i disaharidi) i složene ugljikohidrate (polisaharide).

Jednostavni ugljeni hidrati (šećeri)

Glukoza je najvažniji od svih monosaharida, jer je strukturna jedinica većine di- i polisaharida u ishrani. U procesu metabolizma razgrađuju se na pojedinačne molekule monosaharida, koji se u višestepenim kemijskim reakcijama pretvaraju u druge tvari i na kraju oksidiraju u ugljični dioksid i vodu – koriste se kao „gorivo“ za stanice. Glukoza je esencijalna komponenta metabolizma ugljikohidrata. Sa smanjenjem njegovog nivoa u krvi ili visokom koncentracijom i nemogućnošću upotrebe, kao što se dešava kod dijabetesa, javlja se pospanost, može doći do gubitka svesti (hipoglikemijska koma).

Glukoza "u svom čistom obliku", kao monosaharid, nalazi se u povrću i voću. Posebno je bogato glukozom grožđe - 7,8%, trešnje, trešnje - 5,5%, maline - 3,9%, jagode - 2,7%, šljive - 2,5%, lubenica - 2,4%. Od povrća najviše glukoze ima u bundevi - 2,6%, u belom kupusu - 2,6%, u šargarepi - 2,5%.

Glukoza je manje slatka od najpoznatijeg disaharida, saharoze. Ako uzmemo slatkoću saharoze kao 100 jedinica, onda će slatkoća glukoze biti 74 jedinice.

Fruktoza je jedan od najčešćih voćnih ugljenih hidrata. Za razliku od glukoze, može prodrijeti iz krvi u ćelije tkiva bez sudjelovanja inzulina. Zbog toga se fruktoza preporučuje kao najsigurniji izvor ugljikohidrata za dijabetičare. Dio fruktoze ulazi u ćelije jetre, koje je pretvaraju u univerzalnije "gorivo" - glukozu, pa je fruktoza u stanju i povećati šećer u krvi, iako u znatno manjoj mjeri od ostalih jednostavnih šećera. Fruktoza se lakše pretvara u mast nego glukoza. Glavna prednost fruktoze je da je 2,5 puta slađa od glukoze i 1,7 puta slađa od saharoze. Njegova upotreba umjesto šećera omogućava vam da smanjite ukupnu potrošnju ugljikohidrata.

Glavni izvori fruktoze u hrani su grožđe - 7,7%, jabuke - 5,5%, kruške - 5,2%, trešnje, trešnje - 4,5%, lubenice - 4,3%, crne ribizle - 4,2%, maline - 3,9%, jagode - 2,4 %, dinje - 2,0%. U povrću je sadržaj fruktoze nizak - od 0,1% u cvekli do 1,6% u belom kupusu. Fruktoza se nalazi u medu - oko 3,7%. Za fruktozu, koja ima mnogo veću slatkoću od saharoze, dokazano je da ne uzrokuje karijes, što je podstaknuto konzumiranjem šećera.

Galaktoza se ne nalazi u slobodnom obliku u hrani. Sa glukozom stvara disaharid - laktozu (mliječni šećer) - glavni ugljikohidrat mlijeka i mliječnih proizvoda.

Laktoza se u gastrointestinalnom traktu razlaže na glukozu i galaktozu uz pomoć enzima laktaze. Nedostatak ovog enzima kod nekih ljudi dovodi do intolerancije na mlijeko. Nesvarena laktoza služi kao dobar nutrijent za crevnu mikrofloru. Istovremeno, moguće je obilno stvaranje plina, stomak "nabubri". U fermentisanim mliječnim proizvodima većina laktoze se fermentira u mliječnu kiselinu, pa osobe s nedostatkom laktaze mogu tolerirati fermentisane mliječne proizvode bez neugodnih posljedica. Osim toga, bakterije mliječne kiseline u fermentiranim mliječnim proizvodima inhibiraju aktivnost crijevne mikroflore i smanjuju štetne učinke laktoze.

Galaktoza, nastala tokom razgradnje laktoze, pretvara se u glukozu u jetri. Uz urođeni nasljedni nedostatak ili nedostatak enzima koji pretvara galaktozu u glukozu, razvija se ozbiljna bolest - galaktozemija, koja dovodi do mentalne retardacije.

Saharoza je disaharid formiran od molekula glukoze i fruktoze. Sadržaj saharoze u šećeru je 99,5%. Da je šećer "bijela smrt", ljubitelji slatkog znaju kao i pušači da kap nikotina ubija konja. Nažalost, obje ove zajedničke istine češće su povod za šalu nego za ozbiljno razmišljanje i praktične zaključke.

Šećer se brzo razgrađuje u gastrointestinalnom traktu, glukoza i fruktoza se apsorbiraju u krv i služe kao izvor energije i najvažniji prekursor glikogena i masti. Često se naziva "nosač praznih kalorija" jer je šećer čisti ugljikohidrat i ne sadrži druge nutrijente kao što su vitamini i mineralne soli. Od biljnih proizvoda najviše saharoze ima u cvekli - 8,6%, breskvi - 6,0%, dinji - 5,9%, šljivama - 4,8%, mandarinama - 4,5%. U povrću, osim u repi, značajan sadržaj saharoze je zabilježen u šargarepi - 3,5%. U ostalom povrću sadržaj saharoze kreće se od 0,4 do 0,7%. Pored samog šećera, glavni izvori saharoze u hrani su džem, med, poslastičarski proizvodi, slatka pića, sladoled.

Kada se dva molekula glukoze spoje, nastaje maltoza - sladni šećer. Sadrži med, slad, pivo, melasu i pekarske i konditorske proizvode napravljene dodatkom melase.

Složeni ugljikohidrati

Svi polisaharidi prisutni u ljudskoj hrani, uz rijetke izuzetke, su polimeri glukoze.

Škrob je glavni probavljivi polisaharid. Na njega otpada do 80% ugljikohidrata koji se unose hranom.

Izvor škroba su proizvodi od povrća, uglavnom žitarice: žitarice, brašno, hljeb i krompir. Žitarice sadrže najviše škroba: od 60% u heljdi (zrnu) do 70% u pirinču. Od žitarica, najmanje škroba se nalazi u ovsenim pahuljicama i proizvodima prerade: zobena kaša, Hercules zobena kaša - 49%. Testenina sadrži od 62 do 68% skroba, hleb od raženog brašna, zavisno od sorte, od 33% do 49%, pšenični hleb i drugi proizvodi od pšeničnog brašna - od 35 do 51% skroba, brašno - od 56 (raženi) do 68% (pšenica premija). Mnogo skroba ima i u mahunarkama - od 40% u sočivu do 44% u grašku. Iz tog razloga se suvi grašak, pasulj, sočivo, slanutak svrstavaju u mahunarke. Posebno se izdvaja soja koja sadrži samo 3,5% skroba i sojino brašno (10-15,5%). Zbog visokog sadržaja skroba u krompiru (15-18%) u ishrani, ne svrstava se u povrće, gde su glavni ugljeni hidrati monosaharidi i disaharidi, već kao škrobne namirnice uz žitarice i mahunarke.

U jeruzalemskoj artičoci i nekim drugim biljkama ugljikohidrati se pohranjuju u obliku polimera fruktoze - inulina. Prehrambeni proizvodi s dodatkom inulina preporučuju se za dijabetes, a posebno za njegovu prevenciju (podsjetimo da fruktoza manje opterećuje gušteraču od drugih šećera).

Glikogen - "životinjski škrob" - sastoji se od jako razgranatih lanaca molekula glukoze. Nalazi se u malim količinama u životinjskim proizvodima (2-10% u jetri, 0,3-1% u mišićnom tkivu).

Hrana bogata ugljenim hidratima

Najčešći ugljikohidrati su glukoza, fruktoza i saharoza, koje se nalaze u povrću, voću i medu. Laktoza je deo mleka. Rafinirani šećer je spoj fruktoze i glukoze.

Glukoza igra centralnu ulogu u metaboličkom procesu. On je snabdjevač energijom za organe kao što su mozak, bubrezi i doprinosi proizvodnji crvenih krvnih stanica.

Ljudsko tijelo nije u stanju napraviti prevelike rezerve glukoze i stoga je potrebno njeno redovno nadopunjavanje. Ali to ne znači da morate jesti glukozu u njenom čistom obliku. Mnogo je korisnije koristiti ga kao dio složenijih jedinjenja ugljikohidrata, poput škroba, koji se nalazi u povrću, voću i žitaricama. Svi ovi proizvodi, osim toga, pravo su skladište vitamina, vlakana, elemenata u tragovima i drugih korisnih tvari koje pomažu tijelu u borbi protiv mnogih bolesti. Polisaharidi bi trebali činiti većinu svih ugljikohidrata koji ulaze u naše tijelo.

Najvažniji izvori ugljikohidrata

Glavni izvori ugljenih hidrata iz hrane su: hleb, krompir, testenine, žitarice, slatkiši. Neto ugljeni hidrat je šećer. Med, zavisno od porijekla, sadrži 70-80% glukoze i fruktoze.

Za označavanje količine ugljikohidrata u hrani koristi se posebna jedinica za kruh.

Osim toga, vlakna i pektini koje ljudsko tijelo loše probavlja u blizini grupe ugljikohidrata.

Ugljeni hidrati se koriste kao:

lijekovi,

Za proizvodnju bezdimnog baruta (piroksilin),

eksploziv,

Umjetna vlakna (viskoza).

Celuloza je od velikog značaja kao izvor za proizvodnju etil alkohola.

1. Energija

Osnovna funkcija ugljikohidrata je da su nezaobilazna komponenta ljudske prehrane, razgradnjom 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,8 kJ energije.

2. Strukturni.

Stanični zid biljaka sastoji se od polisaharida celuloze.

3. Rezervni.

Škrob i glikogen su proizvodi skladištenja u biljkama i životinjama.

Istorijat

Ugljikohidrati se koriste od davnina - prvi ugljikohidrat (tačnije, mješavina ugljikohidrata) koji je osoba upoznala bio je med.

· Domovina šećerne trske je sjeverozapadna Indija-Bengal. Evropljani su se upoznali sa šećerom od trske zahvaljujući pohodima Aleksandra Velikog 327. godine prije nove ere.

Škrob je bio poznat još starim Grcima.

Čisti šećer od cvekle otkrio je tek 1747. godine njemački hemičar A. Marggraf

Godine 1811. ruski hemičar Kirchhoff je prvi dobio glukozu hidrolizom škroba.

Po prvi put, švedski hemičar J. Berzellius predložio je tačnu empirijsku formulu za glukozu 1837. S6N12O6

· Sintezu ugljenih hidrata iz formaldehida u prisustvu Ca(OH)2 izvršio je A.M. Butlerov 1861

Zaključak

Važnost ugljikohidrata ne može se precijeniti. Glukoza je glavni izvor energije u ljudskom organizmu, ide u izgradnju mnogih važnih materija u organizmu – glikogena (energetske rezerve), deo je ćelijskih membrana, enzima, glikoproteina, glikolipida, učestvuje u većini reakcija koje se dešavaju u ljudskom organizmu. . Istovremeno, saharoza je glavni izvor glukoze, koja ulazi u unutrašnje okruženje. Sadrži se u gotovo svim biljnim namirnicama, saharoza osigurava potreban priliv energije i nezamjenjivu tvar - glukozu.

Organizmu su svakako potrebni ugljeni hidrati (preko 56% energije koju dobijamo iz ugljenih hidrata)

Ugljikohidrati su jednostavni i složeni (zbog strukture molekula tako su nazvani)

Minimalna količina ugljikohidrata treba biti najmanje 50-60 g

U divljini su rasprostranjene mnoge supstance, čiju je važnost teško precijeniti. Na primjer, to uključuje ugljikohidrate. Izuzetno su važni kao izvor energije za životinje i ljude, a neka svojstva ugljikohidrata čine ih nezamjenjivom sirovinom za industriju.

Šta je to?

Kratke informacije o hemijskoj strukturi

Ako pogledate linearnu formulu, tada su u sastavu ovog ugljikohidrata jasno vidljivi jedan aldehid i pet hidroksilnih grupa. Kada je supstanca u kristalnom stanju, tada njeni molekuli mogu biti u jednom od dva moguća oblika (α- ili β-glukoza). Činjenica je da hidroksilna grupa vezana za peti atom ugljika može stupiti u interakciju s karbonilnim ostatkom.

Prevalencija u prirodnim uslovima

Budući da je izuzetno bogata u soku od grožđa, glukoza se često naziva "šećerom od grožđa". Pod ovim imenom poznavali su je naši daleki preci. Međutim, možete ga pronaći u bilo kojem drugom slatkom povrću ili voću, u mekim tkivima biljke. U životinjskom carstvu njegova prevalencija nije ništa manja: otprilike 0,1% naše krvi čini glukoza. Osim toga, ovi ugljikohidrati se mogu naći u ćeliji gotovo svakog unutrašnjeg organa. Ali posebno ih ima mnogo u jetri, jer se tamo glukoza prerađuje u glikogen.

On (kao što smo već rekli) je vrijedan izvor energije za naše tijelo, dio je gotovo svih složenih ugljikohidrata. Kao i drugi jednostavni ugljikohidrati, u prirodi se javlja nakon reakcije fotosinteze, koja se događa isključivo u stanicama biljnih organizama:

6CO 2 + 6H 2 O hlorofil C 6 H 12 O 6 + 6O 2 - Q

Istovremeno, biljke obavljaju nevjerovatno važnu funkciju za biosferu, akumulirajući energiju koju primaju od sunca. Što se tiče industrijskih uslova, od davnina se dobija iz škroba hidrolizom, a koncentrovana sumporna kiselina je katalizator reakcije:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O H 2 SO 4, t nC 6 H 12 O 6

Hemijska svojstva

Koja su hemijska svojstva ove vrste ugljenih hidrata? Imaju sve iste karakteristike koje su karakteristične za čisto alkohole i aldehide. Osim toga, imaju i neke specifične karakteristike. Po prvi put sintezu jednostavnih ugljikohidrata (uključujući glukozu) izveo je najtalentovaniji hemičar A. M. Butlerov 1861. godine, a kao sirovinu je koristio formaldehid, cijepajući ga u prisustvu kalcijum hidroksida. Evo formule za ovaj proces:

6HSON -------> C6H 12 O 6

A sada ćemo razmotriti neka svojstva druga dva predstavnika grupe, čiji prirodni značaj nije ništa manje velik, pa ih stoga proučava biologija. Ugljikohidrati ovih vrsta igraju vrlo važnu ulogu u našem svakodnevnom životu.

Fruktoza

Formula za ovaj izomer glukoze je CeH 12 O b. Kao "progenitor", može postojati u linearnom i cikličnom obliku. Ulazi u sve reakcije koje su karakteristične za polihidrične alkohole, ali, po tome se razlikuje od glukoze, ni na koji način ne stupa u interakciju s otopinom amonijaka srebrnog oksida.

Riboza

Riboza i deoksiriboza su od posebnog interesa. Ako se barem malo prisjetite biološkog programa, onda ste i sami itekako svjesni da su upravo ti ugljikohidrati u tijelu dio DNK i RNK, bez kojih je samo postojanje života na planeti nemoguće. Naziv "deoksiriboza" znači da ima jedan atom kisika manje u njegovoj molekuli (u poređenju sa običnom ribozom). Budući da su u tom pogledu slični glukozi, mogu imati i linearnu i cikličku strukturu.

disaharidi

U principu, ove tvari u svojoj strukturi i funkcijama u velikoj mjeri ponavljaju prethodnu klasu, pa stoga nema smisla detaljnije se zadržavati na tome. Koja su hemijska svojstva ugljikohidrata koji pripadaju ovoj grupi? Najvažniji članovi porodice su saharoza, maltoza i laktoza. Svi se oni mogu opisati formulom C 12 H 22 O 11, budući da su izomeri, ali to ne negira velike razlike u njihovoj strukturi. Dakle, koje su karakteristike složenih ugljikohidrata, čiju listu i opis možete vidjeti u nastavku?

saharoza

Njegov molekul ima dva ciklusa odjednom: jedan od njih je šestočlani (ostatak α-glukoze), a drugi je petočlani (ostatak β-fruktoze). Sva ova konstrukcija je povezana zbog glikozidnog hidroksila glukoze.

Prijem i opšte značenje

Prema sačuvanim istorijskim podacima, još tri veka pre Hristovog rođenja, šećer se dobijao iz drevne Indije. Tek sredinom 19. veka pokazalo se da se iz šećerne repe može dobiti mnogo više saharoze uz manje napora. Neke od njegovih sorti sadrže i do 22% ovog ugljikohidrata, dok se u trsci može kretati i do 26%, ali to je moguće samo u idealnim uslovima uzgoja i povoljnoj klimi.

Već smo rekli da se ugljikohidrati dobro otapaju u vodi. Na ovom principu se zasniva proizvodnja saharoze, kada se u tu svrhu koriste difuzori. Da bi se istaložile moguće nečistoće, otopina se filtrira kroz filtere, koji uključuju vapno. Da bi se uklonio kalcijev hidroksid iz nastale otopine, kroz nju se propušta obični ugljični dioksid. Talog se odfiltrira, a šećerni sirup se isparava u posebnim pećima, čime se na izlazu dobiva šećer koji nam je već poznat.

Laktoza

Ovaj ugljeni hidrat se ekstrahuje u industrijskim uslovima iz običnog mleka koje sadrži višak masti i ugljenih hidrata. Sadrži dosta ove supstance: na primjer, kravlje mlijeko sadrži otprilike 4-5,5% laktoze, au ženskom mlijeku njegov volumenski udio doseže 5,5-8,4%.

Svaki molekul ovog glicida sastoji se od ostataka 3-galaktoze i a-glukoze u obliku piranoze, koji formiraju veze preko prvog i četvrtog atoma ugljika.

Za razliku od drugih šećera, laktoza ima jedno jedinstveno svojstvo. Govorimo o potpunom odsustvu higroskopnosti, tako da čak i u vlažnoj prostoriji ovaj glicid uopće ne vlaži. Ovo svojstvo se aktivno koristi u farmaceutskim proizvodima: ako je obična saharoza uključena u sastav nekog lijeka u obliku praha, tada joj se mora dodati laktoza. Potpuno je prirodan i bezopasan za ljudski organizam, za razliku od mnogih umjetnih aditiva koji sprječavaju zgrušavanje i vlaženje. Koje su funkcije i svojstva ove vrste ugljikohidrata?

Biološki značaj laktoze je izuzetno velik, jer je laktoza najvažnija nutritivna komponenta mlijeka svih životinja i ljudi. Što se tiče maltoze, njena svojstva su nešto drugačija.

Maltoza

To je međuproizvod koji se dobiva hidrolizom škroba. Naziv "maltoza" nastao je zbog činjenice da se formira uglavnom pod uticajem slada (na latinskom je slad maltum). Široko je rasprostranjen ne samo u biljkama, već i kod životinja. U velikim količinama nastaje u probavnom traktu preživara.

i svojstva

Molekul ovog ugljikohidrata sastoji se od dva dijela α-glukoze u obliku piranoze, koji su međusobno povezani preko prvog i četvrtog atoma ugljika. Izgled je bezbojan, bijeli kristali. Okus je slatkast, savršeno je rastvorljiv u vodi.

Polisaharidi

Treba imati na umu da se svi polisaharidi mogu smatrati sa stanovišta da su produkti polikondenzacije monosaharida. Njihova opšta hemijska formula je (C b H 10 O 5) p. U ovom članku ćemo razmotriti skrob, jer je on najtipičniji član porodice.

Škrob

Nastao kao rezultat fotosinteze, taloži se u velikim količinama u korijenu i sjemenu biljnih organizama. Koja su fizička svojstva ove vrste ugljikohidrata? Izgled je bijeli prah slabo izražene kristalnosti, nerastvorljiv u hladnoj vodi. U vrućoj tečnosti formira koloidnu strukturu (pasta, žele). U probavnom traktu životinja postoji mnogo enzima koji pospješuju njegovu hidrolizu sa stvaranjem glukoze.

Najčešći je koji se formira od mnogih ostataka a-glukoze. U prirodi se istovremeno nalaze dva njegova oblika: amiloza i amhopektin. Amiloza, kao linearni polimer, može se rastvoriti u vodi. Molekul se sastoji od ostataka alfa-glukoze koji su povezani preko prvog i četvrtog atoma ugljika.

Treba imati na umu da je škrob prvi vidljivi proizvod fotosinteze biljaka. U pšenici i drugim žitaricama ima ga do 60-80%, dok je u krtolima krompira svega 15-20%. Inače, po izgledu škrobnih zrna pod mikroskopom može se precizno odrediti vrsta biljke, jer su za svakoga različite.

Ako se zagrije, njegova ogromna molekula brzo će se razgraditi u male polisaharide poznate kao dekstrini. Imaju jednu zajedničku hemijsku formulu sa škrobom (C 6 H 12 O 5) x, ali postoji razlika u vrijednosti varijable "x", koja je manja od vrijednosti "n" u škrobu.

Na kraju, dajemo tabelu koja odražava ne samo glavne klase ugljikohidrata, već i njihova svojstva.

Ovdje su funkcije i svojstva ugljikohidrata glavnih klasa.

Ugljikohidrati aldoze i keton - ketoza

Funkcije ugljikohidrata u tijelu.

Glavne funkcije ugljikohidrata u tijelu:

1. Energetska funkcija. Ugljikohidrati su jedan od glavnih izvora energije za tijelo i osiguravaju najmanje 60% troškova energije. Za rad mozga, bubrega, krvi, gotovo sva energija se nabavlja oksidacijom glukoze. Potpunom razgradnjom 1 g ugljikohidrata oslobađa se 17,15 kJ/mol ili 4,1 kcal/mol energije.

2. Plastična ili strukturna funkcija. Ugljikohidrati i njihovi derivati ​​nalaze se u svim stanicama tijela. U biljkama vlakna služe kao glavni potporni materijal, a u ljudskom tijelu kosti i hrskavica sadrže složene ugljikohidrate. Heteropolisaharidi, kao što je hijaluronska kiselina, dio su ćelijskih membrana i ćelijskih organela. Učestvuju u stvaranju enzima, nukleoproteina (riboza, deoksiriboza) itd.

3. Zaštitna funkcija. Viskozni sekret (sluz) koji luče različite žlijezde bogat je ugljikohidratima ili njihovim derivatima (mukopolisaharidi i dr.), štite unutrašnje zidove genitalnih organa gastrointestinalnog trakta, disajnih puteva i dr. od mehaničkih i hemijskih utjecaja, prodora patogeni mikrobi. Kao odgovor na antigene u tijelu, sintetišu se imunološka tijela, a to su glikoproteini. Heparin štiti krv od zgrušavanja (uključen je u antikoagulantni sistem) i ima antilipidemijsku funkciju.

4. regulatorna funkcija. Ljudska hrana sadrži veliku količinu vlakana, čija hrapava struktura izaziva mehaničku iritaciju sluznice želuca i crijeva, te tako učestvuje u regulaciji čina peristaltike. Glukoza u krvi je uključena u regulaciju osmotskog pritiska i održavanje homeostaze.

5. specifične funkcije. Neki ugljikohidrati obavljaju posebne funkcije u tijelu: uključeni su u provođenje nervnih impulsa, osiguravaju specifičnost krvnih grupa itd.

Klasifikacija ugljikohidrata.

Ugljikohidrati se dijele prema veličini molekula u 3 grupe:

1. Monosaharidi- sadrže 1 molekul ugljikohidrata (aldoze ili ketoze).

Trioze (gliceraldehid, dihidroksiaceton).

Tetroze (eritroza).

Pentoze (riboza i deoksiriboza).

Heksoze (glukoza, fruktoza, galaktoza).

2. Oligosaharidi- sadrže 2-10 monosaharida.

Disaharidi (saharoza, maltoza, laktoza).

· Trisaharidi, itd.

3. Polisaharidi- sadrže više od 10 monosaharida.

Homopolisaharidi - sadrže iste monosaharide (škrob, vlakna, celuloza se sastoje samo od glukoze).

· Heteropolisaharidi – sadrže različite vrste monosaharida, njihove parne derivate i neugljikohidratne komponente (heparin, hijaluronska kiselina, hondroitin sulfati).

Šema br. 1. K klasifikacija ugljikohidrata.

Ugljikohidrati

Monosaharidi Oligosaharidi Polisaharidi

1. Trioze 1. Disaharidi 1. Homopolisaharidi

2. Tetroze 2. Trisaharidi 2. Heteropolisaharidi

3. Pentoze 3. Tetrasaharidi

4. Heksoze

svojstva ugljikohidrata.

1. Ugljikohidrati su čvrste kristalne bijele tvari, gotovo sve je slatkog okusa.

2. Skoro svi ugljikohidrati su vrlo topljivi u vodi i stvaraju se prave otopine. Rastvorljivost ugljikohidrata ovisi o masi (što je veća masa, to je supstanca manje topiva, na primjer, saharoza i škrob) i strukturi (što je struktura ugljikohidrata razgranatija, to je gora topljivost u vodi, npr. skrob i vlakna).

3. Monosaharidi se mogu naći u dva stereoizomernih oblika: L-oblik (leavus - lijevo) i D-oblik (dexter - desno). Ovi oblici imaju ista hemijska svojstva, ali se razlikuju po rasporedu hidroksidnih grupa u odnosu na osu molekula i po optičkoj aktivnosti, tj. rotiraju za određeni ugao ravan polarizovane svetlosti koja prolazi kroz njihovo rešenje. Štaviše, ravan polarizovane svjetlosti rotira za jednu količinu, ali u suprotnim smjerovima. Razmotrimo stvaranje stereoizomera na primjeru gliceraldehida:

AtoN AtoN

ALI-S-N H-S- JE LI ON

CH2OH CH2OH

L - oblik D - oblik

Po prijemu monosaharida u laboratoriju, stereoizomeri se formiraju u omjeru 1:1, u tijelu se sinteza odvija pod djelovanjem enzima koji striktno razlikuju L-oblik i D-oblik. Budući da se samo D-šećeri podvrgavaju sintezi i razgradnji u tijelu, L-stereoizomeri su postepeno nestajali u evoluciji (to je osnova za određivanje šećera u biološkim tekućinama pomoću polarimetra).

4. Monosaharidi u vodenim rastvorima mogu se međusobno pretvarati, to se svojstvo naziva mutacija.

HO-CH2 O=C-H

S O NE-S-N

N N H H-C-OH

S S NE-S-N

ALI OH N JE LI ON ALI-S-N

C C CH2-OH

HO-CH2

N N JE LI ON

ALI OH N H

Beta obrazac.

U vodenim rastvorima, monomeri koji se sastoje od 5 ili više atoma mogu se naći u cikličkim (prstenastim) alfa ili beta oblicima i otvorenim (otvorenim) oblicima, a njihov odnos je 1:1. Oligo- i polisaharidi se sastoje od monomera u cikličnom obliku. U cikličnom obliku, ugljikohidrati su stabilni i mliječno aktivni, au otvorenom obliku su visoko reaktivni.

5. Monosaharidi se mogu reducirati u alkohole.

6. U otvorenom obliku mogu komunicirati sa proteinima, lipidima, nukleotidima bez učešća enzima. Ove reakcije se nazivaju glikacija. Klinika koristi studiju o nivou glikoziliranog hemoglobina ili fruktozamina za dijagnosticiranje dijabetes melitusa.

7. Monosaharidi mogu formirati estre. Od najveće važnosti je svojstvo ugljikohidrata da formiraju estre sa fosfornom kiselinom, tk. da bi se uključio u metabolizam, ugljikohidrat mora postati fosfatni ester, na primjer, glukoza se prije oksidacije pretvara u glukoza-1-fosfat ili glukoza-6-fosfat.

8. Aldolaze imaju sposobnost redukcije metala u alkalnom okruženju iz njihovih oksida u oksid ili u slobodno stanje. Ovo svojstvo se koristi u laboratorijskoj praksi za otkrivanje aldoloze (glukoze) u biološkim tekućinama. Najčešće se koristi Trommer reakcija u kojoj aldoloza reducira bakrov oksid u oksid, a sama se oksidira u glukonsku kiselinu (oksidira se 1 atom ugljika).

CuSO4 + NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

Plava

C5H11COH + 2Cu(OH)2 C5H11COOH + H2O + 2CuOH

cigla crvena

9. Monosaharidi se mogu oksidirati u kiseline ne samo u Trommer reakciji. Na primjer, kada se 6 atoma ugljika glukoze oksidira u tijelu, nastaje glukuronska kiselina, koja se spaja sa toksičnim i slabo topljivim tvarima, neutralizira ih i pretvara u rastvorljive, te se u tom obliku te tvari izlučuju iz tijela sa urin.

10. Monosaharidi se mogu kombinovati jedni s drugima i formirati polimere. Veza koja se javlja se zove glikozidni, formirana je od OH grupe prvog atoma ugljika jednog monosaharida i OH grupe četvrtog (1,4-glikozidna veza) ili šestog atoma ugljika (1,6-glikozidna veza) drugog monosaharida. Osim toga, može se formirati alfa-glikozidna veza (između dva alfa oblika ugljikohidrata) ili beta-glikozidna veza (između alfa i beta oblika ugljikohidrata).

11. Oligo- i polisaharidi mogu biti podvrgnuti hidrolizi da bi se formirali monomeri. Reakcija se odvija na mjestu glikozidne veze, a ovaj proces se ubrzava u kiseloj sredini. Enzimi u ljudskom tijelu mogu razlikovati alfa i beta glikozidne veze, tako da se škrob (koji ima alfa glikozidne veze) probavlja u crijevima, ali vlakna (koja imaju beta glikozidne veze) ne.

12. Mono- i oligosaharidi se mogu fermentirati: alkohol, mliječna kiselina, limunska kiselina, buterna kiselina.

Opće karakteristike ugljikohidrata.

Ugljikohidrati- organska jedinjenja koja su aldehidi ili ketoni polihidričnih alkohola. Ugljikohidrati koji sadrže aldehidnu grupu nazivaju se aldoze i keton - ketoza. Većina njih (ali ne svi! Na primjer, ramnoza C6H12O5) odgovara općoj formuli Cn (H2O) m, zbog čega su i dobili svoje povijesno ime - ugljikohidrati. Ali postoji niz tvari, na primjer, octena kiselina C2H4O2 ili CH3COOH, koja se, iako odgovara općoj formuli, ne odnosi na ugljikohidrate. Trenutno je usvojeno još jedno ime koje najtočnije odražava svojstva ugljikohidrata - glucidi (slatko), ali se povijesno ime toliko učvrstilo u životu da ga i dalje koriste. Ugljikohidrati su vrlo rasprostranjeni u prirodi, posebno u biljnom carstvu, gdje čine 70-80% mase suhe tvari ćelija. U životinjskom tijelu oni čine samo oko 2% tjelesne težine, ali ovdje njihova uloga nije ništa manje važna. Udio njihovog učešća u ukupnom energetskom bilansu je veoma značajan i premašuje skoro jedan i po puta udio proteina i lipida zajedno. U tijelu se ugljikohidrati mogu skladištiti kao glikogen u jetri i konzumirati po potrebi.

Hemijska svojstva monosaharida su posljedica prisustva:

• karbonilna grupa (aciklični oblik monosaharida)
• hemiacetal hidroksil (ciklički oblik monosaharida)
• alkohol OH grupe

Oporavak

• Proizvodi oporavka: polihidrični alkoholi - gliciti
• Redukciono sredstvo: NaBH 4 ili katalitička hidrogenacija.

Gliciti se koriste kao zamjena za šećer.

Smanjenje aldoza rezultira „izjednačavanjem“ funkcionalnih grupa na krajevima lanca. Kao rezultat, iz nekih aldoza (eritroza, riboza, ksiloza, aloza, galaktoza) nastaju optički neaktivna mezojedinjenja. Kada se ketoza obnovi iz karbonilne grupe, pojavljuje se novi kiralni centar i formira se mješavina nejednakih količina dijastereomernih alkohola (epimeri na C2):

Ova reakcija dokazuje da D-fruktoza, D-glukoza i D-manoza imaju iste konfiguracije hiralnih centara C2, C3 i C4.

Oksidacija

Oksidacija može biti:

• karbonilnu grupu
• oba kraja ugljikovog lanca (karbonilna grupa i hidrokso grupa na šestom atomu ugljika)
• hidrokso grupa na šestom atomu ugljika, bez obzira na karbonil

Vrsta oksidacije ovisi o prirodi oksidacijskog sredstva.

blaga oksidacija. Glikonske kiseline

• Oksidirajuće sredstvo: bromna voda
• Šta je oksidirano: karbonilna grupa aldoze. Ketoze se ne oksidiraju pod ovim uvjetima i stoga se mogu izolirati iz mješavina sa aldozama.
• Proizvodi oksidacije: glikonske kiseline (iz acikličnih monosaharida), peto- i šestočlani laktoni (iz cikličnih).

Smanjenje monosaharida. Kvalitativna reakcija na aldehidnu grupu

• Oksidirajuće sredstvo: katjoni metala Ag + (OH - Tolensov reagens) i Cu 2+ (Cu 2+ kompleks sa tartaratnim jonom - Fehlingov reagens) u alkalnom mediju
• Šta je oksidirano: aldoza karbonilne grupe i ketoza
• Proizvodi oksidacije: glikonske kiseline i proizvodi destruktivne razgradnje

Aldoza + + → glikonska kiselina + Ag + proizvodi destruktivne oksidacije

Aldoza + Cu 2+ → glikonska kiselina + Cu 2 O + proizvodi destruktivne oksidacije

Ugljikohidrati za oporavak- ugljikohidrati koji mogu reducirati Tolens i Fehling reagense. Ketoze pokazuju redukciona svojstva zbog izomerizacije u alkalnoj sredini u aldoze, koje dalje stupaju u interakciju sa oksidacijskim agensom. Proces pretvaranja ketoze u aldozu nastaje kao rezultat enolizacije. Enol formiran iz ketoze je uobičajen za njega i 2 aldoze (epimeri na C-2). Dakle, u slabo alkalnom rastvoru, endiol, D-glukoza i D-manoza su u ravnoteži sa D-fruktozom.

Epimerizacija- interkonverzije između aldoza, epimera na C2 u alkalnoj otopini.

Teška oksidacija. Glikarinske kiseline

• Oksidirajuće sredstvo: razrijeđena dušična kiselina
• Šta je oksidirano: oba kraja karbonskog lanca. Oksidacija ketoze dušičnom kiselinom odvija se cijepanjem C-C veza.
• Proizvodi oksidacije: glikarne kiseline

Kada se formiraju glikarne kiseline, funkcionalne grupe se „izjednačavaju“ na krajevima lanca, a iz nekih aldoza nastaju mezojedinjenja.

Enzimska oksidacija u tijelu. Glikoronske kiseline

• Oksidirajuće sredstvo: enzimi u tijelu. U laboratorijskim uvjetima provodi se višestepena sinteza kako bi se zaštitila karbonilna grupa.
• Šta je oksidirano: hidrokso grupa na šestom atomu ugljika bez obzira na karbonil
• Proizvodi oksidacije: glikuronske kiseline

Glikoronske kiseline su dio polisaharida (pektinske tvari, heparin). Važna biološka uloga D-glukuronske kiseline je da se mnoge toksične supstance izlučuju iz organizma sa urinom u obliku rastvorljivih glukuronida.

Reakcije hemiacetalnog hidroksila. Glikozidi

Monosaharidi su u stanju da vežu jedinjenja različite prirode sa formiranjem glikozida. Glikozid- molekula u kojoj je ostatak ugljikohidrata vezan za drugu funkcionalnu grupu glikozidna veza.

U prisustvu kiselina, monosaharidi stupaju u interakciju sa jedinjenjima koja sadrže hidrokso grupu. Kao rezultat, nastaju ciklički acetali -.

Struktura glikozida

Molekula glikozida sastoji se od dva dijela - komponente ugljikohidrata i aglikona:

Prema vrsti veze između ostatka ugljikohidrata i aglikona, razlikuju se:

Po veličini ciklusa, glikozidi:

• piranozidi
• furanozidi

Po prirodi ugljikohidrata:

• glukozidi (acetali glukoze)
• ribozidi (acetali riboze)
• fruktozidi (acetali fruktoze)

Prema prirodi aglikona:

• fenolni glikozidi
• antrakinon glikozidi

Dobijanje glikozida

Uobičajeni način za dobivanje glikozida je propuštanje plinovitog klorovodika (katalizatora) kroz otopinu monosaharida u alkoholu:

Hidroliza glikozida

Glikozidi se lako hidroliziraju u kiseloj sredini, otporni na hidrolizu u blago alkalnoj sredini. Furanozidi se lakše hidroliziraju od piranozida zbog napetosti ciklusa. Kao rezultat hidrolize glikozida, nastaju odgovarajući spojevi koji sadrže hidrokso (alkohol, fenol, itd.) i monosaharid.

Formiranje etera

Kada alkohol hidrokso grupe stupe u interakciju sa alkil halogenidima, nastaju etri. Eteri su otporni na hidrolizu, a glikozidna veza se hidrolizira u kiseloj sredini:

Formiranje estera

Monosaharidi ulaze u reakciju acilacije s organskim anhidridima kisika. Kao rezultat, nastaju estri. Esteri se hidroliziraju i u kiseloj i u alkalnoj sredini:

Dehidracija

Dehidracija ugljikohidrata nastaje kada se zagrijavaju mineralnim kiselinama.