План
1. Олігосахариди. Дисахариди (мальтоза, лактоза, целобіоза, сахароза), їх будова та зв’язки.
2. Відновні та невідновні цукри.
3. Реакції гідролізу дисахаридів, виявлення продуктів.
4. Полісахариди. Класифікація, біологічна роль.
5. Будова гомополісахаридів (крохмаль, глікоген, клітковина), їх властивості та участь в обміні речовин.
6. Гідроліз полісахаридів, їх якісне виявлення (дія йоду на крохмаль).
7. Гетерополісахариди, їх структура та функції.
Значення вуглеводів
Вуглеводи (цукри) – біоорганічні сполуки, які поширені у природі і відіграють дуже важливу роль в житті людини. Вуглеводи входять в склад клітин і тканин всіх рослинних і тваринних організмів. Вони входять в склад їжі, причому потреба людини в енергії забезпечується переважно вуглеводами.
Загальна формула вуглеводів Сm(Н2О)п
• Вуглеводи – це крохмаль, целюлоза, сахароза, глюкоза та інші.
• За масою вуглеводи посідають на Землі перше місце серед органічних речовин.
• Вуглеводи становлять 80 % сухої маси рослин. Вони є структурними компонентами клітинних стінок.
• Вуглеводи є складовими компонентами життєво важливих речовин – нуклеїнових кислот, коферментів, вітамінів.
Фотосинтез
• Джерелом вуглеводів для всіх живих організмів є фотосинтез, що здійснюється рослинами.
• Фотосинтез як відновлення діоксиду карбону з використанням сонячної енергії
х CО2 + у Н2О + сонячна енергія =
= Сх (Н2О)у + х О2
Вуглеводи є своєрідним депо енергії. Ця енергія звільняється в тваринних організмах в результаті метаболізму вуглеводів, що полягає з хімічної точки зору в їх окисненні.
Сх (Н2О)у + х О2 = х CО2 + у Н2О + енергія
вуглеводи
Частина цієї енергії перетворюється в тепло, а більша частина – в нову хімічну форму – аденозинтрифосфат (АТФ), яка потім витрачається у процесах життєдіяльності (скорочення м”язів, передача нервових імпульсів і т.д.)
Вуглеводи бувають
Прості – моносахариди, складні: олігосахариди і полісахариди
Моносахариди – це найпростіші вуглеводи, що не гідролізуються з утворенням більш простих вуглеводів.
Олігосахариди – складні вуглеводи, що гідролізуються з утворенням 2-10 молекул моносахаридів.
Полісахариди – це високомолекулярні вуглеводи, при гідролізі яких утворюються сотні і тисячі молекул моносахаридів.
Дисахариди
• Дисахариди – вуглеводи, молекули яких складаються з двох залишків моносахаридів. Дисахариди при гідролізі утворюють два однакових або різних моносахариди.
• Для встановлення будови дисахаридів необхідно знати: з яких моносахаридів він побудований, яка конфігурація аномерних центрів у цих моносахаридів (α-або β-), які розміри циклу (фураноза або піраноза) і за участю яких гідроксилів пов’язані дві молекули моносахариду.
• Відновні: мальтоза, целобіоза, лактоза
• Невідновні: сахароза
• Мальтоза, солодовий цукор
α–D-глюкозил-1,4-α–D-глюкоза
• Лактоза, молочний цукор
β–D-галактозил-1,4-α–D–глюкоза
• Сахароза, буряковий цукор
α–D-глюкозил-1,2- β–D– фруктози
Знання будови, властивостей та функцій олігосахаридів, а зокрема, дисахаридів необхідні для розуміння процесів перетворення їх в організмі, які вивчаються в курсі біологічної хімії, патофізіології та загальної гігієни.
Гомо- та гетерополісахариди є важливими компонентами структури рослинних та тваринних організмів. Гомополісахариди є запасними формами вуглеводів, наприклад, глікоген в організмі тварин. Гетерополісахариди безпосередньо беруть участь в імунному захисті, є елементами сполучної та хрящової тканини. Деякі полісахариди можуть бути замінниками крові.
Полісахариди (крохмаль, клітковина) є незамінними компонентами харчових продуктів. Целюлозу використовують в медичній практиці – бинти, марля, вата.
Виявлення гідроксильних груп в сахарозі.
До розчину сахарози + NаОН і розчин сульфату міді. Утворюється прозорий синій розчин комплексної солі міді з сахарозою.
Гідроліз сахарози. Інвертний цукор – еквівалентна кількість глюкози і фруктози, в розчині який утворюється при гідролізі сахарози
|
Відновна здатність лактози.
голубий осад гідроксиду міді (ІІ), який при струшуванні розчиняється і розчин стає синього кольору (утворилась комплексна сіль міді з лактозою). Обережно нагріти до кипіння. При цьому колір розчину стає жовто-червоний (позитивна реакція Тромера).
Полісахариди
Полісахариди – високомолекулярні сполуки з класу вуглеводів; складаються із залишків моносахаридів, зв’язаних глікозидними зв’язками. Молекулярні маси полісахаридів лежать в межах від декількох тис. до декількох млн
Хімічна класифікація полісахаридів. заснована на будові складових їх моносахаридів – гексоз (глюкоза, галактоза, маноза) і пентоз (арабіноза, ксилоза), а також аміноцукрів (глюкозамін, галактозамін).
Гомополісахариди побудовані із залишків тільки одного моносахариду, гетерополісахариди – із залишків двох і більше різних моносахаридів.
поширені полісахариди носять давно вкорінені назви: целюлоза, крохмаль, хітин, пектинові речовини та ін
Полісахариди, на відміну від ін класів біополімерів, можуть існувати як у вигляді лінійних так і розгалужених структур
До лінійним полісахаридів відносяться целюлоза, до розгалужених – крохмаль, глікоген.
Крохмаль
Крохмаль є сумішшю двох полісахаридів, побудованих з альфа D-глюкопіранозних ланок: амілози (10-20%) і амілопектину (80-90%).
Крохмаль утворюється в рослинах при фотосинтезі і відкладається у вигляді “резервного” вуглеводу в коренях, бульбах і насінні. Наприклад, зерна рису, пшениці, ржи та інших злаків містять 60-80% крохмалю, бульби картоплі – 15-20%.
Споріднену роль у тваринному світі виконує полісахарид глікоген ( в печінці).
Крохмаль – це білий порошок, що складається з дрібних зерен, не розчинний у холодній воді. При обробці крохмалю теплою водою вдається виділити дві фракції: фракцію, розчинну в теплій воді (полісахарид амілоза), і фракцію, що набухає в теплій воді з утворенням клейстеру (полісахарид амілопектин.
Амілоза має лінійну будову, α– D-глюкопіранозні залишки зв’язані (1-4)-глікозидними зв’язками. Елементна ланка амілози (і крохмалю взагалі) представляється так:
Молекула амілопектину побудована таким же чином, але має в ланцюзі розгалуження, що створює просторову структуру. У точках розгалуження залишки моносахаридів пов’язані (1-6)-глікозидними зв’язками. Між точками розгалуження розташовуються 20-25 глюкозних залишків.
(амілопектин)
Крохмаль легко піддається гідролізу: при нагріванні в присутності сірчаної (сульфатної) кислоти утворюється глюкоза.
(C6H10O5)n(крохмаль) + nH2O ––H2SO4,t°® nC6H12O6(глюкоза)
Залежно від умов проведення реакції гідроліз може здійснюватися ступінчасто з утворенням проміжних продуктів.
(C6H10O5)n(крахмал)® (C6H10O5)m(декстрины (m<n))® xC12H22O11(мальтоза)® C6H12O6(глюкоза)
Якісною реакцією на крохмаль є його взаємодія з йодом – спостерігається інтенсивне синє забарвлення. Таке забарвлення з‘являється, якщо на зріз картоплі або скибочка білого хліба помістити краплю розчину йоду.
Крохмаль не вступає в реакцію “срібного дзеркала”.
Крохмаль є цінним харчовим продуктом. Для полегшення його засвоєння продукти, що містять крохмаль, піддають термообробці, тобто картопля та крупи варять, хліб печуть. Процеси декстринізації, що здійснюються при цьому, сприяють кращому засвоєнню організмом крохмалю і подальшого гідролізу до глюкози.
У харчовій промисловості крохмаль використовується при виробництві ковбасних, кондитерських та кулінарних виробів. Застосовується також для отримання глюкози, при виготовленні паперу, текстильних виробів, клеїв, лікарських засобів і т.д.
Целюлоза (клітковина)
Целюлоза – найбільш поширений рослинний полісахарид. Вона має велику механічну міцність і виконує роль опорного матеріалу рослин. Деревина містить 50-70% целюлози, бавовна є майже чистою целюлозою.
Як і у крохмалю, структурною одиницею целюлози є D-глюкопіраноза, ланки якої пов’язані (1-4)-глікозидними зв’язками. Однак, від крохмалю целюлоза відрізняється b– конфігурацією глікозидних зв’язків між циклами і суворо лінійним будовою.
Целюлоза складається з ниткоподібних молекул, які водневими зв‘язками гідроксильних груп усередині ланцюга, а також між сусідніми ланцюгами зібрані в пучки. Саме така упаковка ланцюгів забезпечує високу механічну міцність, волокнистість, нерозчинність у воді і хімічну інертність, що робить целюлозу ідеальним матеріалом для побудови клітинних стінок.
b– – глікозидний зв’язок не руйнується травними ферментами людини, тому целюлоза не може бути йому їжею, хоча в певній кількості є необхідною для нормального харчування баластовою речовиною. У шлунках жуйних тварин є ферменти, що розщеплюють целюлозу, тому такі тварини використовують клітковину як компонент їжі.
Як і крохмаль, целюлоза при кислотному гідролізі дає глюкозу.
Целюлоза – багатоатомний спирт, на елементну клітинку полімеру припадають три гідроксильних групи. У зв’язку з цим, для целюлози характерні реакції естерифікації (утворення складних ефірів).
Триацетилцеллюлоза (або Ацетилцелюлоза) є цінним продуктом для виготовлення негорючої кіноплівки і ацетатного шовку. Целюлоза не дає реакції “срібного дзеркала”.
велика кількість целюлози витрачається для виготовлення паперу. Папір – це тонкий шар волокон клітковини, проклеєний і спресований на спеціальній папероробній машині.
Глікоген
Глікоген – тваринний крохмаль (C6H10O5) n, основний запасний вуглевод тварин і людини, його вміст у печінці (3-5%) і м’язах (0,4-2%). Глікоген – гомополісахарид, побудований з 6-20 тис. і більше залишків a-D-глюкози. Молекула глікогену має розгалужену будову. Молярна маса до 100 млн. Глікоген в організмі розщеплюється до глюкози (гліколіз). У процесі травлення під дією амілаз відбувається гідролітичне розщеплення глікогену, що міститься в їжі. Процес починається в ротовій порожнині і закінчується в тонкому кишківнику (при рН 7-8) з утворенням декстринів, потім мальтози і глюкози. У кров надходить глюкоза, надлишок якої включається в синтез глікогену. і в такому вигляді відкладається в тканинах.
