Слайд 2
Значение углеводов
Значение углеводов для растительных и животных организмов исключительно велико. Углеводы являются основным питательным и главным опорным материалом для растительных клеток и тканей, а также продуктами фотосинтеза и основным дыхательным материалом. У многих сельскохозяйственных растений углеводы в большом количестве накапливаются в корнях, клубнях и семенах и используются затем в качестве запасных веществ; стенки клеток растений и растительные волокна состоят главным образом из углеводов; в плодах и ягодах также преобладают углеводы. Крахмал, клетчатка, сахара, пектиновые вещества и другие широко распространенные соединения растительного происхождения относятся к углеводам.
Углеводы образуются в процессе фотосинтеза в зеленых листьях растений из углекислого газа, воздуха и воды. По объему и обеспечению калорийности пищевого рациона они занимают первое место среди других компонентов пищи. Кроме энергетической, углеводы выполняют и другие функции в организме: входят в состав важнейших клеточных структур (нуклеиновых кислот, антител, гормонов, ферментов) и участвуют в регуляции многих биохимических процессов. В то же время избыточное поступление углеводов приводит к ожирению, нарушениям нервной системы, особенно у детей, аллергизации организма.
Основным источником углеводов являются продукты растительного происхождения. Среди них есть такие, которые почти полностью состоят из одних углеводов в других — углеводы преобладают над другими соединениями: мука, крупа, плоды и овощи.
Слайд 3
Углеводы — обширная по своим представителям группа химических соединений.
Углеводы - это альдегидоспирты (альдозы) или кетоспирты (кетозы) (содержащих более одной ОН-группы) с общей формулой (СН2O)n, а также производные этих соединений.
Слайд 4
Все изомеры моносахаридов подразделяются на D- и L-формы (D-и L-конфигурация).
Изомер глицеральдегида, у которого при проекции модели на плоскость, ОН-группа у асимметричного атома углерода расположена с правой стороны, принято считать D-глицеральдегидом, а зеркальное отражение – L-глицеральдегидом:
Все моносахариды содержат асимметричные атомы углерода: альдотриозы – один центр асимметрии, альдо-тетрозы – 2, альдопентозы – 3, альдогексозы – 4 и т.д. Кетозы содержат на один асимметричный атом меньше, чем альдозы с тем же числом углеродных атомов. Следовательно, кетотриоза диоксиацетон не содержит асимметричных атомов углерода.
Общее число стереоизомеров для любого моносахарида выражается формулой N = 2n, где N – число стереоизомеров, а n – число асимметричных атомов углерода.
Слайд 5
Циклические (полуацетальные) формымоносахаридов.
Реакция образования полуацеталя возможна и в пределах одной молекулы. По теории А. Байера, внутримолекулярное взаимодействие спиртовой и карбонильной групп наиболее благоприятно, если оно приводит к образованию пяти- или шестичленных циклов. Шестичленные кольца сахаров называют пиранозами, а пятичленные – фуранозами.
Слайд 6
В формулах моносахаридов D-ряда с α-модификацией полуацетальный гидроксил пишут справа, β модификацией – слева, а в формулах представителей L-ряда наоборот.
Слайд 7
По Хеуорсу гидроксильная группа при С-1 должна быть расположена ниже плоскости кольца в α-форме и выше – в β-форме. В водных растворах глюкоза находится главным образом в виде α- и β-глюкопираноз, в меньшей степени – в виде α- и β-глюкофураноз и совсем небольшое количество глюкозы – в виде альдегидной формы.
Слайд 8
Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды - содержащие в молекуле от 2 до 10 остатков моносахаридов и полисахариды.
Полисахариды, содержащие мономеры одного типа, называются гомополисахаридами, а полисахариды, построенные из нескольких типов мономеров, называются гетерололисахаридами.
Слайд 9
Простейшие представители моносахаридов – триозы: глицеральдегид и диоксиацетон. При окислении первичной спиртовой группы трехатомного спирта – глицерола – образуется глицеральдегид (альдоза), а окисление вторичной спиртовой группы приводит к образованию диоксиацетона (кетоза).
Слайд 10
При фосфорилировании триоз образуется фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон.
Слайд 11, 12
По числу углеродных атомов простые углеводы разделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы и т.д.
триозы: глицериновый альдегид и диоксиацетон;
тетрозы: эритроза;
пентозы: рибоза, дезоксирибоза, рибулоза, ксилулоза;
гексозы: глюкоза, галактоза, манноза, фруктоза;
гептоза: седогептулоза.
Слайд 13
Среди природных трисахаридов важное значение имеет раффиноза из сахарной свеклы, построенная из фруктозы, глюкозы и галактозы.
Слайд 14
При восстановлении, моносахариды превращаются в спирты, а при окислении - в кислоты двух типов: альдоновые и уроновые. Так, глюкоза при восстановлении дает спирт сорбит, при окислении - глюконовую кислоту.
Альдозы со спиртами и другими соединениями образуют гликозиды. Большинство гликозидов это токсичные вещества растений.
С фосфорной кислотой моносахариды образуют эфиры. Фосфорные эфиры - важнейшие промежуточные продукты обмена моносахаридов.
У некоторых гексоз гидроксил у второго углеродного атома замещается аминогруппой - глюкозамин и галактозамин - широко распространённые аминосахара (строительные компоненты хрящей).
Слайд 15
Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением воды образуют молекулу полисахарида. Так, соединяясь между собой два моносахарида с выделением одной молекулы воды, образуют молекулу дисахарида (сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза).
Олигосахара составляют группу полисахаридов первого порядка, все представители которой легко растворимы в воде и в чистом виде являются кристаллическими веществами.
Выделяют восстанавливающие и невосстанавливающие олигосахариды. Восстанавливающие (мальтоза, целлобиоза), те олигосахариды, у которых связь между моносахаридами образуется за счёт полуацетального (получился из альдегидной или кетонной группы при образовании цикла) и спиртового гидроксилов (любой другой гидроксил моносахарида).
Невосстанавливающие (сахароза, трегалоза) - связь между моносахаридами образуется только за счёт полуацетальных гидроксилов. Эти олигосахариды не проявляют характерных реакций альдегидной группы.
Слайд 16
Из олигосахаридов больше всего распространены дисахариды.
Мальтоза - дисахарид, образующийся при гидролизе крахмала и гликогена амилазой. Состоит из двух остатков глюкозы, соединенных α-глюкозидной 1-4 связью.
Целлобиоза - повторяющаяся структура в целлюлозе. Как и мальтоза, состоит из двух остатков глюкозы, но соединенных β-глюкозидной 1-4 связью.
Слайд 17
Лактоза - молочный сахар. Построена лактоза из α -галактозы и α -глюкозы 1-4 глюкозидной связью.
Сахароза - свекловичный сахар, состоит из α - глюкозы и β – фруктозы соединенных α-глюкозидной 1-4 связью. Синтезируется многими растениями
Слайд 18
Полисахариды второго порядка (полиозы) малорастворимые или нерастворимые в воде. Молекулы полиоз построены из очень большого числа молекул моносахаридов (от нескольких десятков до сотен тысяч). Полиозы (крахмал, целлюлоза, гиалуроновая кислота, гликоген, гепарин, инулин, клетчатка, слизи, гемицеллюлозы, пектиновые вещества, агар-агар и др).
Слайд 19
Крахмал - полисахарид с молекулярной массой до нескольких тысяч кДа, содержащийся в растениях. Состоит из двух фракций: амилозы и амилопектина. Амилоза - линейный полисахарид в форме спирали, состоящий из нескольких тысяч остатков глюкозы, соединенных 1-4 связью.
Слайд 20
Амилопектин - разветвлённый полимер. Остатки глюкозы в линейных участках полисахарида связаны 1-4 связями, а в точках ветвления имеются дополнительные 1-6 связи. Амилоза и амилопектин образуют окрашенные комплексы с йодом: первый даёт комплекс синего цвета, второй - красного.
Гликоген - животный крахмал. Молекулярная масса 100-105 кДа. Построен подобно амилопектину, но ветвление более частое. Основная цепочка построена за счет 1-4 связей, разветвление образуется 1-6 связями.
Слайд 21
Целлюлоза - линейный полисахарид, построенный из остатков глюкозы, соединенных 1-4 связями, но в отличие от крахмала, связь между остатками глюкозы β-гликозидная. Молекулы целлюлозы между собой способны образовывать водородные связи. Несколько полисахаридных цепей целлюлозы объединяются в плотные жгуты, совершенно нерастворимые в воде.
Слайд 22
Гиалуроновая кислота - гетерополисахарид, состоящий из остатков глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Гиалуроновая кислота - межклеточное вещество соединительной ткани, оболочек животных клеток.
Слайд 23
Молекула гепарина представлена несколькими полисахаридными цепями, связанными с общим белковым ядром. Белковое ядро же включает в свой состав в основном остатки двух аминокислот: серина и глицина. В основе лежит цепочка из повторяющихся дисахаридов - α-D-глюкозамин и уроновая кислота, соединенные 1-4 гликозидными связями. Большинство остатков α-D-глюкозамина сульфатировано по амино- и гидроксильной группе. Звенья уроновой кислоты представляют собой остатки L-идуроновой кислоты (~90%). Благодаря наличию значительного количества отрицательно заряженных сульфатных и карбоксильных групп, молекула гепарина представляет собой сильный природный полианион, способный к образованию комплексов со многими белковыми и синтетическими соединениями поликатионной природы, несущими суммарный положительный заряд.
Длина полисахаридных цепей эндогенного гепарина может быть разной, а молекулярная масса его может колебаться - от 3000 до 40000 дальтон.
Слайд 24
Следующие полисахариды широко встречающиеся в природе
Строение клеточных оболочек
Оболочки (стенки) клеток, особенно одноклеточных организмов и растений, являются их наружным скелетом. Кроме того, стенка выполняет ряд специфических функций. Через них осуществляются многочисленные контакты с другими клетками. Благодаря оболочкам, клетки "узнают" себе подобных в смеси с другими клетками и объединяются.
Стенки клеток растений, микроорганизмов и животных построены по общему плану. В стенке различают каркас из длинных полимерных молекул и матрикс, заполняющий ячейки каркаса. Каркас и матрикс оболочки создают структуру, напоминающую железобетон, где роль арматуры выполняет каркас, а бетона - матрикс.
В растительной клетке каркас построен из целлюлозных жгутов, матрикс представлен полисахаридами: гемицеллюлозой, пектином и белком экстенсином. Экстенсин содержит много оксипролина и ковалентно связан с целлюлозой. В древесных растениях в составе оболочки много (до 25% сухого веса) лигнина.
Стенки бактерий имеют муреиновый каркас. Матрикс грамположительных бактерий состоит из белков, полипептидов, полисахаридов и тейхоевых кислот. Тейховые кислоты ковалентно связаны с муреином и цитоплазматической мембраной.
Стенки грамотрицательных бактерий снаружи имеют внешнюю фосфолипидную мембрану. За ней следует муреин, периплазма и цитоплазматическая мембрана. Среди компонентов матрикса липопротеины, липополисахариды и белки. Муреин грамотрицательных бактерий образует 1-3 слоя, не имеет поперечных сшивок и в 10 раз тоньше муреина грамположительных бактерий.
Муреин построен из длинных, замкнутых в кольцо вокруг клетки гетерополисахаридных цепей. Структура муреина: к дисахариду, состоящему из N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, присоединен тетрапептид. Особенностью тетрапептида является то, что в его составе находятся не встречающиеся в белках D-аминокислоты. Между параллельными цепями муреина у грамположительных бактерий имеются поперечные сшивки из пентаглицина.
Лизоцим - фермент, содержащийся в слюне, крови и яичном белке, гидролизует связи между N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетилглюкозамином, в результате чего каркас оболочки бактерии разрушается и она погибает. Этим объясняется бактерицидное действие слюны, содержащей лизоцим.
У животной клетки стенка менее выражена, чем у растений и бактерий. В её составе обнаружены гликолипиды, гликопротеиды и кислые мукополисахариды, в частности, гиалуроновые кислоты.