Вуглеводи формула речовини. Хімічні властивості вуглеводів

Вуглеводи– це органічні речовини, що входять до складу тканин людського та тваринного організму та сприяють виробленню енергії для повноцінної роботи всіх органів. Вони діляться на моносахариди, олігосахариди, полісахариди. Є невід'ємними компонентами тканин та клітин всіх живих організмів та виконують важливі функції для їх життєдіяльності.

Чому вуглеводи такі важливі? Вченими доведено, що вживання достатньої кількості речовин сприяє швидкості реакції, стабільному безперебійному функціонуванню мозкової діяльності. Це незамінне джерело енергії для людей, які ведуть активний спосіб життя.

Якщо ви дотримуєтеся, то дотримуєтеся добової норми білків, жирів і вуглеводів. З'ясуємо, як це ефективно зробити і навіщо це необхідно для здоров'я. В останні роки дієтологи нівелюють користь вуглеводів, закликаючи до і для схуднення. Але які проблеми стоять за відмовою від вживання вуглеводів? І які приносять максимальну користь? Давайте з'ясуємо особливості та визначимо, яку їжу слід залишити в раціоні, а від якої відмовитись.

Вуглеводи - необхідний компонент для вироблення енергії в організмі будь-якої живої істоти. Але крім цього, вони виконують цілу низку корисних функцій, які покращують функції життєдіяльності.

• Структурна та опорна. Речовини сприяють побудові клітин та тканин всіх живих істот і навіть рослин.
• Запасає. Завдяки вуглеводам в органах утримуються живильні компоненти, які без них швидко виводяться та не приносять користі.
• Захисна. Уберігає від несприятливих впливів факторів зовнішнього та внутрішнього середовища.
• Пластичний. Вуглеводи беруть участь у побудові АТФ, ДНК та РНК, тому що входять до складу складних молекул, наприклад, пентози.
• Регулююча. Вуглеводи активують процеси травлення у шлунково-кишковому тракті.
• Антикоагулююча. Впливають на згортання крові та ефективні у боротьбі з пухлинами.
• Осмотична. Компоненти беруть участь у контролі осмотичного тиску.

Разом із вуглеводами надходить багато корисних речовин: крохмаль, глюкоза, гепарин, фруктоза, дезоксирибоза та хітин. Але слід дотримуватися рівня вуглеводів, що надходять, тому що при надмірній кількості вони накопичуються в міченні і м'язах у вигляді глікогену.

Зверніть увагу на те, що окислення 1 г речовин сприяє виділенню 20 кДж чистої енергії, тому організм людини посилено працює протягом цілого дня. Якщо обмежити кількість речовини, що надійшла, імунітет послабиться, і сил стане набагато менше.

Важливо! При дефіциті вуглеводів здоров'я людини значно погіршується. Уповільнюється, порушується робота серцево-судинної системи, погіршується стан нервової системи.

Обмін вуглеводів складається з кількох етапів. Спочатку вони розщеплюються у шлунково-кишковому тракті до стану моносахаридів. Потім всмоктуються у кровоносне русло. Синтезуються і розпадаються в тканинах, розщеплюють цукор і перетворюються на гескоз. Завершальна стадія вуглеводного обміну - аеробне окиснення гліколізу.

Думка експерта

Єгорова Наталія Сергіївна
Лікар-дієтолог, м. Нижній Новгород

Так, вуглеводи є невід'ємним компонентом клітин людського організму, а також відіграють незамінну роль у метаболізмі. Але найголовніша їх функція – це щоденне забезпечення енергією внутрішніх органів, м'язової тканини та нервових клітин. Зазначу, що головний мозок та нервова система «живляться» виключно за рахунок вуглеводів, тому їх брак критичний для людей, робота яких пов'язана з активною розумовою діяльністю.

Я дуже негативно ставлюся до дієт, які повністю виключають або значно обмежують вживання вуглеводів. Адже в раціоні здорової людини повинні в нормальних кількостях бути присутніми всі необхідні нутрієнти, клітковина, вітаміни та мінерали.

Але наголошу, що не всі вуглеводи однаково корисні. Якщо говорити про «швидкі» вуглеводи, які містяться в білому хлібі, солодощах та здобній випічці, то вони є досить «сумнівним» джерелом енергії. Вони відкладаються у організмі як жирових відкладень, сприяючи швидкому набору ваги.

Так що вживати вуглеводи потрібно з розумом, віддаючи перевагу тим, що мають низький глікемічний індекс (ГІ).

Шкідливість та користь вуглеводів

Щоб правильно скласти свій раціон харчування, потрібно спочатку переконатися у користі їжі, яка надходить до організму.

Розглянемо переваги компонентів:

• Забезпечення енергією. Для будь-якої діяльності, навіть чищення зубів, потрібні певні зусилля. Так як у вуглеводах міститься цукор, який містить інсулін, за правильних підрахунків можна регулювати його рівень. Це корисна властивість при цукровому діабеті та контролі ваги.
• Боротьба із хворобами, спровокованими порушенням обміну речовин. Вуглеводні волокна захищають хворих на цукровий діабет 2-го типу, з підвищеним холестерином та ожирінням. Завдяки вуглеводній дієті стабілізується ритм серця та кров'яний тиск.
• Контроль за масою тіла. Якщо змінити список уживаних продуктів, можна позбутися надмірної ваги. Цілком відмовляти від їжі не потрібно, інакше можливі порушення. Наприклад, цільнозернова їжа сприяє зменшенню частки.
• Підвищення настрою. Продукти, що містять вуглеводи, сприяють збільшеному виробленню серотоніну. Якщо від них відмовитися, згодом розвивається тривожність, депресія та невиправданий гнів.

Як бачимо, позитивних властивостей достатньо, але слід сказати про шкоду. В результаті вони негативно впливають на фігуру чоловіка або жінки.

Після того, як заповнюється дефіцит, залишкові речовини перетворюються на жири і відкладаються на проблемних ділянках тіла (животі, стегнах, сідницях).

Цікаво! Особливу небезпеку здоров'ю представляють рафіновані вуглеводи. Вони використовують енергетичні запаси, виснажуючи організм. Через синтетичне виробництво легко засвоюються, але не приносять нічого доброго. У великій кількості є у лимонадах, шоколаді, чіпсах.

Особливість вуглеводів у тому, що їх переїсти легше, ніж жирів та білків. Це обумовлено тим, що багато вуглеводів міститься у солодощах, випічці, газованих напоях. Якщо безконтрольно вживати цю їжу, дуже легко перевищити добову дозу.

Види вуглеводів

Усі вуглеводи поділяються на дві групи: і . Вони відрізняються один від одного хімічним складом, впливом на клітини та відповідають на питання, що таке вуглеводи у продуктах харчування. Процес розщеплення простих вуглеводів закінчується утворенні 1 – 2 моносахаридів. Повільні (або складні), у свою чергу, складаються з 3-х і більше моносахаридів, які довго перетравлюються та швидко проникають у клітини.

Тип вуглеводу	Назва	Де зустрічається
Моносахарид	Глюкоза	Мед, виноград
	Фруктоза (фруктовий)	Цитрусові, персики, кавун, яблука, варення, компоти, сухофрукти, соки, джеми
Дисахарид	Сахароза (харчовий)	Борошно кондитерські вироби, цукор, варення, компот, сік
	Лактоза (молочний)	Кефір, молоко, вершки
	Мальтоза (солодовий)	Квас, пиво
Полісахарид	Крохмаль	Картопля, крупи, макарони та інші борошняні вироби
	Тваринний крохмаль (глікоген)	Запас енергії, який міститься в м'язах та печінці
	Клітковина	Свіжі фрукти та овочі, крупи (вівсяна, перлова, гречана), висівки з жита та пшениці, хліб із борошна грубого помелу

Прості вуглеводи виробляють енергію, якої не вистачає надовго. Тому швидше виникає відчуття голоду після їди. Крім цього, вони включають швидкозасвоюваний цукор, який підвищує рівень глюкози в крові. За рахунок цього існує ризик виникнення діабету чи ожиріння.

Щоб обмежити прості вуглеводи, не вживайте пакетовані соки, крохмалисті фрукти, картопляний та кукурудзяний крохмаль. Утримайтеся від будь-яких снеків, макаронів з м'яких сортів пшениці, каш швидкого приготування та хлібобулочних виробів із пшеничного звичного борошна.

Це важливо! Щоб не відмовлятися повністю від солодощів та шкідливих продуктів, замініть їх на корисні. Пшеничне борошно замініть вівсяним, а цукор медом.

Складні чи повільні вуглеводи захищають від неконтрольованого переїдання, оскільки забезпечують енергією на тривалий час. Саме їх слід вживати під час дієти. У складних речовин низький глікемічний індекс, тому їх можна вживати людям, які страждають на діабет. Вони містяться в злакових, бобових, овочах, фруктах та зелені.

У чому містяться вуглеводи?

Якщо ви турбуєтеся про своє здоров'я та якість фігури, то повинні вивчити принципи правильного харчування. Дотримуючись їх, ви не тільки позбудетеся зайвої ваги, але й очиститеся від токсинів та інших шкідливих речовин, помітите покращення стану шкіри, волосся, нігтів та функціонування внутрішніх органів. Небезпечними продуктами з високим вмістом простих вуглеводів є всі, які виготовлені виробничим шляхом. На це вказує наявність органічного складу без ГМО, підсилювачів смаку, барвників, термінів зберігання. Щоб убезпечити себе від шкідливих продуктів, за звичку візьміть самостійне приготування їжі. Тоді ви точно знатимете енергетичну цінність кожної страви і убезпечите себе від переїдання.

Вивчіть запропоновану таблицю та список продуктів з високим вмістом вуглеводів, та визначте для себе основні складові вашого меню.

Продукти харчування	Вміст вуглеводів у 100 грамах	Калорійність (на 100 г)
Хлібобулочні та кондитерські вироби
Варені макаронні вироби із твердих сортів пшениці	25	118
Пшеничний хліб	50	240
Хліб із борошна грубого помелу	42	210
Висівки	27	206
Борошно вищого гатунку	80	350
Здобна випічка	55	530
Тістечко з кремом	68	450
Бісквіт	55	320
Крупи
Гречка	62	313
Рис	87	372
Вівсянка	15	88
Пшоно	69	348
Молочні продукти
Цільне молоко	12	158
Кефір	5	52
Мясні продукти
Яловича ковбаса	15	260
Свиняча ковбаса	12	318
Фрукти
Банани	20	78
Апельсини	8	35
Виноград	15	72
Груші	10	42
Дині	5	24
Родзинки	65	245
Інжир	10	45
Чорнослив	40	160
Овочі
Картопля відварена/смажена	17/38	80/253
Морква	5	25
Болгарський перець	15	20
Кукурудза	15	80
Буряк	10	45
Солодощі
Шоколадні цукерки	55	570
Молочний ірис	72	440
Молочний шоколад	62	530
Льодяники	88	330
Цукровий пісок)	105	395
Полуничне варення	72	272
Абрикосовий джем	53	208
Маринади та соуси
Майонез (Провансаль)	2,6	624
Кетчуп	26	99
Напої
Кока Кола	11	58
Лимонад	5	21
Кава з молоком	11	58
Какао	17	102
Алкогольні напої
Горілка	0,4	235
Червоне сухе вино	20	68
Біле сухе вино	20	66
Пиво	10	32

Не варто відмовлятися від складних вуглеводів. Із запропонованого переліку видно, що навіть деякі фрукти та овочі насичені речовинами.

Не думайте, що відноситься до вуглеводів тільки шкідлива їжа, в деяких продуктах містяться повільні (складні), тому приносять користь. Необхідними також є цільне зерно, бобові культури, нежирні молочні продукти.

Цікаво! Потреба добової енергії залежить від кожної людини індивідуально та від способу її життя. Для спортсменів та людей, які ведуть активний спосіб життя, норма різна. Дієтологи радять складати меню з розрахунку 45 - 65% їжі зі складних вуглеводів.

Для набору м'язової маси часто рекомендують вживати велику кількість білків та відмовитися від вуглеводів. Але це не зовсім правильне рішення. Потрібно лише трохи скоротити прості та збільшити складні. Інакше після витрати вуглеводної енергії візьметься за білкову. Як ми бачимо, складні вуглеводи мають високу цінність для людини. Вони виконують необхідні функції для повноцінного життя. Але надмірна кількість провокує відкладення небажаних жирів. Збалансуйте свій раціон, щоб отримати всі необхідні компоненти. Тоді ви помітите покращення стану здоров'я та фігури.

990 руб.

Вуглеводами

Види вуглеводів.

Вуглеводи бувають:

1) Моносахариди

2) Олігосахариди

3) Складні вуглеводи

крохмаль12.jpg

Основні функції.

Енергетична.

Пластичний.

Запас поживних речовин.

Специфічна.

Захисна.

Регуляторна.

Хімічні властивості

Моносахариди виявляють властивості спиртів та карбонільних сполук.

Окислення.

a) Як і у всіх альдегідів, окиснення моносахаридів призводить до відповідних кислот. Так, при окисленні глюкози аміачним розчином гідрату окису срібла утворюється глюконова кислота (реакція "срібного дзеркала").

b) Реакція моносахаридів з гідроксидом міді при нагріванні також призводить до альдонових кислот.

c) Більш сильні окисні засоби окислюють у карбоксильну групу не тільки альдегідну, а й первинну спиртову групи, приводячи до двоосновних цукрових (альдарових) кислот. Зазвичай для такого окиснення використовують концентровану азотну кислоту.

Відновлення.

Відновлення цукрів призводить до багатоатомних спиртів. Як відновник використовують водень у присутності нікелю, алюмогідрид літію та ін.

ІІІ. Специфічні реакції

Крім наведених вище, глюкоза характеризується деякими специфічними властивостями - процесами бродіння. Бродіння називається розщеплення молекул цукрів під впливом ферментів (ензимів). Бродіння піддаються цукру з кількістю вуглецевих атомів, кратним трьом. Існує багато видів бродіння, серед яких найбільш відомі такі:

a) спиртове бродіння

b) молочнокисле бродіння

c) маслянокисле бродіння

Згадані види бродіння, які викликаються мікроорганізмами, мають широке практичне значення. Наприклад, спиртове – для одержання етилового спирту, у виноробстві, пивоваренні тощо, а молочнокисле – для одержання молочної кислоти та кисломолочних продуктів.

3. Стереоізомерія моносахаридів D- та L-ряди. Відкриті та циклічні формули. Піранази та фуранози. α- та β-аноміри. Циклоцепна таутомерія. Явище муторотації.

Здатність ряду органічних сполук обертати площину поляризації поляризованого світла вправо чи вліво називають оптичною активністю. Виходячи зі сказаного вище, слід, що органічні речовини можуть існувати у вигляді правообертаючих і лівообертаючих ізомерів. Такі ізомери отримали назву стереоізомерів, а саме явище стереоізомерії.

У основі суворішої системи класифікації та позначення стереоізомерів лежить не обертання площини поляризації світла, а абсолютна зміна молекули стереоізомеру, тобто. взаємне розташування чотирьох обов'язково різних заміщуючих груп, що у вершинах тетраедра, навколо локалізованого у центрі атома вуглецю, який отримав назву асиметричного атома вуглецю чи хірального центру. Хіральні або, як їх ще називають, оптично активні атоми вуглецю позначають у структурних формулах зірочками

Таким чином, під терміном стереоізомерія слід розуміти різну просторову конфігурацію замісників у сполук, що мають ту саму структурну формулу і мають однакові хімічні властивості. Такий вид ізомерії називають дзеркальною ізомерією. Наочним прикладом дзеркальної ізомерії можуть бути права і ліва долоні руки. Нижче наведено структурні формули стереоізомерів гліцеринового альдегіду та глюкози.

Якщо у асиметричного атома вуглецю в проекційній формулі гліцеринового альдегіду ОН-група розташовується праворуч, такий ізомер називають D-стереоізомером, а якщо ОН-група розташована зліва –L-стереоізомером.

У разі тетроз, пентоз, гексоз та інших моноз, які мають два і більше асиметричні атоми вуглецю, належність стереоізомеру до D- або L-ряду визначають за розташуванням ОН-групи у передостаннього атома вуглецю в ланцюзі – він є останнім асиметричним атомом. Наприклад, для глюкози оцінюють орієнтацію ОН-групи у 5-го атома вуглецю. Абсолютно дзеркальні стереоізомери називають енантіомерами чи антиподами.

Стереоізомери не відрізняються за своїми хімічними властивостями, але відрізняються за біологічною дією (біологічною активністю). Більшість моносахаридів в організмі ссавців належить до D-ряду – саме до цієї зміни специфічні ферменти, відповідальні їх метаболізм. Зокрема D-глюкоза сприймається як солодка речовина, завдяки здатності взаємодіяти зі смаковими рецепторами язика, тоді як L-глюкоза несмачна, оскільки її конфігурація не сприймається смаковими рецепторами.

У загальному вигляді будову альдоз та кетоз можна уявити так.

Стереоізомерія.Молекули моносахаридів містять кілька центрів хіральності, що є причиною існування багатьох стереоізомерів, що відповідають одній і тій же структурній формулі. Наприклад, в альдогексозі є чотири асиметричні атоми вуглецю і їй відповідають 16 стереоізомерів (24), тобто 8 пар енантіомерів. Порівняно з відповідними альдозами кетогексози містять на один хіральний атом вуглецю менше, тому число стереоізомерів (23) зменшується до 8 (4 пари енантіомерів).

Відкриті (нециклічні)Форми моносахаридів зображують у вигляді проекційних формул Фішера. Вуглецевий ланцюг у них записують вертикально. У альдоз зверху поміщають альдегідну групу, у кетоз - сусідню з карбонільною первинну спиртову групу. З цих груп розпочинають нумерацію ланцюга.

Для позначення стереохімії використається D,L-система. Віднесення моносахарида до D- або L-ряду проводять за конфігурацією хірального центру, найбільш віддаленого від оксогрупи, незалежно від конфігурації інших центрів! Для пентоз таким центром, що «визначає», є атом С-4, а для гексоз - С-5. Положення групи ВІН у останнього центру хіральності праворуч свідчить про належність моносахариду до D-ряду, ліворуч – до L-ряду, тобто за аналогією зі стереохімічним стандартом – гліцериновим альдегідом

Циклічні форми.Відкриті форми моносахаридів зручні розгляду просторових відносин між стереоізомерними моносахаридами. Насправді моносахариди будовою є циклічними напівацеталями. Утворення циклічних форм моносахаридів можна як результат внутрішньомолекулярного взаємодії карбонильной і гидроксильной груп, які у молекулі моносахарида.

Вперше циклічну напівацетальну формулу глюкози запропонував А. А. Коллі (1870). Він пояснив відсутність деяких альдегідних реакцій у глюкози наявністю тричленного етиленоксидного (α-окисного) циклу:

Пізніше Толленс (1883) запропонував аналогічну напівацетальну формулу глюкози, але з п'ятичленним (γ-окисним) бутиленоксидним кільцем:

Формули Коллі - Толленса є громіздкими і незручними, не відображають будови циклічної глюкози, тому були запропоновані формули Хеуорса.

В результаті циклізації утворюються термодинамічно стійкіші фуранозні (п'ятичлені)і піранозні (шестичлені) цикли.Назви циклів походять від назв родинних гетероциклічних сполук – фурану та пірана.

Утворення цих циклів пов'язане із здатністю вуглецевих ланцюгів моносахаридів приймати досить вигідну клешнеподібну конформацію. Внаслідок цього у просторі виявляються зближеними альдегідна (або кетонна) та гідроксильна при С-4 (або при С-5) групи, тобто ті функціональні групи, внаслідок взаємодії яких здійснюється внутрішньомолекулярна циклізація.

У циклічній формі створюється додатковий центр хіральності - атом вуглецю, який раніше входив до складу карбонільної групи (у альдоз це С-1). Цей атом називають аномерним, а два відповідні стереоізомери - α- та β-аномерами(Рис. 11.1). Аноміри є окремим випадком епімерів.

У α-аномера конфігурація аномерного центру однакова з конфігурацією «кінцевого» хірального центру, що визначає приналежність до d-або l-ряду, а у β-аномера протилежна. У проекційних формулах Фішерау моносахаридів d-ряду в α-аномері глікозидна група ВІН знаходиться праворуч, а в β-аномері - ліворуч від вуглецевого ланцюга.

Рис. 11.1. Утворення α- та β-аномерів на прикладі d-глюкози

Формули Хеворса.Циклічні форми моносахаридів зображують у вигляді перспективних формул Хеуорса, в яких цикли показують у вигляді плоских багатокутників, що лежать перпендикулярно до площини малюнка. Атом кисню розташовують у піранозному циклі у далекому правому кутку, у фуранозному – за площиною циклу. Символи атомів вуглецю у циклах не вказують.

Для переходу до формул Хеуорса циклічну формулу Фішера перетворюють так, щоб атом кисню циклу розташовувався на одній прямій з атомами вуглецю, що входять до циклу. Це показано нижче на прикладі a-d-глюкопіранози шляхом двох перестановок атома С-5, що не змінює конфігурацію цього асиметричного центру (див. 7.1.2). Якщо перетворену формулу Фішера розташувати горизонтально, як вимагають правила написання формул Хеуорса, то заступники, що були праворуч від вертикальної лінії вуглецевого ланцюга, опиняться під площиною циклу, а ті, що були ліворуч, над цією площиною.

У d-альдогексоз у піранозній формі (і у d-альдопентоз у фуранозній формі) група СН2ОН завжди розташовується над площиною циклу, що є формальною ознакою d-ряду. Глікозидна гідроксильна група у a-аномерів d-альдоз виявляється під площиною циклу, у β-аномерів - над площиною.

D-ГЛЮКОПІРАНОЗ

За аналогічними правилами здійснюється перехід у кетоз, що показано нижче на прикладі одного з аномерів фуранозної форми d-фруктози.

Циклоцепна таутомеріяобумовлена ​​переходом відкритих форм моносахаридів у циклічні та навпаки.

Зміна в часі кута обертання площини поляризації світла розчинами вуглеводів називають мутаротація.

Хімічна сутність мутаротації полягає у здатності моносахаридів до існування у вигляді рівноважної суміші таутомерів – відкритої та циклічних форм. Такий вид таутомерії називається цикло-оксо-таутомерією.

У розчинах рівновага між чотирма циклічними таутомерами моносахаридів встановлюється через відкриту форму – оксоформу. Взаємоперетворення a- та β-аномерів один в одного через проміжну оксоформу називається аномеризацією.

Таким чином, у розчині d-глюкозу існує у вигляді таутомерів: оксоформи та a- та β-аномерів піранозних та фуранозних циклічних форм.

Лактім-лактамна ТАУТОМЕРІЯ

Цей вид таутомерії характерний для азотовмісних гетероциклів з фрагментом N = C-ОН.

Взаємоперетворення таутомерних форм пов'язане з перенесенням протона від гідроксильної групи, що нагадує фенольну ОН-групу, до основного центру - піридинового атома азоту та навпаки. Зазвичай лактамна форма у рівновазі переважає.

Моноаміномонокарбонові.

За полярністю радикала:

З неполярним радикалом: (Аланін, валін, лейцин, фенілаланін) Моноаміно, монокарбонові

З полярним незарядженим радикалом (Гліцин, серин, аспарагін, глутамін)

З негативно зарядженим радикалом (Аспарагінова, глутамінова кислота) моноаміно, дикарбонові

З позитивно зарядженим радикалом (лізин, гістидин) діаміно, монокарбонові

Стереоізомерія

Всі природні α-амінокислоти, крім гліцину (NH 2 -CH 2 - COOH), мають асиметричний атом вуглецю (α-вуглецевий атом), а деякі з них навіть два хіральні центри, наприклад, треонін. Таким чином, всі амінокислоти можуть бути у вигляді пари несумісних дзеркальних антиподів (енантіомерів).

За вихідне з'єднання, з яким прийнято порівнювати будову α-амінокислот, умовно приймають D-і L-молочні кислоти, конфігурації яких, у свою чергу, встановлені по D-і L-гліцеринових альдегідів.

Усі перетворення, які здійснюються у цих рядах під час переходу від гліцеринового альдегіду до α-амінокислоти, виконуються відповідно до головної вимоги – вони не створюють нових і не розривають старих зв'язків у асиметричного центру.

Для визначення конфігурації α-амінокислоти як зразок часто використовують серин (іноді аланін).

Природні амінокислоти, що входять до складу білків, відносяться до L-ряду. D-форми амінокислот зустрічаються порівняно рідко, вони синтезуються лише мікроорганізмами та називаються «неприродними» амінокислотами. Тваринами D-амінокислоти не засвоюються. Цікаво відзначити дію D- та L-амінокислот на смакові рецептори: більшість амінокислот L-ряду мають солодкий смак, а амінокислоти D-ряду – гіркі чи безсмачні.

Без участі ферментів мимовільний перехід L-ізомерів D-ізомери з утворенням еквімолярної суміші (рацемічна суміш) здійснюється протягом досить тривалого проміжку часу.

Рацемізація кожної L-кислоти за даної температури йде з певною швидкістю. Цю обставину можна використовувати для встановлення віку людей та тварин. Так, наприклад, твердої емалі зубів є білок дентин, в якому L-аспартат переходить в D-ізомер при температурі тіла людини зі швидкістю 0,01% на рік. У період формування зубів у дентині міститься лише L-ізомер, тому за вмістом D-аспартату можна розрахувати вік людини чи тварини.

I. Загальні характеристики

1. Внутрішньомолекулярна нейтралізація→ утворюється біполярний цвіттер-іон:

Водні розчини електропровідні. Ці властивості пояснюються тим, що молекули амінокислот існують у вигляді внутрішніх солей, які утворюються за рахунок перенесення протона від карбоксилу до аміногрупи:

цвіттер-іон

Водні розчини амінокислот мають нейтральне, кисле або лужне середовище в залежності від кількості функціональних груп.

2. Поліконденсація→ утворюються поліпептиди (білки):

При взаємодії двох α-амінокислот утворюється дипептид.

3. Розкладання→ Амін + Вуглекислий газ:

NH 2 -CH 2 -COOH → NH 2 -CH 3 + CO 2

IV. Якісна реакція

1. Усі амінокислоти окислюються нінгідрином з утворенням продуктів синьо-фіолетового кольору!

2. З іонами важких металівα-амінокислоти утворюють внутрішньокомплексні солі. Комплекси міді (II), що мають глибоке синє забарвлення, використовуються для виявлення α-амінокислот.

Фізіологічні активні пептиди. приклади.

Пептиди, що мають високу фізіологічну активність, регулюють різні біологічні процеси. За біорегуляторною дією пептиди прийнято ділити на кілька груп:

· З'єднання, що мають гормональну активність (глюкагон, окситоцин, вазопресин та ін);

· Речовини, що регулюють травні процеси (гастрин, шлунковий інгібуючий пептид та ін);

· пептиди, що регулюють апетит (ендорфіни, нейропептид-Y, лептин та ін);

· сполуки, що мають знеболюючий ефект (опіоїдні пептиди);

· Органічні речовини, що регулюють вищу нервову діяльність, біохімічні процеси, пов'язані з механізмами пам'яті, навчання, виникненням почуття страху, люті та ін;

· пептиди, що регулюють артеріальний тиск та тонус судин (ангіотензин II, брадикінін та ін.).

· пептиди, які мають протипухлинні та протизапальні властивості (Луназин)

· Нейропептиди - сполуки, що синтезуються в нейронах, що мають сигнальні властивості

Класифікація білків

-формою молекул(глобулярні чи фібрилярні);

-за молекулярною масою(низкомолекулярні, високомолекулярні та ін.);

-з хімічної будови (наявність або відсутність небілкової частини);

-по локалізації у клітці(ядерні, цито-плазматичні, лізосомальні та ін.);

-з локалізації в організмі(білки крові, печінки, серця та ін.);

-по можливості адаптивно регулювати кількість даних білків: білки, що синтезуються з постійною швидкістю (конститутивні), та білки, синтез яких може посилюватися при впливі факторів середовища (індуцибельні);

-за тривалістю життя у клітці(від дуже швидко оновлюються білків, з Т 1/2 менше 1 год, до дуже повільно оновлюються білків, Т 1/2 яких обчислюють тижнями та місяцями);

-по подібних ділянках первинної структури та споріднених функцій(родини білків).

Класифікація білків за хімічною будовою

Прості білки. Деякі білки містять у своєму складі лише поліпептидні ланцюги, що складаються з амінокислотних залишків. Їх називають "прості білки". Прикладом простих білків - Гістони; у складі міститься багато амінокислотних залишків лізину та аргініну, радикали яких мають позитивний заряд.

2. Складні білки . Дуже багато білків, крім поліпептидних ланцюгів, містять у своєму складі небілкову частину, приєднану до білка слабкими або ковалентними зв'язками. Небілкова частина може бути представлена ​​іонами металів, органічними молекулами з низькою або високою молекулярною масою. Такі білки називають "складні білки". Міцно пов'язана з білком небілкова частина зветься простетичної групи.

У біополімерів, макромолекули яких складаються з полярних та неполярних груп, сольватуються полярні групи, якщо розчинник полярний. У неполярному розчиннику відповідно сольватуються неполярні ділянки макромолекул.

Зазвичай він добре набухає в рідині, близькій до нього за хімічною будовою. Так, вуглеводневі полімери типу каучуків набухають у неполярних рідинах: гексані, бензолі. Біополімери, до складу молекул яких входить велика кількість функціональних полярних груп, наприклад, білки, полісахариди, краще набухають в полярних розчинниках: воді, спиртах і т.д.

Утворення сольватної оболонки молекули полімеру супроводжується виділенням енергії, що називається теплотою набухання.

Теплота набуханнязалежить від природи речовин. Вона максимальна при набуханні у полярному розчиннику ВМС, що містить велику кількість полярних груп і мінімальна при набуханні в неполярному розчиннику вуглеводневого полімеру.

Кислотність середовища, при якому встановлюється рівність позитивних та негативних зарядів та білок стає електронейтральним, називається ізоелектричною точкою (ІЕТ). Білки, у яких ІЕТ знаходиться у кислому середовищі, називаються кислими. Білки, у яких значення ІЕТ знаходиться у лужному середовищі, називаються основними. У більшості рослинних білків ІЕТ знаходиться у слабокислому середовищі

. Набухання та розчинення ВМС залежать від:
1. природи розчинника та полімеру,
2. будови макромолекул полімеру,
3. температури,
4. присутність електролітів,
5. від рН середовища (для поліелектролітів).

Роль 2,3-дифосфогліцерату

2,3-дифосфогліцерат утворюється в еритроцитах з 1,3-дифосфоглицерата, проміжного метаболіту гліколізу, в реакціях, що отримали назву шунт Раппопорта.

Реакції шунту Раппопорта

2,3-дифосфогліцерат розташовується в центральній порожнині тетрамеру дезоксигемоглобіну і зв'язується з β-ланцюгами, утворюючи поперечний сольовий місток між атомами кисню 2,3-дифосфоглицерата і аміногрупами кінцевого валіну обох β-ланцюгів, також аміногруп лізину та гістидину.

Розташування 2,3-дифосфогліцерату в гемоглобіні

Функція 2,3-дифосфогліцерату полягає у зниженні спорідненостігемоглобіну до кисню. Це має особливе значення при підйомі на висоту, при нестачі кисню у повітрі, що вдихається. У умовах зв'язування кисню з гемоглобіном у легенях не порушується, оскільки концентрація його щодо висока. Однак у тканинах за рахунок 2,3-дифосфогліцерату віддача кисню зростає в 2 рази.

Вуглеводи. Класифікація. Функції

Вуглеводами- називають органічні сполуки, що складаються з вуглецю (C), водню (H) та кисню (O2). Загальна формула таких вуглеводів Cn(H2O)m. Прикладом може бути глюкоза (С6Н12О6)

З точки зору хімії вуглеводи є органічними речовинами, що містять нерозгалужену ланцюг з кількох атомів вуглецю, карбонільну групу (C=O), а також кілька гідроксильних груп(OH).

В людини вуглеводи виробляються в незначній кількості, тому основна їх кількість надходить в організм з продуктами харчування.

Види вуглеводів.

Вуглеводи бувають:

1) Моносахариди(найпростіші форми вуглеводів)

Глюкоза С6Н12О6 (основне паливо у нашому організмі)

Фруктоза С6Н12О6 (солодкий вуглевод)

Рибоза С5Н10О5 (входить до складу нуклеїнових кислот)

Еритроз С4H8O4 (проміжна форма при розщепленні вуглеводів)

2) Олігосахариди(містять від 2 до 10 залишків моносахаридів)

Сахароза С12Н22О11 (глюкоза + фруктоза, або просто - тростинний цукор)

Лактоза C12H22O11 (молочний цукор)

Мальтоза C12H24O12 (солодовий цукор, складається з двох пов'язаних залишків глюкози)

110516_1305537009_Sugar-Cubes.jpg

3) Складні вуглеводи(що складаються з безлічі залишків глюкози)

Крохмаль (С6H10O5)n (найважливіший вуглеводний компонент харчового раціону, людина споживає з вуглеводів близько 80% крохмалю.)

Глікоген (енергетичні резерви організму, надлишки глюкози, при надходженні в кров, відкладаються про запас організмом у вигляді глікогену)

крохмаль12.jpg

4) Волокнисті, або незасвоювані, вуглеводи, що визначаються як харчова клітковина.

Целюлоза (найпоширеніша органічна речовина на землі та вид клітковини)

За простою класифікацією вуглеводи можна поділити на прості та складні. У прості входять моносахариди та олігосахариди, у складні полісахариди та клітковина.

Основні функції.

Енергетична.

Вуглеводи є основним енергетичним матеріалом. При розпаді вуглеводів енергія, що вивільняється, розсіюється у вигляді тепла або накопичується в молекулах АТФ. Вуглеводи забезпечують близько 50 - 60% добового енергоспоживання організму, а за м'язової діяльності на витривалість - до 70%. При окисненні 1 г вуглеводів виділяється 17 кДж енергії (4,1 ккал). Як основне енергетичне джерело в організмі використовується вільна глюкоза або запасені вуглеводи у вигляді глікогену. Є основним енергетичним субстратом мозку.

Пластичний.

Вуглеводи (рибоза, дезоксирибоза) використовуються для побудови АТФ, АДФ та інших нуклеотидів, а також нуклеїнових кислот. Вони входять до складу деяких ферментів. Окремі вуглеводи є структурними компонентами клітинних мембран. Продукти перетворення глюкози (глюкуронова кислота, глюкозамін та ін.) входять до складу полісахаридів та складних білків хрящової та інших тканин.

Запас поживних речовин.

Вуглеводи накопичуються (запасаються) у скелетних м'язах, печінці та інших тканинах у вигляді глікогену. Систематична м'язова діяльність призводить до збільшення запасів глікогену, що збільшує енергетичні можливості організму.

Специфічна.

Окремі вуглеводи беруть участь у забезпеченні специфічності груп крові, виконують роль антикоагулянтів (що викликають згортання), будучи рецепторами ланцюжка гормонів або фармакологічних речовин, надаючи протипухлинну дію.

Захисна.

Складні вуглеводи входять до складу компонент імунної системи; мукополісахариди знаходяться в слизових речовинах, які покривають поверхню судин носа, бронхів, травного тракту, сечостатевих шляхів та захищають від проникнення бактерій та вірусів, а також від механічних пошкоджень.

Регуляторна.

Клітковина їжі не піддається процесу розщеплення в кишечнику, проте активує перистальтику кишечника, ферменти, що використовуються у травному тракті, покращуючи травлення та засвоєння поживних речовин.

Визначення

Вуглеводи– це природні сполуки, що мають склад C$_n$(H$_2$O)$_m$. Виняток - дезоксирибоза С$_5$Н$_(10)$О$_4$.

Слід зазначити, що молекулярна формула C$_n$(H$_2$O)$_m$ може описувати інші класи сполук.

Вуглеводи входять до складу всіх живих організмів, вони становлять близько 80% сухої маси рослин, а полісахарид целюлоза є найпоширенішою органічною речовиною на Землі.

У рослинах і тваринах вуглеводи виконують різноманітні функції: служать джерелом енергії, є "будівельним матеріалом" клітинних стінок рослин, визначають захисні властивості ссавців (поряд з білками). Вуглеводи служать вихідними речовинами для паперу, штучних волокон, вибухових речовин та інших. Багато вуглеводи знаходять застосування у медицині.

Серед найбільш відомих вуглеводів можна виділити такі (на рисунках наведені структурні формули вуглеводів та їх джерела (для "а", "б", "в") або їх використання ("г")):

а) глюкоза – моносахарид, виноградний цукор.

б) цукроза- дисахарид, тростинний цукор.

в) крохмаль - полісахарид, що синтезується різними рослинами в хлоропластах, під дією світла при фотосинтезі, основна поживна речовина в клітинах рослин.

г) целюлоза - полісахарид, основна складова клітинних оболонок всіх вищих рослин.

КЛАСИФІКАЦІЯ ВУГЛЕВОДІВ.

Історично до вуглеводів відносять речовини дуже різноманітної будови - від низькомолекулярних, побудованих лише з кількох атомів вуглецю (найчастіше з п'яти чи шести), до полімерів з молекулярною масою кілька мільйонів.

Останні, звані полісахаридами, в результаті повного гідролізу утворюють простіші з'єднання - моносахариди. Проміжну групу складають олігосахариди, Що включають відносно невелику кількість мономерних ланок.

Визначення 1

Моносахариди - мономери, із залишків яких складаються вуглеводи складнішої будови. Моносахариди не піддаються гідролізу.

Визначення 2

Олігосахариди - олігомери, що містять від 2 до 10 моносахаридних залишків.

Визначення 3

Полісахариди – полімери, що включають до кількох тисяч моносахаридних ланок

Моносахариди (наприклад, глюкоза, фруктоза, галактоза та інших.) відносять до групи речовин, котрим питання будови важливий як жодного іншого класу сполук. Отже, моносахариди можна класифікувати за:

I. За кількістю атомів вуглецю в ланцюзі

тріозу - три атоми вуглецю

тетроза - чотири атоми вуглецю в ланцюзі

пентоза - п'ять атомів вуглецю в ланцюзі

гексоза - шість атомів вуглецю в ланцюзі

ІІ. За типом карбонільної групи

альдоза - містить альдегідну групу ($-C(O)H$)

кетоз - містить кето-групу ($-C(O)-$)

ІІІ. По конфігурації останнього хірального атома вуглецю

вуглеводи D-ряду

вуглеводи L-ряду

Розмаїття моносахаридів пов'язане головним чином із стереохімічними відмінностями. Наприклад, у молекулах пентоз або гексоз міститься від 2-х до 4-х хіральних (асиметричних) атомів вуглецю, тому одній і тій же структурній формулі відповідає кілька ізомерів.

Визначення

Хіральний (або асиметричний ) атом вуглецю - атом вуглецю в $sp^3$-гібридизації, який має чотири різні заступники. З'єднання з хіральним атомом вуглецю (хіральним центром) мають оптичну активність, тобто. здатністю речовини у розчині обертати площину поляризованого світла.

Для позначення просторової будови моносахаридів історично використовується D,L-система.

Положення гідроксильної групи у останнього центру хіральності праворуч свідчить від належності моносахариду до D-ряду, ліворуч - до L-ряду, наприклад.

Хімічні властивості моносахаридів обумовлені наявністю:

• карбонільної групи (ациклічна форма моносахариду)
• напівацетального гідроксилу (циклічна форма моносахариду)
• спиртових ВІН груп

Відновлення

• Продукти відновлення: багатоатомні спирти гліцити
• Відновник: NaBH 4 або каталітичне гідрування.

Гліцити використовуються як замінники цукру.

При відновленні альдоз відбувається "рівняння" функціональних груп на кінцях ланцюга. В результаті деяких альдоз (еритрози, рибози, ксилози, алози, галактози) утворюються оптично неактивні мезо-сполуки, наприклад. При відновленні кетоз з карбонільної групи виникає новий хіральний центр і утворюється суміш нерівних кількостей діастереомерних спиртів (епімерів С2):

Ця реакція доводить, що D-фруктоза, D-глюкоза та D-манноза мають однакові конфігурації хіральних центрів С2, С3 та С4.

Окислення

Окислення можуть піддаватися:

• карбонільна група
• обидва кінці вуглецевого ланцюга (карбонільна група та гідроксогрупа у шостого атома вуглецю)
• гідроксогрупа у шостого атома вуглецю незалежно від карбонільної

Вид окиснення залежить від природи окисника.

М'яке окиснення. Гліконові кислоти

• Окислювач: бромна вода
• Що окислюється: карбонільна група альдоз. Кетози в цих умовах не окислюються і можуть бути виділені таким чином з сумішей з альдозами.
• Продукти окиснення: гліконові кислоти (з ациклічних моносахаридів), п'яти- та шестичленні лактони (з циклічних).

Відновлювальні моносахариди. Якісна реакція на альдегідну групу

• Окислювач: катіони металів Ag + (OH - реактив Толенса) та Cu 2+ (комплекс Cu 2+ з тартрат-іоном - реактив Фелінга) у лужному середовищі
• Що окислюється: карбонільна група альдоз та кетоз
• Продукти окиснення: гліконові кислоти та продукти деструктивного розпаду

Альдоза + + → гліконова кислота + Ag + продукти деструктивного окиснення

Альдоза + Cu 2+ → гліконова кислота + Cu 2 O + продукти деструктивного окиснення

Вуглеводи, що відновлюють- вуглеводи, здатні відновлювати реактиви Толенса та Фелінга. Кетози виявляють відновлювальні властивості за рахунок ізомеризації в лужному середовищі в альдози, які взаємодіють далі з окислювачем. Процес перетворення кетози на альдозу відбувається в результаті енолізації. Енол, що утворюється з кетози, є загальним для неї і 2-х альдоз (епімерів по С-2). Так, у слаболужному розчині в рівновазі з D-фруктозою знаходяться ендіол, D-глюкоза та D-манноза.

Епімеризація- взаємоперетворення між альдозами, епімерами по С2 у лужному розчині.

Жорстке окиснення. Глікарові кислоти

• Окислювач: розведена азотна кислота.
• Що окислюється: обидва кінці вуглецевого ланцюга. Окислення кетоз азотною кислотою протікає із розщепленням С-З зв'язків.
• Продукти окиснення: глікарові кислоти.

При утворенні глікарових кислот відбувається “рівняння” функціональних груп на кінцях ланцюга і з деяких альдоз утворюються мезо-сполуки.

Ферментативне окиснення в організмі. Глікуронові кислоти

• Окислювач: ферменти в організмі В лабораторних умовах для захисту карбонільної групи проводять багатостадійний синтез.
• Що окислюється: гідроксогрупа у шостого атома вуглецю незалежно від карбонільної
• Продукти окиснення: глікуронові кислоти.

Глікуронові кислоти входять до складу полісахаридів (пектинові речовини, гепарин). Важлива біологічна роль D-глюкуронової кислоти полягає в тому, що багато токсичних речовин виводяться з організму з сечею у вигляді розчинних глюкуронідів.

Реакції напівацетального гідроксилу. Глікозиди

Моносахариди здатні приєднувати сполуки різної природи з утворенням глікозидів. Глікозід- молекула, в якій залишок вуглеводу пов'язаний з іншою функціональною групою за допомогою глікозидного зв'язку.

У присутності кислот моносахариди взаємодіють із сполуками, що містять гідроксогрупу. В результаті утворюються циклічні ацеталі -.

Будова глікозидів

Молекула глікозиду складається з двох частин - вуглеводна компонента аглікон:

За типом зв'язку вуглеводного залишку та аглікону розрізняють:

За розміром циклу глікозиди:

• піранозиди
• фуранозиди

За природою вуглеводу:

• глюкозиди (ацеталі глюкози)
• рибозиди (ацеталі рибози)
• фруктозиди (ацеталі фруктози)

За природою аглікону:

• фенологлікозиди
• антрахінонові глікозиди

Одержання глікозидів

Поширений спосіб отримання глікозидів - пропускання газоподібного хлороводню (каталізатор) через розчин моносахариду в спирті:

Гідроліз глікозидів

Глікозиди легко гідролізуються в кислому середовищі, стійкі до гідролізу в слаболужному середовищі. Фуранозиди через напруженість циклу гідролізуються легше за піранозиди. В результаті гідролізу глікозидів утворюється відповідне гідроксомістке з'єднання (спирт, фенол і т. д.) і моносахарид.

Освіта простих ефірів

При взаємодії спиртових гідроксогруп з алкілгалогенід утворюються прості ефіри. Прості ефіри стійкі до гідролізу, а глікозидний зв'язок гідролізується в кислому середовищі:

Утворення складних ефірів

Моносахариди вступають у реакцію ацилювання з ангідридами органічних кисень. Внаслідок цього утворюються складні ефіри. Складні ефіри гідролізуються як у кислому, так і в лужному середовищах:

Дегідратація

Дегідратація вуглеводів відбувається при нагріванні з мінеральними кислотами.

Реакції глюкози за спиртовими групами

Глюкоза взаємодіє з карбоновими кислотами чи їх ангідридами з утворенням складних ефірів. Наприклад, з ангідридом оцтової кислоти:

Як багатоатомний спирт глюкоза реагує з гідроксидом міді(II) з утворенням яскраво-синього розчину глікозиду міді(II):

Реакції глюкози за альдегідною групою

Реакція «срібного дзеркала»:

Окислення глюкози гідроксидом міді(II) при нагріванні в лужному середовищі:

При дії бромної води глюкоза також окислюється в глюконову кислоту.

Окислення глюкози азотною кислотою призводить до двоосновної цукрової кислоти:

Відновлення глюкози в шестиатомний спирт сорбіт:

Cорбіт міститься у багатьох ягодах та фруктах.

Три види бродіння глюкози
під дією різних ферментів

Спиртове бродіння:

Молочнокисле бродіння:

Маслянокисле бродіння:

Реакції дисахаридів

Гідроліз сахарози в присутності мінеральних кислот (Н 2 SO 4 НСl Н 2 СО 3):

Окислення мальтози (дисахариду, що відновлює), наприклад реакція «срібного дзеркала»:

Реакції полісахаридів

Гідроліз крохмалю у присутності кислот чи ферментів може протікати східчасто. У різних умовах можна виділити різні продукти – декстрини, мальтозу чи глюкозу:

Крохмаль дає синю фарбування з водним розчином йоду. При нагріванні фарбування зникає, а при охолодженні знову з'являється. Йодкрохмальна реакція є якісною реакцією крохмалю. Вважають, що йодистий крохмаль є сполукою включення-впровадження йоду у внутрішні канальці молекул крохмалю.

Гідроліз целюлози у присутності кислот:

Нітрування целюлози концентрованою азотною кислотою у присутності концентрованої сірчаної кислоти. З трьох можливих нітроефірів (моно-, ди- та тринітроефірів) целюлози в залежності від кількості азотної кислоти та температури проведення реакції утворюється переважно один з них. Наприклад, утворення тринітроцелюлози:

Тринітроцелюлозу, звану піроксилином, Застосовують у виробництві бездимного пороху.

Ацетилювання целюлози реакцією з оцтовим ангідридом у присутності оцтової та сірчаної кислот:

З тріацетилцелюлози отримують штучне волокно. ацетатне.

Целюлоза розчиняється в медноаміачному реактиві - розчині (OH) 2 в концентрованому аміаку. При підкисленні такого розчину у спеціальних умовах одержують целюлозу у вигляді ниток.
Це – мідноаміачне волокно.

При дії на целюлозу лугу і потім сірковуглецю утворюється ксантогенат целюлози:

З лужного розчину такого ксантогенату одержують целюлозне волокно. віскозна.