Углеводы глюкоза крахмал целлюлоза и сахароза. Простые углеводы галактоза и сахароза. Какие углеводы и сколько употреблять в пищу
Углеводы
Важнейший класс природных соединений, имеющих обобщенную формулу (СН20)П. В зависимости от состава и строения среди углеводов выделяют моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза и др.), олигосахариды (сахароза, лактоза и др.) и высшие полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза и др.).
Углеводы имеют важное значение в жизнедеятельности всех организмов, так как служат основным источником энергии и входят в структурные комплексы. Существенную роль играют углеводы группы мукополисахаридов, являющиеся составными компонентами различных слизей, желудочного сока, слюны, семенной плазмы, и в виде комплексов с коллагеном или липидами входящие в состав хрящей, сухожилий, костной ткани.
Различные углеводы, поступающие в организм с пищей, расщепляются в желудочно-кишечном тракте до мономеров, из которых в клетках синтезируются необходимые структурные компоненты, или при избытке депонируются в виде гликогена в печени.
Глюкоза в крови
Глюкоза -- моносахарид, являющийся основным энергетическим субстратом для большинства тканей организма. Концентрация глюкозы в плазме (сыворотке) крови -- интегральный показатель обмена углеводов в организме. К повышению концентрации, глюкозы в крови ведут поступление углеводов (крахмала, гликогена, сахарозы и др.) с пищей, распад гликогена в печени, синтез глюкозы в печени из продуктов распада белков, жиров и углеводов (глюконеогенез). Отток глюкозы из крови в ткани происходит вследствие ее использования для синтеза запасной формы глюкозы -- гликогена в основном в печени и скелетных мышцах, синтеза гетерополисахаридов, высших жирных кислот (при избыточном поступлении в организм углеводов). Соотношение скорости процессов образования и утилизации глюкозы, следовательно, и концентрация глюкозы в крови регулируются гормонами. Гипергликемический эффект в норме оказывают несколько гормонов -- глюкагон, кортизол, адреналин, глюкокортикоиды, усиливающие различные процессы образования глюкозы в тканях. Инсулин - единственный гипогликемический гормон. Стимуляция транспорта глюкозы из крови в клетки и активация фермента тлюкокиназы (гексокиназы) инсулином ведут к усилению всех процессов утилизации глюкозы в тканях-мишенях для этого гормона (печени, скелетных мышцах, жировой ткани).
Таблица Диагностический уровень концентрации глюкозы, ммоль/л
|
Момент взятия пробы |
Цельная кровь |
Плазма венозной крови |
||
|
венозная |
капиллярная |
|||
|
Нарушение толерантности к глюкозе |
||||
|
Через 2 ч после нагрузки глюкозой |
>6,7 и <10,0 |
>7,8и <11,1 |
>7,8и<11,1 |
|
|
Сахарный диабет |
||||
|
Через 2 ч после нагрузки глюкозой |
При клинических признаках и подозрении на диабет проводят пробу с нагрузкой глюкозой или тест толератности к глюкозе. Он является очень эффективным методом выявления скрытых нарушений углеводного обмена и проводится в еле дующих случаях:
- -- у лиц с эпизодической или постоянной глюкозурией (наличие глюкозы в моче) без клинических проявлений сахарного диабетаи нормальным уровнем глюкозы в крови;
- -- у пациентов с клиническими признаками сахарного диабета, но с нормальным уровнем глюкозы в крови и отсутствием ее в моче;
- -- улиц, имеющих устойчивую семейную предрасположенность к диабету, но не имеющих его явных признаков;
- -- у больных с наличием глюкозы в моче на фоне беременности, тиреотоксикоза, заболеваний печени, инфекций или с нарушениями зрения неясной природы. углевод глюкоза кровь
За три дня до проведения теста с нагрузкой глюкозой необходимо отменить лекарства, которые могут повлиять на результаты анализа -- салицилаты, оральные контрацептивы, кортикостероиды эстрогены, никотиновую кислоту, аскорбиновую кислоту (витамин С). Тест нельзя проводить людям, недавно перенесшим хирургические операции, инфаркт миокарда, роды, а также в тех случаях, когда уровень глюкозы натощак более 11,1 мМ/л.
Тест проводится утром натощак. Делается забор крови из пальца для определения исходного уровня глюкозы, после чего пациент принимает 75 г глюкозы в стакане теплой воды. Доза для детей -- 1,75 г на кг массы. Через 1 и 2 часа проводят повторный забор крови для определения глюкозы. У здоровых и больных диабетом эти показатели различны.
Углеводы - это наша «энергия», они обеспечивают большую часть энергетических потребностей организма и головного мозга.
Какие существуют виды углеводов
Углеводы, которые поступают в наш организм, подразделяются на простые и сложные, легкоусвояемые и трудноусвояемые. Основными простыми углеводами являются глюкоза, галактоза и фруктоза (моносахариды), а также сахароза, лактоза и мальтоза (дисахариды). Они очень быстро всасываются и резко повышают уровень сахара в крови.
Когда говорят о необходимости ограничить «легкие» углеводы, то речь идет прежде всего о продуктах, содержащих в больших количествах глюкозу и сахарозу: сахаре, меде, сладостях. к сложным углеводам (полисахаридам) относятся крахмал, гликоген, клетчатка, пектины.
doclvs: ; ; ;
Многие диетологи советуют планировать свой рацион так, чтобы 60 % его составляли углеводы - один из важнейших источников питательных веществ и энергии. 1 г усвояемых углеводов при окислении в организме дает 16,7 кДж (4 ккал).
Углеводы необходимы для нормального обмена белков и жиров. В комплексе с белками они синтезируют некоторые гормоны и ферменты, секреты слюнных и других образующих слизь желез, а также иные биологически важные соединения.
Особое значение имеют пищевые волокна (клетчатка и пектины), которые почти не перевариваются в кишечнике и не являются источниками энергии. Однако эти «балластные вещества», трудноусвояемые углеводы, играют важнейшую роль в питании, стимулируя деятельность кишечника и улучшая пищеварение.
Сложные углеводы - это...
Крахмал медленно переваривается, расщепляясь до глюкозы
. И так же медленно, но зато на длительное время повышает уровень сахара в крови. Когда возникает необходимость ограничить «тяжелые» (трудноусвояемые) углеводы, то в первую очередь имеется в виду крахмал.
Крахмал, поступающий в организм из риса, манной крупы, картофеля и хлеба, переваривается легче и быстрее, чем тот, который содержится в пшене, гречневой, перловой и ячневой крупах, горохе и фасоли. Крахмал в натуральном виде, например в киселях, усваивается очень быстро. А вот поджаривание круп, напротив, затрудняет его усвоение.
Гликоген
, называемый также животным крахмалом, поскольку содержится исключительно в животных продуктах, откладывается в клетках мышц и печени.
Он образует энергетический резерв, который может быть быстро мобилизован при необходимости восполнить внезапный дефицит глюкозы, а также расходуется нашими мышцами при физических нагрузках.
Крахмал составляет около 80 % всех углеводов в нашем рационе. им особенно богаты пшеничная и ржаная мука, крупы, горох, фасоль, картофель, макаронные и хлебобулочные изделия.
Чем для организма опасен избыток углеводов
Большое количество углеводов в пище приводит к нарушению обмена веществ и заболеваниям
. При рациональном питании до 30 % углеводов пищи способно переходить в жиры.
При избытке углеводов этот процент значительно повышается, что неизбежно ведет к накапливанию избыточного веса. Поэтому при лечении ожирения важно ограничить употребление легкоусвояемых углеводов.
Систематическое чрезмерное потребление углеводов при недостатке в рационе пищевых волокон способствует возникновению и прогрессированию сахарного диабета
, в особенности при наследственной предрасположенности к нему.
Это обусловлено перегрузкой, а затем истощением клеток поджелудочной железы, вырабатывающей необходимый для усвоения глюкозы инсулин.
Нарушения жирового обмена, характерные для атеросклероза, также могут быть спровоцированы избыточным потреблением легкоусвояемых углеводов, особенно сахарозы. Так что значительно полезнее черпать необходимые организму углеводы из овощей, фруктов, зерновых и бобовых.
Почему не стоит увлекаться сладким
Злоупотребление продуктами, в которых содержится много сахара, ведет к гипергликемии - повышению уровня глюкозы в крови
.
Это отрицательно влияет на клетки кровеносных сосудов, способствует склеиванию тромбоцитов в крови, что создает опасность возникновения тромбозов, особенно при атеросклерозе и ишемической болезни сердца.
Кроме того, ученые установили, что в данном случае резко возрастает чувствительность организма к различной природы аллергенам и снижается сопротивляемость инфекциям.
Ну и наконец, частое употребление в пищу сахара и содержащих его продуктов способствует возникновению кариеса зубов. Стрептококки, обитающие в полости рта, способны расщеплять глюкозу и фруктозу с образованием кислот (пировиноградной, молочной). В результате среда во рту становится кислой и кислоты начинают образовывать соли с кальцием зубной эмали. Эмаль разрушается, микроорганизмы проникают глубоко в костную ткань зуба, что является началом кариозного процесса.
Да еще вдобавок в кислой среде замедляется рост нормальной микрофлоры и развивается дисбактериоз: в микрофлоре ротовой полости повышается уровень самого кариесогенного микроорганизма - Streptococcus rautans. Сладости также способствуют адгезии (прилипанию) микроорганизмов к эмали зубов.
Для профилактики разрушения зубной эмали и улучшения пищеварения врачи рекомендуют заканчивать обед не сладким десертом, а ломтиком твердого сыра.
Какие углеводы очищают организм
Наш кишечник должен не только хорошо всасывать полезные вещества из пищи, но и регулярно выводить шлаки. И в этом ему помогают углеводы.
Как уже говорилось, наш организм снабжен различными эффективными механизмами самоочищения. Основные пути выведения вредных веществ через легкие, печень, кишечник (со стулом), кожу (с потом) и почки (с мочой).
Однако у большинства людей органы, отвечающие за очищение, постоянно работают в усиленном режиме и испытывают серьезные нагрузки. Так, например, печени, которую по праву называют главным фильтром организма, сплошь и рядом приходится иметь дело с жирной пищей, химическими пищевыми добавками, алкоголем, большим количеством лекарств.
Запоры усугубляют процесс - кишечник не выводит отходы, а вместо этого абсорбирует и накапливает токсины, что ведет к самоотравлению организма. Для того чтобы этого не произошло, следует обязательно включить в свой рацион достаточное количество пищевых волокон, которые восстановят моторику и обеспечат ежедневное опорожнение кишечника.
К ним относятся клетчатка (целлюлоза), образующая оболочки растительных клеток, и пектины,
В среднем суточная потребность в углеводах здоровых людей составляет 400 г для мужчин и 350 г для женщин . При диетическом питании, в особенности на фоне ожирения, содержание углеводов в пище может быть снижено до 200 г. Физиологический минимум, ниже которого опускаться не следует, составляет около 100 г углеводов в сутки.
Связывающие эти клетки между собой. Клетчатка стимулирует двигательную функцию кишечника и желчеотделение, формирует каловые массы, создает чувство насыщения, способствует выведению из организма холестерина. Пектины впитывают в себя вредные вещества, уменьшают в кишечнике гнилостные процессы, способствуют заживлению его слизистой оболочки. Эти свойства пектинов широко используются при лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта. Пектинами бoгаты фрукты, ягоды и некоторые овощи (свекла, морковь, петрушка).
Длительный недостаток в рационе «балластных» веществ ведет к запорам, способствует возникновению дивертикул, полипоза, геморроя и даже рака толстой и прямой кишки, а также является одним из факторов риска в развитии атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни. Однако избыточное потребление пищевых волокон также вредно, поскольку влечет за собой вздутие живота, усиленное газообразование с явлениями метеоризма, ухудшение усвоения белков, жиров, кальция, железа и других микроэлементов.
Ниже приводится количество клетчатки (г) на 100 г продукта.
- Очень высокое (более 1,5) - Пшеничные отруби, фасоль, орехи, овсяная крупа, свежие грибы, малина, клубника, черника, черная, белая и красная смородина, клюква, крыжовник, чернослив.
- Высокое (1–1,5) - Гречневая, перловая и ячневая крупы, овсяные хлопья «Геркулес», лущеный горох, картофель, морковь, белокочанная капуста, зеленый горошек, баклажаны, сладкий болгарский перец, тыква, щавель, айва, апельсины, лимоны, брусника.
- Умеренное (0,6–0,9) - Ржаной хлеб, пшено, зеленый лук, огурцы, свекла, помидоры, редис, цветная капуста, дыня, абрикосы, груши, персики, яблоки, бананы, мандарины.
- Низкое (0,3–0,5) - Рис, кабачки, листовой салат, арбуз, вишни, сливы, черешня.
Продукты, обогащенные клетчаткой ржаные отруби очень богаты витаминами группы В, магнием, калием, клетчаткой. Их добавляют в мучные изделия, каши, супы, компоты, а также используют для приготовления целебного напитка - отвара отрубей. Отруби включают в состав диет при гипертонии, сахарном диабете, атеросклерозе, ожирении, запорах, желчнокаменной болезни. Особенно полезны отмытые от крахмала безуглеводные отруби.
Белковоотрубяной хлеб с увеличением содержания белков и уменьшением количества углеводов (соответственно до 23 % и 16 %) является диетическим продуктом. В этом хлебе очень много витаминов группы В, микроэлементов и клетчатки. Но при этом его энергетическая ценность составляет всего лишь 0,76 МДж (180 ккал). Белковоотрубяной хлеб включают в состав диет при сахарном диабете, ожирении и других заболеваниях, связанных с нарушением обмена веществ.
Докторский хлеб с отрубями также отличается повышенным содержанием витаминов группы В, микроэлементов и клетчатки. Включается в состав диет при запорах, атеросклерозе, ишемической болезни сердца и желчнокаменной болезни.
Бессолевой хлеб из ржаной муки содержит всего лишь 52 мг натрия в 100 г продукта (вместо 300–400 мг в других видах хлеба). Его включают в состав диет при гипертонии, нарушениях кровообращения, заболеваниях почек.
Сегодня мы употребляем в среднем на 33 % клетчатки меньше, чем это было сто лет тому назад.
САХАРНЫЙ ДИАБЕТ 2 ТИПА
Сахарный диабет 2 типа – это хроническое заболевание поджелудочной железы с нарушением углеводного обмена и развитием высокого уровня сахара в крови вследствие снижения чувствительности тканей организма к инсулину и нарушения его выработки...
Внимание! информация на сайте не является медицинским диагнозом, или руководством к действию и предназначена только для ознакомления.
Важнейший класс органических соединений, встречающийся в природе. Наиболее известны глюкоза, крахмал, целлюлоза, гликоген, гепарин и др., играющие важное значение в жизненных процессах человека и животных.
Углеводы – группа природных веществ, относящихся к полиоксикарбонильным соединениям, а также вещества, близкие им по строению.
В номенклатуре углеводов широко используется тривиальные названия: рибоза, фруктоза, лактоза, галактоза, глюкоза и т.д.
Классификация их основана на способности к гидролизу:
Моносахариды (МС) Олигосахариды(ОС) Полисахариды(ПС)
(простые сахара) (низкомолекулярные) (высокомолекулярные)
не гидролизуются гидролизуются гидролизуются
пентозы, гексозы сахароза целлюлоза
(альдозы, кетозы) мальтоза, лактоза крахмал, гликоген
Важнейшие УВ: из пентоз – рибоза, дезоксирибоза, ксилоза;
из гексоз – глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза.
Моносахариды (МС)
Изомерия
Наличие нескольких асимметрических атомов углерода обусловливает существование большого числа оптических изомеров. Это и энантиомеры (зеркальные изомеры, антиподы), и диастереомеры, и эпимеры. Понятие энантиомеров и диастереомеров Вам известны.
Эпимеры – это диастереомеры, отличающиеся друг от друга конфигурацией только одного асимметрического атома С. Все изомеры, кроме зеркальных, отличаются друг от друга свойствами и имеют свое название:
Ксилоза Рибоза
Принадлежность
МС к D-
или L-ряду
определяется по конфигурации последнего
(наиболее удаленного от
гр.) хирального атома С по аналогии со
стандартом – глицериновым альдегидом:
|
|
|
Природные сахара – D-сахара, L-сахара поступают в организм извне.
Вновь образовавшийся гидроксил носит название полуацетального, или гликозидного и может по-разному располагаться в пространстве относительно цикла, образуя еще один асимметрический атом углерода в циклической форме. Если полуацетальный гидроксил располагается по одну сторону с гидроксилом, определяющим принадлежность к D- или L-ряду, то такой изомер называется -изомером, а другой – -изомером. Стереоизомеры, отличающиеся друг от друга расположением только полуацетального гидроксила в пространстве, называются аномерами . (-верх, -низ – выполняйте наш каприз! Для запоминания.)
Процесс образования циклических форм называется аномеризацией. Циклическая и открытая формы легко переходят друг в друга и находятся в динамическом равновесии. При комнатной температуре преобладает циклическая, при нагревании – открытая. Для альдогексоз более характерна пиранозная форма, для пентоз и фруктоз – фуранозная. Все это отражается в названии, например, -D-глюкопираноза. В кристаллическом состоянии циклические формы закреплены и -, и -изомеры стабильны и могут быть отделены друг от друга. При растворении часть молекул переходит в открытую форму, а из нее образуются все виды циклических форм. Так как каждая форма имеет свой угол вращения луча поляризованного света, то до установления динамического равновесия угол вращения будет постоянно меняться. Изменение во времени угла вращения плоскости поляризации света свежеприготовленного раствора углеводов называется мутаротацией .
В настоящее время вместо циклических формул Колли-Толленса чаще пользуются перспективными формулами Хеуорса.
Именно циклическая форма участвуют в образовании ди- и полисахаридов.
Химические свойства
Циклическая и открытая (альдегидная) формы находятся в равновесии. Поэтому возможны,р-ции, характерные для альдегидной и циклической форм.
Все моносахариды взаимодействуют с НСN, РС1 5 , NH 2 OH, NH 2 –NH 2 , NH 2 –NHC 6 H 5 , окисляются, восстанавливаются (Н 2).
В зависимости от характера окислителя и реакции среды МС могут образовывать различные продукты окисления.
1. При действии слабых окислителей: Аg 2 O, NH 4 OH, t o или Cu(ОН) 2 , ОН – , t o идет разрушение углерод-углеродной цепи с образованием оксикислот с небольшим числом атомов С, а сами окислители при этом восстанавливаются до Аg и Сu 2 O (Cu) соответственно. Р-ция находит применение в биохимических анализах для количественного определения сахаров в биологических жидкостях.
Проба Толленса (реакция «серебряного зеркала»):
Глюкоза Глюконовая кислота
Проба Троммера (реакция медного зеркала). При окислении глюкозы Сu(OH) 2 выпадает осадок Сu 2 O красного цвета.
При осторожном окислении в кислой водной среде, например, бромной водой, образуются к-ты за счет окисления альдегидной группы – альдоновые кислоты:
При действии сильных окислителей (например азотной кислоты) идет окисление по первому и шестому атомам С с образованием глюкаровой кислоты:
Глюкаровая кислота
При окислении только первичной спиртовой группы (по 6-ому атому С), если альдегидная группа защищена с образованием гликозида, получают уроновые к-ты. В организме этот процесс идет легко под действием ферментов. Уроновые к-ты способны к цикло-оксо-таутомерии. Они являются важной составной частью кислых гетерополисахаридов, например, гепарина, гиалуроновой к-ты.
Р-ции по спиртовым гидроксилам протекают как в открытой, так и в циклических формах.
Моносахариды взаимодействуют с Ме, Ме(ОН) 2 , образуя сахараты, с Сu(OH) 2 , с СН 3 I с образованием простых эфиров, с минеральными и органическими к-тами образуются сложные эфиры, с NH 3 – аминосахара.
Наиболее важны фосфорные эфиры сахаров и аминосахара. Именно в виде фосфорных эфиров рибоза и дезоксирибоза входит в состав НК, соединения глюкозы и фруктозы участвуют в обмене веществ.
Фруктоза + 2Н 3 РО 4 →1,6-Дифосфат фруктозы.
Аминосахара в организме образуются довольно легко в процессе аммонолиза. Чаще всего по второму атому С:
Аминосахара являются составной частью гетерополисахаридов.
Р-ции по полуацетальному гидроксилу
Эти р-ции характерны для циклической формы. При действии на моносахара спирта в присутствии газообразного НС1 происходит замещение атома Н полуацетального гидроксила на R с образованием особого типа простого эфира – гликозида. Р-ры гликозидов не мутаротируют. В зависимости от размера оксидного цикла гликозиды делятся на: пиранозиды и фуранозиды, как -, так и -форм.
Образование гликозидов служит доказательством существования циклических форм моносахаридов.
Превращение моносахарида в гликозид – сложный процесс, протекающий через ряд последовательных р-ций. Вследствие таутомерии и обратимости р-ции образования гликозида в р-ре, в равновесии в общем случае, могут находиться таутомерные формы исходного моносахарида и соответственно 4 диастереомерных гликозидов – и -аномеры фуранозидов и пиранозидов.
Гликозиды могут также образовываться при взаимодействии с фенолами или NH-содержащими алифатическими и гетероциклическими аминами.
Молекулу гликозида формально можно представить состоящей из двух частей: углеводной и агликоновой. В роли гидроксилсодержащих агликонов могут выступать и сами моносахариды. Гликозиды, образованные с ОН–содержащими агликонами, называются О-гликозидами, с NH-содержащими соединениями (например, аминами), наз-ся N-гликозидами.
Гликозиды являются составными частями многих лекарственных растений. Например, сердечные гликозиды, выделенные из наперстянки. Антибиотик стрептомицин – гликозид, ванилин – гликозид. Все ди- и полисахариды являются О-гликозидами.
С биологической точки зрения особое значение имеют N-гликозиды рибозы и дезоксирибозы, как продукты соединения с азотистыми пуриновы
ми и пиримидиновыми основаниями. Их общее название – нуклеозиды, т.к. вместе с Н 3 РО 4 они являются нуклеиновыми к-тами – ДНК и РНК.
Все гликозиды, в том числе и нуклеозиды, легко подвергаются гидролизу в кислой среде с образованием исходных продуктов.
Гликозиды не способны к цикло-оксо-таутомерии и проявляют р-ции, характерные для спиртов.
IV. Специфические р-ции
Действие разбавленных. растворов- щелочей
Эпимеры: глюкоза, фруктоза и манноза легко превращаются друг в друга, образуя равновесные системы. Этот процесс наз-ся эпимеризацией.
Действие конц. р-ров кислот
Конц. р-ры НС1 и Н 2 SО 4 вызывают дегидратацию моносахаридов: из пентоз образуется фурфурол, из фруктозы – 5-гидроксиметилфурфурол.
3. Брожение
Это распад моносахаридов под действием ферментов микроорганизмов, приводящий к образованию различных продуктов. В зависимости от конечного продукта различают:
а) спиртовое брожение
б) молочнокислое
в) масляное
Л и т е р а т у р а
1. Тюкавкина С. 377 – 406.
Олигосахариды
Это углеводы, содержащие в молекуле 2-10 моносахаридных остатков. Наиболее важны дисахариды, то есть сахариды, содержащие два моносахаридных остатка. К ним относятся сахароза, мальтоза, лактоза и целлобиоза. При гидролизе их образуется два моносахарида. Сахароза – невосстанавли
вающий дисахарид, остальные – восстанавливающие. Все дисахариды являются гликозидами и содержат в своем составе a–D–глюкозу.
Молекула сахарозы состоит из a–D–глюкозы и b–D–фруктозы:
При образовании сахарозы оба моносахарида участвуют своими полуацетальными гидроксилами. Поэтому циклическая форма будет закреплена и оксо-форма (открытая) не образуется. Такой сахар обладает свойствами многоатомного спирта и гликозида. Восстанавливающие свойства отсутствуют: проба Троммера и реакция Толленса отрицательны. Подобно моносахаридам сахароза вступает в р-ции с Ме (активным), образует простые и сложные эфиры, дает качественную р-цию с Сu(ОН) 2 – синее окрашивание:
Сахароза, как гликозид, легко гидролизуется в кислой среде с образованием a–D–глюкозы и b–D–фруктозы. При этом происходит изменение угла вращения поляризованного света. Сахароза обладает правым вращением (+66,5 0), образующаяся фруктоза – левым (-92 0), глюкоза – правым (+52,5 0). Разница – -40 0 .
Это явление называется инверсией сахара. Смесь глюкозы и фруктозы – инвертным сахаром. Природный инвертный сахар – мед.
Сладость сахарозы принята за 1, тогда фруктоза имеет сладость 1,73, глюкоза – 0,74, сорбит – 0,6, маннит – 0,4.
Специфические реакции
Сахароза после гидролиза дает положительную реакцию Селиванова, так как при гидролизе образуется фруктоза.
Проба Троммера и реакция Толленса отрицательны, так как в щелочной среде сахароза не гидролизуется.
Сахароза применяется в медицине для приготовления порошков, таблеток, сиропов, микстур и пр.
Важнейшими представителями восстанавливающих дисахаридов являются мальтоза, лактоза и целлобиоза.
В растворе мальтоза существует в виде циклической и открытой формах (3 формы) за счет мутаротации:
Химические свойства
Мальтоза – это альдегидо-спирто-гликозид.
I. Реакции открытой формы. Мальтоза дает все реакции по альдегидной группе с HCN, NH 2 OH, NH 2 –NH 2 , восстановления, окисления.
Проба Троммера и реакция Толленса положительны:
Углеводы, дающие положительную пробу Троммера, называются восстанавливающими.
II. Реакции по – ОН гр. аналогичны реакциям для сахарозы.
III. Мальтоза гидролизуется в кислой среде с образованием 2-х молекул глюкозы.
Лактоза существует в растворе в виде трех форм: двух циклических и одной открытой. Лактоза восстанавливающий дисахарид и обладает всеми
свойствами, характерными для мальтозы. Лактоза содержится в женском молоке и способна подавлять рост бактерий.
Полисахариды
Это высокомолекулярные углеводы, содержащие сотни и даже тысячи моносахаридных остатков.
Из полисахаридов широко известны целлюлоза, крахмал и гликоген. Они построены из одного и того же моносахарида – D-глюкозы. Общая формула (С 6 Н 10 О 5)n.
Целлюлоза (клетчатка) – самый распространенный не только полисахарид, но и органическое вещество в природе. Древесина примерно на 50% состоит из целлюлозы, а хлопок и лен представляют практически чистую целлюлозу.
В целлюлозе остатки D–глюкопиранозы связаны между собой b–(1®4) – гликозидной связью:
Цепь, построенная из тысячи остатков D–глюкозы, имеет линейное строение. Линейные цепи закреплены Н–связями между моносахаридными звеньями внутри одной цепи. Между параллельно уложенными цепями полисахарида также возникают Н-связи, придающие жесткость всей структуре. Отсюда высокая механическая прочность целлюлозы.
С химической позиции целлюлоза – многоатомный спирт, содержащий три гидроксильные группы в каждом моносахаридном звене, и способный образовывать с участием этих групп простые и сложные эфиры:
В эфирные группы могут быть превращены либо все, либо часть гидроксильных групп фрагмента полисахарида, где R–алкил или остаток органической или неоранической кислоты (в сложных эфирах). Целлюлоза не проявляет восстанавливающих свойств.
Простые эфиры целлюлозы – метилцеллюлоза R=CH 3 и натрийкарбоксиметилцеллюлоза R=СН 2 СООNa – образуют вязкие водные р-ры или гели и применяются в фармации в качестве загустителей, эмульгаторов и стабилизаторов мазей и эмульсий. Карбоксиметилцеллюлоза R=СН 2 СООН и диэтиламиноэтилцеллюлоза (сокращенно ДЭАЭ-целлюлоза) R=СН 2 СН 2 N (C 2 H 5) 2 обладают способностью ионитов и применяются в биохимических исследованиях.
Эфир уксусной к-ты (триацетат) применяют в производстве кинопленки и электроизоляционной пленки. Из этого полиэфира вырабатывают также ацетатное волокно. Из целлюлозы получают и другие искусственные волокна: вискозное и медноаммиачное.
Широко применяются эфиры целлюлозы с азотной к-той. Тринитрат целлюлозы – взрывчатое вещество, применяется в производстве пороха. Смесь моно-и динитратов целлюлозы используют в производстве целлулоида, лаков, взрывчатых вещ-в.
Гидролизом целлюлозы в промышленности вырабатывают глюкозу, брожением которой получают этиловый спирт. Другие области применения целлюлозы: строительный материал, производство бумаги, картона.
Крахмал – другой распространенный растительный полисахарид, состоящий из двух фракций: амилопектина (основной компонент – 80-90%) и амилозы. Амилоза, как и целлюлоза, построена из (1®4) – связанных остатков D–глюкопиранозы.
Однако в отличие от целлюлозы, гликозидная связь в амилозе имеет -конфигурацию, в результате чего полисахаридная цепь приобретает иное пространственное строение, напоминающее спираль.
А
Гликозидные
связи
Фрагмент цепи амилозы
Амилопектин имеет разветвленное строение. В основной цепи остатки D-глюкопиранозы связаны a-(1®4) – гликозидной связью, а в местах ветвления – a-(1®6)-связью:
Амилопектин +I 2 ® фиолетовое окрашивание
В организме крахмал подвергается гидролизу:
Амилаза слюны Желудочный сок
Крахмал Декстрины крупные
Амилаза панкреотического сока Мальтаза кишечника
Декстрины мелкие Мальтоза α-D-глюкоза
a–D-Глюкоза поглощается ворсинками кишечника, попадает в кровеносное русло и используется как источник энергии. Избыток глюкозы полимеризуется в гликоген и откладывается в печени про запас.
Проблема ожирения возникает потому, что количество гликогена в тканях ограничено. После синтеза 50-60г гликогена на 1кг ткани из глюкозы начинает вырабатываться жир.
Гликоген (животный крахмал) имеет сходное строение с амилопектином, однако разветвленность его больше, чем амилопектина.
Гетерополисахариды – это углеводы, при гидролизе которых образуются молекулы различных моносахаридов и их производных. К последним относятся гепарин, гиалуроновая к-та, хондроитинсерная к-та. В их состав входят аминосахара, уроновые кислоты и остатки серной и уксусной кислот.
Соединительная ткань распределена по всему организму (кожа, хрящи, сухожилия, суставная жидкость, роговица, стенки крупных кровеносных сосудов, кости) и обусловливает прочность и упругость органов, эластичность их соединения, стойкость к проникновению инфекции. Полисахариды соединительной ткани связаны с белками.
Полисахариды соединительной ткани иногда называют кислыми мукополисахаридами, т.к. они содержат уроновые к-ты, остатки серной и уксусной кислот.
Функции углеводов: 1) энергетическая; 2) строительная; 3) наследственная; 4) защитная; 5) поддержание постоянного осмотического давления и свертываемости крови; 6) лекарственные препараты и компоненты к ним.
Энергетическая функция. Потребность человеческого организма удовлетворяется за счет углеводов. При нормальной трудовой деятельности энергетические затраты человека покрываются за счет углеводов на 55-60%, жиров на 20-25%, белков на 15-20%.
Калорийность углеводов, то есть энергия, выделяемая в процессе их диссимиляции с образованием СО 2 и Н 2 О, составляет 16-17 кДж/г. Источником глюкозы является гликоген и крахмал, поступающий с пищей. Глюкоза – обязательный компонент крови (3,3 –3,5 ммоль/л цельной крови).
Особенно чувствительны к снабжению глюкозой нервные клетки. При недостатке глюкозы возникают судороги, потеря сознания. Постоянная концентрация глюкозы зависит от двух гормонов адреналина (гормон надпочечников), регулирующего расщепление глюкозы, и инсулина (гормон поджелудочной железы), регулирующего синтез гликогена из глюкозы. При уменьшении инсулина уровень глюкозы повышается примерно в 2 раза, увеличивается давление, образуется большое количество "ацетоновых тел", изменяется рН крови. Это наблюдается при сахарном диабете.
Контрольные вопросы к теме: «Углеводы»
Какие соединения называются моносахаридами.
Классификация моносахаридов.
Оптическая изомерия. По какому хиральному атому углерода идет отнесение к D- и L- изомерам.
Что такое мутаротация.
Какие соединения относятся к дисахаридам.
Какие дисахариды называются восстанавливающими, а какие невосстанавливающими. Объясните почему?
Какие углеводы называются полисахаридами.
Перечислите функции углеводов в организме.
Упражнения:
Напишите с помощью проекционных формул Фишера энантиомеры глюкозы, галактозы и маннозы. Укажите диастереомеры и эпимеры. Какие формы моносахаридов входят в организм?
Напишите циклические формы D- глюкопиранозы.
Напишите реакции глюкозы по альдегидной группе.
Напишите реакции «серебряного и медного зеркала» для глюкозы.
Напишите реакции для глюкозы по группам ОН.
Напишите реакции брожения глюкозы.
Напишите реакции образования мальтозы и лактозы. Какими дисахаридами они являются?
Напишите схему образования невосстанавливающего дисахарида.
Напишите компоненты, содержащиеся в крахмале.
10. Напишите формулы целлюлозы и гликогена
