углеводы и гетерополисахариды

Углеводы и гетерополисахариды Konstantin GERMAN - Chair Head of Natural Sciences, Medical University REAVIZ - www.reaviz.ru

Углеводы (сахара, сахариды) — органические вещества, содержащие карбонильную группу и несколько гидроксильных групп. Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом 1844 году. Появление такого названия связано с тем, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды.

Простые и сложныеУглеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей

всех живых организмов представителей растительного и животного мира, составляя (по массе) основную часть органического вещества на Земле.

Источником углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями.

По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на две группы:

простые (моносахариды) и сложные (дисахариды и полисахариды).

Простые углеводы легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях.

Сложные углеводы, в отличие от простых, способны гидролизоваться с образованием моносахаридов, мономеров.

Сложные углеводы являются продуктами поликонденсации простых

сахаров (моносахаридов), а в процессе гидролитического расщепления образуют сотни и тысячи молекул моносахаридов.

Моносахариды Моносахариды являются

гетеро-функциональными соединениями.

В их молекулах одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения – полигидроксиальде-гиды и полигидрокси-кетоны.

В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моно-сахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а фруктоза – это кетоза.

(глюкоза (альдоза)) 

(фруктоза (кетоза))

Физические свойства Моносахариды – твердые

вещества, легко растворимые в воде, плохо – в спирте и совсем нерастворимые в эфире.

Водные растворы имеют нейтральную реакцию на лакмус.

Большинство моносахаридов обладают сладким вкусом, однако меньшим, чем свекловичный сахар. 

Химические свойства Моносахариды проявляют

свойства спиртов и карбонильных соединений.

Дисахариды Дисахари́ды (от di — два, sacchar — сахар) — сложные органические соединения, одна из основных групп углеводов, при гидролизе каждая молекула распадается на две молекулы моносахаридов, являются частным случаем олигосахаридов.

По строению дисахариды представляют собой гликозиды, в которых две молекулы моносахаридов соединёны друг с другом гликозидной связью, образованной в результате взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

В зависимости от строения дисахариды делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.

Например, в молекуле мальтозы у второго остатка моносахарида (глюкозы) имеется свободный полуацетальный гидроксил, придающий данному дисахариду восстанавливающие свойства.

Дисахариды Оба ряда дисахаридов

проявляют свойства многоатомных спиртов, а именно образуют растворимые сахараты с гидроксидом меди, и, как все сложные углеводы, гидролизуются в присутствии минеральных кислот или под действием ферментов (природных катализаторов биохимических процессов).

При нагревании растворов сахарозы в кислой среде или под действием фермента β-фруктофуранозидазы она гидролизуется, образуя смесь равных количеств глюкозы и фруктозы, которая называется инвертным сахаром. Схема гидролиза приведена на рисунке:

В природе в свободном виде наиболее распространена D-

глюкоза (C6H12O6) — структурная единица многих

дисахаридов (мальтозы, сахарозы и лактозы) и полисахаридов

(целлюлоза, крахмал).

О́лигосахари́ды (от греч. ὀλίγος — немногий) — углеводы, молекулы которых синтезированы из 2 — 10 остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями.

Соответственно различают: дисахариды, трисахариды и так далее.

Олигосахариды, состоящие из одинаковых моносахаридных остатков, называют гомополисахаридами, а из разных — гетерополисахаридами.

Наиболее распространены среди олигосахаридов дисахариды.

Среди природных трисахаридов наиболее распространена рафиноза — невосстанавливающий олигосахарид, содержащий остатки фруктозы, глюкозы и галактозы — в больших количествах содержится в сахарной свёкле и во многих других растениях.

О́лигосахари́ды

Многие олигосахариды - это твёрдые кристаллические вещества или некристаллизующиеся сиропы, белого цвета или бесцветные, хорошо растворимые в воде, мало растворимые в низших спиртах и практически нерастворимые в других обычных растворителях, за исключением диметилформамида, формамида и диметилсульфоксида. При повышенных температурах низшие олигосахариды растворимы в уксусной кислоте и пиридине.

Некоторые высшие неразветвлённые регулярные олигосахариды типа целлодекстринов с трудом растворяются в воде, причём с ростом молекулярного веса их растворимость быстро падает. Многие олигосахариды имеют сладкий вкус

Физические свойства

Полисахари́ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов. С точки зрения общих принципов сроения в группе полисахаридов возможно различить гомополисахариды, синтезированные из однотипных моносахаридных единиц и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или нескольких типов мономерных остатков.

Полисахари́ды

Гликаны Гликаны — полисахариды или олигосахариды, полимеры, состоящие из

моносахаридных звеньев, соединенных O-гликозидными связями. Например, целлюлоза представляет собой гликан (или, более конкретно, глюкан), состоящий из бета-1,4-связанной D-глюкозы, а хитин представляет собой гликан, состоящий из бета-1,4-связанного N-ацетил-D-глюкозамина.

Гликаны, в состав которых входят одинаковые углеводные звенья (гомополисахариды), называются гомогликанами, если цепь образована различными углеводными звеньями (гетерополисахариды) — гетерогликанами.

Названия гомогликанов образуются заменой суффикса -оза моносахарида, входящего в его состав, на суффикс -ан, например, глюканы (целлюлоза, крахмал), фруктаны (инулин), маннаны, арабинаны и т. п.[1]. Гликаны могут быть как линейными, так и разветвленными.

Термин «гликан» часто используется для обозначения углеводной части гликоконъюгатов — соединений, в которых гликан ковалентно связан с белковой цепью (гликопротеины или протеогликаны) либо с липидным остатком (гликолипиды).

Физико-химические свойства. Полисахариды - аморфные, редко кристаллические, высокомолекулярные соединения с молекулярной массой от 2 тыс. до нескольких миллионов. Как правило, природные полисахариды представляют собой смесь полимергомологов. Они легко образуют межмолекулярные связи. Молекулы полисахаридов высоко полярны вследствие большого количества свободных гидроксильных групп. Благодаря этому они нерастворимы в спирте и органических растворителях. Линейные гомогликаны (ксиланы, маннаны, целлюлоза, хитин) нерастворимы в воде вслед ствие прочных межмолекулярных связей. Сложные разветвленные поли сахариды или растворяются в воде (гликоген, декстраны), или образуют гели (агар-агар, пектин, альгинаты). Растворы полисахаридов оптически активны.

Основной функциональной группой полисахаридов является гидроксильная группа, которая может этерифицироваться и окисляться. Карбоксильные группы уроновых кислот могут быть этерифицированными, восстановленными, аминогруппы аминосахаров - ацилированны-ми. Полисахариды образуют комплексы с металлами и низкомолекуляр ными органическими соединениями. Эти свойства, а также способность удерживать большое количество воды, придают полисахаридам важные биологические свойства энтеросорбентов и детоксикантов.

Гетерополисахариды Одним из гетерополисахаридов глюкозамина является гепарин,

препятствующий свёртыванию крови. Его молекула состоит из остатков глюкуроновой кислоты и α-D-глюкозамина в форме двойного производного серной кислоты. 

Гиалуроновая кислота, важнейшее вещество соединительной ткани, содержит в составе N-ацетил-β-D-глюкозамин и β-D-глюкуроновую кислоту в соотношении 1:1, распадаясь при гидролизе на глюкозамин, глюкуроновую и уксусную кислоты.

В её углеводной цепи аминосахар соединён с кислотой β-1,4-связью, а кислота с аминосахаром — β-1,3-гликозидной связью.

Из остатков N-ацетил-β-D-глюкозамина, соединённых β-1,4-гликозидными связями, построен гомополисахарид хитин, входящий в состав покровных тканей членистоногих и клеточных оболочек грибов.

Мураминовая кислота (3-0-α-карбоксиэтил-D-глюкозамин) является сложным эфиромглюкозамина и молочной кислоты и наряду с N-ацетилмураминовой кислотой входит в состав оболочек некоторых бактерий.

Гетерополисахариды Гетерогликаны - если цепь образована различными углеводными

звеньями (гетерополисахариды)  Галактоманнаны — группа гетерополисахаридов, молекулы

которых состоят из остатков галактозы и маннозы в разных соотношениях, при этом манноза образует

Гемицеллюлозы (ГМЦ) — растительные гомо- и гетерополисахариды с меньшей, чем у целлюлозы, молекулярной массой (10000—40000), состоящие из остатков разных

Аминосахара - состав различных гетерополисахаридов, играющих важную физиологическую роль в организме животных и человека. Одним из гетерополисахаридов глюкозамина является

Фукоидан (fucoidan) — сульфатированный гетерополисахарид, обнаруженный в составе бурых водорослей и некоторых иглокожих. Известно о противоопухолевых [1] [2] [3], иммуномодулирующих [4] [5], антибактериальных [6] [7], антивирусных [8] [9], противовоспалительных и других свойствах фукоиданов. По этой причине фукоиданы можно отнести к так называемым «поливалентным биомодуляторам».

Аминосахара́ — производные углеводов, образованные замещением одной или нескольких гидроксильных групп на

аминогруппу. В случае непосредственного присоединения аминогруппы к гликозидному атому

углерода такие соединения называются гликозиламинами или N-гликозидами. Важнейшими представителями аминосахаров являются глюкозамин, или хитозамин

(2-дезокси-2-амино-D-глюкоза) и галактозамин, или хондрозамин (2-дезокси-2-амино-D-галактоза). Они входят в состав различных гетерополисахаридов, играющих важную физиологическую роль в организме животных и человека.

Одним из гетерополисахаридов глюкозамина является гепарин, препятствующий свёртыванию крови. Его молекула состоит из остатков глюкуроновой кислоты и α-D-глюкозамина в форме двойного производногосерной кислоты. 

Гиалуроновая кислота, важнейшее вещество соединительной ткани, содержит в составе N-ацетил-β-D-глюкозамин и β-D-глюкуроновую кислоту в соотношении 1:1, распадаясь при гидролизе на глюкозамин, глюкуроновую и уксусную кислоты. В её углеводной цепи аминосахар соединён с кислотой β-1,4-связью, а кислота с аминосахаром — β-1,3-гликозидной связью.

Из остатков N-ацетил-β-D-глюкозамина, соединённых β-1,4-гликозидными связями, построен гомополисахарид хитин, входящий в состав покровных тканей членистоногих и клеточных оболочек грибов. Мураминовая кислота (3-0-α-карбоксиэтил-D-глюкозамин) является сложным эфиромглюкозамина и молочной кислоты и наряду с N-ацетилмураминовой кислотой входит в состав оболочек некоторых бактерий.

Гиалуроновая кислотаНесульфированный гликозаминогликан, входящий в состав соединительной , эпители-альной и нервной тканей. Гиалуроновая кислота представляет собой поли-(2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюко)-D-глюкуроногликан, то есть полимер, состоящий из остатков D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамина, соединённых поочерёдно β-1,4- и β-1,3-гликозидными связями (см. рисунок).Молекула гиалуроновой кислоты может содержать до 25 000 таких дисахаридных звеньев. Природная гиалуроновая кислота имеет молекулярную массу от 5 000 до 20 000 000 Да. Средняя молекулярная масса полимера, содержащегося в синовиальной жидкости у человека составляет 3 140 000 Да.

Является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса, содержится во многих биологических жидкостях (слюне, синовиальной жидкости и др.). Принимает значительное участие в пролиферации и миграции клеток.

Гиалуроновая кислота

http://womanlips.ru/metody/uvelichenie-gub-gialuronovoj-kislotoj.html

Виды гиалуроновой кислотыПостоянные препараты – это смесь гиалуроновой кислоты и синтетики. Они живут под кожей около пяти лет.Временные препараты – это и есть непосредственно гиалуроновая кислота. Срок её действия около 12 месяцев. Этот препарат является наиболее безопасным. Так как гиалуроновая кислота и так содержится в человеческой коже.Эффект от введения гиалуроновой кислоты : губы становятся пухлыми, мимические морщины исчезают, область рта выглядит моложе. Длительность таких явлений — 6 -12 месяцев, что зависит от качества проведения процедуры и особенностей организма (скорости обмена веществ, гормонального фона).Со временем гели рассасываются, не приводя к формированию шрамов, рубцов или каких-либо других последствий.

Хондроитин

полимерные сульфатированные гликозаминогликаны. Являются специфическими компонентами хряща. Вырабатываются хрящевой тканью суставов, входят в состав синовиальной жидкости.

Необходимым строительным компонентом хондроитинсульфата является глюкозамин, при недостатке глюкозамина в составе синовиальной жидкости образуется недостаток хондроитинсульфата, что ухудшает качествосиновиальной жидкости и может вызвать хруст в суставахХондроитина сульфат замедляет резорбцию костной ткани и снижает потерю Ca2+. Улучшает фосфорно-кальциевый обмен в хрящевой ткани, ускоряет процессы ее восстановления

Биополиме́ры – общее понятие 

Класс полимеров, встречающихся в природе в естественном виде, входящие в состав живых организмов: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, лигнин.

Биополимеры состоят из одинаковых (или схожих) звеньев — мономеров.

Мономеры белков — аминокислоты, нуклеиновых кислот — нуклеотиды, в полисахаридах — моносахариды.

Выделяют два типа биополимеров — регулярные (некоторые полисахариды) и нерегулярные (белки, нуклеиновые кислоты, некоторые полисахариды).

Хитин

Альмидон

Амилоза

АМИЛОПЕКТИН

Гликоген

Гетерополисахариды — производные галактозамина

относятся хондроитинсульфаты А, В и С, состоящие из глюкуроновой кислоты и N-ацетилгалактозаминсульфата, остатки которых соединены β-1,3 и β-1,4-гликозидными связями. Хондроитинсульфаты А и С различаются положением сульфатных групп, а в молекуле хондроитинсульфата В D-глюкуроновая кислота замещена на изомерную α-идуроновую кислоту.

Аминосахара и их метилпроизводные являются составной частью молекул ряда антибиотиков: D-гулозамин (2-амино-2-дезокси-D-гулоза) — стрептомицина, дезозамин (3-диметиламино-3,4,6-тридезокси-D-глюкоза) — эритромицина, микаминоза (3-диметиламино-3,6-дидезокси-D-глюкоза — карбомицина и т. д.). Из гликолипидов микроорганизмов выделен N-ацетилфукозамин[1].

Нейраминовая кислота, или нонулозаминовая кислота, образуется из аминосахара маннозамина путём его конденсации с пировиноградной кислотой.

Очень реакционноспособна благодаря большому количеству функциональных групп, поэтому её содержание в организме в свободном виде невелико. Входит в состав гликопротеинов крови, гликолипидов мозга, других веществ соединительной ткани.

Её N-ацетильные производные носят название сиаловых кислот и содержатся в секрете слюнных желёз, слизях, в мембранах митохондрий, где принимают участие в процессах мембранной проницаемости.

Галактоманнаны

 — группа гетерополисахаридов, молекулыкоторых состоят из остатков галактозы и маннозы в разных соотношениях, при этом манноза образует скелет с присоединёнными боковыми остатками галактозы. По назначению представляют собой запасные углеводы, составляют основную частьэндосперма семян некоторых растений семейства бобовых, из которых и извлекаются (соответствующие товарные продукты неправильно относят к камедям).

В зависимости от соотношения «галактоза : манноза» различают: «камедь пажитника сенного» (~ 1 : 1) гуаран (гуар, «гуаровая камедь» ~ 1 : 2); пищевая добавка Е412 «камедь тара» (камедь тары, цезальпинии колючей ~ 1 : 3); пищевая добавка

Е417 «камедь рожкового дерева» (~ 1 : 4); пищевая добавка Е410 Технический продукт представляет собой измельченный эндосперм (мука) семян

соответствующей культуры, лишённых зародышей и семенной кожуры. Содержит от 60 до 80 % собственно галактоманнанов (остальное — влага, белки, жиры, минеральные вещества). Для специальных применений его подвергают очистке химическими методами.

Спасибо за внимание