Углеводы. Моносахариды. Дисахариды. Полисахариды

1.

Углеводы
Моносахариды
Дисахариды
Полисахариды

2.

Углеводы (сахара)
Углеводы широко распространены в
растительном и животном мире.
Основной источник углеводов – это растения,
которые синтезируют их путем фотосинтеза:
энергия (hν) + CO2 + H2O углеводы + O2
Животные употребляя углеводы окисляют их до
CO2 и воды, получая при этом энергию:
углеводы + O2 энергия(ATФ) + CO2 + H2O

3.

Углеводы
Углеводы – это гетерофункциональные
органические соединения, содержащие несколько
спиртовых групп и карбонильную группу
(альдегидную или кетонную).
Классификация углеводов:
Моносахариды – содержат одну полигидроксиальдегидную или кетонную структурную единицу.
Дисахариды содержат две моносахаридные единицы,
соединенные гликозидной связью.
Олигосахариды содержат 3-10 моносахаридных
остатков.
Полисахариды содержат более 10 моносахаридных
остатков.

4.

Моносахариды
H O
C
Общая формула (CH2O)n.
Альдозы – моносахариды с альдегидной
группой.
Кетозы содержат кетонную группу.
По числу атомов C моносахариды делятся:
Триозы (3),
Тетрозы (4),
Пентозы (5),
CHO
H C OH
CH2OH
Гексозы (6). D-глицероза
CHO
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH 2OH
D-эритроза
HO C H
H C OH
H C OH
CH 2OH
D-глюкоза
D-Glucose
CHO
H C OH
CH 2OH
H C OH
D-рибоза
Например, альдогексоза или кетогексоза
CH 2OH
C O
HO C H
H C OH
H C OH
CH 2OH
D-фруктоза
D-Fructose

5.

Проекции Фишера для гексоз
Структура моносахаридов на плоскости представляется
с помощью формул Фишера.
D означает направление OH-группы (вправо).
(+) и (-) - оптическая активность или направление
вращения плоскости поляризации света растворами.
CHO
H C OH
HO C H
H C OH
CHO
H C OH
HO C H
HO C H
CHO
CH2OH
HO C H
C O
HO C H
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D(+)-глюкоза
D(+)-галактоза
D(+)-манноза
D(-)-фруктоза

6.

Циклизация моносахаридов. Формулы Толленса
и Хеуорса
H OH
*
6
C
CH 2 OH
H C OH
HO C H
H 1 O
O
H C OH
C
2
H C OH
H C OH
5
H C OH
6 CH OH
2
HO
H
CH 2OH
HO
*
C 1
2 OH
OH
α-D-глюкопираноза
C
*
H C
CH 2 OH
OH
O
H C
CH 2OH
Образование пиранозной формы
O OH
H
H
OH
HO C H
O
3
H
H
H C OH
пиран
OH
H
OH
4
H C
HO 3C H
4
5
H
H
HO
H
H
*
OH
β-D-глюкопираноза

7.

Структура D-глюкозы
1
CH
O
2
OH
HO
3
H
H
4
H
H
5
6
OH
OH
6
H
CH2OH
5
H
OH
4
OH
H
HO 3
2
H
CH2OH
Пиранозный цикл образуется с
участием OH при C-5.
OH
CH
1
O

8.

Структура D-глюкозы
6
6
HOCH2 OH
H 5
H
4
OH
H
HO 3
CH
1
2
H
OH
поворот
O
H
CH2OH
5
H
OH
4
OH
H
HO 3
CH
1
2
H
OH
C(4)-C(5) вокруг линии связи
для благоприятной ориентации OH
O

9.

Образование пиранозной формы
6
6
HOCH2
HOCH2 OH
H 5
H
4
OH
H
HO
3
H
CH
1
2
H
O
4
OH
HO
5
H
OH
3
H
O
OH
H
1
2
H
OH
-D-глюкопираноза

10.

Аномеры D-глюкопиранозы
6
6
HOCH2
HOCH2
H
4
HO
5
H
OH
3
H
O
H
2
H
H
1
4
OH
HO
OH
-D-глюкопираноза
5
H
OH
3
H
O
OH
H
1
2
H
OH
-D-глюкопираноза

11.

Формулы Толленса и Хеуорса фруктозы
HOH 2C
1 CH2OH
2C O
HO 3 C
H 4C
H
5
6
C
H
C
*
HO C
H
O
H C OH
H C
CH2OH
OH
OH
CH2OH
фуран
O
OH
HO
C
*
HO C
1
6
O
HOH2C
CH2OH
5
2
H H
OH OH
4
OH 3 H
*
-D-фруктофураноза
CH2OH
H
O
H C OH
H C
CH2OH
Образование фуранозной формы.
O
HOH2C
H H
OH
OH
*
OH CH2OH
H
-D-фруктофураноза

12.

Мутаротация
В водном растворе устанавливается равновесие между
циклическими и линейными структурами
моносахаридов, которое носит название мутаротация.
-D-глюкоза D- глюкоза (линейная) β-D- глюкоза
(36%)
(следы)
(64%)
Например в водном растворе глюкозы наблюдается
равновесие, при котором, α-формы - 36% , β - 64%
(>99% глюкозы находится в пиранозной форме).
В ряде случаев мутаротация приводит к изменению
угла вращения плоскости поляризации света.

13.

Производные моносахаридов
CH 2OH
CH 2OH
H
O
H
OH
H
H
H
OH
OH
α-D(+)-глюкозамин
H
OH
O
OH
NH
C
H
NH
C
H3C
O
H
HO
OH
H
OH
O
α-D(+)-глюкуроновая
кислота
α-D(+)-N-ацетилглюкозамин
H
OH
H
OH
H3C
H
H
O H
H
H
CH 2OH
OH
COOH
H
OH
H
NH2
H
H
OH
O
α-D(+)-N-ацетил
галактозамин
Производные
моносахаридов
являются
структурными
компонентами
полисахаридов:
хитина, гепарина,
гиалуроновой
кислоты….

14.

Дисахариды
Общая формула C12H22O11.
Дисахариды
образуются
при
конденсации
полуацетальной ОН группы аномерного углерода
одного моносахарида и ОН-группы другого, с
образованием O – гликозидной связи.
HO H 2 C
H
H
H O
O
H
Аномерный
углеродный атом
H
H O
O H
H
O H
Полуацетальный
гидроксил

15.

Дисахариды. Мальтоза
Мальтоза содержит две α-D(+)-глюкозы, соединенные
α-О-гликозидной связью, которая образуется за счет
полуацетальной группы одной молекулы и ОН-группы
при C4 другой.
Мальтоза за счет свободной полуацетальной группы
обладает восстанавливающими свойствами, что
проявляется в реакции «серебряного зеркала».
CH 2OH
CH 2OH
С4
H
O
H
OH
H
O
H
H
С1 С4
H
OH
H
O
OH
H
OH
H
OH
H
OH
-D-глюкопиранозил O-(1 4) -D-глюкопираноза

16.

Сахароза
Сахароза состоит из -D(+)глюкозы и β-D(-)-фруктозы, которые
связаны О-гликозидной связью.
В образовании связи принимают
участие полуацетальный углерод
фруктозы (C-2) и полуацетальный
углерода глюкозы С-1.
Сахароза является
невосстанавливающим сахаром изза отсутствия свободных
полуацетальных групп.
CH 2OH
O
H
H
OH
H
H
OH
H
С1
OH
O
HOH2C
O
H
OH
С2
CH 2OH
H
OH
H
-D-глюкопиранозил O-(1 2) -D- фруктофуранозид

17.

Полисахариды
Общая формула (C6H10O5)n.
Полисахариды делятся на:
Гомополисахариды (крахмал, целлюлоза,
гликоген, хитин), состоящие только из
одного типа моносахаридов.
Гетерополисахариды (гиалуроновая
кислота, хондроитин-4-сульфат, гепарин),
состоящие из двух или более типов
моносахаридов.

18.

Гомополисахариды
Крахмал - состоит из двух компонентов:
амилозы, растворимой в воде (15-20%), и
амилопектина, нерастворимого в воде (8580%).
Амилоза состоит из неразветвленных цепей,
построенных из молекул α-глюкозы,
соединенных 1→4 гликозидными связями.
Амилопектин cостоит из разветвленных
цепей α-глюкозы, построенных за счет 1→4
гликозидных связей, и соединенных между
собой 1→6 связями.

19.

Крахмал
Крахмал - состоит из двух компонентов:
амилозы, растворимой в воде (15-20%), и
амилопектина, нерастворимого в воде (8580%).
амилоза
CH 2OH
O
H
H
OH
CH 2OH
CH 2OH
H
OH
H
O
O
H
H
OH
O
H
H
OH
H
O
H
H
H
O
O
H
OH
α-(1→4) гликозидная связь
H
H
OH
n

20.

Амилопектин
Содержит разветвленную структуру, состоящую из
нескольких сотен коротких цепей по 20-25 молекул
глюкозы в каждой.
C H2 O H
C H2 O H
O
H
H
O H
O
H
H
H
O
H
O H
H
H
O H
O
H
H
O H
C H2
C H2 O H
O
H
H
O H
H
O
O
H
H
O H
H
O
H
H
O H
H
O
H
1→6 гликозидная
связь
O
O H
C H2 O H
H
H
O
O
H
O H
1→4 гликозидная
bond
1-4 glycosidicсвязь
H
H
O H
n

21.

Гетерополисахариды
Гетерополисахариды
построены
из
различных
моносахаридов
и
их
производных.
Гиалуроновая кислота (β-глюкуроновая
кислота и N-ацетил глюкозамин).
Хондроитин-4-сульфат (β-глюкуроновая
кислота и N-ацетил галактозамин-4сульфат).
Гепарин (α-D-глюкозамин и уроновые
кислоты).

22.

Гиалуроновая кислота
Входит в состав соединительной, эпителиальной
и нервной тканей. Является одним из основных
компонентов внеклеточного матрикса, содержится
во многих биологических жидкостях.
CH 2O H
Мономер
O
H
H
COOH
H
O
H
OH
O
OH
H
O
H
H
H
H
O
NHCOCH 3
N-ацетилглюкозамин
OH
Глюкуроновая кислота
1→3 гликозидная связь

23.

Гиалуроновая кислота
CH 2OH
N-ацетилглюкозамин
N-acetylglucosamine
CH 2OH
H
H
COOH
H
O
H
OH
O
OH
H
O
H
H
OH
H
COOH
O
H
O
H
H
O
H
OH
O
OH
H
O
H
H
O
NHCOCH 3
H
H
NHCOCH 3
H
OH
11→3
3 glycosidic
bond связь
гликозидная
Glucuronic acid кислота
Глюкуроновая
n

24.

Хондроитин-4-сульфат
Является компонентом хрящевой ткани и
синовиальной (суставной) жидкости.
Мономер
CH 2OH
O
H
O
H
H
OH
H
OH
H
O
NHCOCH 3
N-acetyl galactoseamine-4-sulfate
N-ацетилгалактозамин-4-сульфат
Glucuronic acid
Глюкуроновая
кислота
H
H
O
H
O
HSO 3 O
COOH
11→3 гликозидная
3 glycosidic bond
связь

25.

Хондроитин-4-сульфат
N-ацетилгалактозамин-4-сльфат
N-acetyl galactoseamine-4-sulfate
CH 2OH
HSO 3O
COOH
O
H
O
H
OH
H
H
O
H
H
O
H
H
H
OH
Глюкуроновая кислота
H
HSO 3O
COOH
O
NHCOCH 3
O
H
OH
CH 2OH
O
H
H
O
H
H
H
O
H
NHCOCH 3
H
OH
Glucuronic acid
1→3 гликозидная
1
3 glycosidic связь
bond
n

26.

Липиды
Омыляемые.
Неомыляемые.
Простые.
Сложные.

27.

Липиды
Липиды – разнообразная группа веществ,
нерастворимых в воде, но растворимых в
органических растворителях (эфир,
бензол, ацетон, хлороформ).
Липиды в зависимости от способности к
гидролизу делятся на
Омыляемые
Неомыляемые.

28.

Липиды
Омыляемые липиды подвергаются
гидролизу и делятся на простые и сложные.
Неомыляемые липиды не подвергаются
гидролизу и выполняют в организме роль
низкомолекулярных биорегуляторов. К ним
относятся:
стероиды,
жирорастворимые витамины,
терпены

29.

Простые липиды
Простые липиды – эфиры жирных кислот
и различных спиртов.
Классификация:
Жиры (твердые) – эфиры насыщенных
жирных кислот и глицерина.
Масла (жидкие жиры) – эфиры
ненасыщенных жирных кислот и глицерина.
Воски – эфиры жирных кислот и
высокомолекулярных спиртов.

30.

Структурные элементы простых
липидов
CH2OH
• Глицерин - трехатомный спирт.
• Насыщенные и ненасыщенные
жирные кислоты.
• Образование простых липидов
происходит по реакции
этерификации (SN).
H
C
CH2OH
glycerol
глицерин
Этерификация
O
R'OH + HO-C- R"
OH
O
R'-O-C- R'' + H2O

31.

Насыщенные и ненасыщенные жирные
кислоты
Формула
Количество С,
двойных связей
Название
C15H31COOH -
Пальмитиновая кислота
C17H35COOH -
Стеариновая кислота
C17H33COOH C:18 Δ9
Олеиновая кислота
C17H31COOH C:18 Δ9,12
Линолевая кислота
C17H29COOH C:18 Δ9,12,15
Линоленовая кислота

32.

Физические свойства жирных кислот
Насыщенные
• Линейная структура.
• Высокая температура
плавления.
• Твердые при 25 оС.
Ненасыщенные
• Нелинейная структура.
• Низкая температура
плавления.
• Жидкие при при 25 оС.

33.

Строение триглицеридов (жиры и
масла)
O
Глицерин
CH 2O
C
O
R1
CHO
C
O
R2
CH 2O
C
R3
Жирные
кислоты

34.

Жиры содержат
насыщенные жирные кислоты
O
H 2C
HC
H 2C
OH
H2C
O
C
O
C17H35
HC
O
C
C17H35
HOOC-C17H35
OH +
OH
HOOC-C17H35
3 H2 O
O
HOOC-C15H31
H2C
O
C
+
C15H31
Дистеаропальмитин

35.

Масла
Saturated fats in the diet can lead
to heart disease, while unsaturated
oils are safer!
содержат
ненасыщенные жирные
кислоты
O
H 2C
HC
H 2C
OH
H2C
O
C
O
C17H33
HC
O
C
C17H33
HOOC-C17H33
OH +
OH
HOOC-C17H33
3H2O
O
HOOC-C17H33
H2C
O
C
+
C17H33
Триолеин

36.

Свойства простых липидов
Гидрогенизация (гидрирование) – присоединение
водорода по двойным связям, приводит к образованию
насыщенных твердых жиров из ненасыщенных жирных
масел.
O
O
H2C
O
C
C17H33
H2C
O
C
O
C17H35
HC
O
C
C17H35
O
HC
O
C
C17H33
+ 3H2
O
O
H2C
O
C
C17H35
H2C
Диолеостеарин
O
C
C17H35
Тристеарин
-HC=CH- + H2 -CH2-CH2-
Гидрогенизация – основная реакция получения маргарина!

37.

Щелочной гидролиз
• При щелочном гидролизе триглицеридов получаются
глицерин и соли жирных кислот – мыла!
O
H2C
HC
O
O
C
O
C17H35
C
C17H35
H 2C
OH
2 C17H35COONa
NaOH
HC
OH
H 2C
OH
O
H2C
O
C
C15H31
Дистеаропальмитин
Стеарат натрия
Глицерин
+
C15H31COONa
Пальмитат натрия

38.

Мыла – соли жирных кислот
Стеарат натрия
+ -
N a
O
O
1
C
Полярная «голова»
18
C H3
Неполярный «хвост»

39.

Воск
Воск – эфир жирных
кислот и одноатомных
длинноцепочечных
спиртов.
Пчелиный воск
C15H31COOH+C31H63OH → C15H31COOC31H63+H2O
Пальмитиновая
кислота
Мирициловый
спирт
Мирицилпальмитат

40.

Сложные омыляемые липиды
Сложные липиды содержат различные
функциональные группы и при гидролизе
образуют три и более компонентов. Они
делятся на:
Фосфолипиды - производные фосфатидовых
кислот (глицерофосфолипиды).
Сфинголипиды – на основе аминоспирта
сфингозина.
Гликолипиды, в состав которых входят
углеводные фрагменты.

41.

Сложные липиды. Фосфолипиды
Глицерофосфолипиды – структурные элементы
клеточных мембран

42.

Фосфолипиды – структурные элементы
клеточных мембран
Glycoprotein
Glycolipid
phospholipids,
sphingolipids
Cholesterol
Integral
protein
Peripheral
protein
Источники фосфолипидов: печень, яичный желток, орехи.

43.

Фосфатидилхолин: лецитин
O
H2C
O C
C17H35
O
O C
C17H33
O
H2C
O P
OH
OH
+
+
HO-CH 2-CH2-N
CH 3
CH 3
CH 3
Холин
+
HC
O
Фосфатидовая кислота –
основной компонент
фосфолипидов.
H2C
O
C
C17H35
O
HC
O C
C17H33
O
H2C
O P
O
+
CH2-CH2-N
CH 3
CH 3
CH 3
OH
Фосфатидилхолин (лецитин)

44.

Сфинголипиды: церамиды, сфингомиелины
CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH
Сфингозин ненасыщенный
аминоспирт,
структурная
основа
сфинголипидов
CH-NH2
+
C17H35COOH
-H2O
CH2-OH
Амидная
группа
CH3-(CH2)12-CH=CH-CH-OH O
! Сфинголипиды содержатся в
нервных клетках, а также в
тканях головного мозга.
CH–NH–C–C17H35
CH2-OH
Церамид
аминостеарилсфингозин

45.

Гликолипиды: Галактоцереброзиды
Галактоцереброзиды обнаруживаются в основном в
мембранах клеток мозга.
cerebrum — мозг
H3C (CH2)12 CH CH HC OH
CH2OH
O O
HO
H
OH
H
H
H
H
HO
β-D-галактоза
HC
O
NH C R
CH2
церамид
Гликолипиды
содержатся в
сером веществе
головного мозга,
входят в состав
оболочек нервных
волокон, являются
маркерами
трансформации
нормальных
клеток в раковые.

46.

Неомыляемые липиды. Стероиды.
Холестерин
Содержание холестерина в организме 210-250 г.
Он является компонентом клеточных мембран, находится
в больших количествах в головном и спинном мозге,
нервных тканях.
Холестерин является прекурсором желчных кислот,
21
гормонов, витамина D.
22
Н3C
19
12
18
11
CН3
2
3
НO
1
4
10
5
13
14
9
6
8
7
24
20
26
25 CН
3
23
CН3
CН3
17
27
16
15

47.

Фосфолипиды – структурные элементы
клеточных мембран
Glycoprotein
Glycolipid
phospholipids,
sphingolipids
Cholesterol
Integral
protein
Peripheral
protein
Источники фосфолипидов: печень, яичный желток, орехи.

48.

Половые гормоны
синтезируются в организме из холестерина
CН OH
CН3 OН
3
CН3
HO
Эстрадиол – женский
гормон
O
Тестостерон –мужской
гормон

49.

Кортикостероиды
Кортикостероиды группа гормонов
надпочечников
(около 40),
регулирующих
углеводный и
солевой обмены.
CН2ОН
O
CН3 C=O
OH
CН3
O
Кортизол является регулятором углеводного
обмена организма, а также принимает участие в
развитии стрессовых реакций.

50.

Липиды: жирорастворимые витамины
Витаминами называют низкомолекулярные органические
вещества, которые в незначительных количествах
необходимы для жизнедеятельности организма.
Жирорастворимые витамины
Группа D – регуляторы обмена Ca и P.
Группа А – факторы роста, зрения, сопротивляемости
инфекции.
Группа Е – антиоксиданты.
Группа К – регуляторы свертываемости крови
Ретинол (А1)
α-токоферол (Е)
Эргокальциферол (D2)

51.

Terpenes
Terpenes are nonsaponifying lipids with
various functional groups (-OH, -CHO,
C=O, etc) made up of isoprene units.
Isoprene (C5H8) is a gaseous
hydrocarbon found as a natural byproduct
of plant metabolism:
H2C=C-CH=CH2
CH3

52.

Terpenes
OH
Limonene
Menthol
O
Camphor
-Pinene