Углеводы (сахара). Строение, свойства, участие в функционировании живых систем

1.

Углеводы (сахара).
Строение, свойства,
участие в
функционировании живых
систем

2.

Углеводы
Моносахариды
Полисахариды
Олигосахариды
• дисахариды
• трисахариды
• тетрасахариды
и т.д (до n=10)
Высшие полиозы

3.

Классификация моносахаридов по
характеру оксогруппы
альдозы
O
кетозы
CH2 -OH
C O
C H
(CH-OH)n
(CH-OH)n
CH2 -OH
CH2 -OH

4.

Классификация моносахаридов по
числу атомов углерода в цепи
триозы
тетрозы
пентозы
гексозы

5.

Стереоизомерия моносахаридов
*
*
*
*
O
CH2 CH CH CH CH C
OH
OH OH OH OH
H
альдогексоза
N=2n=24=16
8 пар энантиомеров

6.

Стереоизомерия моносахаридов
O
C H
2
H
OH
1
HO
H
H
3
4
H
OH
5
6
OH
CH2OH
D-глюкоза
HO
H
HO
H
HO
O
C H
H
CHOOH
H
HOH
CH2OH
CH2OH
L-глюкоза
D-глицериновый
альдегид
энантиомеры

7.

O
C H
2
HO
H
1
HO
H
H
3
4
H
OH
5
6
OH
CH2OH
D-манноза
O
C H
2
H
OH
O
C H
2
H
OH
3
3
1
HO
H
H
4
H
OH
5
6
OH
CH2OH
D-глюкоза
1
HO
HO
H
4
H
H
5
6
OH
CH2OH
D-галактоза
диастереомеры альдогексоз

8.

H
O
C H
OH
H
OH
H
OH
HO
H
OH
H
OH
H
CH2OH
D-рибоза
O
C H
CH2
CH2OH
D-дезоксирибоза
альдопентозы
H
O
C H
OH
H
OH
CH2OH
D-ксилоза

9.

1
CH2OH
2
C O
HO
H
H
3
4
H
OH
5
6
OH
CH2OH
D-фруктоза
кетогексоза

10.

Цикло-оксо-таутомерия
моносахаридов

11.

H
CH2 OH
..
CH OH
O
δ+
OH
H
C
C
C C
H
OH
H OH

12.

полуацетальный
гидроксил
δ+
R-C
O
H
..
+ HO-R’
OH
R-C O-R’
H
кислородный
«мостик»

13.

H
O
C H
2
OH
1
HO
3
4
5
6
OH
OH
CH2OH
HO
α
OH
C
O
2
OH
1
3
4
OH
5
6
β
HO
CH2OH
1
C
2
HO
H
OH O
3
4
OH
5
6
CH2OH

14.

H
1
C
2
HO
α
OH
OH
O
CH2OH
O
3
4
OH
5
6
CH2OH
α-D-глюкопираноза
Формула Колли-Толленса
HO
1
OH
OH
OH
Формула Хеуорса

15.

β
HO
1
C
2
HO
H
OH
O
CH2OH
O OH
3
4
OH
5
6
CH2OH
β-D-глюкопираноза
Формула Колли-Толленса
HO
OH
OH
Формула Хеуорса

16.

CH2 OH
O
HO
OH
O
OH
OH
-D-глюкофураноза
C
H
OH
CH2 OH
O
OH
OH
HO
OH
D-глюкопираноза (~36%)
HO
OH
OH
CH2 OH
CH2 OH
O OH
HO
OH
CH2 OH
O OH
OH
D-глюкоза
HO
OH
-D-глюкофураноза
< 0.5%
OH
D-глюкопираноза (64%)

17.

Моносахариды – циклические полуацетали
многоатомных альдегидо- (кетоно-) спиртов,
находящиеся в равновесии со своими
ациклическими формами

18.

Реакции ациклических форм
моносахаридов

19.

Восстановление моносахаридов
O
C H
H
OH
HO
H
CH2OH
[H]
H
HO
OH
H
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
D-глюкоза
глюцит (сорбит)

20.

Восстановление моносахаридов
H
HO
H
O
C H
OH
H
OH
CH2OH
D-ксилоза
CH2OH
[H]
H
HO
H
OH
H
OH
CH2OH
ксилит

21.

Окисление моносахаридов
Слабыми окислителями в щелочной среде
O
Ag(NH3)2OH
C H
продукты окисления
глюкозы
to
H
OH
+ Ag + NH3 + H2O
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-глюкоза
Cu(OH)2
to
продукты окисления
глюкозы
+ Cu2O + H2O

22.

Окисление моносахаридов
Слабыми окислителями
слабокислой среде
O
C H
H
OH
Br2, H2O
HO
H
(HOBr)
H
OH
H
OH
CH2OH
D-глюкоза
в
нейтральной
и
O
C OH
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
CH2OH
D-глюконовая кислота

23.

O
C OH
OH
O
C OH
H
OH
HO
H
Ca(OH)2
HO
H
H
OH
H
OH
H
OH
CH2OH
H
OH
CH2OH
D-глюконовая кислота
глюконат кальция
Ca2+
2

24.

O
C H
H
OH
HO
H
H
OH
H
OH
COOH
глюкуроновая кислота

25.

COOH
O
HO
O
NH-C-CH3
O
OH
OH
O-глюкуронид парацетамола
COOH
O NH
HO
SO2-NH-R
OH
OH
N-глюкуронид сульфаниламида

26.

Реакции брожения глюкозы
C2H5OH + CO2
этанол
CH3-CH-COOH
C6H12O6
глюкоза
OH
молочная кислота
COOH
HOOC-CH2-С-CH2-COOH
OH
лимонная кислота

27.

Реакции циклических форм
моносахаридов

28.

Образование O-гликозидов
CH2OH
O OH CH3OH
HO
OH
CH2OH
O OCH
3
HCl газ HO OH
OH
β-D-глюкопираноза
OH
O-метил-β-Dглюкопиранозид
+ H 2O

29.

Образование N-гликозидов
CH2OH
O
OH
OH
C2H5NH2
OH
β-D-рибофураноза
CH2OH
O
OH
NHC2H5
OH
N-этил-β-Dрибофуранозид
+ H2O

30.

Образование молекулы
мальтозы
CH2OH
CH2OH
O
HO
O
4
1
OH
OH
O
HO
1
OH
OH
OH
α-D-глюкопираноза
OH
α-1,4-гликозидная
связь
α-мальтоза

31.

CH2OH
O
HO
1
OH
OH
OH
O 1,2-гликозидная связь
α-D-глюкопираноза
CH2 OH OH
O
2
HO
CH2 OH
OH
β-D-фруктофураноза
1
сахароза

32.

Гидролиз гликозидов
HO
CH2OH
O OC H H O
2 5
2
CH2OH
O OH
OH
OH
H+
OH
O-этил-β-Dглюкопиранозид
HO
OH
β-D-глюкопираноза
+ C2H5OH

33.

CH2 OH
HO
O
OH
OH
CH2 OH
O OH
OH
O
лактоза
OH
CH2 OH
HO
O OH
+
OH
HO
OH
β-D-галактопираноза
H2O, H+
CH2 OH
O OH
OH
OH
β-D-глюкопираноза

34.

Образование сложных эфиров
HO
5
O=P-O-CH2
HO
O
OH
OH
OH
5-фосфат β-D-рибофуранозы

35.

6
HO
OH
CH2-O-P=O
OH
O OH
OH
OH
6-фосфат β-D-глюкопиранозы

36.

Фракции крахмала:
•амилоза (10-20%)
•амилопектин (80-90%)
(C6H10O5)n

37.

Строение амилозы
CH2 OH
O
OH
O
-1,4
CH2 OH
O
OH
CH2 OH
O
OH
O
OH
OH
OH
α-D-глюкопираноза
CH2 OH
O
OH
OH
O
n
O

38.

Гидролиз амилозы
Кислотный гидролиз:
CH2 OH
O
OH
OH
амилоза
H2O, H+
O
n
CH2 OH
O
OH
n
HO
H
OH
OH
глюкоза

39.

Гидролиз амилозы
Ферментативный гидролиз:
CH2 OH
O
OH
H2O
ферменты
H2O
ферменты
O
OH
CH2 OH
O
OH
OH
n
C12H22O11
мальтоза
O
m
декстрины
m<n
H2O
ферменты n
HO
H
CH2 OH
O
OH
OH
OH
глюкоза

40.

41.

Строение амилопектина
O
CH2 OH
O
OH
OH
O -1,6
CH2 OH
O
OH
OH
CH2
O
O
OH
OH
O
-1,4

42.

Строение декстрана
O
CH2
O
-1,6
O
CH2
O
CH2
O
O
O
OH
OH
OH
HO
HO
HO
OH
OH
OH
O
CH2
O
O
-1,3
CH2
O
O
OH
-1,4
CH2
O
OH
HO
HO
OH
OH
O
OH

43.

Строение целлюлозы
CH2 OH
O
OH
OH
O
-1,4
CH2 OH
O
OH
OH
O

44.

45.

Пектины
COOH
COOH
O
O
OH
O
OH
-1,4
OH
O
OH
Полигалактуроновая (пектовая) кислота