Углеводы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство общего и профессионального образования РФ

БашГУ

Биологический факультет

РЕФЕРАТ ПО БИОХИМИИ

на тему:

«УГЛЕВОДЫ»

Выполнила: студентка 2 курса

Кливаденко Е.В.

Проверила: д.б.н., профессор

Ямалеева А.А.

Уфа 2007

Содержание

Введение

1. Функции углеводов

2. Классификация углеводов

2.1 Моносахариды

2.2 Олигосахариды

2.3 Полисахариды (гликаны)

3. Гликолиз - центральный путь катаболизма глюкозы

4. Брожение, связь с гликолизом

Заключение

Литература

Введение

Углеводы -- важный класс природных веществ -- встречаются повсеместно в растительных, животных и бактериальных организмах.

В биосфере на долю углеводов приходится больше, чем всех других органических соединений вместе взятых. В растениях они составляют 80--90% из расчета на сухое вещество; в животном организме на их долю приходится 2% массы тела. Однако значение углеводов велико для всех видов живых организмов.

Углеводы включают соединения, начиная от низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Их делят на три класса в зависимости от числа остатков сахаров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды, или простые сахара, содержат только одну структурную единицу. Моносахариды -- это полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны.

Олигосахариды состоят из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов, соединенных D-гликозидными связями.

Полисахариды являются высокомолекулярными веществами, состоящими из остатков моносахаридов, соединенных D-гликозидными связями, со степенью полимеризации выше 10.

1. Функции углеводов

Для большинства организмов природные углеводы выполняют две основные функции:

· являются источником углерода, который необходим для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов и др.;

· обеспечивают до 70% потребности организма в энергии. При окислен 1 г углеводов выделяется =16,9 кДж энергии.

Другими функциями углеводов являются следующие:

· Резервная. Крахмал и гликоген представляют собой форму хранения питательных веществ, выполняя функцию временного депо глюкозы.

· Структурная. Целлюлоза и другие полисахариды растений образуют прочный остов; в комплексе с белками и липидами они входят в состав биомембран всех клеток.

· Защитная. Кислые гетерополисахариды выполняют роль биологического смазочного материала, выстилая трущиеся поверхности суставов, слизистой пищеварительных путей, носа, бронхов, трахеи и др.

· Особое значение имеет специфическая функция углеводов -- участие в образовании гибридных (комплексных) молекул, а именно гликопротеинов и гликолипидов.

Так, гликопротеины служат маркерами в процессах узнавания молекулами и клетками друг друга, определяют антигенную специфичность, обусловливают различия групп крови, выполняют рецепторную, каталитическую и другие функции.

2. Классификация углеводов

Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды

Принципы классификации моносахаридов:

· по числу углеродных атомов, входящих в состав молекулы: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы и т. д.;

· по характеру карбонильной группы: альдозы и кетозы, в зависимости от наличия в них альдегидной или кетонной групп;

· по наличию других групп, кроме карбонильной и гидроксильной:

- нейтральные сахара, содержащие только карбонильную и гадроксильную группы;

- аминосахара, содержащие вместо гидроксигруппы аминогруппу, обусловливающую основность этих веществ;

- кислые сахара, содержащие помимо карбонильных и гидроксигрупп еще и карбоксильную.

Олигосахариды классифицируют:

· в зависимости от числа моносахаридных фрагментов, входящих в олигосахариды: дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д.;

· по составу моносахарвдных остатков:

- гомоолигосахариды, состоящие из остатков одного вида моносахарида;

- гетероолигосахариды, состоящие из остатков разных сахаров;

· в зависимости от порядка соединения мономеров:

- линейные и разветвленные;

· восстанавливающие и невосстанавливающие.

Полисахариды с точки зрения общих принципов строения можно разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Первая группа характеризуется наличием в составе молекулы только одного вида моносахарида; для второй группы характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.

С точки зрения их функционального назначения - на структурные и резервные.

2.1 Моносахариды

Строение и номенклатура

В основу номенклатуры cахаров положены тривиальные названия моносахаридов состава С_nН_2nО_n с прямой цепью углеродных атомов: ксилоза, рибоза, глюкоза, фруктоза и др. Наименованиям кетоз придается окончание -улоза, например кетоза С₅-пентулоза. Всем моносахарам присуща конфигурационная (оптическая) изомерия, т. е. они существуют в двух энантиомерных формах: D и L. Принадлежность моносахаридов к D- или L-ряду определяется по расположению ОН-группы у последнего (считая от альдегидной 1-ми кетогруппы) хирального атома углерода. В качестве стандарта сравнения конфигурации асимметрического атома углерода предложено использовать изомер глицеринового альдегида. Названный D-глицериновым альдегидом изомер вращает плоскость поляризованного света вправо, а его зеркальное отражение антипод --L-глицериновый альдегид -- влево:



Все моносахариды, которые теоретически могут быть получены из D-глицеринового альдегида путем последовательного удлинения его цепи со стороны альдегидной группы, называют D -сахарами, независимо от конфигураций остальных атомов углерода, а полученные таким же способом из L-глицеринового альдегида-L-сахарами:

D(+)-глюкоза L(-)-глюкоза D(-)-фруктоза L(+)-фруктоза

Некоторые моносахариды, например фруктоза, отнесенные к D-ряду, являются левовращающими, а представители L-ряда -- правовращающими. Чтобы указать и принадлежность сахара к D- или L-ряду, и направление вращения плоскости поляризации, после символов D или L перед названием моносахарида в скобках ставят знак (+) или (--), обозначающий соответственно правое или левое вращение.

В живых организмах моносахариды присутствуют преимущественно в D-конфигурации, которую называют природной. Исключение составляет L-арабиноза бактерий, L-рамноза и L-сорбоза растений.

D-альдозы содержащие от С-3 до С-6 углеродных атомов:



У альдоз, начиная с п = 4, и кетоз -- с п = 5 имеется несколько хиральных центров, т. е. существует ряд диастереомеров, представляющих собой разные по химическим свойствам соединения, причем каждый из диастереомеров может существовать в L - и D - конфигурации. Так, число стереомеров альдогексоз с четырьмя хиральными центрами равно 2⁴, т. е. шестнадцати. Последние можно сгруппировать в восемь пар энантиомеров в D- и L- изомерах, имеющих одинаковые химические и физические свойства и отличающихся только направлением вращения плоскости поляризованного света.

Карбонильные группы моносахаридов с длиной цепи п = 5 и более могут вступать во взаимодействие со спиртовыми группами с образованием циклической полуацетали, или полукетали, которые называются соответственно фуранозными или пиранозными по аналогии с известными соединениями фураном или пираном:

При этом в молекуле пентоз или гексоз появляется еще один хиральный центр и новая пара изомеров --б- и в-аномеры, отличающиеся расположением гид-роксильной группы при полуацетальном атоме углерода относительно плоскости кольца: у б-аномера гидроксильная и СН₂ОН-группы находятся по разные плоскости кольца, а у в-аномера -- по одну его сторону. Таким образом, гексоза образует четыре циклические формы (б- и в-фуранозную и б - и в -пиранозную), находящиеся в растворе в динамическом равновесии с ациклической формой. В водном растворе все эти формы способны взаимно превращаться друг в друга.

Пиранозные формы гексоз и пентоз значительно более устойчивы, чем фу- ранозные, поэтому в растворе всегда существенно преобладают первые, б - и в-Формы моносахаридов, обладающие разной величиной оптического вращения, в процессе растворения в воде взаимно переходят друг в друга, поэтому удельное вращение [б]_D в свежеприготовленных растворах моносахаридов изменяется в течение времени до определенной величины. Это явление получило название муторотации (от лат.multirotatia- много вращений). Так, при растворении в воде б-D-глюкозы ([б]_D²⁰ = +112,2°) и в-D-глюкозы ([б]_D²⁰ = +18,7°) удельное вращение меняется до установления равновесия (36% б-формы, 64% в-формы и следы нециклической формы), в момент которого оно достигает +52,7°.

В настоящее время для написания структурных формул моносахаридов чаще всего используются проекционные формулы, предложенные У. Хеуорсом. Следует помнить, что при написании структурных формул, по Хеуорсу, гидроксильная группа при С₁ будет расположена ниже плоскости кольца в б -форме и выше в в-форме:

Однако эти формулы не отражают пространственного расположения атомов в молекуле сахаров. В природе пиранозное кольцо не является плоским и может возникнуть большое число конформаций: шесть в форме «лодки» и две в форме «кресла». Форма «кресла» является более устойчивой, и, по-видимому, она преобладает в большей части природных углеводов.

Ниже представлены две изомерные формы пиранозного кольца, изображенные с помощью конформационных формул («лодка» и «кресло»), а также формула б-D-глюкопиранозы, имеющая конформацию кресла:



Физико-химические свойства моносахаридов

Сахара -- полифункциональные соединения. В растворах сахаров можно обнаружить карбонильную группу, спиртовой и полуацетальный гидроксилы. Каждая из этих групп характеризуется определенными химическими реакциями, но все они вступают в реакции окисления--восстановления.

Окисление сахаров. При окислении альдоз образуется три класса кислот: альдоновые, альдаровые и альдуроновые. Альдоновые кислоты образуются при действии слабых окислителей или ферментативно при окислении альдегидной группы в положении С-1 в карбоксильную группу.

Кислоты,образующиеся при окислении D-глюкозы, представлены на следующей схеме:

D-глюконовая D- глюкаровая D-глюкуроновая

Так, при окислении С-1 глюкозы образуется глюконовая кислота, фосфо-рилированная форма которой является промежуточным метаболитом превращения глюкозы по механизму пентозофосфатного пути. При действии более сильных реагентов окисляется как альдегидная, так и первичная спиртовая группа у последнего углеродного атома и образуются дикарбоновые, или альдаровые, кислоты. Продуктами окисления D-глюкозы являются D-глюкаровая, или сахарная, кислота, а D-галактозы -- D-галактаровая, или слизевая; большого биологического значения кислоты этого класса не имеют.

Альдуроновые кислоты образуются при окислении только первичной спиртовой группы у С-6, а альдегидная группа остается неокисленной. В этом случае из D-глюкозы образуется D-глюкуроновая кислота, а из D-галактозы -- D-галактуроновая. Уроновые кислоты имеют большое биологическое значение. Так, многие из них входят в состав полисахаридов, а D-глюкуроновая кислота принимает участие в организме в обезвреживании билирубина и ряда ксенобиотиков, в том числе лекарственных веществ.

Восстановление моносахаридов. Подобно всем карбонильным соединениям, моносахариды легко восстанавливаются с образованием полиспиртов. Например, из D-глюкозы образуется спирт D-сорбит, из D-маннозы -- D-маннит, из D-ксилозы -- ксилит, из D-рибозы -- D-рибит:

D- сорбит D- манит D- ксилит D- рибит

Восстановление моносахаридов может осуществляться не только при действии восстановителей (газообразный водород, амальгама натрия и др.), но также в организме ферментативным путем. Образующиеся спирты имеют важное биологическое значение. Так, спирт рибитол входит в состав витамина B(рибофлавин) и ряда коферментов.

Возможно также восстановление одной из гидроксигрупп моносахаридов. Такие сахара называют дезоксисахарами. Примером их является D-2-дезоксирибоза, которая содержится в свободных дезоксирибонуклеотидах и молекуле ДНК.

Производные моносахаридов. Исключительно важной реакцией моносахаридов является образование гликозидов при взаимодействии активного полуацетального или полукетального гидроксила с гидроксильной группой другого соединения. Так, D-глюкоза дает с метанолом б- и в-метил-D-глюкопиранозиды.

Гликозиды метилированных сахаров, благодаря летучести в высоком вакууме, используются для газожидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Неуглеводная часть молекулы, т. е. группа, замещающая протон гидроксильной группы, называется агликоном.

Соединения, имеющие одну или несколько гликозидных связей, имеют большое значение в биохимии. Это основная связь, с помощью которой образуются олиго- и полисахариды. Таким образом, гликозидная связь в химии углеводов имеет такое же значение, какое в белковой химии имеет пептидная связь, а в химии нуклеиновых кислот -- фосфодиэфирная. В природе встречается большое разнообразие гликозидов. Многие из них применяют в пищевой промышленности и медицине:



сапонин

Важным классом гликозидов являются N-гликозиды, в которых связь с аг-ликоном осуществляется через азот, а не кислород. Посредством такой связи D-рибоза и 2-дезокси-D-рибоза соединяются с азотистыми основаниями в молекулах РНК, ДНК АТФ, НАД и др.

О-Ацильные производные моносахаридов. При замещении атомов водорода гидроксильных групп углеводов остатками кислот получаются вещества типа сложных эфиров. Особое значение в процессах метаболизма в организме имеют моно- и дифосфорнокислые эфиры моносахаридов как промежуточные метаболиты катаболизма, биосинтеза и взаимопревращения углеводов. При образовании фосфорных эфиров (донор фосфорильной группы АТФ) резко возрастает реакционная способность моносахаридов, их биохимическая активность.

Аминосахара. В этих соединениях гидроксильная группа у одного из углеродных атомов пиранозного кольца замещена аминогруппой. Широко распространены в растениях и животных б-D-глюкозамин и б-D-галактозамин, которые обычно встречаются в виде N-ацетильных производных:

N-ацетил-б-D-глюкозамин N-ацетил-б-D-галактозамин

углевод полисахарид гликолиз химический

Аминосахара и их производные входят в состав ряда структурных полиса- харидов. Так, N-ацетилмурановая кислота входит в состав клеточных стенок бактерий, а N-ацетилнейраминовая кислота -- в состав плазматических мемб- ран животных клеток. Все O- и N-ацильные производные нейраминовой кис- лоты имеют общее название -- сиаловые кислоты.

N-ацетилнейраминовая кислота N-ацетилмурановая кислота или сиаловая кислота

2.2 Олигосахариды

Из олигосахаридов в природе наиболее широко распространены дисахариды.

У восстанавливающих дисахаридов связь между мономерами осуществляется за счет спиртового и полуацетального гидроксилов. Таким образом, одно из моносахарвдных звеньев сохраняет свободный полуацетальный гидроксил, который определяет восстанавливающие свойства и все реакции, свойственные моносахаридам.

У невосстанавливающих дисахаридов гликозидная связь образована за счет полуацетальных гидроксилов обоих моносахаридов. Они не содержат свободного полуацетального гидроксила и не проявляют характерных реакций альдегидной группы. Например:

Современная номенклатура олигосахаридов основана на известных конфигурациях моносахаридов. Ниже приведены тривиальные названия дисахаридов и их наименования по номенклатуре, в соответствии с которой для восстанавливающих дисахаридов за основу принимается моносахаридный остаток со свободным полуацетальным гидроксилом, а все связанные с ним звенья считаются заместителями; у невосстанавливающих сахаров все соединение рассматривается как гликозид: мальтоза-4-O-(б-D-глюкопиранозил)-б(в)-D-глюкопираноза; целлобиоза -- 4-O-(в-D-глюкопиранозил)- б(в)-глюкопи-раноза; лактоза -- 4-O-( в -D-глюкопиранозил)- б(в) -глюкопираноза; сахароза- б -D-глюкопиранозил- в -D -фруктофуранозид; трегалоза- б -D-глкжопиранозил- б -D -глюкопиранозид.

Кроме приведенной выше, имеются другие принципы построения номенклатуры олигосахаридов. В настоящее время широко используются сокращенные записи названия сахаров, исходя из трехбуквенной символики обозначений моносахаридов.

Из дисахаридов, представленных ранее, наиболее часто в природе встречается мальтоза, лактоза и сахароза.

Мальтоза, состоящая из двух остатков D-глюкозы, образуется из крахмала при действии на него фермента амилазы, расщепляющего связь б-(1->4). Целлобиоза также состоит из двух остатков глюкозы, но они соединены друг с другом связью в-(1->4).

Дисахарид лактоза, при гидролизе которого образуется D-галактоза и D-глюкоза, присутствует только в молоке. В процессе переваривания пищи лактоза гидролизуется в результате воздействия фермента лактазы, активность которого очень велика у грудных детей, у большинства же взрослых людей лактазная активность кишечника очень низка.

Сахарозу, или обычный пищевой сахар, синтезируют многие растения, у высших животных она не образуется. Животные могут усваивать сахарозу лишь после ее гидролиза ферментом сахаразой, катализирующим ее расщепление на D-глюкозу и D-фруктозу, которые легко проникают в кровоток. Среди природных трисахаридов важное значение имеют немногие. Это рафиноза, состоящая из остатков D-фруктозы, D-галактозы и D-глюкозы, и генцианоза, состоящая из двух остатков D-глюкозы и одного остатка -- D-фруктозы.

Эти сахара входят в состав растений, которые вообще отличаются большим разнообразием состава олигосахаридов, чем животные ткани.

2.3 Полисахариды (гликаны)

Основная масса всех углеводов, встречающихся в природе, существует в виде полисахаридов. С точки зрения их функционального назначения полисахариды можно разделить на две основные группы. Первая группа, в которую входит, например, целлюлоза, несет главным образом структурную функцию. Вторая группа, представителем которой является, в частности, гликоген, выполняет функции, связанные с питанием. Эти молекулы играют в основном роль депо и могут быть легко мобилизованы путем превращения в моносахариды, претерпевающие затем дальнейшие превращения в процессе обмена.

С точки зрения общих принципов строения полисахариды также можно разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Первая группа характеризуется наличием в составе молекулы только одного вида моносахарида (хотя типы связей между отдельными звеньями могут быть при этом различными); для второй группы характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев. Пример гомополисахарида -- резервный полисахарид крахмал, состоящий из остатков только D-глюкозы, а гетерополисахарда -- гиалуроновая кислота, которая состоит из остатков аминосахаров и гек-суроновых кислот (например, (в-D-глюкуроновой кислоты) и содержится во всех видах соединительной ткани.

Названия гомополисахаридов слагаются из названий входящих в их состав редуцирующих моносахаридов, в которых суффикс -оза меняется на суффикс -ан (глюкан, маннан, арабан и т. д.). Разветвленный гетерополисахарид, в основной цепи которого находятся остатки глюкозы, а в боковой -- остатки маннозы, называют манноглюканом, а в случае обратного распределения моноз -- глюкоманнаном. Иногда полисахариды называют по продуценту, сохраняя суффикс -ан, например ксанбан (продуцент --Xanthomonas campestris).

Резервные полисахариды

Основным резервным полисахаридом в клетках растений является крахмал, а в клетках животных -- гликоген.

Крахмал, как отмечалось, является основным резервным материалом растительных организмов. В небольших количествах он содержится в листьях, но главным образом накапливается в семенах (зерна злаков, например, пшеницы, риса, кукурузы, содержат до 70% крахмала), а также в луковицах, клубнях и сердцевине стебля растений, где содержание его доходит до 30%.

Крахмал представляет собой смесь 2 гомополисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного - амилопектина, общая формула которых (С₆Н₁₀О₅)n. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10-30%, амилопектина - 70-90%. Полисахариды крахмала построены из остатков D-глюкозы, соединенных в амилозе и линейных цепях амилопектина б-(1->4)-связями, а в точках ветвления амилопектина - межцепочечными б-(1->6)-связями

Крахмал имеет молекулярную массу 105-107 Да. При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - глюкоза.

Гликоген -- разветвленный полисахарид животных организмов, а также не которых бактерий и дрожжей. Структура гликогена подобна амилопектину -- б-(1->4)-глюкан с б-(1->6)-связями в точках ветвления. Гликоген отличается от амилопектина лишь большей разветвленностью и более жесткой упаковкой молекулы. Молекулярная масса гликогена колеблется от 10² до 10⁵ кДа.

В желудочно-кишечном тракте гликоген и крахмал расщепляются б-ами-лазами слюны и поджелудочной железы, гидролизующими б-(1->4)- связи в расположенных снаружи ветвях гликогена и амилопектина до D-глюкозы:

Строение отдельного участка молекулы гликогена (по Майеру).

Инулин - полисахарид, содержащийся в клубнях и корнях георгинов, артишоков и одуванчиков. При его гидролизе образуется фруктоза, следовательно, он представляет собой фруктазан.

Метилирование инулина свидетельствует, что остатки D-фруктозы связаны между собой (2->1) -связями и находятся в фуранозной форме

Степень полимеризации инулина равна примерно 35 моносахарным остаткам. Этот полисахарид в отличие от картофельного крахмала легко растворяется в теплой воде. Инулин используют в физиологических исследованиях для определения скорости клубочковой фильтрации в почках.

Участок молекулы инулина

Структурные гомополисахариды

К структурным гомополисахаридам относится целлюлоза и хитин.

Целлюлоза (клетчатка) - наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира. Он состоит из б-глюкозных остатков в их в-пиранозной форме, т.е. в молекуле целлюлозы в-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой в-(1->4)-связями.

При частичном гидролизе целлюлозы образуется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе - D-глюкоза. Молекулярная масса целлюлозы 1000-2000 кПа. Клетчатка не переваривается ферментами пищеварительного тракта, так как набор этих ферментов у человека не содержит гидролаз, расщепляющих в-связи. В кишечнике жвачных и других травоядных животных имеются микроорганизмы, способные к ферментативному расщеплению в-связей (в-глюкозидных связей), и для этих животных целлюлоза является важным источником пищевых калорий.

Характерной особенностью целлюлозы, определяющей в значительной степени ее механические, физико-химические и химические свойства, является линейная конформация молекул, закрепленная внутримолекулярными водородными связями.



Участок целлюлозы

Хитин -- другой важный структурный гомополисахарид -- представляет собой линейный полимер N-ацетилглюкозамина, в котором пиранозные формы связаны между собой в-(1->4)- гликозидными связями. По своим свойствам хитин сходен с целлюлозой. Он входит в состав кутикулы или наружного скелета членистоногих и некоторых других беспозвоночных животных, а также клеточных мембран грибов. Таким образом, хитин выполняет механическую, опорную и защитную функции в различных организмах. Хитин не растворим в воде и имеет кристаллическую структуру.

Структурные гетерополисахариды. К структурным гетерополисахаридам относятся гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, кератосульфаты. Поскольку водные растворы этих соединений гелеобразны, их называют мукопо-лисахаридами (от лат.mucos-слизь).

Гиалуроновая кислота состоит из эквимолярных количеств D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, которые чередуются друг с другом в молекуле полисахарида. Аминосахар соединен с кислотой в-(1->4)- связью, а кислота -- с аминосахаром в-(1->3)- связью. Таким образом, гиалуроновая кислота имеет следующую структуру:



Этот полисахарид распространен весьма широко. Он присутствует в со-инительных тканях животных, а также в стекловидном теле глаза и в сино-альной жидкости. Кроме того, он синтезируется также различными штаммами бактерий. Обычно гиалуроновая кислота бывает связана с белками; комплексы гиалуроновая кислота -- белок выделены из природных источников. Предполагают, что функция гиалуроновой кислоты заключается в том, чтобы связывать воду в интерстициальных пространствах и удерживать клетки вместе в желеподобном матриксе. Кроме того, она придает синовиальной идкости смазочные свойства и способность смягчать удары.

Молекулярная масса гиалуроновых кислот, выделенных из разных источиков, сильно колеблется -- от нескольких сотен до нескольких тысяч кДа.

Хондроитинсульфаты. К ним относится, в частности, хондроитин -- по-лисахарид, сходный с гиалуровой кислотой, в котором D-глюкозамин замещен D-галактозамином, является исходным соединением для трех полисахаридов, широко распространенных в качестве компонентов соединительной ткани, именно для хондроитинсульфатов.



Во всех случаях гликозидные связи т в-(1->3)- и в-(1->4)- типа чередуются между собой. Хондроитинсульфаты относятся к мукополисахаридам с относительно небольшими молекулами: их молекулярная масса лежит обычно в пределах от 50 до 100 кДа.

Гепарин, открытый в 50-х гг. XX в., занимает среди гетерополисахаридов особое место. Было показано, что он обладает важными биологическими свойствами, в частности является антикоагулянтом. Гепарин тормозит деятельность фермента-тромбокиназы,способствующий свёртыванию крови. Молекулярная масса препаратов гепарина находится, как правило, в пределах 10--20 кДа.



Агар-агар- содержится в красных морских водорослях.При гидролизе распадается до D-и L-галактозы и до серной кислоты.Хорошо растворим в горячей воде, образуя гель-прозрачные субстанции. Они же служат объектом для бактериологических посевов.

Мы рассмотрели лишь немногие из полисахаридов. Полисахариды входят в состав группоспецифических веществ крови, являются веществами, определяющими антигенную специфичность бактериальных клеток, и обладают важным специфическим свойством -- образовывать гликоконъюгаты -- ковалент-носвязанные молекулы углеводов с белками, липидами и другими веществами. К гликоконъюгатам относятся гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды, липогликаны, гликолипопротеины, тейхоевые кислоты. Из них три последних группы обнаружены в клетках бактерий -- грамотрицательных (липогликаны, гликолипопротеины), а тейхоевая кислота -- только грамположительных.

3. Гликолиз - центральный путь катаболизма глюкозы

Основным катаболическим процессом деструкции глюкозы в клетках животных и человека является последовательность ряда реакций ее окисления, в результате которых в анаэробных условиях глюкоза превращается в лакгат, а в аэробных -- в конечные продукты: СО₂ и воду.

Гликолиз -- это последовательность ферментативных реакций, в процессе которых в аэробных условиях глюкоза расщепляется до двух молекул пирувата ("аэробный гликолиз), а в анаэробных -- до двух молекул лактата (анаэробный гликолиз).

Анаэробный гликолиз проходит в два этапа:

Первый этап -- подготовительный, или этап активации глюкозы, который включает три реакции.

Второй этап -- генерация АТФ, в котором энергия окислительных ре акций трансформируется в химическую энергию АТФ по механизму реакции субстратного фосфорилирования.

Процесс гликолиза протекает в цитозоле клетки, катализируется одиннадцатью ферментами, большинство из которых выделено в высокоочищенном состоянии из различных источников и хорошо изучено.

Ферменты гликолиза

№ реакции	Фермент	Источник	Кофермент, кофактор	Актива-тор	Ингиби-тор
1	Гексокиназа	Дрожжи	Mg2+	АДФ, Н3РО4	Глюкозо-6-фосфат, фосфоено-илпируват
2	Глюкозо-6-фосфатизо- мераза	Дрожжи	Mg2+
3	Фосфофрук-токиназа	Мышцы	Mg2+	АДФ, АМФ, Н3РО4, К+	АТФ, цитрат, НАДН
4	Альдолаза	Мышцы		Zn+, Fe+, Co2+	Цистеин
5	Триозофосфатизомераза	Мышцы	Mg2+
6	Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогенза	Мышцы	НАД+	Арсенат	Mg2+ иодацетат
7	Фосфоглицераткиназа	Мышцы	Mg2+
8	Фосфоглицератмутаза	Мышцы	Mg2+
9	Енолаза	Мышцы	Mg2+, Mn2+		Ca2+
10	Пируваткиназа	Мышцы	К+	Mg2+	Ca2+,АТФ, ацетил-КоА, НАДН
11	Лактатдегидрогеназа	Мышцы	НАД+

Схема анаэробного гликолиза

Энергетический баланс гликолиза

Суммарно процесс гликолиза необратим и сопровождается изменением свободной энергии в количестве 196 кДж/моль.

Баланс АТФ в анаэробном гликолизе

Номер реакции	Реакция	Изменение АТФ на одну молекулу глюкозы
1 3 7 10	Глюкоза Глюкоза-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-дифосфат 2 молекулы 1,3-дифосфоглицерата 2 молекулы 3-фосфоглицерата 2 молекулы фосфоеноилпирувата 2 молекулы пирувата	-1 -1 +2 +2
	Итого	2 молекулы АТФ

Превращение субстратов в первую подготовительную стадию происходит с затратой энергии АТФ, во второй стадии энергия выделяется, часть ее запасается в молекулах АТФ.

Таким образом, энергетический баланс анаэробного гликолиза составляет на одну молекулу окисленной глюкозы две молекулы АТФ. Известно, что концевая макроэртаческая связь АТФ способна аккумулировать примерно 31,0 кДж/моль свободной энергии. Учитывая, что образуется две молекулы АТФ (62,0 кДж/моль), энергетическая эффективность анаэробного гликолиза составляет примерно 32%.

В аэробных условиях реакции гликолиза, остановившиеся на стадии образования пирувата (непосредственного предшественника лактата), составляют первую, начальную фазу деструкции углеводов, связанную далее с циклом трикарбоновых кислот. Гликолиз и цикл трикарбоновых кислот приводят к полному окислению глюкозы до СО₂ и выделению больших количеств метаболической энергии (АТФ).

4. Брожение, связь с гликолизом

Гликолиз лежит в основе ряда процессов брожения, т. е. катаболических превращений углеводов микроорганизмами в анаэробных условиях. Брожение, как и анаэробное расщепление углеводов, -- это внутренние окислительно-восстановительные процессы.

Обратимая реакция восстановления пирувата до лактата (молочной кислоты) происходит в анаэробных условиях при участии фермента лактатдегидрогеназы и кофермента НАДН * Н⁺:

Таким образом, в тканях, функционирующих в условиях гипоксии, наблюдается образование лактата. Это особенно справедливо в отношении скелетной мышцы, интенсивность работы которой в определенных пределах не зависит от поступления кислорода. Гликолиз в эритроцитах даже в аэробных условиях всегда завершается образованием лактата, поскольку в них отсутствуют митохондрии, содержащие ферменты аэробного окисления пирувата.

Для дрожжевых грибков характерен процесс спиртового брожения.

В этом процессе до образования пирувата реакции идут по механизму гликолиза, превращение которого в продукты спиртового брожения включает две реакции.

1. Декарбоксилирование пирувата под действием фермента пируватдекар-боксилазы, которая в качестве кофермента содержит тиаминпирофосфат и активируется ионами магния. Эта реакция полностью необратима:



2. Восстановление ацетальдегида до этанола при действии фермента ал- кольдегидрогеназы, содержащего в качестве кофермента НАДН. Таким образом, в этой реакции идет регенерация окисленного НАД⁺, необходимого для продолжения процессов гликолиза и брожения, так как содержание НАД⁺ в клетках ограничено:

Заключение

Углеводы - полигидроксиальдегиды или кетоны с эмпирической формулой (СН₂О)n. Они делятся на моносахариды, или сахара (один альдегидный или кетонный остаток); олигосахариды (несколько моносахаридных остатков) и полисахариды - крупные линейные или разветвленные молекулы, содержащие большое число моносахаридных остатков. Моносахариды, или простые сахара, имеют одну альдегидную или кетонную группу. Они содержат, по крайней мере, один асимметрический атом углерода и потому могут существовать в виде разных стереоизомеров. Наиболее распространенные в природе сахара, такие, как рибоза, глюкоза, фруктоза и манноза, относятся к D-ряду. Простые сахара, содержащие пять или более атомов углерода, могут существовать в виде замкнутых циклических полуацеталей-фураноз (пятичленные кольца) или пираноз (шестичленные кольца). Фуранозы и пиранозы встречаются в виде аномерных б-и в-форм, которые в процессе мутаротации могут превращаться друг в друга. Сахара, способные восстанавливать окислители, называются восстанавливающими (редуцирующими) сахарами.

Дисахариды состоят из двух моносахаридов, связанных друг с другом ковалентной связью. Мальтоза содержит два остатка D-глюкозы, связанных друг с другом

(1->4)-гликозидной связью. Лактоза образована из D-галактозы и D-глюкозы. Сахароза, которая не относится к категории восстанавливающих сахаров, состоит из остатков D-глюкозы и D-фруктозы, соединенных друг с другом через аномерные атомы углерода.

Полисахариды (гликаны) содержат большое число моносахаридных остатков, связанных друг с другом гликозидными связями. Некоторые из них играют роль резервных углеводов. Наиболее важными резервными полисахаридами являются крахмал и гликоген-высокомолекулярные разветвленные полимеры. Ряд полисахаридов функционирует в качестве структурных элементов клеточных стенок. Клеточные стенки растений имеют прочный жесткий каркас, образованный из волокон целлюлозы и других полимерных веществ. Целлюлоза устойчива к воздействию б -и в-амилаз, и потому позвоночные не могут переваривать клетчатку. Исключение составляют жвачные животные, в желудке которых имеются бактерии, секретирующие целлюлазу, под действием которой целлюлоза расщепляется на остатки D-глюкозы. Клетки животных окружены нежной гибкой внешней оболочкой (гликокаликсом), в состав которой входят олигосахаридные цепи, связанные с липидами и белками. В соединительной ткани животных содержатся различные гликозаминогликаны, состоящие из чередующихся остатков сахаров, один из которых имеет кислотную группу.

Литература

1. Комов В.П. Биохимия: учебник для ВУЗов.- Дрофа, 2004.- 638 с.

2. Ленинджер А. Основы биохимии /в 3-х томах/ - М.: Мир, 1985

3. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии: Учеб. для студ. хим. и биол. спец. пед. ин-тов.- 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. шк., 1985. - 503 с.

Размещено на Allbest.ru

...