Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Содержание
  1. Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды
  2. Классификация углеводов
  3. Моносахариды
  4. Глюкоза
  5. Фруктоза
  6. Другие соединения
  7. Дисахариды и их применение
  8. Характеристика и особенности полисахаридов
  9. Конспект по химии: Углеводы – УчительPRO
  10. Понятие об углеводах
  11. Химическое строение глюкозы
  12. Физические и химические свойства глюкозы
  13. Глюкоза в природе
  14. Сахароза как представитель дисахаридов
  15. Полисахариды
  16. Углеводы клетки их функции, классификация – моносахариды, полисахариды, олигосахариды (Таблица)
  17. Классификация углеводов химическая
  18. Таблица классификация углеводов, их структура, функции
  19. Таблица углеводов и их функции 
  20. Основные общие функции углеводов
  21. 3.8.3. Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)
  22. Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы
  23. Химические свойства глюкозы и фруктозы как карбонильных соединений
  24. Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов
  25. Спиртовое брожение
  26. Молочнокислое брожение
  27. Особенности существования моносахаридов в водных растворах
  28. Общее описание дисахаридов
  29. Гидролиз дисахаридов
  30. Дисахариды как многоатомные спирты
  31. Полисахариды. Крахмал и целлюлоза
  32. Горение
  33. Образование глюкозы
  34. Качественная реакция на крахмал
  35. Классификация углеводородов (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Их состав и функции
  36. Триозы
  37. Пентозы
  38. Гексозы
  39. Структура глюкозных колец
  40. Олигосахариды
  41. Полисахариды
  42. Крахмал
  43. Гликоген
  44. Целлюлоза
  45. Хитин

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Информация носит справочный характер. Не занимайтесь самодиагностикой и самолечением. Обращайтесь ко врачу.

Одной из разновидностей органических соединений, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма, являются углеводы.

Они разделяются на несколько типов согласно своему строению — моносахариды, дисахариды и полисахариды. Следует разобраться, для чего они нужны и каковы их химические и физические свойства.

Классификация углеводов

Углеводами называют соединения, в составе которых находятся углерод, водород и кислород. Чаще всего они имеют природное происхождение, хотя некоторые создаются промышленным путем. Их роль в жизнедеятельности живых организмов огромна.

Основными их функциями называют следующие:

  1. Энергетическая. Эти соединения – главный источник энергии. Большая часть органов может полноценно работать за счет энергии, полученной при окислении глюкозы.
  2. Структурная. Углеводы необходимы для формирования почти всех клеток организма. Клетчатка играет роль опорного материала, а в костях и хрящевой ткани находятся углеводы сложного типа. Одним из компонентов клеточных мембран является гиалуроновая кислота. Также углеводистые соединения требуются в процессе выработки ферментов.
  3. Защитная. При функционировании организма осуществляется работа желез, выделяющих секреторные жидкости, нужные для защиты внутренних органов от патогенного воздействия. Значительная часть этих жидкостей представлена углеводами.
  4. Регуляторная. Эта функция проявляется во влиянии на человеческий организм глюкозы (поддерживает гомеостаз, контролирует осмотическое давление) и клетчатки (воздействует на желудочно-кишечную перистальтику).
  5. Особые функции. Они свойственны отдельным видам углеводов. К таким особым функциям относятся: участие в процессе передачи нервных импульсов, формирование разных групп крови и пр.

Исходя из того, что функции углеводов достаточно разнообразны, можно предположить, что эти соединения должны различаться по своему строению и особенностям.

Это действительно так, и основная классификация их включает в себя такие разновидности, как:

  1. Моносахариды. Они считаются наиболее простыми. Остальные типы углеводов вступают в процесс гидролиза и распадаются на более мелкие составляющие. У моносахаридов такой способности нет, они являются конечным продуктом.
  2. Дисахариды. В некоторых классификациях их относят к олигосахаридам. В их составе находится две молекулы моносахарида. Именно на них делится дисахарид при гидролизе.
  3. Олигосахариды. В составе этого соединения находится от 2 до 10 молекул моносахаридов.
  4. Полисахариды. Эти соединения являются самой крупной разновидностью. В их состав входит больше 10 молекул моносахаридов.

У каждого вида углеводов есть свои особенности. Нужно рассмотреть их, чтобы понять, как каждый из них влияет на человеческий организм и в чем его польза.

Моносахариды

Эти соединения являются самой простой формой углеводов. В их составе находится одна молекула, поэтому в ходе гидролиза не происходит их деление на мелкие блоки. При объединении моносахаридов формируются дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Они отличаются твердым агрегатным состоянием и сладким вкусом. У них есть способность растворяться в воде. Также они могут растворяться в спиртах (реакция слабее, чем с водой). Моносахариды почти не реагируют на смешение с эфирами.

Чаще всего упоминают природные моносахариды. Некоторые из них люди потребляют вместе с продуктами питания. К ним относят глюкозу, фруктозу и галактозу.

Они содержатся в таких продуктах, как:

  • мед;
  • шоколад;
  • фрукты;
  • некоторые виды вина;
  • сиропы и пр.

Основной функцией углеводов такого типа является энергетическая. Нельзя сказать, что организм не может без них обойтись, но у них есть свойства, важные для полноценной работы организма, например, участие в обменных процессах.

Моносахариды организм усваивает быстрее всего, что происходит в ЖКТ. Процесс усвоения сложных углеводов, в отличие от простых соединений, не так прост. Сначала сложные соединения должны разделиться до моносахаридов, лишь после этого они усваиваются.

Глюкоза

Это один из распространенных видов моносахаридов. Он представляет собой белое кристаллическое вещество, которое формируется естественным путем – в ходе фотосинтеза либо при гидролизе. Формула соединения — С6Н12О6. Вещество хорошо растворимо в воде, обладает сладким вкусом.

Глюкоза обеспечивает клетки мышечной и мозговой тканей энергией. При попадании в организм вещество усваивается, попадает в кровь и распространяется по всему телу. Там происходит ее окисление с высвобождением энергии. Это основной источник энергетической подпитки для мозга.

При нехватке глюкозы в организме развивается гипогликемия, которая в первую очередь отражается на функционировании мозговых структур. Однако чрезмерное ее содержание в крови тоже опасно, поскольку ведет к развитию сахарного диабета. Также при употреблении большого количества глюкозы начинает увеличиваться масса тела.

Фруктоза

Она относится к числу моносахаридов и очень похожа на глюкозу. Отличается более медленными темпами усвоения. Это объясняется тем, что для усвоения необходимо, чтобы фруктоза сначала преобразовалась в глюкозу.

Поэтому данное соединение считается неопасным для диабетиков, поскольку его потребление не ведет к резкому изменению количества сахара в крови. Тем не менее при таком диагнозе осторожность все же необходима.

У фруктозы есть способность к быстрому преобразованию в жирные кислоты, что становится причиной развития ожирения. Также из-за этого соединения снижается чувствительность к инсулину, что вызывает диабет 2 типа.

Это вещество можно получить из ягод и фруктов, а еще – из меда. Обычно оно там находится в сочетании с глюкозой. Соединению тоже присущ белый цвет. Вкус сладкий, причем эта особенность проявляется интенсивнее, чем в случае с глюкозой.

Другие соединения

Существуют и другие моносахаридные соединения. Они могут быть природными и полуискусственными.

К природным относится галактоза. Она тоже содержится в пищевых продуктах, но не встречается в чистом виде. Галактоза является результатом гидролиза лактозы. Основным ее источником называют молоко.

Другими природными моносахаридами являются рибоза, дезоксирибоза и манноза.

Также есть разновидности таких углеводов, для получения которых используются промышленные технологии.

Эти вещества тоже находятся в продуктах питания и попадают в человеческий организм:

  • рамноза;
  • эритрулоза;
  • рибулоза;
  • D-ксилоза;
  • L-аллоза;
  • D-сорбоза и пр.

Каждое из этих соединений отличается своими особенностями и функциями.

Дисахариды и их применение

Следующий тип углеводных соединений – дисахариды. Они считаются сложными веществами. В результате гидролиза из них образуется две молекулы моносахаридов.

Этот тип углеводов отличается следующими особенностями:

  • твердость;
  • растворимость в воде;
  • слабая растворимость в концентрированных спиртах;
  • сладкий вкус;
  • цвет – от белого до коричневого.

Основные химические свойства дисахаридов заключаются в реакциях гидролиза (происходит разрыв гликозидных связей и образование моносахаридов) и конденсации (формируются полисахариды).

Встречается 2 типа таких соединений:

  1. Восстанавливающие. Их особенностью является наличие свободной полуацетальной гидроксильной группы. За счет нее у таких веществ присутствуют восстановительные свойства. К данной группе углеводов относятся целлобиоза, мальтоза и лактоза.
  2. Невосстанавливающие. У этих соединений нет возможности к восстановлению, поскольку у них отсутствует полуацетальная гидроксильная группа. Наиболее известными веществами этого типа являются сахароза и трегалоза.

Эти соединения широко распространены в природе. Они могут встречаться как в свободном виде, так и в составе других соединений. Дисахариды являются источником энергии, поскольку при гидролизе из них образуется глюкоза.

Лактоза очень важна для детей, поскольку является основным из компонентов детского питания. Еще одной функцией углеводов этого типа является структурная, поскольку они входят в состав целлюлозы, которая нужна для формирования растительных клеток.

Характеристика и особенности полисахаридов

Еще одной разновидностью углеводов являются полисахариды. Это наиболее сложный тип соединений. Состоят они из большого количества моносахаридов (основной их компонент — глюкоза). В ЖКТ полисахариды не усваиваются – предварительно осуществляется их расщепление.

Особенности этих веществ таковы:

  • нерастворимость (либо слабая растворимость) в воде;
  • цвет желтоватый (или окраска отсутствует);
  • у них нет запаха;
  • почти все они безвкусны (некоторые имеют сладковатый вкус).

К химическим свойствам этих веществ относится гидролиз, который осуществляется под влиянием катализаторов. Результатом реакции становится распад соединения на структурные элементы – моносахариды.

Еще одно свойство – образование производных. Полисахариды могут вступать в реакцию с кислотами.

Продукты, образующиеся в ходе этих процессов, очень разнообразны. Это ацетаты, сульфаты, сложные эфиры, фосфаты и пр.

Примеры полисахаридов:

  • крахмал;
  • целлюлоза;
  • гликоген;
  • хитин.

Образовательный видео-материал о функциях и классификации углеводов:

Эти вещества важны для полноценного функционирования организма целиком и клеток по отдельности. Они снабжают организм энергией, участвуют в образовании клеток, оберегают внутренние органы от повреждений и неблагоприятного воздействия. Также они играют роль запасных веществ, которые нужны животным и растениям на случай сложного периода.

Рекомендуем другие статьи по теме

Конспект по химии: Углеводы – УчительPRO

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Ключевые слова конспекта: Углеводы. Моносахариды: глюкоза. Сорбит. Молочнокислое и спиртовое брожение. Фотосинтез. Дисахариды: сахароза. Полисахариды: крахмал, целлюлоза.

Понятие об углеводах

Сладкий вкус многих фруктов, ягод и овощей обусловлен присутствием в клеточном соке важнейшего углевода — глюкозы, или виноградного сахара.

В соке сахарной свёклы и сахарного тростника содержится углевод, который после выделения и очистки попадает на каждый стол, используется в кондитерском производстве. Это сахароза, или тростниковый сахар.

Пчелиный мёд богат самым сладким на вкус углеводом — фруктозой, или фруктовым сахаром. В картофеле и зёрнах злаковых растений содержится крахмал — основное запасное вещество растительных клеток.

Он не обладает сладким вкусом, но способен набухать в горячей воде. Крахмал используют для приготовления киселя, его добавляют в некоторые продукты питания, например соусы, для придания им нужной консистенции.

Значительно менее способна набухать в воде целлюлоза, или клетчатка, — главный «конструкционный материал» растительного мира. От остальных углеводов её отличает волокнистое строение. Медицинская вата, хлопчатобумажное волокно — это почти чистая целлюлоза. Все эти вещества относятся к углеводам.

В состав углеводов входят атомы трёх элементов: углерода, водорода и кислорода, причём два последних обычно находятся в том же соотношении, что и в молекуле воды, — 2:1. Состав большинства углеводов можно выразить формулой Cn(H2O)m. Отсюда и происходит название класса.

Состав одного из важнейших углеводов — глюкозы выражает формула С6Н12O6. Слово «глюкоза» имеет общий корень с названием трёхатомного спирта глицерина и происходит от греческого прилагательного glykys — сладкий.

Химическое строение глюкозы

Глюкоза проявляет свойства сразу двух классов органических веществ: многоатомных спиртов и альдегидов. Её так и называют — альдегидоспирт. Такие соединения относят к веществам с двойственной функцией.

Упрощённо структурную формулу глюкозы можно представить в виде пятиатомного альдегидоспирта:

Глюкоза относится к группе углеводов, называемых моносахаридами.

Углеводы, которые не подвергаются гидролизу с образованием более простых соединений, называют моносахаридами.

К моносахаридам относят также фруктозу. Этот изомер глюкозы, имеющий формулу С6Н12O6, по природе функциональных групп относится не к альдегидоспиртам, а к кетоноспиртам.

Физические и химические свойства глюкозы

Глюкоза С6Н12O6 — вещество с молекулярной кристаллической решёткой, белого цвета, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства полифункциональных органических веществ складываются из нескольких составляющих: свойств, обусловленных каждым типом функциональных групп, а также свойств, которые вещество приобретает за счёт одновременного присутствия в молекуле всех её элементов. Поясним сказанное на примере химических свойств глюкозы.

Как многоатомный спирт, глюкоза вступает в качественную реакцию, характерную для этих соединений. Она способна реагировать с гидроксидами некоторых металлов, в частности с гидроксидом меди(II), с образованием растворимого соединения ярко-синего цвета.

Как альдегид, глюкоза вступает в качественные реакции, характерные для этого класса соединений. При нагревании глюкоза окисляется в соответствующую кислоту (её называют глюконовой) свежеприготовленным гидроксидом меди(II):

С аммиачным раствором оксида серебра при небольшом нагревании глюкоза даёт характерную для альдегидов реакцию серебряного зеркала:

Восстановление альдегидной группы глюкозы приводит к образованию шестиатомного спирта — сорбита:

Сорбит используют как заменитель сахара.

И наконец, благодаря сочетанию всех функциональных групп глюкоза приобретает ряд специфических свойств, не характерных ни для многоатомных спиртов, ни для альдегидов.

В качестве примера приведём реакции брожения — превращения одних органических веществ в другие под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами.

Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы. Наибольшее значение имеют реакции:

а) молочнокислого брожения

Эта реакция протекает при приготовлении кисломолочных продуктов, квашении капусты, силосовании кормов,

б) спиртового брожения

Эта реакция лежит в основе приготовления вин, производства этилового спирта, применяется в хлебопечении.

Глюкоза в природе

Глюкоза образуется в клетках растений из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза:

Роль фотосинтеза на Земле трудно переоценить. Это единственный источник кислорода в атмосфере нашей планеты и органических веществ всей живой природы. При фотосинтезе происходит связывание углекислого газа, что уменьшает его накопление в воздухе.

Зелёные растения при фотосинтезе ежегодно поглощают из атмосферы около 200 млрд т углекислого газа. При этом происходит выделение в атмосферу приблизительно 130 млрд т кислорода и синтезируется 50 млрд т органических соединений углерода. При образовании глюкозы поглощается световая энергия.

Эта энергия высвобождается в результате окисления глюкозы — реакции, обратной фотосинтезу.

Углеводы присутствуют в клетках всех живых организмов. В животных клетках их содержание обычно составляет 1—2 %, в растительных достигает 90 % в расчёте на сухое вещество.

Глюкоза содержится в крови человека и животных, где её массовая доля равна примерно 0,1 %. При некоторых заболеваниях, например сахарном диабете, содержание глюкозы в крови может резко увеличиваться, клетки страдают от недостатка глюкозы, так как она не транспортируется в клетки, что приводит к серьёзным обменным нарушениям.

Глюкоза — основной источник энергии в клетке. При её окислении кислородом образуются углекислый газ и вода, а также выделяется большое количество энергии:

C6H12O6 + 6O2  →  6СO2 + 6Н2O + энергия

С кровью глюкоза попадает в каждую клетку, где и происходит её окисление. Именно поэтому раствор глюкозы широко применяют в медицине: дают больным для приёма внутрь или вводят внутривенно.

Сахароза как представитель дисахаридов

Глюкоза и фруктоза — это моносахариды, они не подвергаются гидролизу с образованием продуктов более простого строения.

В отличие от моносахаридов сахароза представляет собой углевод, в состав которого входят два моносахаридных остатка. Такие углеводы называют дисахаридами. Молекулярная формула сахарозы С12Н22О11.

Её легко запомнить — это удвоенная формула моносахарида за вычетом одной молекулы воды. И это не случайное совпадение.

При гидролизе молекула сахарозы распадается на две молекулы моносахаридов — глюкозу и фруктозу:

Однако сам по себе этот процесс не идёт. Для его протекания требуется нагревание раствора в присутствии кислоты (в качестве катализатора) или действие фермента.

Углеводы, в состав которых входят два остатка моносахаридов, называют дисахаридами.

Полисахариды

Могут ли соединяться друг с другом не два, а больше остатков моносахаридов? Да, причём сотни и даже тысячи. Такие вещества имеют полимерную природу; их называют полисахаридами. К полисахаридам, например, относят крахмал и целлюлозу.

Природные полимеры, состоящие из большого числа повторяющихся остатков моносахаридов, называют полисахаридами.

Крахмал представляет собой порошок белого цвета, зёрна которого набухают в горячей воде с образованием крахмального клейстера.

Крахмал, как все ди- и полисахариды, подвергается гидролизу. Значит, крахмал представляет собой полимер, звенья молекулярной цепи которого — остатки молекул глюкозы. Тогда, «вычитая» из формулы глюкозы формулу воды, вы получите формулу крахмала: (С6Н10О5)n.

Уравнение реакции гидролиза крахмала записывают следующим образом:

Качественная реакция на крахмал — действие спиртового раствора йода, при котором появляется интенсивное синее окрашивание.

Попробуйте обнаружить крахмал в картофеле, муке, хлебе, зёрнах бобовых, макаронных изделиях и других пищевых продуктах.

Потребляемый с продуктами питания крахмал в организме человека под действием ферментов гидролизуется. Образующаяся глюкоза попадает в кровь и разносится по всему организму к клеткам.

Другой представитель полисахаридов — целлюлоза — значительно труднее подвергается гидролизу. У травоядных животных в процессе пищеварения участвуют ферменты и бактерии, под влиянием которых происходит брожение, в результате чего целлюлоза разрушается до мономеров. Продуктом гидролиза целлюлозы также является глюкоза:

Крахмал и целлюлоза — это изомерные полисахариды, молекулярная формула которых совпадает. Однако строение полимерных молекул этих углеводов несколько различается. Отсюда и такое различие в свойствах как физических, так и химических.

Целлюлоза — полимер с линейными макромолекулами, поэтому для неё характерна волокнистая структура. Качественная реакция на крахмал отрицательная (не появляется ярко-синее окрашивание).

Обработка целлюлозы азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты позволяет получать взрывчатые вещества (бездымный порох, или пироксилин), полимерную основу для производства нитрокрасок, лаков, эмалей.

По названию легко догадаться, что целлофан — это полимерный материал на основе целлюлозы, его используют в качестве упаковочного материала. Огромные количества целлюлозы из еловой древесины расходуют на изготовление бумаги.

Человек издавна использовал природные волокна целлюлозы для изготовления тканей, например хлопчатобумажных, льняных. Со временем химики научились обрабатывать полимерные цепи целлюлозы различными реагентами, получая химически модифицированные волокна — вискозу, ацетилцеллюлозу. Об этих волокнах пойдёт речь в параграфе, посвящённом искусственным полимерам.

Конспект урока по химии «Углеводы». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Углеводы клетки их функции, классификация – моносахариды, полисахариды, олигосахариды (Таблица)

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Углеводы (сахара) – это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп.

Общая формула углеводных соединений записывается как Сx(Н2О)y где x и y могут иметь разные значения.

Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Классификация углеводовОсобенности строения, структура, функцииПредставители
Моносахариды(растворимые углеводы)Это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка, при одном из атомов углерода которой находится карбонильная группа (=С=O), а при всех остальных — по одной гидроксогруппе (-ОН).В зависимости от числа атомов углерода выделяют триозы (х = 3), тетрозы (х = 4), пентозы (х = 5), гексозы (х = 6) и т. д.В зависимости от того, входит в состав моносахарида альдегидная (-CНO) или кетогруппа (-CO-), их разделяют на альдозы (R-CHO) и кетозы (R1-CO-R2).Стереоизомерия моносахаридов – все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы, они одинаковы по составу и молек. массе, но различны по строению или расположению атомов. Ниже пример слева D-глицеральдегид, а справа L-глицеральдегидГлюкоза,фруктоза,пентоза
Олигосахариды(дисахариды)Олигосахариды – это короткие (часто из 6-12 единиц) продукты конденсации моносахаридов. Они могут связываться с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) и формировать гликокаликс – внешнюю оболочку животной клетки. Они также играют важную роль в межклеточном узнавании и в иммунном ответе.Среди дисахаридов наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза: глюкоза + глюкоза = мальтоза;глюкоза + галактоза = лактоза;глюкоза + фруктоза = сахароза. В природных дисахаридах кольца моносахаридов объединены гликозидными связями. Они чаще всего образуются между альдегидной или кетогруппой (т.е. редуцирующей группой) одного моносахарида и гидроксильной группой другого.Мальтоза,сахароза,лактоза
ПолисахаридыПолисахариды являются биологическими полимерами, образующиеся из моносахаридных субъединиц (мономеров) путем гликозидного связывания, в первую очередь D-глюкозы. Субъединицы объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекул воды), а разделяются путем гидролиза (разрушение связей с участием воды). Плохо растворяются в воде. Необходимы для жизнедеятельности животных и растений.целлюлоза,крахмал,гликоген,хитин.

Таблица углеводов и их функции 

УглеводФункции и строение углеводов
Углеводы моносахариды
Глюкоза(декстроза или D-глюкоза)Представляет собой моносахарид (одиночный сахар) с эмпирической формулой СnН2nОn. Она относится к гексозам, так как их молекулы имеют шесть атомов углерода. Наиболее распространенный дыхательный субстрат (т.е. источник энергии). источник энергии живых организмов – входит в состав переносчиков электронов NAD, РАD и NADР и переносчика энергии аденозинтрифосфата (АТР).
ФруктозаИзомер глюкозы СnН2nОn , один из наиболее распространенных  в природе сахаров. Компонент семенной жидкости. Пищевым источником являются фрукты. Примерно 1 из 20000  человек страдает непереносимостью фруктозы, которая может привести к повреждению печени и почек или к гипогликемии.
Углеводы олигосахариды
Сахароза (глюкозо-фруктоза)Наиболее распространена в растениях. Сахарозу получают обычно из сахарного тростника и сахарной свеклы и используют как подсластитель.
Лактоза (глюкозо-галактоза)Источник углеводов для детенышей млекопитающих. В молоке содержится около 5% лактозы.
Углеводы полисахариды
КрахмалКрахмал состоит из двух полимеров а-глюкозы: амилоза обычно содержит около 300 молекул глюкозы, соединенныха-1,4-гликозидными связями. Из-за массивных боковых цепей на стороне -СН2ОН молекула принимает форму спирали (наиболее удачна для упаковки большого количества субъединиц в ограниченном пространстве). Поскольку молекула крахмала имеет так мало свободных концов, гидролизующий фермент амилаза имеет мало доступных точек для ее расщепления. Благодаря этому крахмал – превосходное запасное вещество.
АмилопектинЭто разветвленная цепь, включающая до 1500 глюкозных субъединиц. Отдельные а-1,4-цепи связаны между собой а-1,6-гликозидными связями.
ГликогенЭто полимер а-глюкозы, очень похожий на амилопектин, но с гораздо меньшим количеством поперечных связей и с более короткими а-1,4-цепями. Это больше подходит животным клеткам, которые запасают питательные вещества на менее долгие сроки, чем растительные клетки.
ЦеллюлозаЦеллюлоза – это полимер глюкозы, соединенной β-1,4-гликозидными связями. При β-конформации каждая последующая субъединица переворачивается, так что полимер имеет форму прямой цепи. Затем параллельные полисахаридные цепи связываются поперечными водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасной структурной молекулой (целлюлозные клеточные стенки). Она идеальна для растений, которые легко могут синтезировать большое количество углеводов.
ХитинСтруктурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак – Минск — 2011.

3.8.3. Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды)

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода.

Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов.

Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида Cx(H2O)y . Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды.

Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С5Н10О4.

В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле Cx(H2O)y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН2О) и уксусная кислота (С2Н4О2).

Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.

Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы

Самыми распространенными моносахаридами являются глюкоза и фруктоза, имеющие следующие структурные формулы:

Как можно заметить, и в молекуле глюкозы, и в молекуле фруктозы присутствует по 5 гидроксильных групп, в связи с чем их можно считать многоатомными спиртами.

В составе молекулы глюкозы имеется альдегидная группа, т.е. фактически глюкоза является многоатомным альдегидоспиртом.

В случае фруктозы можно обнаружить в ее молекуле кетонную группу, т.е. фруктоза является многоатомным кетоспиртом.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как карбонильных соединений

Все моносахариды могут реагировать в присутствии катализаторов с водородом. При этом карбонильная группа восстанавливается до спиртовой гидроксильной. Так, в частности, гидрированием глюкозы в промышленности получают искусственный подсластитель – гексаатомный спирт сорбит:

Молекула глюкозы содержит в своем составе альдегидную группу, в связи с чем логично предположить, что ее водные растворы дают качественные реакции на альдегиды.

И действительно, при нагревании водного раствора глюкозы со свежеосажденным гидроксидом меди (II) так же, как и в случае любого другого альдегида, наблюдается выпадение из раствора кирпично-красного осадка оксида меди (I).

При этом альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной – образуется глюконовая кислота:

Также глюкоза вступает и в реакцию «серебряного зеркала» при действии на нее аммиачного раствора оксида серебра. Однако, в отличие от предыдущей реакции вместо глюконовой кислоты образуется ее соль – глюконат аммония, т.к. в растворе присутствует растворенный аммиак:

Фруктоза и другие моносахариды, являющиеся многоатомными кетоспиртами, в качественные реакции на альдегиды не вступают.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов

Поскольку моносахариды, в том числе глюкоза и фруктоза, имеют в составе молекул несколько гидроксильных групп. Все они дают качественную реакцию на многоатомные спирты. В частности, в водных растворах моносахаридов растворяется свежеосажденный гидроксид меди (II). При этом вместо голубого осадка Cu(OH)2 образуется темно-синий раствор комплексных соединений меди.

Спиртовое брожение

При действии на глюкозу некоторых ферментов глюкоза способна превращаться в этиловый спирт и углекислый газ:

Молочнокислое брожение

Помимо спиртового типа брожения существует также и немало других. Например, молочнокислое брожение, которое протекает при скисании молока, квашении капусты и огурцов:

Особенности существования моносахаридов в водных растворах

Моносахариды существуют в водном растворе в трех формах – двух циклических (альфа- и бета-) и одной нециклической (обычной). Так, например, в растворе глюкозы существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в циклических формах отсутствует альдегидная группа, в связи с тем что она участвует в образовании цикла. На ее основе образуется новая гидроксильная группа, которую называют ацетальным гидроксилом. Аналогичные переходы между циклическими и нециклической формами наблюдаются и для всех других моносахаридов.

Общее описание дисахаридов

Дисахаридами называют углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, связанных между собой за счет конденсации двух полуацетальных гидроксилов либо же одного спиртового гидроксила и одного полуацетального. Связи, образующиеся таким образом между остатками моносахаридов, называют гликозидными. Формулу большинства дисахаридов можно записать как C12H22O11.

Наиболее часто встречающимся дисахаридом является всем знакомый сахар, химиками называемый сахарозой. Молекула данного углевода образована циклическими остатками одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Связь между остатками дисахаридов в данном случае реализуется за счет отщепления воды от двух полуацетальных гидроксилов:

Поскольку связь между остатками моносахаридов образована при конденсации двух ацетальных гидроксилов, для молекулы сахара невозможно раскрытие ни одного из циклов, т.е. невозможен переход в карбонильную форму. В связи с этим сахароза не способна давать качественные реакции на альдегиды.

Подобного рода дисахариды, которые не дают качественные реакции на альдегиды, называют невосстанавливающими сахарами.

Тем не менее, существуют дисахариды, которые дают качественные реакции на альдегидную группу. Такая ситуация возможна, когда в молекуле дисахарида остался полуацетальный гидроксил из альдегидной группы одной из исходных молекул моносахаридов.

В частности, в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра, а также гидроксидом меди (II) подобно альдегидам вступает мальтоза. Связано это с тем, что в её водных растворах существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в водных растворах мальтоза существует в виде двух форм – с двумя циклами в молекуле и одним циклом в молекуле и альдегидной группой. По этой причине мальтоза, в отличие от сахарозы, дает качественную реакцию на альдегиды.

Гидролиз дисахаридов

Все дисахариды способны вступать в реакцию гидролиза, катализируемую кислотами, а также различными ферментами. В ходе такой реакции из одной молекулы исходного дисахарида образуется две молекулы моносахарида, которые могут быть как одинаковыми, так и различными в зависимости от состава исходного моносахарида.

Так, например, гидролиз сахарозы приводит к образованию глюкозы и фруктозы в равных количествах:

А при гидролизе мальтозы образуется только глюкоза:

Дисахариды как многоатомные спирты

Дисахариды, являясь многоатомными спиртами, дают соответствующую качественную реакцию с гидроксидом меди (II), т.е. при добавлении их водного раствора ко свежеосажденному гидроксиду меди (II) нерастворимый в воде голубой осадок Cu(OH)2 растворяется с образованием темно-синего раствора.

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза

Полисахариды — сложные углеводы, молекулы которых состоят из большого числа остатков моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями.

Есть и другое определение полисахаридов:

Полисахаридами называют сложные углеводы, молекулы которых образуют при полном гидролизе большое число молекул моносахаридов.

В общем случае формула полисахаридов может быть записана как (C6H10O5)n.

Крахмал – вещество, представляющее собой белый аморфный порошок, не растворимый в холодной воде и частично растворимый в горячей с образованием коллоидного раствора, называемого в быту крахмальным клейстером.

Крахмал образуется из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза в зеленых частях растений под действием энергии солнечного света. В наибольших количествах крахмал содержится в картофельных клубнях, пшеничных, рисовых и кукурузных зернах. По этой причине указанные источники крахмала и являются сырьем для его получения в промышленности.

Целлюлоза – вещество, в чистом состоянии представляющее собой белый порошок, не растворимый ни в холодной, ни в горячей воде. В отличие от крахмала целлюлоза не образует клейстер. Практически из чистой целлюлозы состоит фильтровальная бумага, хлопковая вата, тополиный пух.

И крахмал, и целлюлоза являются продуктами растительного происхождения. Однако, роли, которые они играют в жизни растений, различны. Целлюлоза является в основном строительным материалом, в частности, главным образом ей образованы оболочки растительных клеток.

Крахмал же несет в основном запасающую, энергетическую функцию.

Горение

Все полисахариды, в том числе крахмал и целлюлоза, при полном сгорании в кислороде образуют углекислый газ и воду:

Образование глюкозы

При полном гидролизе как крахмала, так и целлюлозы образуется один и тот же моносахарид – глюкоза:

Качественная реакция на крахмал

При действии йода на что-либо, в чем содержится крахмал, появляется синее окрашивание. При нагревании синяя окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.

При сухой перегонке целлюлозы, в частности древесины, происходит ее частичное разложение с образованием таких низкомолекулярных продуктов как метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и т.д.

Поскольку и в молекулах крахмала, и в молекулах целлюлозы имеются спиртовые гидроксильные группы, данные соединения способны вступать в реакции этерификации как с органическими, так и с неорганическими кислотами:

Классификация углеводородов (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Их состав и функции

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Атомы углерода могут соединяться друг с другом и образовывать прямые и разветвленные цепи, а также кольцевые структуры. Эти структуры могут выступать как основа биологических молекул.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH2O)*n, где n – число атомов углерода в молекуле.

В молекулах углеводов отношение углерода к водороду и кислороду составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»(«карбогидрат»): компоненты представляют собой углерод («угле», «карбо») и компоненты воды (следовательно, «вод», «гидрат»).

Углеводы подразделяются на три подтипа:

  • Моносахариды
  • Олигосахариды (дисахариды)
  • Полисахариды

Триозы

Двумя простейшими моносахаридами являются дигидроксиацетон (триоза с кетоновой группой) и глицеральдегид (триоза с альдегидной группой).

Пентозы

Два распространенных пентозных сахаров представляют собой рибозу (ribose, компонент РНК) и рибулозу (ribulose, участвует в фотосинтезе).

Гексозы

Три распространенных гексозыглюкоза (glucose, источник энергии для всех клеток), галактоза (galactose, молочный сахар) и фруктоза (fructose, фруктовый сахар).

Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одну и ту же химическую формулу (C6H12O6), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за различного расположения функциональных групп вокруг асимметричного углерода. Все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода.

Моносахариды могут существовать как в виде линейной цепи, так и в виде кольцевой молекулы. В водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах.

Структура глюкозных колец

Когда молекулы глюкозы образуют шестичленное кольцо, существует 50-процентный шанс того, что гидроксильная группа у первого углерода окажется ниже плоскости кольца.

Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод № 1, который становится асимметричным в процессе кольцеобразования, стереоцентр).

Если гидроксильная группа ниже углерода № 1 в сахаре, то говорят, что она находится в положении альфа (α), и если она находится над плоскостью, говорят, что она находится в положении бета (β).

Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой сахара, содержащие два или три простых сахара, связанных друг с другом ковалентными связями, называемыми гликозидными.

Гликозидные связи могут быть альфа- или бета-типа.

Примеры наиболее важных дисахаридов;

1) Мальтоза (maltose) – состоит из двух молекул α-глюкозы удерживаемых вместе 1-4-гликозидной связью. Мальтозу можно найти в зернах, которые используются в производстве пива.

2) Сахароза – состоит из α – глюкозы и α – фруктозы с 1-2 – гликозидной связью между ними. Пример сахарозы – столовый сахар.

3) Лактоза (lactose) – состоит из α – глюкозы и α – галактозы. Лактоза обычно содержится в молоке.

Полисахариды

Полисахариды представляют собой моносахаридные полимеры, которые состоят от нескольких сотен до нескольких тысяч моносахаридных субъединиц, удерживаемых вместе гликозидными связями.

Некоторые полисахариды состоят из прямых цепей, а некоторые из разветвленных. Основными примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал

Крахмал (starch) является формой сахаров запасаемых растениями и состоит из амилозы и амилопектина которые являются полимерами глюкозы.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к номеру атома углерода в мономерах посредством которых они соединены.

Амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связи), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид (α 1-6 связи в точках ветвления).

Гликоген

Гликоген (glycogen) является формой хранения глюкозы у людей и других позвоночных животных и состоит из мономеров глюкозы.

Целлюлоза

Целлюлоза (cellulose) является основным структурным полисахаридом всех растений и является основным компонентом в клеточных стенках.

Целлюлоза – это неразвлетленный полимер β-глюкозы, который удерживается вместе 1-4 гликозидными связями.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут и мономеры плотно упакованы в длинные цепочки полимера. Это придает целлюлозе ее жесткость и высокую прочность на растяжение, что так важно для растительных клеток.

Хотя связь в целлюлозе не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в своем желудке переваривать растительный материал, богатый клетчаткой и использовать его в качестве источника пищи.

Хитин

Целлюлозоподобный полимер существует в жестком экзоскелете насекомых, ракообразных.

Этот полимер известен как хитин (chitin), который представляет собой полисахарид содержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил-β-d-глюкозамина (модифицированного сахара).

Хитин также является основным компонентом грибковых клеточных стенок. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют подцарство в царстве эукариот.

Углеводы, их строение и функции.

Советы цветочнику
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: