Учебно-методический комплекс ферганский филиал узбекского государственного университета физической культуры и спорта

Углеводы





Моносахариды

Полисахариды







Олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т.д.)



Гетерополи
сахариды

Альдозы



Гомополи
сахариды

Кетозы

1. 
   Моносахариды или простые сахара, содержат только одну структурную единицу альдегидоспирта или кетоспирта. Среди природных моносахаридов наиболее распространена – глюкоза, содержащая 6 атомов углерода.
   
2. 
   Олигосахариды (греческое слово «олиго» значит «немного») состоят от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Наиболее часто встречаются дисахариды, состоящие из двух моносахаридных единиц. Типичными представителями дисахаридов являются – сахароза (тростниковый сахар), молекула которой состоит из двух остатков шестиуглеродных сахаров –Д-глюкозы и Д-фруктозы. Большинство олигосахаридов, содержащие три и более остатков, встречаются не в свободной форме, а в виде боковых цепей, присоединенных к полипептидам (гликопротеинам).
   
3. 
   Полисахариды представляют собой длинные цепи, образованные сотнями или тысячами моносахаридных единиц. Некоторые полисахариды, например целлюлоза, имеют линейные цепи, тогда как другие, например гликоген – разветвленные. Наиболее распространённые в растительном мире полисахариды – крахмал и целлюлоза, а в животном мире – гликоген.
   

Моносахариды (простые сахара).
Моносахариды – бесцветные, твердые кристаллические вещества, которые легко растворяются в воде, но не растворяются в неполярных растворителях. Как правило, все они сладкого вкуса. Молекулы их содержат от 2 до 7 углеродных атомов, образующих неразветвленную цепь. В зависимости от числа углеродных атомов выделяют моносахариды – биозы (С₂Н₄О₂), триозы – (С₃Н₆О₃), тетрозы –(С₄Н₈О₄), пентозы – (С₅Н₁₀О₅), гексозы – (С₆Н₁₂О₆) и гептозы –(С₇Н₁₄О₇).
В молекулах один из атомов углерода связан двойной связью с атомом кислорода, образуя карбонильную группу, ко всем остальным атомам углерода присоединены гидроксильные группы. Если карбонильная группа расположена в конце углеродной цепи, то моносахарид является альдегидом и носит название – альдозы. Если карбонил расположен между углеродными атомами, то моносахарид является кетоном и носит название – кетозы.
Среди моносахаридов преобладают пентозы и гексозы. В организмах животных и человека обнаружено более десятка различных моносахаридов. Наиболее часто встречаются следующие моносахариды: диоксиацетон, глицеральдегид, эритроза, рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, глюкоза, галактоза, фруктоза, седогептулоза.
Моносахариды легко вступают в химические взаимодействия, поэтому редко встречаются в свободном виде. В организмах они находятся в виде своих производных: в растениях в виде крахмала и целлюлозы, а у животных и человека – гликогена. Только одна глюкоза как исключение в свободном виде содержится в клеточном соке растений, крови, лимфе, клеточной жидкости животных и человека. В крови человека в состоянии покоя содержится 70-110мг.%. При сахарном диабете количество ее в крови резко повышается (300 мг.% и более).
Фосфорные эфиры многих моносахаридов (глицеральдегида, диоксиацетона, рибозы, рибулозы, глюкозы, фруктозы седогептулозы) являются промежуточными продуктами превращений углеводов в живых организмах и играют важную роль в метаболизме клеток. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот – РНК и ДНК. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются важными энергетическими веществами, и они входят в состав молекул, наиболее распространенных олиго- и полисахаридов, сложных белков – гликопротеидов и гликолипидов.
Моносахариды в своих составах содержат ассиметричные углеродные атомы, от числа которых зависят количество (оптических) стериоизомеров. В каждой молекуле число ассиметричного углеродного атома равно общее число углеродных атомов в молекуле минус 2 (n-2). Например, в триозах, в триозах ассиметричный углеродный атом 1 (два изомера), а в гексозах 4 (2⁴=16 изомера).

D- Глицеральдегид L- Глицеральдегид

(Глюкоза и галактоза могут служить примером также оптических изомеров).

Оптические стериоизомеры хоть и имеют одну и ту же империческую формулу, но они различаются физико-химическими свойствами, а также выполняют разную биологическую функцию. Организм человека воспринимает только Д-глюкозу и ее производных.

Типичные моносахариды с пятью и шестью углеродными атомами существуют в циклической форме. При этом карбонил и гидроксильная группа самого отдаленного углеродного атома сближаются в пространстве. Взаимное влияние гидроксила и карбонила приводит к разрыву двойной связи в карбониле, перемещению освободивщейся валентности карбонильного О₂ и замыканию кольца углеродных атомов через гидроксильный О₂. Гидроксильная группа, образовавшаяся при замыкании цикла из карбонила, называется полуацетальным или гликозидным гидроксилом.
В зависимости от пространственного положения гликозидного гидроксила различают  и  -форму моносахаридов. Циклические формы изомеров моносахаридов используются организмами для построения олиго- и полисахаридов, мононуклеотидов и других сложных органических молекул.



В растворе ациклические и циклические формы моносахаридов существуют одновременно и способны сами по себе превращаться друг в друга. В зависимости от положения ассиметрического углеродного атома различают принадлежности к D или L ряду. Следует подчеркнуть, что организм человека может усваивать моносахариды только D-ряда.  и  изомеры взаимно превращаемы в организме.
Химические свойства моносахаридов зависят как от свойств свободных карбонильных и спиртовых групп, так и от свойств продуктов их взаимодействия – глюкозидного гидроксила, который гораздо активнее вступает в химические реакции, чем другие гидроксильные группы. Например, карбонильная группа альдозы – глюкозы или галактозы легко окисляются и образуют глюконовую или галактоновую кислоту.

СН₂ОН(СНОН)₄СНО СН₂ОН(СНОН)₄СООН

Кетозы окисляются более сильными окислителями, при этом их углеродная цепь разрывается:

Гликолевая кислота Триоксимасляная

Фруктоза кислота

Карбонильная группа может легко восстанавливаться, образуя многоатомные спирты:

СН₂ОН (СНОН)₃СНО СН₂ОН(СНОН) ₃СН₂ОН
Рибоза рибитол
Могут окисляться первичные спиртовые группы альдоз, не затрагивая альдегидной группы:
+20
СНО(СНОН)₄СН₂ОН СНО(СНОН)₄СООН + Н₂О
Галактоза галактуроновая кислота

При глубоком окислении гексоз в растениях образуется витамин С – аскорбиновая кислота.

В природе широко распространены два аминопроизводных гексоз: глюкозамин и галактозамин. Они образованы из соответствующих моносахаридов замещением гидроксильной группы при втором углеродном атоме на аминную. Глюкозамин входит в состав многих полисахаридов, содержащихся в тканях животных, галактозамин является компонентом гликопротеидов, образующих хрящевую ткань и гликолипидов.
Простые моносахариды могут служить восстановителями. Они легко восстанавливают такие окислители, как феррицианид, перекись водорода или ионы двухвалентной меди. В этих реакциях карбонильная группа сахаров окисляется и восстанавливаются окислители. Измеряя количество окислителя, восстановленного раствором сахара, можно вычислить концентрацию сахара. Этим способом определяется содержание глюкозы в крови.