Углеводы их строение моно ди и полисахариды. Углеводы: моно-, ди- и полисахариды

ОЛИГО- И ПОЛИСАХАРИДЫ

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ; ИХ БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

Полисахаридами называются сложные углеводы (полигликозиды), способные подвергаться кислотному гидролизу с образованием моносахаридов или их производных. В отличие от моносахаридов они, как правило, не имеют сладкого вкуса, аморфны, нерастворимы в воде (образуют коллоидные растворы). Полисахариды подразделяется на олигосахариды и высшие гомо- и гетерополисахариды. При гидролизе олигосахаридов образуется от 2 до 10 остатков моносахаридов. К высшим полисахаридам относятся углеводы, содержащие в своих молекулах сотни и тысячи моносахаридных остатков. При гидролизе гомополисахаридов образуются остатки только одного моносахарида, при гидролизе гетерополисахаридов - смесь различных моносахаридов и их производных.

В зависимости от числа моносахаридов, образующихся при кислотном гидролизе олигосахаридов, они подразделяются на ди-, три-, тетра-, пента - и т.д. (до 10) сахариды .

Природные полисахариды выполняют в основном такие важнейшие функции как:

1) функцию резервного энергетического депо и источников углерода, например, гликоген в тканях человека и животных, крахмал - в растительных организмах; 2) структурную, например, гетерополисахариды соединительной ткани, хрящей, кожи и т.д. Кроме того, углеводные остатки, особенно, олигосахаридные, связанные с белками клеточных мембран, выполняют функции специфических маркеров поверхностей клеток и биополимеров, обуславливающих их узнавание другими клетками.

2. ВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕ ДИСАХАРИДЫ. СТРОЕНИЕ, ЦИКЛО-ОКСО-ТАУТОМЕРИЯ, БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

Дисахариды являются обычно транспортной или запасной формой углеводов, важны в питании. Они построены из гексоз и имеют общую молекулярную формулу С 12 Н 22 О 11 . В зависимости от типа гликозидной связи, связывающей остатки моносахаридов, дисахариды делятся на восстанавливающие и невосстанавливающие.

У восстанавливающих дисахаридов гликозидная связь образована с участием полуацетального гидроксила одного моносахаридного остатка и спиртового гидроксила другого моносахаридного остатка. Такой дисахарид сохраняет в своей структуре свободный полуацетальный гидроксил и может в щелочной среде превращаться в альдегидную форму и давать реакции “серебряного зеркала”, Троммера, Фелинга, т.е. проявлять восстанавливающие свойства. К дисахаридам с таким типом гликозидной связи относятся мальтоза, лактоза и целлобиоза. Они мутаротируют в растворе, могут образовывать гликозиды со спиртами, аминами, другими моносахаридами.

У невосстанавливающих дисахаридов, примером которых является сахароза, гликозидная связь образуется с участием полуацетальных гидроксилов обоих моносахаридных остатков. В результате дисахарид не сохраняет свободного полуацетального гидроксила, не может превращаться в таутомерную ациклическую (альдегидную) форму и не проявляет восстановительных свойств, не мутаротирует в растворе, не способен далее образовывать гликозиды.

Мальтоза - солодовый сахар, образуется при осахаривании крахмала под действием ферментов солода или слюны. При кислотном гидролизе мальтозы образуются 2 молекулы, D-глюкопиранозы:

Химическое название дисахаридам дается, как гликозидам: указывается тип гликозида (О или N), первый остаток моносахарида называется как радикал с окончанием “ил”, далее указывается тип гликозидной связи (14) и добавляется название второго моносахарида с окончанием “оза”, так как мальтоза может еще образовывать гликозиды по свободному полуацетальному гидроксилу.

Строение мальтозы по Колли-Толленсу:

Строение мальтозы по Хеуорсу:

Целлобиоза получается при неполном гидролизе полисахарида целлюлозы. В целлобиозе остатки двух молекул D-глюкопиранозы связаны (14)- гликозидной связью. Отличие целлобиозы от мальтозы состоит в том, что аномерный атом углерода, участвующий в образовании гликозидной связи имеет -конфигурацию. Растворы целлобиозы мутаротируют.

Целлобиоза расщепляется ферментом -глюкозидазой, который в организме человека отсутствует. Поэтому целлобиоза и соответствующий полисахарид целлюлоза не могут расщепляться ферментами желудочно-кишечного тракта и служить источниками питания для человека.

Лактоза - молочный сахар, содержится в молоке (грудном женском - до 8 %, в коровьем - 4-5%). В сыроваренной промышленности ее получают из молочной сыворотки после отделения творога. При кислотном гидролизе лактозы образуются:

Остатки этих моносахаридов в лактозе связаны (14)- гликозидной связью, в образовании которой принимает участие полуацетальный гидроксил, D-галактопиранозы. В остатке, D-глюкопиранозы сохраняется свободный полуацетальный гидроксил, поэтому лактоза также обладает восстанавливающими свойствами.

Гликозидная связь имеет иное конформационное (пространственное) строение, чем -гликозидная связь в мальтозе. Поэтому лактоза хуже растворима в воде, менее гигроскопична. Ее применяют в фармацевтической промышленности при изготовлении порошков и таблеток, а также как питательное средство в искусственных смесях для грудных детей. Она способствует развитию в пищеварительном тракте микроорганизма Lactobacillus bifidus, расщепляющего лактозу с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствуют размножению патогенных бактерий. Кроме того, в грудном женском молоке содержится и ряд олигосахаридов (три-, тетра-, и пентасахариды), содержащих лактозу, связанную с аминосахарами и сиаловой кислотой (иногда фукозой). Эти олигосахариды также имеют большое значение для формирования естественной непатогенной микрофлоры в желудочно-кишечном тракте грудных детей.

3. САХАРОЗА КАК ПРЕДСТАВИТЕЛЬ НЕВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ ДИСАХАРИДОВ. СТРОЕНИЕ, ГИДРОЛИЗ САХАРОЗЫ.

Сахароза - свекловичный (тростниковый) сахар, содержится в сахарной свекле (от 16 до 18 %), в сахарном тростнике (до 28 % от сухого вещества), соках растений и плодах, используется в питании (просто сахар). При гидролизе сахарозы образуются:

Сахароза не обладает восстанавливающими свойствами и не мутаротирует, так как в образовании, (12)-гликозидной связи, соединяющей остатки этих моноз, принимают участие оба полуацетальных гидроксила. В названии сахарозы вторая молекула моносахарида получает характерное для гликозидов окончание “озид”.

Сахароза вращает плоскость поляризации света вправо на +66,5. При кислотном или ферментативном гидролизе сахарозы (фермент инвертаза) образуется эквимолекулярная смесь D-глюкозы и D-фруктозы, которая обладает левым вращением, так как образующаяся фруктоза значительно сильнее вращает плоскость поляризации света влево, чем глюкоза вправо. Таким образом, в процессе гидролиза сахарозы происходит обращение направление вращения плоскости поляризации света с правого на левый, т.е. инверсия, поэтому продукты гидролиза сахарозы называют инвертным сахаром. Инвертный сахар является основной составной частью пчелиного меда.

4. КРАХМАЛ. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, РЕАКЦИИ ГИДРОЛИЗА. БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КРАХМАЛА.

Крахмал (С 6 Н 10 О 5)n - основной запасной гомополисахарид растений. Он образуется в растениях в процессе фотосинтеза и “запасается” в клубнях, корнях, зернах злаковых культур. Крахмал - белое аморфное вещество. В холодной воде нерастворим; в горячей набухает и образует клейстер. С иодом дает интенсивное сине-фиолетовое окрашивание, исчезающее при нагревании. При нагревании в кислой среде идет стадийный гидролиз крахмала:

(С 6 Н 10 О 5)n (С 6 Н 10 О 5)x (С 6 Н 10 О 5)m n/2 С 12 Н 22 О 11 nС 6 Н 12 О 6

крахмал р-римый крахмал декстрины мальтоза,D-глюкопираноза

x < n m << n

Сам крахмал не обладает восстанавливающими свойствами. Декстрины обладают восстанавливающими свойствами, растворимы в воде, имеют сладкий вкус. В частности, декстринизация крахмала осуществляется в процессе выпечки хлеба. Декстрины могут использоваться для приготовления клея.

Крахмал неоднороден и состоит из двух фракций: амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%).

а) -Амилоза состоит из остатков,D-глюкопиранозы, связанных в линейную последовательность (1 4)-гликозидными связями.

Макромолекула амилозы имеет и вторичную -спиральную структуру, в которой на каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев. Может образовывать соединения включения. Именно соединение включения амилозы с иодом имеет интенсивное сине-фиолетовое окрашивание.

б) Амилопектин, в отличие от амилозы, имеет разветвлённое строение. В цепи,D-глюкопиранозные остатки связаны (1 4)-гликозидными связями, а в точках разветвления (1 6)-гликозидными связями. Ответвления встречаются через каждые 20-25 остатков.

В пищеварительном тракте человека происходит гидролиз крахмала под действием ферментов, расщепляющих (14)- и (16)-гликозидные связи. Конечными продуктами гидролиза являются, D-глюкопираноза и мальтоза.

5. ГЛИКОГЕН, ЕГО СТРОЕНИЕ. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАЗВЕТВЛЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГЛИКОГЕНА.

Гликоген (С 6 Н 10 О 5)n запасной полисахарид клеток животных и человека, но встречается в грибах и некоторых растениях. У животных и человека обычно присутствует во всех клетках, но больше всего в печени (до 20%) и мышцах (до 4 %). Все процессы жизнедеятельности, в первую очередь мышечная работа, сопровождаются расщеплением гликогена с высвобождением, D-глюкопиранозы. Гликоген по строению подобен амилопектину, но имеет еще больше разветвлений (через каждые 6-10 остатков); наряду с первичными, имеются и вторичные ответвления. Компактная и сильноразветвленная структура гликогена позволяет эффективно депонировать глюкозу, а также быстро и эффективно ее отщеплять от каждого из ответвлений при физических нагрузках. Гликоген, в отличие от крахмала, дает красно-бурое окрашивание с иодом.

6. КЛЕТЧАТКА, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА. РОЛЬ В ПИТАНИИ.

Целлюлоза или клетчатка представляет собой линейный гомополисахарид, состоящий из остатков,D-глюкопиранозы, соединененных между собой (14)-гликозидными связями.

Структурным повторяющимся фрагментом в целлюлозе является биозный фрагмент - целлобиоза. В этом фрагменте второй моносахаридный остаток, D- глюкопиранозы повернут на 180 по отношению к предыдущему. Это позволяет целлюлозе иметь линейную структуру, дополнительно стабилизированную водородными связями. Водородные связи могут образовываться между кислородным атомом пиранозного цикла и спиртовым гидроксилом 3-го углеродного атома следующего цикла, а также между соседними цепями. Такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, позволяющие целлюлозе формировать клеточную стенку растений.

Клетчатка не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта человека, но она должна быть обязательным компонентом пищи. Она выполняет следующие функции:

создает чувство насыщения;

стимулирует перистальтику желудочно-кишечного тракта;

является субстратом для бактерий желудочно-кишечного тракта, синтезирующих витамины группы В;

участвует в формировании каловых масс;

способствует адсорбции токсических веществ в толстом кишечнике и их выведению, что снижает риск развития злокачественных новообразований толстого кишечника.

Декстраны - (С 6 Н 10 О 5)n - полисахариды бактериального происхождения, построены из остатков, D-глюкопиранозы. Их макромолекулы сильно разветвлены. Основным типом связи является (16), а в местах разветвлений - (14), (13) и реже (12)- гликозидные связи.

Нативный декстран имеет молекулярную массу порядка 300.000-400.000 и используется для изготовления сефадексов, применяемых в гельфильтрации. Частично гидролизованный декстран с молекулярной массой 60.000-90.000 в изотоническом растворе NаСI (0,85%) используется в качестве плазмозамещающих растворов (полиглюкин, реополиглюкин и др.).

8. ПОНЯТИЕ О СТРУКТУРЕ ГЕТЕРОПОЛИСАХАРИДОВ. СТРОЕНИЕ ПО ХЕУОРСУ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ.

Гeтерополисахариды - высшие полисахариды, при кислотном гидролизе которых образуется смесь производных моносахаридов - аминосахара и уроновые кислоты. Различают: 1) гликозаминогликаны и 2) протеогликаны (гликозаминогликаны, ковалентно связанные с белком).

Гликозаминогликаны гетерополисахариды с длинными неразветвленными цепями, состоящими из повторяющихся дисахаридных звеньев. Их называют гликозаминогликанами потому, что один из двух остатков в повторяющемся дисахариде представлен аминосахаром (N-ацетилглюкозамином или N-ацетилгалактозамином). В большинстве случаев, один из этих аминосахаров сульфатирован (этерифицирован остатками серной кислоты), а второй представляет собой уроновую кислоту. Присутствие у многих сахарных остатков ионизированных сульфатных или карбоксильных групп придают гликозаминогликанам большой отрицательный заряд и способность притягивать множество таких осмотически активных ионов, как Nа + . Большое количество полярных гидрофильных групп и высокая осмотическая концентрация ионов способствуют гидратации гликозаминогликанов и матрикса соединительной ткани в целом. Это создает давление набухания (тургор), позволяющее матриксу образовывать рыхлый гидратированный гель и противостоять сжимающим силам. Именно таким образом сопротивляется сжатию, например, матрикс хряща. В то же время, гелевая структура не препятствует быстрой диффузии водорастворимых молекул и миграции клеток.

К гликозаминогликанам относятся: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин и др.

Гиалуроновая кислота является основным компонентом соединительной ткани. В больших количествах она содержится в синовиальной жидкости суставов, стекловидном теле глаза, пуповине, а также, в коже. Ее повторяющейся структурной единицей является дисахаридный фрагмент, состоящий из,D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-,D-глюкозамина, связанных между собой (13) гликозидной связью. Повторяющиеся же дисахаридные фрагменты связаны друг с другом (14) гликозидными связями, образующимися между полуацетальным гидроксилом N-ацетилглюкозамина и спиртовым гидроксилом у 4-го углеродного атома глюкуроновой кислоты следующей единицы.

Гиалуроновая кислота имеет молекулярную массу свыше 10 млн. и отличается высокой вязкостью. Гиалуроновая кислота играет важную роль в сопротивлении организма вторжению бактерий. Однако ряд бактерий, секретирующих гиалуронидазу (фермент, расщепляющий гиалуроновую кислоту), могут легко распространяться в организме, устраняя препятствие, создаваемое вязкой гиалуроновой кислотой. В соединительной ткани гиалуроновая кислота обычно связана с белками.

Хондроитинсульфаты по структуре, локализации в тканях и выполняемым функциям напоминают гиалуроновую кислоту, за тем исключением, что гексозамин представлен N ацетил-,D-галактозамином, а отдельные гидроксильные группы в 4, 6 или обоих положениях N-ацетил-галактозаминного остатка этерифицированы остатками серной кислоты:

Хондроитин-4-сульфат: R = SO 3 , R = H; хондроитин-6-сульфат: R = H, R = SO 3

Хондроитин-4,6-дисульфат: R = R = SO 3 .

Хондроитинсульфаты обычно встречаются только в связанном с белками виде (протеогликаны). Протеогликаны – это группа углевод-белковых биополимеров, в которых преобладает доля углеводного компонента. Свойства протеогликанов, главным образом, определяются полисахаридными составляющими. Основным типом связей между полисахаридной и полипептидной цепями служит О-гликозидная связь.

В хрящевой и соединительной ткани хондроитинсульфаты прочно связываются с гиалуроновой кислотой с помощью связующих белков, образуя очень большие агрегаты.

Эти агрегаты можно наблюдать в электронном микроскопе:

Cхематическое строение протеогликанового агрегата хрящевой ткани.

В составе протеогликановых агрегатов протеогликановые молекулы выступают в роли субъединиц нековалентно связанных с помощью небольших, так называемых, связывающих белков с длинной цепью гиалуроновой кислоты. Подобные структуры придают хрящам более твёрдую консистенцию и вместе с тем – большую упругость.

Гликопротеины представляют собой смешанные биополимеры, состоящие из молекул белка, к которой ковалентно присоединены олигосахаридные цепи. В гликопротеинах преобладает доля белкового компонента.

Гликопротеины входят в состав всех органов тканей и клеток организма человека и животных; они содержатся в секреторных жидкостях и плазме крови. Функции их чрезвычайно разнообразны. Среди них встречаются ферменты, гормоны, белки иммунной системы, компоненты плазмы крови, муцины, рецепторы клеточных мембран и т.д.

Программа-минимум

полисахариды олиго - и полисахаридов . Структурный анализ олиго - и полисахаридов . Функции олиго - и полисахаридов . Понятие о лектинах...

1 история развития биотехнологии и основные ее аспекты

Программа-минимум

Клетки (нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды , липиды, нуклеопротеиды, гликопротеиды, липопротеиды... структурные мономерные единицы олиго - и полисахаридов . Структурный анализ олиго - и полисахаридов . Функции олиго - и полисахаридов . Понятие о лектинах...

» мне неизвестен вероятно как тесты по гистология

Тесты

И гликопротеинов (муцина, мукоидов). Полисахариды . При нарушениях метаболизма полисахаридов в клетках можно наблюдать уменьшение... гаптенами. К ним относятся многие моно‑, олиго ‑ и полисахариды , липиды, гликолипиды, искусственные полимеры, ...

Углеводы. Моно- , ди - и полисахариды, их характерные реакции.

Углеводы – это природные соединения, имеющие в подавляющем большинстве состав C n (H 2 O ) m . Их подразделяют на низкомолекулярные углеводы и продукты их поликонденсации.

Моносахариды – мономеры, из остатков которых состоят углеводы более сложного строения.

Олигосахариды – олигомеры, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков.

Полисахариды – полимеры, включающие до нескольких тысяч моносахаридных звеньев.

Моносахариды .

Строение и классификация .

Моносахариды – это полигидроксикарбонильные соединения, в которых каждый атом углерода (кроме карбонильного) связан с группой ОН. Общая формула моносахаридов – С n (H 2 O ) n , где n =3-9.

По химическому строению различают:

- альдозы – моносахариды, содержащие альдегидную группу;

- кетозы – моносахариды, содержащие кетонную группу (как правило, в положении 2).

В зависимости от длины углеродной цепи моносахариды делятся на триозы , тетрозы , пентозы, гексозы и т.д. Обычно моносахариды классифицируют с учетом сразу двух этих признаков, например:

В природе встречаются производные моносахаридов, содержащие аминогруппу (аминосахара ), карбоксильную группу (сиаловые кислоты, аскорбиновая кислота) , а также атом Н вместо одной или нескольких групп ОН (дезоксисахара ).

Стереоизомерия .

Все моносахариды (кроме дигидроксиацетона ) содержат хиральные атомы углерода и имеют стереоизомеры. Простейшая альдоза , глицериновый альдегид, содержит один хиральный атом С и существует в виде двух оптических изомеров – D и L :

По мере увеличения длины цепи количество стереоизомеров у альдогексоз растет. В соответствии с числом хиральных центров существует 4 стереоизомерных альдотетрозы , 8 альдопентоз , 16 альдогексоз и т.д. В зависимости от конфигурации наиболее удаленного от карбонильной группы хирального атома С все моносахариды делят на два стереохимических ряда – D -моносахариды и L -моносахариды:

Подавляющее большинство природных моносахаридов принадлежит к D -ряду.

Родоначальником ряда D -альдоз является D -глицериновый альдегид. Остальные D -альдозы могут быть построены на основе D -глицеральдегида путем последовательной вставки фрагмента СНОН сразу после карбонильной группы. Стереоизомерные альдозы имеют тривиальные названия.

Уточним стереоизомерные отношения в ряду D -альдоз . Между собой D -альдозы с одинаковым числом атомов углерода (D -альдотетрозы , D -альдопентозы , D -альдогексозы и т.д.) являются диастереомерами . Среди них выделяют особый тип диастереомеров , который называют эпимерами .

Эпимеры – это диастереомеры , которые отличаются по конфигурации только одного хирального центра.

Например, D -рибоза и D -арабиноза являются эпимерами , так как отличаются конфигурацией только хирального атома углерода в положении 2. D -глюкоза имеет несколько эпимеров : D - маннозу по С-2, D -аллозу по С-3, D -галактозу по С-4, L -иодозу по С-5.

Каждая из D -альдоз имеет энантиомер , относящийся к L -ряду, который может быть построен аналогично D -ряду на основе L -глицеральдегида . Энантиомером D -глюкозы является L -глюкоза, D -маннозы – L -манноза и т.д.

Ряд D -кетоз может быть построен на основе простейшей кетозы – дигидроксиацетона . Названия кетоз образуются из названий соответствующих альдоз путем введения суффикса «ул ». Для некоторых кетоз утвердились тривиальные названия.

Дигидроксиацетон не содержит хирального атома С и не имеет стереоизомеров. Остальные кетозы являются хиральными соединениями.

В природе широко распространены гексозы (D -глюкоза, D -галактоза, D -манноза , D -фруктоза) и пентозы (D -рибоза, D -ксилоза, D -арабиноза). Среди производных моносахаридов наиболее распространенными являются аминосахара D -глюкозамин и D -галактозамин и дезоксисахар 2-дезокси- D -рибоза.

Цикло-оксо-таутомерия .

Известно, что альдегиды способны присоединять спирты с образованием полуацеталей :

Карбонильная и гидроксильная группы моносахаридов взаимодействуют внутримолекулярно с образованием циклического полуацеталя :

При этом возникает новый хиральный центр – бывший карбонильный, а теперь аномерный атом углерода. Наиболее устойчивы циклические полуацетали , содержащие шестичленный (пиранозный ) или пятичленный (фуранозный ) циклы. Они образуются при взаимодействии альдегидной группы с гидроксильной группой в положении 5 или 4 моносахарида соответственно. На рисунке представлена схема образования циклических форм D -глюкозы:

Возникновение нового хирального центра приводит к появлению 2-х стереоизомеров для каждой из циклической форм - a - и b - аномеров .

Аномеры – это эпимеры , которые различаются по конфигурации аномерного атома углерода.

У a - аномера конфигурация аномерного центра совпадает с конфигурацией концевого хирального атома С, у b -аномера она противоположна.

Циклические формы моносахаридов изображают с помощью формул Хеуорса . Молекулу представляют в виде плоского цикла, перпендикулярного плоскости рисунка. Заместители, находившиеся в формуле Фишера слева, располагают над плоскостью цикла, справа – под плоскостью. Для определения положения группы СН 2 ОН в формуле Фишера предварительно делают две перестановки.

В кристаллическом состоянии моносахариды находятся в одной из циклических форм. При растворении образуется равновесная смесь линейной и циклических форм. Их относительное содержание определяется термодинамической стабильностью. Циклические, особенно пиранозные формы, энергетически более выгодны для большинства моносахаридов. Например, в растворе D -глюкозы преобладает b - D -глюкопираноза :

Существование равновесия между линейной и циклическими формами моносахаридов получило название цикло-оксо-таутомерии .

Растворение кристаллического моносахарида сопровождается постепенным таутомерным превращением, которое заканчивается установлением таутомерного равновесия. Каждая таутомерная форма оптически активна и имеет свою величину удельного вращения. Поэтому за таутомерным превращением можно следить по изменению удельного вращения раствора, которое заканчивается с установлением равновесия. Явление изменения удельного вращения свежеприготовленного раствора моносахарида называют мутаротацией . Явление мутаротации – одно из доказательств существования цикло-оксо-таутомерии у моносахаридов.

Конформационное строение .

Основой строения пиранозных форм моносахаридов является тетрагидропиран , для которого возможны две энергетически неравноценные конформации кресла.

1 С 4 4 С 1

Более стабильной является конформация с наименьшим числом объемистых заместителей в аксиальном положении. Для большинства D -альдогексоз это конформация 4 С 1 , в которой группа CH 2 OH занимает экваториальное положение.

Рассмотрим конформационное строение b - D -глюкопиранозы . Более выгодной для этой формы D -глюкозы является конформация 4 С 1 , в которой все заместители находятся в экваториальном положении.

У a - аномера гликозидный гидроксил в этой конформации будет занимать аксиальное положение. Поэтому в равновесной смеси таутомеров D -глюкозы преобладает b - аномер .

b - D -глюкопираноза – единственная D -гексоза с экваториальным положением всех заместителей. Как следствие этого, D -глюкоза - наиболее распространенный в природе моносахарид. Из всего семейства D -альдогексоз в природе встречаются только эпимеры D -глюкозы – D -галактоза и D -манноза , у которых число заместителей, занимающих аксиальное положение минимально.

На относительную устойчивость a - и b - форм моносахаридов кроме пространственных факторов влияют диполь-дипольные взаимодействия. Например, при замещении в молекуле D -глюкопиранозы полуацетального гидроксила на алкоксильную группу более выгодной становится a - аномерная форма, в которой группа OR занимает аксиальное положение. Стремление полярных групп при аномерном атоме углерода в пиранозном цикле занять аксиальное положение называют аномерным эффектом. Одно из возможных объяснений аномерного эффекта состоит в неблагоприятном диполь-дипольном взаимодействии между диполем атома кислорода цикла (с учетом ориентации его свободных электронных пар) и диполем экзоциклической связи С- X , которые в b - аномере параллельны, вследствие чего отталкивание между ними сильнее, чем в a -аномере .

Величина аномерного эфекта зависит от природы растворителя. Например, сольватация группы ОН в водных растворах приводит к ослаблению аномерного эффекта у свободных моносахаридов.

Химические свойства .

Химические свойства моносахаридов определяются наличием карбонильной группы (в ациклической форме), полуацетального гидроксила (в циклических формах) и спиртовых ОН групп.

Восстановление .

При восстановлении карбонильной группы альдоз образуются многоатомные спирты – глициты .

В лабораторных условиях для вос c тановления используют NaBH 4 . В промышленности применяют каталитическое гидрирование. Таким образом получают заменители сахара: из D -глюкозы – сорбит (D -глюцит ), из D -ксилозы – ксилит.

Восстановление альдоз приводит к «уравниванию» функциональных групп на концах цепи. В результате из некоторых альдоз (эритрозы , рибозы, ксилозы, аллозы , галактозы) образуются оптически неактивные мезо-соединения , например:

Разные альдозы при восстановлении могут дать один и тот же спирт.

Такая конфигурационная взаимосвязь между глицитами использовалась для установления стереохимической конфигурации моносахаридов.

При восстановлении кетоз из карбонильной группы возникает новый хиральный центр и образуется смесь неравных количеств диастереомерных спиртов (эпимеров по С-2).

Эта реакция доказывает, что D -фруктоза, D -глюкоза и D -манноза имеют одинаковые конфигурации хиральных центров С-2, С-3, и С-4.

Окисление .

Вследствие своей полифункциональности альдозы окисляются по-разному при действии различных окислителей. При этом может быть окислена карбонильная группа, оба конца углеродной цепи или расщеплена связь С-С .

Получение гликоновых кислот .

При мягком окислении альдоз , например, под действием бромной воды, затрагивается только карбонильная группа и образуются гликоновые кислоты , которые очень легко образуют пяти- и шестичленные лактоны.

Кетозы в этих условиях не окисляются и могут быть таким образом выделены из смесей с альдозами .

Альдозы и кетозы дают реакции, характерные только для соединений, содержащих альдегидную группу: они восстанавливают в щелочной среде катионы металлов Ag + (Ag (NH 3 ) 2 OH – реактив Толенса ) и Cu 2+ (комплекс Cu 2+ с тартрат-ионом – реактив Фелинга ). При этом гликоновые кислоты образуются в незначительном количестве, так как в щелочной среде протекает деградация углеродного скелета моносахаридов.

Альдоза + Ag ( NH 3 ) 2 + ® гликоновая кислота + Ag ¯

Альдоза + Cu 2+ ® гликоновая кислота + Cu 2 O ¯ + продукты деструктивного окисления

Сахара, способные восстанавливать реактивы Толенса и Фелинга , называют восстанавливающими . Кетозы проявляют восстанавливающие свойства за счет изомеризации в щелочной среде в альдозы , которые и взаимодействуют далее с окислителем. Процесс превращения кетозы в альдозу происходит в результате енолизации . Образующийся из кетозы енол является общим для нее и 2-х альдоз (эпимеров по С-2). Так, в слабощелочном растворе в равновесии с D -фруктозой находятся ендиол , D -глюкоза и D -манноза .

Взаимопревращения в щелочном растворе между альдозами , эпимерами по С-2, называют эпимеризацией .

Получение гликаровых кислот.

При действии разбавленной азотной кислоты окисляется оба конца углеродного скелета альдоз и образуются гликаровые кислоты .

При образовании гликаровых кислот, как и в случае глицитов , происходит «уравнивание» функциональных групп на концах цепи и из некоторых альдоз образуются мезо-соединения .

Окисление кетоз азотной кислотой протекает с расщеплением С-С связей.

Окисление виц-диольной группировки.

Моносахариды содержат виц-диольную группировку, которая претерпевает окислительное расщепление под действием иодной кислоты или тетраацетата свинца.

HOCH 2 ( CHOH) n CHO + (n+1) HIO 4 ® (n+1) HCOOH + HCHO + (n+1) HIO 3

Реакция протекает количественно. По составу продуктов и количеству израсходованной иодной кислоты получают ценную информацию о строение моносахаридов и их производных.

Получение гликозидов.

Циклические формы моносахаридов содержат несколько групп ОН, одна из которых – гликозидный (полуацетальный ) гидроксил, отличается повышенной склонностью к реакциям нуклеофильного замещения.

Известно, что в присутствии кислотных катализаторов полуацетали реагируют со спиртами. При этом происходит нуклеофильное замещение полуацетального гидроксила и образуются полные ацетали .

Аналогично реагирует гликозидный гидроксил в альдозах и кетозах . Спиртовые ОН группы при этом не затрагиваются. Продукты замещения гликозидного гидроксила называют гликозидами (гликопиранозидами или гликофуранозидами в зависимости от размера цикла). Например, при пропускании через раствор D-глюкозы в метаноле газообразного HCl образуется смесь метилглюкозидов , соответствующих разным таутомерным формам D-глюкозы (двум пиранозным и двум фуранозным ). В условиях термодинамического контроля в реакционной смеси преобладают более стабильные метилпиранозиды .

Метил- a - D -глюкопиранозид обладает большей термодинамической стабильностью, чем b - аномер (аномерный эффект) и поэтому образуется в большем количестве. Гликозиды существуют только в циклической форме, поэтому a - и b - аномеры гликозидов не могут спонтанно переходить друг в друга в результате таутомерных превращений. Гликозиды не имеют свободной альдегидной группы и являются невосстанавливающими сахарами .

Как полные ацетали гликозиды гидролизуются в условиях кислотного катализа и устойчивы в разбавленных растворах щелочей. Механизм кислотного гидролиза включает протонирование гликозидного кислорода, расщепление гликозидной С-О связи с образованием гликозил-катиона , который затем атакуется молекулой воды.

Расщепление гликозидной связи важно с биологической точки зрения, поскольку многие природные соединения являются гликозидами. Широко используется ферментативный гидролиз гликозидов, преимущество которого заключается в его специфичности. Определенные ферменты гидролизуют только a - или только b - гликозидные связи., что может быть использовано для установленияконфигурации гликозидной связи.

Молекулу гликозида рассматривают как состоящую из двух частей – сахарной части и агликона :

В качестве агликона в природных гликозидах могут выступать спирты, фенолы, стероиды, сами моносахариды. Перечисленные агликоны связаны с сахарной частью через атом кислорода,поэтому такие гликозиды называют О-гликозидами . В природе широко распространены N -гликозиды , в которых агликонами являются азотистые основания. К ним относятся нуклеозиды – структурные единицы нуклеиновых кислот.

Получение простых эфиров.

Метиловые эфиры по спиртовым группам ОН получают действием на моносахариды диметилсульфата в водном растворе щелочи или метилиодида в присутствии оксида серебра. Эти методы являются модификациями синтеза Вильямсона . При этом в реакцию вступает и гликозидный гидроксил. Простые эфиры по спиртовым группа устойчивы к гидролизу, в то время как гликозидная связь легко расщепляется в кислой среде.

Приведенная последовательность реакций (метилирование , затем гидролиз) используется для определения размера цикла в моносахаридах. Неметилированной остается группа ОН, которая участвовала в образовании циклического полуацеталя . Окисление образовавшейся тетраметил - D -глюкозы азотной кислотой в жестких условиях дает сначала кетокислоту, а затем триметоксиглутаровую и диметоксиянтарную кислоты.

Состав продуктов окисления указывает на то, что кетогруппа , а, следовательно, и свободная гидроксигруппа находились в положении 5. Это означает, что цикл был пиранозным .

Получение сложных эфиров .

Гидроксильные группы моносахаридов легко этерифицируются действием ангидриридов и хлорангидридов карбоновых кислот. Чаще всего используют ацетилирование уксусным ангидридом в присутствии кислотного (H 2 SO 4 , ZnCl 2 ) или основного (пиридин, С H 3 COONa ) катализатора.

Соотношение a - и b - аномеров зависит от условий проведения реакции. В условиях термодинамического контроля (высокая температура, кислотный катализатор) преобладает более стабильный a - аномер (аномерный эффект). В условиях кинетического контроля (температура ниже 0 0 С, основной катализатор) преимущественно образуется b - аномер , поскольку экваториальная группа ОН ацилируется с большей скоростью, чем аксиальная.

Для удаления ацетильных групп используют переэтерификацию действием метилата натрия в метаноле.

Получение производных по карбонильной группе. Образование озазонов .

Моносахариды вступают во многие реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе, характерные для альдегидов и кетонов: присоединяют HCN , NH 2 OH , фенилгидразин. При действии избытка фенилгидразина образуются озазоны .

Эпимеры по С-2, например, D -глюкоза и D -манноза , дают один и тот же озазон , что используется для установления стереохимической конфигурации моносахаридов. Кетозы также образуют озазоны . D -фруктоза дает такой же озазон , что и D -глюкоза.

Озазоны – желтые кристаллические вещества, используются для идентификации сахаров.

Синтез моносахаридов.

Полный синтез моносахаридов – очень сложная задача, так как при его осуществлении возникает необходимость разделения оптических изомеров. Обычно доступные из природных источников моносахариды используют для получения менее доступных сахаров. Для этого применяют методы деградации и наращивания цепи, изменение конфигурации хиральных центров. Методы наращивания и деградации цепи, позволяющие производить переходы триоза ® тетроза ® пентоза ® гексоза и обратные превращения, имеют большое значение для установления конфигурации моносахаридов.

Наращивание цепи по методу Килиани-Фишера .

Метод включает присоединение HCN по карбонильной группе, гидролиз циангидринов до гликоновых кислот, лактонизацию образующейся кислоты, восстановление лактонов до альдоз . В результате образуются две альдозы – эпимеры по C -2, так как на стадии образования циангидрина появляется новый хиральный центр и образуются два диастереомера .

Деградация по Волю

Образование оксимов и их последующие превращения позволяют укоротить цепь моносахарида на один атом углерода. Процесс упрощенно может быть представлен следующей схемой.

При этом из эпимеров по С-2 образуются одинаковые альдозы (из D -глюкозы и D -маннозы – D -арабиноза).

Деградация по Руффу .

Метод состоит в окислении альдозы в гликоновую кислоту с последующим окислительным декарбоксилированием .

Дисахариды .

Строение .

Дисахариды состоят издвух моносахаридных остатков, связанных гликозидной связью. Их можно рассматривать как О-гликозиды , в которых агликоном является остаток моносахарида.

Возможно два варианта образования гликозидной связи:

1) за счет гликозидного гидроксила одного моносахарида и спиртового гидроксила другого моносахарида;

2) за счет гликозидных гидроксилов обоих моносахаридов.

Дисахарид, образованный первым способом, содержит свободный гликозидный гидроксил, сохраняет способность к цикло-оксо-таутомерии и обладает восстанавливающими свойствами .

В дисахариде, образованном вторым способом, нет свободного гликозидного гидроксила. Такой дисахарид не способен к цикло-оксо-таутомерии и является невосстанавливающим .

В природе в свободном виде встречается незначительное число дисахаридов. Важнейшими из них являются мальтоза, целлобиоза , лактоза и сахароза .

Мальтоза содержится в солоде и образуется при неполном гидролизе крахмала. Молекула мальтозы состоит из двух остатков D -глюкозы в пиранозной форме. Гликозидная связь между ними образована за счет гликозидного гидроксила в a - конфигурации одного моносахарида и гидроксильной группы в положении 4 другого моносахарида.

Мальтоза – это восстанавливающий дисахарид. Она способна к таутомерии и имеет a - и b - аномеры .

Целлобиоза – продукт неполного гидролиза целлюлозы. Молекула целлобиозы состоит из двух остатков D -глюкозы, связанных b -1,4-гликозидной связью. Целлобиоза – восстанавливающий дисахарид.

Различие между мальтозой и целлобиозой состоит в конфигурации гликозидной связи, что отражается на их конформационном строении. Гликозидная связь в мальтозе имеет аксиальное, в целлобиозе – экваториальное положение. Конформационное строение этих дисахаридов служит первопричиной линейного строения макромолекул целлюлозы и спиралеобразного строения амилозы (крахмал), структурными элементами которых они являются.

Лактоза содержится в молоке (4-5%). Молекула лактозы состоит из остатков D -галактозы и D -глюкозы, связанных b -1,4-гликозидной связью. Лактоза – восстанавливающий дисахарид

Сахароза содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле, соках растений и плодах. Она состоит из остатков D -глюкозы и D -фруктозы, которые связаны за счет гликозидных гидроксилов. В составе сахарозы D -глюкоза находится в пиранозной , а D -фруктоза – в фуранозной форме. Сахароза – невосстанавливающий дисахарид.

Химические свойства .

Дисахариды вступают в большинство реакций, характерных для моносахаридов: образуют простые и сложные эфиры, гликозиды, производные по карбонильной группе. Восстанавливающие дисахариды окисляются до гликобионовых кислот. Гликозидная связь в дисахаридах расщепляется под действием водных растворов кислот и ферментов. В разбавленных растворах щелочей дисахариды устойчивы. Ферменты действуют селективно, расщепляя только a - или только b - гликозидную связь.

Последовательность реакций – окисление, метилирование , гидролиз, позволяет установить строение дисахарида.

Окисление дает возможность определить, остаток какого моносахарида находится на восстанавливающем конце. Метилирование и гидролиз дают информацию о положении гликозидной связи и размерах цикла моносахаридных звеньев. Конфигурация гликозидной связи (a или b ) может быть определена с помощью ферментативного гидролиза.

Полисахариды .

Полисахариды – полимеры, построенные из моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Полисахариды могут иметь линейное или разветвленное строение. Полисахариды, состоящие их одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами , из остатков разных моносахаридов – гетерополисахаридами .

Крахмал – полисахарид растительного происхождения. Его основная биологическая функция – запасное вещество растений. Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов – амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%)

Амилоза – линейный гомополисахарид , состоящий из остатков D -глюкопиранозы , связанных a -1,4-гликозидными связями. Структурным элементом амилозы является дисахарид мальтоза.

Цепь амилозы включает от 200 до 1000 моносахаридных единиц. Вследствие аксиального положения гликозидной связи макромолекулаамилозы свернута в спираль.

Амилопектин – разветвленный гомополисахарид , построенный из остатков D -глюкопиранозы , которые связаны в основной цепи a -1,4-гликозидными, а в местах разветвлений - a -1,6-гликозидными связями. Разветвления расположены через каждые 20-25 моносахаридных остатков.

Крахмал набухает и растворяется в воде, образуя вязкие растворы (гели). Химические свойства крахмала аналогичны свойствам моно- и дисахаридов. Крахмал гидролизуется под действием кислот (но не щелочей) и фермента амилазы. Конечным продуктом гидролиза крахмала является D -глюкоза.

(C 6 H 10 O 5 ) n ® (C 6 H 10 O 5) m ® C 12 H 22 O 11 ® C 6 H 12 O 6

крахмалдекстринымальтоза D -глюкоза

n > m

За счет спиралеобразной конформации амилоза способна образовывать соединения включения с молекулярным иодом . Комплексы крахмала с иодом имеют интенсивную синюю окраску. Реакция используется как качественная на иод и крахмал.

Целлюлоза – самый распространенный растительный полисахарид. Выполняет функцию опорного материала растений. Целлюлоза – линейный гомополисахарид , построенный из остатков D -глюкопиранозы , связанных b -1,4-гликозидными связями. Структурным элементом целлюлозы является целлобиоза .

Гликозидная связь в целлюлозе имеет экваториальное положение. Это определяет линейную конформацию целлюлозы, которая стабилизирована водородными связями.

Макромолекулы целлюлозы образуют волокна. В отличие от крахмала целлюлоза в воде не набухает и не растворяется. Для перевода целлюлозы в растворимую форму необходима её химическая модификация.

Целлюлоза набухает в растворах щелочей, что связано с образованием алкоксидов .

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] x + x NaOH ® x + x H 2 O

Растворение целлюлозы в реактиве Щвейцера [ Cu (NH 3 ) 4 ](OH ) 2 происходит за счет образования комплексных алкоксидов , что характерно для соединений, содержащих виц -диольные группировки. При подкислении раствора выделяется целлюлоза в другой модификации, которую используют для получения искусственного шелка.

Целлюлоза растворяется в щелочах в присутствии CS 2 , образуя ксантогенаты .

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] x + x NaOH + x CS 2 ® x + x H 2 O

При подкислении раствора выделяется целлюлоза, которую используют для изготовления вискозного шелка и целлофана.

При действии уксусного ангидрида в присутствии серной кислоты образуется триацетилцеллюлоза .

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] x + 3x (CH 3 CO) 2 O ® x + 3x CH 3 COOH

Ацетилцеллюлоза растворяется в органических растворителях. Её используют для изготовления ацетатного шелка и негорючей кино- и фотопленки.

Взаимодействием целлюлозы с нитрующей смесью получают нитраты целлюлозы.

[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] x x

[C 6 H 7 O 2 (OH)(ONO 2) 2 ] x x

Нитроцеллюлоза растворима в органических растворителях. Продукты с малым содержанием азота используют для изготовления лаков. Динитрат целлюлозы используют для изготовления пленок. Нитроцеллюлозу с максимальным содержанием азота называют пироксилином и применяют для изготовления бездымного пороха.

Приветствую вас мои постоянные читатели и новые подписчики. Желание сохранить фигуру или похудеть часто заставляет нас отказываться от углеводов. Но правильное ли это решение? Рацион сбалансирован только когда в нем есть и жиры, и белки, и углеводы. Многие под углеводами подразумевают булочки, тортики и шоколад. Я же имею ввиду в первую очередь полисахариды. Это сложные углеводы список продуктов таблица с гликемическим индексом приведены ниже.

Именно эти продукты очень важны для похудения. Да и для полноценного питания также. Ограничивать себя в полисахаридах неправильно. А уж совсем отказываться от данного вида продуктов и вовсе вредно. Любой диетолог скажет вам, что сложные углеводы должны быть включены в дневной рацион. Итак, давайте вместе разберемся, что это за продукты и чем они так важны.

Продукты содержащие сложные углеводы

Виды сложных углеводов

Сложный углевод состоит из трех и даже более молекул простого углевода. Их еще называют полисахаридами. Часто можно встретить названия: «медленный», «полезный», «длинный» и т.д. Отличие от простых – эти вещества не вызывают резкого поднятия инсулина. Так как их распад происходит значительно медленнее, чем . Организму приходится затратить энергию, чтобы их усвоить. Поэтому насыщение сохраняется несколько часов.

Крахмал

Это вещество не очень калорийно, но при этом имеет большую энергетическую ценность. Крахмал включают во многие диеты. А все потому, что он дает чувство сытости, которое долго сохраняется. В знаменитой вы можете увидеть .

Помимо этого, продукт имеет массу полезных свойств:

• нормализует обмен веществ;
• регулирует уровень глюкозы в крови;
• укрепляет иммунитет;
• снижает риск онкологии.

Больше всего крахмала содержится в буром рисе, картофеле, сое, горохе, чечевице, овсянке, гречке.

Гликоген

Это сложное вещество, которое состоит из цепочки молекул глюкозы. Помогает поддерживать нужный уровень сахара в крови. Очень полезное и нужное вещество для спортсменов, так как восстанавливает мышечную массу. Это вещество «включает» функцию синтеза белка. Через 3 часа после еды гликоген активно расходуется. Если же вы занимаетесь в спортзале, его запасы иссякнут уже через 30 минут.

Очень важно для нормальной работы мышц восполнять запас этого вещества. В привычных нам продуктах гликоген не содержится в чистом виде в достаточном количестве. Быстрее всего наш организм синтезирует его из печени животных. Плюс он есть также в рыбе.

Пектины

Около двух веков назад данный полисахарид был обнаружен во фруктовом соке учёным Браконно. Именно тогда были выявлены и описаны полезные свойства пектинов. Они способны сорбировать вредные вещества, которые поступают к нам с пищей. Считается, что регулярное употребление пектинов позволяет дольше сохранять молодость.

Пектины представляют собой густое клейкое вещество. Очень часто его используют как загуститель, гелеобразователь, стабилизатор. Основной источник пектинов – фрукты. Больше всего пектина в яблоках и апельсинах. Так же он содержится в абрикосах, сливах, груше, айве, вишне, финиках.

В промышленных масштабах вещество получают из растительного жмыха. Обозначается добавка как Е440. Пугаться ее не стоит - это полностью натуральный и полезный продукт.

Клетчатка

Полисахарид, который входит в состав большинства растительных продуктов. Наши пищеварительные ферменты не могут ее переварить. А вот микрофлора кишечника прекрасно перерабатывает. Попутно стимулируется работа ЖКТ, способствует выводу вредного холестерина. Плюс ко всему, клетчатка дает насыщение, чувство полного желудка.

Богаты клетчаткой ржаные и пшеничные отруби, грибы, морковь, свекла, брокколи, капуста и т.д.

Зачем моно- и полисахариды нужны

Углеводы выполняют основную функцию в нашем организме - энергетическую. Около 60% энергии организм синтезирует именно благодаря поли-и моносахаридам. И только 40% приходится на белки и жиры. Теперь вы понимаете насколько важны эти вещества?

Простые углеводы очень быстро восполняют потраченную энергию. Но она также быстро расходуется и организм требует добавки. Для набора веса в рацион включают как простые, так и сложные углеводы. Также они незаменимы, если вы ведете активный образ жизни. Полисахариды или сложные углеводы снабжают организм энергией медленно. Вы дольше не испытываете чувство голода.

Соотношение полисахаридов, моносахаридов и клетчатки в рационе должно быть 70% / 25% / 5%

Т.е. больше всего ежедневно нужно употреблять сложных углеводов. Простые сахариды должны составлять 1/3 суточной нормы углеводов. У многих все наоборот, в перекус на работе пьем чай с плюшками и конфетами. Отсюда и лишний вес.

Польза полисахаридов для похудения

Отличить простой углевод от сложного очень легко. Все, что сладкое на вкус - быстрый моносахарид. Это враг для худеющих. Поэтому во время диет такие продукты исключаются. Для поддержания фигуры их также сводят к минимуму.

А вот полисахариды не имеют выраженного сладкого вкуса. Очень медленно переходят в энергию. Уровень сахара резко не повышается, так как организм их трансформирует в сахар постепенно.

Долгие углеводы надолго отобьют у вас аппетит, именно поэтому их не исключают из диет. Употребляя их, вы получаете чистую энергию без жира. Помимо того, что полисахарид позволяет вам долго не испытывать чувство голода он очень полезен. Продукты, содержащие полисахариды богаты витаминами и микроэлементами. Они укрепляют волосы, ногти, улучшают состояние кожи.

Важно: Полисахариды при похудении лучше употреблять в первую половину дня. Во второй половине дня отдайте предпочтение

Обязательно обращайте внимание на гликемический индекс. Чем он выше у продукта, тем быстрее этот продукт трансформируется в глюкозу. А значит при похудении он бесполезен и даже вреден. Связь гликемического индекса с видами углеводов .

Особенно важен этот параметр для диабетиков. У медленных углеводов также может быть высокий ГИ. К таким продуктам относится картофель. Несмотря на содержание крахмала, ГИ очень высок. Употребляя картошку, вы не похудеете. Именно поэтому в диетических меню ее запрещают. Для снижения веса лучше отдавать предпочтение полисахаридам с низким гликемическим индексом.

В каких продуктах содержатся полисахариды

Чтобы вам было легче ориентироваться я собрала медленные углеводы в табличку. Ее, кстати, вы можете .

Продукты содержащие сложные углеводы

А теперь давайте пройдемся по конкретным продуктам. Рассмотрим, где есть полисахариды, а где только моносахариды. Также поговорим о том, как лучше готовить продукт.

Полисахариды в овощах и зелени

Наиболее богаты полисахаридами овощи, а также зелень. Если обратите внимание на пищевую тарелку, то увидите, что овощи составляют немалую долю. На фото это хорошо видно.

Примерно те же данные приводятся и .

Медленные углеводы есть практически во всех овощах. Самые полезные овощи и зелень:

• томаты;
• сладкий перец;
• зеленая фасоль;
• лук порей;
• кабачки;
• капуста;
• латук;
• шпинат;
• салат листовой.

Эти овощи еще частенько называют продуктами « ». Полезнее всего употреблять сырые продукты или готовить из них смузи. Возможна готовка на пару. А вот если варка, то до полуготовности. Не забывайте, что при варке часть полезных свойств уходит в отвар. Чем выше температура обработки и чем дольше по времени, тем меньше остается пользы.

Медленные углеводы в ягодах и фруктах

Если фрукты законсервированы в собственном соку, они сохраняют полезные свойства. Из сухофруктов полезна курага. Можно употреблять свежевыжатые соки, без добавления сахара. Это касается и варенья.

Молочка

В молочных продуктах нет полисахаридов. В основном в ее составе дисахаридные углеводы. Они быстрые, но помимо их в молоке много фосфора и кальция. Также молочные продукты содержат массу витаминов. Такая продукция обязательно должна входить в дневной рацион. Но не стоит сильно увлекаться.

Полезные каши

На основе цельного зерна очень полезны. Это гречка, овес, булгур, пшеница, бурый рис. Мюсли и манку лучше не употреблять. Что же касается приготовления, оптимально запаривать или заливать крупу кефиром. Так можно приготовить гречку и овес. Такая кашка считается диетической и очень полезной.

Зерновые и бобовые

Я думаю вы сталкивались с тем, что в диетах разрешены цельнозерновые продукты. Это не случайно, так как они богаты клетчаткой. Для поддержания себя в форме, а также для похудения она очень полезна. Это хлеб грубого помола, любые макаронные изделия из цельного зерна. А также ячменные хлопья или овсяные. Клетчатка улучшает перистальтику кишечника, очищает организм от вредных веществ. Притупляет чувство голода.

Что же касается бобовых, они не только позволяют держать углеводный баланс в организме. Они являются хорошим источником белка. В качестве бобовых отдавайте предпочтение нуту, гороху и фасоли, а также чечевице. Их, конечно, придется отваривать.

Полисахариды в напитках

Если вы используете свежевыжатый сок – там обязательно будут присутствовать медленные углеводы. Можно пить и фруктовые соки. Особенно богат полисахаридами томатный сок. Конечно содержание полисахаридов в соках невелико. Но если вы худеете, на перекус лучше выпить стакан сока, чем съесть булку.

Выбирая соки, крупы и овощи конечно обращайте внимание на ккал. Лучше калорийные блюда оставлять на первую половину дня. Если вы мало двигаетесь, такие продукты следует ограничить.

Одной из разновидностей органических соединений, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма, являются углеводы.

Они разделяются на несколько типов согласно своему строению — моносахариды, дисахариды и полисахариды. Следует разобраться, для чего они нужны и каковы их химические и физические свойства.

Углеводами называют соединения, в составе которых находятся углерод, водород и кислород. Чаще всего они имеют природное происхождение, хотя некоторые создаются промышленным путем. Их роль в жизнедеятельности живых организмов огромна.

Основными их функциями называют следующие:

1. Энергетическая . Эти соединения – главный источник энергии. Большая часть органов может полноценно работать за счет энергии, полученной при окислении глюкозы.
2. Структурная . Углеводы необходимы для формирования почти всех клеток организма. Клетчатка играет роль опорного материала, а в костях и хрящевой ткани находятся углеводы сложного типа. Одним из компонентов клеточных мембран является гиалуроновая кислота. Также углеводистые соединения требуются в процессе выработки ферментов.
3. Защитная . При функционировании организма осуществляется работа желез, выделяющих секреторные жидкости, нужные для защиты внутренних органов от патогенного воздействия. Значительная часть этих жидкостей представлена углеводами.
4. Регуляторная . Эта функция проявляется во влиянии на человеческий организм глюкозы (поддерживает гомеостаз, контролирует осмотическое давление) и клетчатки (воздействует на желудочно-кишечную перистальтику).
5. Особые функции . Они свойственны отдельным видам углеводов. К таким особым функциям относятся: участие в процессе передачи нервных импульсов, формирование разных групп крови и пр.

Исходя из того, что функции углеводов достаточно разнообразны, можно предположить, что эти соединения должны различаться по своему строению и особенностям.

Это действительно так, и основная классификация их включает в себя такие разновидности, как:

1. . Они считаются наиболее простыми. Остальные типы углеводов вступают в процесс гидролиза и распадаются на более мелкие составляющие. У моносахаридов такой способности нет, они являются конечным продуктом.
2. Дисахариды . В некоторых классификациях их относят к олигосахаридам. В их составе находится две молекулы моносахарида. Именно на них делится дисахарид при гидролизе.
3. Олигосахариды . В составе этого соединения находится от 2 до 10 молекул моносахаридов.
4. Полисахариды . Эти соединения являются самой крупной разновидностью. В их состав входит больше 10 молекул моносахаридов.

У каждого вида углеводов есть свои особенности. Нужно рассмотреть их, чтобы понять, как каждый из них влияет на человеческий организм и в чем его польза.

Эти соединения являются самой простой формой углеводов. В их составе находится одна молекула, поэтому в ходе гидролиза не происходит их деление на мелкие блоки. При объединении моносахаридов формируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Они отличаются твердым агрегатным состоянием и сладким вкусом. У них есть способность растворяться в воде. Также они могут растворяться в спиртах (реакция слабее, чем с водой). Моносахариды почти не реагируют на смешение с эфирами.

Чаще всего упоминают природные моносахариды. Некоторые из них люди потребляют вместе с продуктами питания. К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу.

• шоколад;
• фрукты;
• некоторые виды вина;
• сиропы и пр.

Основной функцией углеводов такого типа является энергетическая. Нельзя сказать, что организм не может без них обойтись, но у них есть свойства, важные для полноценной работы организма, например, участие в обменных процессах.

Моносахариды организм усваивает быстрее всего, что происходит в ЖКТ. Процесс усвоения сложных углеводов, в отличие от простых соединений, не так прост. Сначала сложные соединения должны разделиться до моносахаридов, лишь после этого они усваиваются.

Это один из распространенных видов моносахаридов. Он представляет собой белое кристаллическое вещество, которое формируется естественным путем – в ходе фотосинтеза либо при гидролизе. Формула соединения — С6Н12О6. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает сладким вкусом.

Глюкоза обеспечивает клетки мышечной и мозговой тканей энергией. При попадании в организм вещество усваивается, попадает в кровь и распространяется по всему телу. Там происходит ее окисление с высвобождением энергии. Это основной источник энергетической подпитки для мозга.

При нехватке глюкозы в организме развивается гипогликемия, которая в первую очередь отражается на функционировании мозговых структур. Однако чрезмерное ее содержание в крови тоже опасно, поскольку ведет к развитию сахарного диабета. Также при употреблении большого количества глюкозы начинает увеличиваться масса тела.

Фруктоза

Она относится к числу моносахаридов и очень похожа на глюкозу. Отличается более медленными темпами усвоения. Это объясняется тем, что для усвоения необходимо, чтобы фруктоза сначала преобразовалась в глюкозу.

Поэтому данное соединение считается неопасным для диабетиков, поскольку его потребление не ведет к резкому изменению количества сахара в крови. Тем не менее при таком диагнозе осторожность все же необходима.

У фруктозы есть способность к быстрому преобразованию в жирные кислоты, что становится причиной развития ожирения. Также из-за этого соединения снижается чувствительность к инсулину, что вызывает диабет 2 типа.

Это вещество можно получить из ягод и фруктов, а еще – из меда. Обычно оно там находится в сочетании с глюкозой. Соединению тоже присущ белый цвет. Вкус сладкий, причем эта особенность проявляется интенсивнее, чем в случае с глюкозой.

Другие соединения

Существуют и другие моносахаридные соединения. Они могут быть природными и полуискусственными.

К природным относится галактоза. Она тоже содержится в пищевых продуктах, но не встречается в чистом виде. Галактоза является результатом гидролиза лактозы. Основным ее источником называют молоко.

Другими природными моносахаридами являются рибоза, дезоксирибоза и манноза.

Также есть разновидности таких углеводов, для получения которых используются промышленные технологии.

Эти вещества тоже находятся в продуктах питания и попадают в человеческий организм:

• рамноза;
• эритрулоза;
• рибулоза;
• D-ксилоза;
• L-аллоза;
• D-сорбоза и пр.

Каждое из этих соединений отличается своими особенностями и функциями.

Дисахариды и их применение

Следующий тип углеводных соединений – дисахариды. Они считаются сложными веществами. В результате гидролиза из них образуется две молекулы моносахаридов.

Этот тип углеводов отличается следующими особенностями:

• твердость;
• растворимость в воде;
• слабая растворимость в концентрированных спиртах;
• сладкий вкус;
• цвет – от белого до коричневого.

Основные химические свойства дисахаридов заключаются в реакциях гидролиза (происходит разрыв гликозидных связей и образование моносахаридов) и конденсации (формируются полисахариды).

Встречается 2 типа таких соединений:

1. Восстанавливающие . Их особенностью является наличие свободной полуацетальной гидроксильной группы. За счет нее у таких веществ присутствуют восстановительные свойства. К данной группе углеводов относятся целлобиоза, мальтоза и лактоза.
2. Невосстанавливающие . У этих соединений нет возможности к восстановлению, поскольку у них отсутствует полуацетальная гидроксильная группа. Наиболее известными веществами этого типа являются сахароза и трегалоза.

Эти соединения широко распространены в природе. Они могут встречаться как в свободном виде, так и в составе других соединений. Дисахариды являются источником энергии, поскольку при гидролизе из них образуется глюкоза.

Лактоза очень важна для детей, поскольку является основным из компонентов детского питания. Еще одной функцией углеводов этого типа является структурная, поскольку они входят в состав целлюлозы, которая нужна для формирования растительных клеток.

Характеристика и особенности полисахаридов

Еще одной разновидностью углеводов являются полисахариды. Это наиболее сложный тип соединений. Состоят они из большого количества моносахаридов (основной их компонент — глюкоза). В ЖКТ полисахариды не усваиваются – предварительно осуществляется их расщепление.

Особенности этих веществ таковы:

• нерастворимость (либо слабая растворимость) в воде;
• цвет желтоватый (или окраска отсутствует);
• у них нет запаха;
• почти все они безвкусны (некоторые имеют сладковатый вкус).

К химическим свойствам этих веществ относится гидролиз, который осуществляется под влиянием катализаторов. Результатом реакции становится распад соединения на структурные элементы – моносахариды.

Еще одно свойство – образование производных. Полисахариды могут вступать в реакцию с кислотами.

Продукты, образующиеся в ходе этих процессов, очень разнообразны. Это ацетаты, сульфаты, сложные эфиры, фосфаты и пр.

Примеры полисахаридов:

• крахмал;
• целлюлоза;
• гликоген;
• хитин.

Образовательный видео-материал о функциях и классификации углеводов:

Эти вещества важны для полноценного функционирования организма целиком и клеток по отдельности. Они снабжают организм энергией, участвуют в образовании клеток, оберегают внутренние органы от повреждений и неблагоприятного воздействия. Также они играют роль запасных веществ, которые нужны животным и растениям на случай сложного периода.

Углеводы - органические вещества, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем водород и кислород находятся в них, как правило, в таком же соотношении, как и в молекуле воды (2: 1).

Общая формула углево­дов - С n (Н 2 О) m , т. е. они как бы состоят из углерода и во­ды, отсюда и название клас­са, которое имеет историче­ские корни. Оно появилось на основе анализа первых известных углеводов. В даль­нейшем было установлено, что имеются углеводы, в мо­лекулах которых не соблюда­ется указанное соотношение (2: 1), например дезоксирибоза - С 5 Н 10 О 4 . Извест­ны также органические соединения, состав кото­рых соответствует приведенной общей формуле, но которые не принадлежат к классу углеводов. К ним относятся, например, формальдегид СН 2 О и уксус­ная кислота СН 3 СООН.

Однако название «углеводы» укоренилось и в настоящее время является общепризнанным для этих веществ.

Углеводы по их способности гидролизоваться можно разделить на три основные группы: моно-, ди- и полисахариды.

Моносахариды - углеводы, которые не гидро­лизуются (не разлагаются водой). В свою очередь, в зависимости от числа атомов углерода, моноса­хариды подразделяются на триозы (молекулы ко­торых содержат три углеродных атома), тетрозы (четыре углеродных атома), пентозы (пять), гексозы (шесть) и т. д.

В природе моносахариды представлены преиму­щественно пентозами и гексозами .

К пентозам относятся, например, рибоза - С 5 Н 10 О 5 и дезоксирибоза (рибоза, у которой «от­няли» атом кислорода) - С 5 Н 10 О 4 . Они входят в состав РНК и ДНК и опре­деляют первую часть назва­ний нуклеиновых кислот.

К гексозам , имеющим об­щую молекулярную формулу С 6 Н 12 О 6 , относятся, например, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариды - углево­ды, которые гидролизуются с образованием двух моле­кул моносахаридов, напри­мер гексоз. Общую формулу подавляющего большинства дисахаридов вывести несложно: нужно «сложить» две формулы гексоз и «вычесть» из получившейся формулы молекулу воды - С 12 Н 22 О 11 . Соответствен­но можно записать и общее уравнение гидролиза:

К дисахаридам относятся:

1. Сахароза (обычный пищевой сахар), которая при гидролизе образует одну молекулу глюкозы и молекулу фруктозы. Она содержится в большом количестве в сахарной свекле, сахарном тростнике (отсюда и названия - свекловичный или трост­никовый сахар), клене (канадские первопроходцы добывали кленовый сахар), сахарной пальме, ку­курузе и т. д.

2. Мальтоза (солодовый сахар), которая гидро­лизуется с образованием двух молекул глюкозы. Мальтозу можно получить при гидролизе крахмала под действием ферментов, содержащихся в соло­де, - пророщенных, высушенных и размолотых зернах ячменя.

3. Лактоза (молочный сахар), которая гидроли­зуется с образованием молекул глюкозы и галак­тозы. Она содержится в молоке млекопитающих (до 4-6 %), обладает невысокой сладостью и ис­пользуется как наполнитель в драже и аптечных таблетках.

Сладкий вкус разных моно- и дисахаридов раз­личен. Так, самый сладкий моносахарид - фрук­тоза - в 1,5 раза слаще глюкозы, которую при­нимают за эталон. Сахароза (дисахарид), в свою очередь, в 2 раза слаще глюкозы и в 4-5 раз - лактозы, которая почти безвкусна.

Полисахариды - крахмал, гликоген, декстри­ны, целлюлоза и т. д. - углеводы, которые гидро­лизуются с образованием множества молекул моно­сахаридов, чаще всего глюкозы.

Чтобы вывести формулу полисахаридов, нуж­но от молекулы глюкозы «отнять» молекулу во­ды и записать выражение с индексом n: (С 6 Н 10 О 5) n , ведь именно за счет отщепления молекул воды в природе образуются ди- и полисахариды.

Роль углеводов в природе и их значение для жизни человека чрезвычайно велики. Образуясь в клетках растений в результате фотосинтеза, они выступают источником энергии для клеток живот­ных. В первую очередь это относится к глюкозе.

Многие углеводы (крахмал, гликоген, сахаро­за) выполняют запасающую функцию, роль резерва питательных веществ .

Кислоты РНК и ДНК, в состав которых входят некоторые углеводы (пентозы-рибозы и дезоксирибоза), выполняют функции передачи наследствен­ной информации.

Целлюлоза - строительный материал расти­тельных клеток - играет роль каркаса для оболо­чек этих клеток. Другой полисахарид - хитин - выполняет аналогичную роль в клетках некоторых животных: образует наружный скелет членистоно­гих (ракообразных), насекомых, паукообразных.

Углеводы служат в конечном итоге источником нашего питания: мы потребляем зерно, содержа­щее крахмал, или скармливаем его животным, в организме которых крахмал превращается в бел­ки и жиры. Самая гигиеничная одежда изготовле­на из целлюлозы или продуктов на ее основе: хлоп­ка и льна, вискозного волокна, ацетатного шелка. Деревянные дома и мебель построены из той же целлю­лозы, образующей древесину.

В основе производства фото- и кинопленки - все та же целлюлоза. Книги, газеты, письма, денежные банкно­ты - все это продукция цел­люлозно-бумажной промышленности. Значит, углеводы обеспечивают нас всем необходимым для жизни: пищей, одеждой, кровом.

Кроме того, углеводы участвуют в построении сложных белков, ферментов, гормонов. Углевода­ми являются и такие жизненно необходимые веще­ства, как гепарин (он играет важнейшую роль - предотвращает свертывание крови), агар-агар (его получают из морских водорослей и применяют в микробиологической и кондитерской промыш­ленности - вспомните знаменитый торт «Птичье молоко»).

Необходимо подчеркнуть, что единственным видом энергии на Земле (помимо ядерной, разуме­ется) является энергия Солнца, а единственным способом ее аккумулирования для обеспечения жизнедеятельности всех живых организмов явля­ется процесс фотосинтеза , протекающий в клетках живых растений и приводящий к синтезу угле­водов из воды и углекислого газа. Именно при этом превращении образуется кислород, без ко­торого жизнь на нашей планете была бы невозможна:

Моносахариды. Глюкоза

Глюкоза и фруктоза - твердые бесцветные кристаллические вещества. Глюкоза содержится в соке винограда (отсюда название «виноградный сахар») вместе с фруктозой, которая содержится в некоторых фруктах и плодах (отсюда название «фруктовый сахар»), составляет значительную часть меда. В крови человека и животных посто­янно содержится около 0,1 % глюкозы (80-120 мг в 100 мл крови). Большая ее часть (около 70 %) подвергается в тканях медленному окислению с выделением энергии и образованием конечных продуктов - углекислого газа и воды (процесс гли­колиза):

Энергия, выделяемая при гликолизе, в значи­тельной степени обеспечивает энергетические по­требности живых организмов.

Превышение содержания глюкозы в крови уровня 180 мг в 100 мл крови свидетельствует о нарушении углеводного обмена и развитии опас­ного заболевания - сахарного диабета.

Строение молекулы глюкозы

О строении молекулы глюкозы можно судить на основании опытных данных. Она реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфи­ры, содержащие от 1 до 5 остатков кислоты. Ес­ли раствор глюкозы прилить к свежеполученно­му гидроксиду меди (II), то осадок растворяется и образуется ярко-синий раствор соединения меди, т. е. происходит качественная реакция на много­атомные спирты. Следовательно, глюкоза является многоатомным спиртом. Если же подогреть полу­ченный раствор, то вновь выпадет осадок, но уже красноватого цвета, т. е. произойдет качественная реакция на альдегиды. Аналогично, если раствор глюкозы нагреть с аммиачным раствором оксида серебра, то произойдет реакция «серебряного зер­кала». Следовательно, глюкоза является одновре­менно многоатомным спиртом и альдегидом - алъдегидоспиртом. Попробуем вывести структурную формулу глюкозы. Всего атомов углерода в моле­куле C 6 H 12 O 6 шесть. Один атом входит в состав альдегидной группы :

Остальные пять атомов связываются с пятью гидроксигруппами.

И наконец, атомы водорода в молекуле распре­делим с учетом того, что углерод четырехвалентен:

Однако установлено, что в растворе глюко­зы помимо линейных (альдегидных) молекул существуют молекулы циклического строения, из которых состоит кристаллическая глюкоза. Превращение молекул линейной формы в цикли­ческую можно объяснить, если вспомнить, что атомы углерода могут свободно вращаться вокруг σ-связей, расположенных под углом 109° 28′. При этом альдегидная группа (1-й атом углерода) мо­жет приблизиться к гидроксильной группе пятого атома углерода. В первой под влиянием гидрокси- группы разрывается π-связь: к атому кислорода присоединяется атом водорода, и «потерявший» этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл:

В результате такой перегруппировки атомов образуется циклическая молекула. Циклическая формула показывает не только порядок связи ато­мов, но и их пространственное расположение. В ре­зультате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая гидроксигруппа у пер­вого атома, которая может занять в пространстве два положения: над и под плоскостью цикла, а по­тому возможны две циклические формы глюкозы:

а) α-форма глюкозы - гидроксильные группы при первом и втором атомах углерода располо­жены по одну сторону кольца молекулы;

б) β-форма глюкозы - гидроксильные группы на­ходятся по разные стороны кольца молекулы:

В водном растворе глюкозы в динамическом равновесии находятся три ее изомерные формы - циклическая α-форма, линейная (альдегидная) форма и циклическая β-форма:

В установившемся динамическом равновесии преобладает β-форма (около 63 %), так как она энер­гетически предпочтительнее - у нее OH-группы у первого и второго углеродных атомов по разные стороны цикла. У α-формы (около 37 %) OH-группы у тех же углеродных атомов расположены по одну сторону плоскости, поэтому она энергетически ме­нее устойчива, чем β-форма. Доля же линейной фор­мы в равновесии очень мала (всего около 0,0026 %).

Динамическое равновесие можно сместить. На­пример, при действии на глюкозу аммиачного рас­твора оксида серебра количество ее линейной (аль­дегидной) формы, которой в растворе очень мало, пополняется все время за счет циклических форм, и глюкоза полностью подвергается окислению до глюконовой кислоты.

Изомером альдегидоспирта глюкозы является кетоноспирт - фруктоза :

Химические свойства глюкозы

Химические свойства глюкозы, как и любого другого органического вещества, определяются ее строением. Глюкоза обладает двойственной функ­цией, являясь и альдегидом , и многоатомным спиртом , поэтому для нее характерны свойства и много­атомных спиртов, и альдегидов.

Реакции глюкозы как многоатомного спирта.

Глюкоза дает качественную реакцию много­атомных спиртов (вспомните глицерин) со свеже­полученным гидроксидом меди (II), образуя ярко­-синий раствор соединения меди (II).

Глюкоза, подобно спиртам, может образовывать сложные эфиры.

Реакции глюкозы как альдегида

1. Окисление альдегидной группы . Глюкоза как альдегид способна окисляться в соответствующую (глюконовую) кислоту и давать качественные ре­акции альдегидов.

Реакция «серебряного зеркала»:

Реакция со свежеполученным Cu(OH) 2 при на­гревании:

Восстановление альдегидной группы . Глю­коза может восстанавливаться в соответствующий спирт (сорбит):

Реакции брожения

Эти реакции протекают под действием особых биологических катализаторов белковой приро­ды - ферментов.

1. Спиртовое брожение:

издавна применяемое человеком для получения этилового спирта и алкогольных напитков.

2. Молочнокислое брожение:

которое составляет основу жизнедеятельности мо­лочнокислых бактерий и происходит при скиса­нии молока, квашении капусты и огурцов, силосо­вании зеленых кормов.\

Химические свойства глюкозы - конспект

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза.

Крахмал - белый аморфный порошок, не рас­творяется в холодной воде. В горячей воде он раз­бухает и образует коллоидный раствор - крах­мальный клейстер.

Крахмал содержится в цитоплазме раститель­ных клеток в виде зерен запасного питательного вещества. В картофельных клубнях содержится около 20 % крахмала, в пшеничных и кукуруз­ных зернах - около 70 %, а в рисовых - почти 80 %.

Целлюлоза (от лат. cellula - клетка), выделен­ная из природных материалов (например, вата или фильтровальная бумага), представляет собой твер­дое волокнистое вещество, нерастворимое в воде.

Оба полисахарида имеют растительное проис­хождение, однако играют в клетке растений разную роль: целлюлоза - строительную, конструкционную функцию, а крахмал - запасающую. Поэтому цел­люлоза является обязательным элементом клеточ­ной оболочки растений. Волокна хлопка содержат до 95 % целлюлозы, волокна льна и конопли - до 80 %, а в древесине ее содержится около 50 %.

Строение крахмала и целлюлозы

Состав этих полисахаридов можно выразить общей формулой (C 6 H 10 O 5) n . Число повторяю­щихся звеньев в макромолекуле крахмала может колебаться от нескольких сотен до нескольких тысяч. Целлюлоза же отли­чается значительно большим числом звеньев и, следова­тельно, молекулярной мас­сой, которая достигает не­скольких миллионов.

Различаются углеводы не только молекулярной мас­сой, но и структурой. Для крахмала характерны два вида структур макромолекул: линейная и развет­вленная. Линейную структуру имеют более мел­кие макромолекулы той части крахмала, которую называют амилозой, а разветвленную структуру имеют молекулы другой составной части крахма­ла - амилопектина.

В крахмале на долю амилозы приходится 10- 20 %, а на долю амилопектина - 80-90 %. Ами­лоза крахмала растворяется в горячей воде, а ами­лопектин только набухает.

Структурные звенья крахмала и целлюлозы по­строены по-разному. Если звено крахмала вклю­чает остатки α-глюкозы , то целлюлоза - остатки β-глюкозы , ориентированные в природные волок­на:

Химические свойства полисахаридов

1. Образование глюкозы. Крахмал и целлюлоза подвергаются гидролизу с образованием глюкозы в присутствии минеральных кислот, например сер­ной:

В пищеварительном тракте животных крахмал подвергается сложному ступенчатому гидролизу:

Организм человека не приспособлен к перева­риванию целлюлозы, так как не имеет ферментов, необходимых для разрыва связей между остатка­ми β-глюкозы в макромолекуле целлюлозы.

Лишь у термитов и жвачных животных (на­пример, коров) в пищеварительной системе живут микроорганизмы, вырабатывающие необходимые для этого ферменты.

2. Образование сложных эфиров . Крахмал мо­жет образовывать эфиры за счет гидроксигрупп, однако эти эфиры не нашли практического при­менения.

Каждое звено целлюлозы содержит три свобод­ных спиртовых гидроксигруппы. Поэтому общую формулу целлюлозы можно записать таким обра­зом:

За счет этих спиртовых гидроксигрупп целлю­лоза и может образовывать сложные эфиры, которые широко применяются.

При обработке целлюлозы смесью азотной и сер­ной кислот получают в зависимости от условий мо­но-, ди- и тринитроцеллюлозу:

Применение углеводов

Смесь моно- и динитроцеллюлозы называют коллоксилином . Раствор коллоксилина в смеси спирта и диэтилового эфира - коллодий - приме­няют в медицине для заклеивания небольших ран и для приклеивания повязок к коже.

При высыхании раствора коллоксилина и камфа­ры в спирте получается целлулоид - одна из пласт­масс, которая впервые стала широко использовать­ся в повседневной жизни человека (из нее делают фото- и кинопленку, а также различные предметы широкого потребления). Растворы коллоксилина в органических растворителях применяются в каче­стве нитролаков. А при добавлении к ним красите­лей получаются прочные и эстетичные нитрокраски, широко используемые в быту и технике.

Как и другие органические вещества, содержа­щие в составе молекул нитрогруппы, все виды ни­троцеллюлозы огнеопасны. Особенно опасна в этом отношении тринитроцеллюлоза - сильнейшее взрывчатое вещество. Под названием «пирокси­лин» она широко применяется для производства оружейных снарядов и проведения взрывных ра­бот, а также для получения бездымного пороха.

С уксусной кислотой (в промышленности для этих целей используют более мощное этерифицирующее вещество - уксусный ангидрид) получают аналогичные (ди- и три-) сложные эфиры целлюло­зы и уксусной кислоты, которые называются аце­тилцеллюлозой :

Ацетилцеллюлозу используют для получения лаков и красок, она служит также сырьем для из­готовления искусственного шелка. Для этого ее рас­творяют в ацетоне, а затем этот раствор продавлива­ют через тонкие отверстия фильер (металлических колпачков с многочисленными отверстиями). Выте­кающие струйки раствора обдувают теплым возду­хом. При этом ацетон быстро испаряется, а высыха­ющая ацетилцеллюлоза образует тонкие блестящие нити, которые идут на изготовление пряжи.

Крахмал , в отличие от целлюлозы, дает синее окрашивание при взаимодействии с йодом. Эта ре­акция является качественной на крахмал или йод в зависимости от того, наличие какого вещества требуется доказать.

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости