Углеводы – структура, функции, свойства

1.

Углеводы – структура,
функции, свойства
Svetlana Protopop
doctor în științe medicale,
conferențiar universitar

2.

Углеводы
- полигидроксикарбонильные
органические вещества.
•Общая формула – Сm(Н2О)n
•Углеводы составляют около 1% массы
сухого вещества в животных клетках, а в
клетках печени — до 5%.
•В растительных клетках углеводы
составляют до 90% сухой массы.

3.

Функции углеводов
1. Энергетическая (4,3 ккал/г).
2. Структурная (гликозаминогликаны,
целлюлоза).
3. Запасающая (гликоген, крахмал).
4. Защитная (слизь секретов).
5. Клеточное взаимодействие.
6. Определяют специфичность белков
(гликопротеины; пр. – группы крови).

4.

Классификация углеводов
•Моносахариды – общая формула (СН2О)n,
где n ≥ 3.
•Олигосахариды – 2-10 остатков
моносахаридов.
•Полисахариды – более 10 остатков
моносахаридов.

5.

Классификация моносахаридов
• В зависимости от числа атомов углерода
различают:
триозы (3С);
тетрозы (4С);
пентозы (5С);
гексозы (6С);
гептозы (7С).
• В зависимости от положения карбонильной
группы:
1. Альдозы
2. Кетозы

6.

Моносахариды
Триозы:
Глицеральдегид и дигидроксиацетон
Пентозы:
Рибоза, рибулоза, дезоксирибоза
Гексозы:
Глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза

7.

Триозы
CHO
H C OH
CH2OH
Глицеральдегид
CH2OH
C O
CH2OH
Дигидроксиацетон

8.

Стереоизомерия углеводов
• Стереоизомеры это соединения, имеющие
одну и ту же структурную формулу, но
различающиеся по пространственной
конфигурации.
• Образование стереоизомеров возможно при
наличии в составе молекулы
ассиметричных (хиральных) атомов
углерода (к которым присоединены 4
различных атома или группы).

9.

Стереоизомерия углеводов
• Число возможных изомеров зависит от
числа ассиметричных атомов (n) и равна 2n
Ряд моносахаридов
Число хиральных
атомов углерода
Число
стереоизомеров
Кетотриозы
0
1
Альдотриозы
1
2
Кетопентозы
2
4
Альдопентозы
3
8
Кетогексозы
3
8
Альдогексозы
4
16

10.

D- и L-стереоизомеры углеводов
• Разделение углеводов на D- и Lстереоизомеры основано на сравнении
пространственной конфигурации с
конфигурацией глицеральдегида.
CHO
CHO
H C OH
CH2OH
D-Глицеральдегид
HO
C
H
CH2OH
L-Глицеральдегид

11.

Стереоизомерия углеводов
• Принадлежность к D- и L-ряду
определяется ориентацией групп –Н и –ОН
при атоме углерода, соседнем с концевым
атомом углерода (или последним
хиральным атомом).
• Если группа –ОН при этом углероде
находится справа, сахар принадлежит к Dряду, если же она стоит слева, сахар
относится к L-ряду.

12.

13.

Стереоизомерия углеводов
CHO
H C OH
HO
C H
CHO
HO C
H
H C OH
H C OH
HO C
H
H C OH
HO C
H
CH2OH
CH2OH
D-Глюкоза
L-Глюкоза
• Большинство моносахаридов в организме
человека имеют D-конфигурацию.

14.

Стереоизомерия углеводов
• Присутствие ассиметричных атомов
углерода является причиной оптической
активности моносахаридов.
• Если пучок плоскополяризованного света
пропустить через раствор оптического
изомера, плоскость поляризации света
поворачивается либо вправо
(правовращающий изомер, +), либо влево
(левовращающий изомер, –).

15.

Стереоизомерия углеводов
• Оптические изомеры обозначают как D(+),
D(–), L(+) или L(–).
• Если D- и L-изомеры присутствуют в равных
количествах, их смесь не проявляет
оптической активности. Такие смеси
называют рацемическими (или DL-смесями).

16.

Стереоизомерия углеводов
• Энантиомеры – стереоизомеры, которые
отличаются между собой конфигурацией
всех ассиметричных атомов. Имеют
одинаковое название и свойства, но
отличаются по оптическим свойствам.
• Пример – D(+)-глюкоза и L(–)-глюкоза.

17.

Стереоизомерия углеводов
• Диастереоизомеры – стереоизомеры,
которые отличаются между собой
конфигурацией одного – максимум n-1
ассиметричных атомов. Имеют разные
названия, физико-химические и оптические
свойства.
• Пример – D(+)-глюкоза и D(+)-идоза.

18.

Стереоизомерия углеводов
• Эпимеры – диастереоизомеры, которые
отличаются между собой конфигурацией
одного ассиметричного атома. Имеют
разные названия, физико-химические и
оптические свойства.
• Примеры – D(+)-глюкоза и D(+)-галактоза;
D(+)-глюкоза и D(+)-манноза.

19.

Циклические структуры моносахаридов
• У альдоз образуются в результате
взаимодействия альдегидной и спиртовой
групп (полуацеталь).
• У кетоз образуются в результате
взаимодействия кето- и спиртовой групп
(полукеталь).
• Образуются пиранозные и фуранозные
циклы.

20.

Циклические структуры моносахаридов
O
Фуран
O
Пиран
• У циклических форм образуются 2 изомера
относительно карбонильного атома
углерода, который становится
ассиметричным – α- и β-аномеры.
Гидроксильная группа у этого атома
называется гликозидной.

21.

Пентозы
CHO
CH2OH
H C OH
H C OH
CH2OH
O
H
H
H
OH
H
H C OH
CH2OH
D-рибоза
CH2OH
C O
OH
OH
CH2OH
D-рибулоза
H
H
H
OH
α-D-рибофураноза
OH
β-D-рибофураноза
CH2OH
OH
O
H C OH
H C OH
OH
O
H
H
H
H
OH
H
β-D-дезоксирибофураноза

22.

Гексозы
H
CH2OH
O
OH
CHO
HO
C
H
OH
α-D-глюкопираноза
H
CH2OH
D-глюкоза
OH
H
H C OH
H C OH
H
OH
H C OH
H
CH2OH
O
OH
OH
H
OH
H
H
OH
β-D-глюкопираноза

23.

Гексозы
CH2OH
O
OH
OH
CHO
HO C
H
HO C
H
H C OH
CH2OH
D-галактоза
H
OH
H
H
H C OH
H
OH
α-D-галактопираноза
CH2OH
O
OH
OH
OH
H
H
H
H
OH
β-D-галактопираноза

24.

Гексозы
CH2OH
CH2OH
O
CH2OH
H
C O
HO
C
H
H C OH
H C OH
CH2OH
D-фруктоза
H
HO
OH
OH
H
α-D-фруктофураноза
CH2OH
OH
O
H
H
OH
HO
CH2OH
H
β -D-фруктофураноза

25.

Гексозы
H
CHO
HO
C H
HO
C H
H C OH
OH
H
OH
OH
OH
H
H
α-D-маннопираноза
H C OH
CH2OH
CH2OH
O
H
D-манноза
CH2OH
O
OH
OH
OH
OH
H
H
H
β -D-маннопираноза

26.

27.

Фосфорилирование глюкозы
Глюкокиназа
Гексокиназа
CH2OH
O
OH
CH2 OPO3H2
O
OH
OH
HO
OH
Глюкоза
АТФ
OH
HO
АДФ
OH
Глюкозо-6-фосфат

28.

Олигосахариды
В зависимости от количества остатков
моносахаридов делятся на:
•Дисахариды
•Трисахариды
•Тетрасахариды и т.д.
Наиболее распространенные в природе –
дисахариды.

29.

Дисахариды
Мальтоза (продукт распада
крахмала и гликогена)
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
OH
CH2OH
O
OH
H
O
H
OH
H
OH
H
OH
Состоит из двух остатков -глюкозы.
Связь – (1→4)-гликозидная.

30.

Дисахариды
Лактоза (молочный сахар)
CH2OH
O
OH
OH
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
H
OH
H
OH
H
OH
Состоит из β-галактозы и -глюкозы.
Связь – β(1→4)-гликозидная.

31.

Дисахариды
Сахароза (свекловичный сахар)
H
CH2OH
O
H
OH
H
H
OH
OH
O
CH2OH
O
H
H
OH
HO
H
CH2OH
Состоит из
-глюкозы и β-фруктозы.
Связь – , β(1→2)-гликозидная.

32.

Полисахариды
1. Гомополисахариды:
• крахмал (резервный углевод растений);
• гликоген (резервный углевод животных);
• целлюлоза (клеточная стенка растений);
2. Гетерополисахариды:
• Гиалуроновая кислота;
• Гепарин, гепаран-сульфат;
• Кератан-сульфат, дерматан-сульфат,
хондроитин-сульфат.

33.

Крахмал
(резервный углевод растений)
Состоит из 2-х фракций:
• Амилоза (линейный крахмал) – 15-20%;
• Амилопектин (разветвленный крахмал) –
80-85%. Каждая ветвь состоит из 24-30
остатков глюкозы.
• Резервный углевод растений.
• Содержится в злаках, картофеле, бобовых.

34.

Крахмал – амилоза
H
CH2OH
O
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
O
H
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
Амилоза состоит из -глюкозы.
Связь – (1→4)-гликозидная.
OH

35.

Крахмал – амилопектин
H
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
O
H
H
CH2OH
O
OH
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
OH O
OH
CH2
H
O
H
H
O
H
H
O
OH
H
H
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
Амилопектин состоит из -глюкозы.
Связи – (1→4)- и (1→6)- гликозидные.

36.

Гликоген
H
CH2OH
O
OH
H
CH2OH
O
H
H
OH
O
H
H
CH2OH
O
OH
OH
H
H
H
O
CH2OH
O
OH
OH
H
H
OH O
OH
CH2
H
O
H
H
O
H
H
O
OH
H
H
H
O
H
CH2OH
O
OH
H
O
O
H
OH
H
H
OH
Гликоген состоит из -глюкозы. Каждая ветвь
состоит из 11-18 остатков глюкозы.
Связи – (1→4)- и (1→6)- гликозидные.

37.

Целлюлоза
(структурный углевод растений)
CH2OH
O
O
OH
H
O
H
CH2OH
O
CH2OH
O
OH
H
O
OH
OH
O
H
H
H
H
CH2OH
O
OH
H
H
OH
H
H
OH
H
OH
Целлюлоза состоит из β-глюкозы.
Связь – β(1→4)-гликозидная.
O

38.

Гликозаминогликаны
(мукополисахариды)
• Это гетерополисахариды, состоящие из
повторяющихся дисахаридных единиц.
Содержат:
Аминосахара: D-глюкозамин
D-галактозамин
Уроновые кислоты: Глукуроновая кислота
Идуроновая кислота.
• Входят в состав межклеточного вещества
соединительной ткани.

39.

Гиалуроновая кислота
Глюкуроновая
кислота
N-ацетил
глюкозамин

40.

Хондроитин-4-сульфат
Глюкуроновая
кислота
N-ацетил
галактозамин

41.

Гепарин
Глюкуроновая
или идуроновая
кислоты
Глюкозамин

42.

Кератан-сульфат