химияБАВ_л3

1. Ставропольский государственный медицинский университет кафедра общей и биологической химии

Лекция
Углеводы: гомо- и гетерополисахариды
Строение , свойства и биологическая роль

2. План лекции

1. Гомополисахариды.
2. Гетерополисахариды.

3.

Общая характеристика углеводов
Углеводы – природные соединения, имеющие в
подавляющем большинстве состав Cх(H2O)у.
Это альдегиды или кетоны многоатомных
спиртов или продукты их поликонденсации.
● входят в состав клеток и тканей всех
растительных и животных организмов;
● по массе составляют основную часть
органического вещества на Земле (80% сухого
вещества растений).

4.

Основные функции углеводов
● источник энергии в метаболических процессах
(в растениях – крахмал, в животных организмах –
гликоген);
● структурные компоненты клеточных стенок
растений (целлюлоза), бактерий (мурамин),
грибов (хитин);
● составные элементы жизненно важных веществ
(нуклеиновые кислоты, коферменты, витамины);
● выполняют защитную функцию (тиреотропный
гормон-гликопротеин)
● лекарственные средства.

5.

Основные функции углеводов
● источник энергии в метаболических процессах
(в растениях – крахмал, в животных организмах –
гликоген)
! При сгорании 1 моль глюкозы выделяется
3060 Дж энергии
Суточная потребность в углеводах для человека достигает
50% от всей суточной калорийности рациона и
приблизительно составляет:
300—500 г для здорового мужчины
250—450 г — для женщины

6.

Основные функции углеводов
● структурные компоненты клеточных стенок
растений (целлюлоза), бактерий (мурамин), грибов
(хитин);
● составные элементы жизненно важных веществ
(нуклеиновые кислоты, коферменты, витамины);
● выполняют защитную функцию (тиреотропный
гормон-гликопротеин)

7. Основные функции углеводов

● полисахариды- основа лекарственных
препаратов

8. Основные функции углеводов

● моносахириды - основа лекарственных
препаратов

9. Классификация углеводов Углеводы Сх(Н2О)у

Простые углеводы
(моносахариды или
монозы)
Сложные углеводы
(полисахариды или
полиозы, гликаны)
Низкомолекулярные
сахароподобные углеводы
(олигосахариды)
Высокомолекулярные
несахороподобные
углеводы (гомо-и
гетерополисахариды)
(2-10 остатка моносахарида)
Смешанные биополимеры: гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды

10. Полисахариды (гликаны) –

высокомолекулярные углеводы.
По химической природе они являются полигликозидами
(полуацеталями).
Они составляют основную массу органической материи в
биосфере Земли.
Биологическая роль:
1.Структурная – являются компонентами клеток и
тканей.
2.Энергетическая
3.Резервная (депонирующая)
4.Защитная

11. Сложные углеводы (подвергающиеся гидролизу) (полисахариды)

олигосахариды
от 2 до 10
моносахаридов
гомополисахариды
состоят из одинаковых моносахаридов
крахмал, гликоген,
целлюлоза
гетерополисахариды
состоят из разных моносахаридов
хондроитинсульфат, гиалуроновая кислота, гепарин

12. Классификация по функциональному назначению

ПОЛИСАХАРИДЫ (ПОЛИОЗЫ)
Классификация по функциональному
назначению
структурные
целлюлоза
резервные
крахмал
гликоген
(у растений) (у животных)

13. Гомополисахариды

состоят из остатков одного моносахарида:
растительного происхождения: крахмал,
целлюлоза, пектиновые вещества
животного происхождения: гликоген, хитин
бактериального происхождения: декстраны

14. Гомополисахариды (гликаны)

первичная структура полисахаридов – это
последовательность мономерных остатков
вторичная
структура
–макромолекула,
свёрнутая в спираль (амилоза).

15.

Гомополисахариды легко гидролизуются в кислой
среде, устойчивы в щелочных.
+ Н2О
(С6Н10О5)n
полисахарид
гидролиз
(С6Н10О5)x
олигосахариды
+ Н2О
гидролиз
С12Н22О11
+ Н2О
гидролиз
дисахариды
n С6Н12О6
моносахариды
In vivo гидролизуются ферментами: крахмал - амилазами,
целлюлоза – целлюлазами, гемицеллюлозы –
гемицеллюлазами.

16. Крахмал (С6Н10О5)n : биополимер, Mr-106-107 млн

Состоит из моносахаридных звеньев α-Dглюкопиранозы.
Продукт фотосинтеза в растениях,
накапливается в клубнях, семенах, корнях.
Включает 2 фракции: 1) амилоза;
2) амилопектин

17. Фракции:

. 1.Амилоза (Мr-40-60тыс.)
2. Амилопектин (Мr 1-6млн)
линейная (10-20%)
(n-до 1000)
разветвленная (80-90%)
...
...
...
...
...
...
связь:
α(1 4)- (основная цепь)
α(1 →6)- (между разветвлениями)
связь: α(1 4)-О-гликозидная)
На каждый виток спирали приходится
6 моносахаридных звеньев
Между разветвлениями-20-25
остатков глюкозы
Не растворим в воде, набухает

18.

Амилоза: макромолекула свернута в спираль.
На каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев
CH 2OH
O
OH
O
O
CH 2OH
H 2C
O
OH
O
O
H 2C
O O
O
H 2C
CH 2OH
O
O
O
CH 2OH
O
O
CH 2OH
H
O
CH 2OH
H
O
O
H
H
O
CH 2OH
O
O
CH 2
O
O
CH 2OH
O
HO
H
O
CH 2OH
O
O
O O
CH 2OH
O
O
OH
O
O O
CH 2OH
H
CH 2OH
O
O
HO
CH 2
O
Качественная реакция: + I2
комплекс синего цвета
HO
CH 2
O
адсорбционный
18

19.

Фрагмент молекулы крахмала-фракции амилозы
CH2OH
H
OH
H
4
H 1
OH
HO
O
H
OH
CH2OH
H
OH
H
4
H 1
OH
CH2OH
H
OH
H
4
H 1
OH
H
OH
O
H
OH
CH2OH
H
OH
H
4
H 1
OH
O
Фрагмент молекулы крахмала фракции амилозы
( -(1 4)-О-гликозидная свя зь)
H
OH
O ...

20.

Биозный фрагмент молекулы амилозы
CH2OH
H
4
O
H
OH H
CH2OH
H
O H
H
H
4
OH H
1
O
H
OH
1
n = 200-1000
O
H
OH
М = 40000-160000
n
α-(1→4)-О- гликозидная связь
20

21. Гидролиз амилозы

Кислотный гидролиз:
CH2 OH
O
OH
OH
амилоза
H2O, H+
O
n
CH2 OH
O
OH
n
HO
H
OH
OH
α -глюкоза
21

22. Гидролиз амилозы

Ферментативный гидролиз:
CH2 OH
O
OH
H2 O
ферменты
H2 O
ферменты
O
OH
CH2 OH
O
OH
мальтоза
m
OH
декстрины
m<n
n
C12H22O11
O
H2O
ферменты
CH2 OH
O
OH
n
HO
H
OH
OH
α - глюкоза
22

23.

Амилопектин
CH2OH
H
O
H
OH H
CH2OH
H
H
H
OH
CH2OH
O H
H
O
H
H
O
H
OH H
H
H
OH
H
H
OH H
OH
HO O
O
H
OH H
CH2OH
CH2
H
O
H
H
-1,6 - Гликозидная связь
CH2OH
O H
O
H
H
OH H
H
OH
CH2OH
H
O
O
OH
CH2OH
H
H
H
OH
O H
H
O
H
OH
H
O
H
OH H
H
O
H
OH
O
H
OH
-1,4 - Гликозидная связь
03.04.2026
23

24. Строение амилопектина

O
CH2 OH
O
OH
OH
O -1,6
CH2 OH
O
OH
OH
CH2
O
O
OH
OH
O
-1,4
24

25.

В пищеварительном тракте гидролизуется ферментами
слюны и сока поджелудочной железы α- амилазой и α-(1→ 6)глюкозидазой поэтапно до глюкозы и мальтозы
(от «amilum» – крахмал):
(C6H10O5)n
крахмал
H2O (H+)
растворимый
крахмал
(C6H10O5)m
xC12H22O11 + yC6H12O6
декстрины
мальтоза
глюкоза

26. Гликоген (животный крахмал, структурный аналог амилопектина)

Содержится в печени, мышцах, мозге.
Структурный и функциональный аналог амилопектина
Основное отличие :
1) большая разветвленность цепей (через 6-12 звеньев);
2) большая Mr-100 мл
Функции: 1) энергетическая (сильное разветвление);
2) резервный углевод (большая Мr).
Расщепляется амилолитическим (под действием амилазы)
и фосфоролитическим (под действием Н3РО4 ) путями до
мальтозы и глюкозы

27.

! !! Сильное разветвление обеспечивает гликогену
выполнение энергетической функции, позволяя в стрессовой
ситуации отщеплять нужное количество глюкозы по
многочисленным разветвлениям.
!!! Большая Mr позволяет выполнять функцию резервного
углевода. Из-за большого размера не может проникать через
клеточную мембрану и депонирован в клетках, пока не
возникнет потребность в энергии.

28. Целлюлоза(клетчатка) (С6Н10О5)n : биополимер, Mr- от 100 тыс до 2 млн

• Линейный полисахарид, состоит из моносахаридных
звеньев β -D-глюкопиранозы
• содержит 2,5-12 тыс. глюкозных остатков.
• остатки Д-глюкопиранозы связаны
β(1→4)-О-гликозидными связями.
• β-конфигурация имеет линейную форму, способствует
образованию водородных связей внутри цепи, а также
между соседними цепями.
• биозный фрагмент-целлобиоза

29. Строение целлюлозы (биозный фрагмент)

CH2 OH
O
OH
OH
O
-1,4
CH2 OH
O
OH
O
OH
29

30.

Биологическая роль
!!! В ЖКТ не подвергается гидролизу, нет энергии
β-гликозидаз
!!! Но необходима человеку:
усиливает перистальтику кишечника, являясь
питательной средой для микроорганизмов
обеспечивает формирование кала
Связывает и способствует выводу:
тяжелых металлов
избытка экзогенного холестерина
радиоактивных веществ
Используется в диетотерапии при ожирении
Эфирные производные целлюлозы: ацетаты (искусственный шелк),
нитраты (взрывчатые вещества), вискозное волокно, целлофак.

31.

Пектиновые вещества
содержатся в плодах, овощах, образуют гель в
присутствии органических кислот, используются в
пищевой промышленности (желе, мармелад).
Пектиновая кислота – полисахарид, в котором остатки Дгалактуроновой кислоты связаны α (1→4)- гликозидными
связями.
1
4
α (1→4)-

32.

Биологическая роль
некоторые пектиновые вещества оказывают
противоязвенное действие
являются основой препаратов, например,
плантаглюцид из подорожника

33.

Декстраны
Mr несколько млн
– разветвленные полисахариды, построенные из
остатков α-Д- глюкопираноз бактериального
происхождения.
Основными типами связи являются:
в основная цепь
α(1 6)- О –гликозидные
в местах разветвления
α(1→4), α(1→3) и реже α(1→2) гликозидные связи.
Обладают антигенными свойствами; синтезируют на
поверхности бактериями, компонентами налета на зубах.

34. Строение декстрана

O
CH2
O
-1,6
O
OH
6
CH2
O
1
HO
O
-1,3
CH2
O
O
OH
1
HO
OH
O
CH2
4
OH
OH
OH
OH
O
O
OH
3
HO
HO
CH2
O
O
O
OH
-1,4
CH2
O
OH
HO
OH
Используются как заменители плазмы крови
Mr = 50-100 тыс
34

35. Хитин

линейный полисахарид
Состоит из остатков N-ацетил-Д- глюкозамина связаны
β (1→4)- О- гликозидными связями.
Выполняют опорную и механическую функции в
животных организмах (оболочки тела насекомых,
ракообразных и т.д.).

36.

Гетерополисахариды соединительной ткани
(мукополисахариды)
К соединительной ткани относят подкожную клетчатку,
сухожилия, связки, кости, хрящи, стенки крупных
кровеносных сосудов, роговицу, кровь, лимфу.
Функции соединительной ткани:
опорная
трофическая (питательная)
защитная
36

37.

Гетерополисахариды соединительной ткани
(мукополисахариды)
характеризуются наличием повторяющихся
дисахаридных остатков, состоящих из разных
компонентов (уроновых кислот, аминосахаридов,
ацетиламинопроизводных моносахаридов и др.),
связанных между собой О-гликозидными связями.
Дисахаридные остатки, соединяясь друг с другом образуют
олиго- и полисахаридные цепи –гликозаминогликаны.
Гликозаминогликаны входят в состав протеогликанов
37

38.

Различают 6 классов гликозаминогликанов:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Гиалуроновая кислота
Хондроитин-4-сульфат (хондроитин-сульфат А)
Дерматансульфат (хондроитин-сульфат В)
Хондроитин-6-сульфат (хондроитин-сульфат С)
Кератансульфаты I и II
Гепарин и гепарансульфат
Наиболее изучены хондроитинсульфаты, гиалуроновая
кислота, гепарин.
38

39. Функции гликозаминогликанов

1. Опорно-структурная – входят в состав
межклеточного матрикса соединительной
ткани;
2. Защитно-механическая – гиалуроновая
кислота-компонент синовиальной жидкости,
уменьшает трение между суставными
поверхностями; выполняют роль
молекулярного сита,препятствуя
распространению патогенных
микроорганизмов;
3. Гидроосмотическая и ионрегулирующая –
обладают высокой гидрофильностью,
отрицательным зарядом и, таким образом,
удерживают Н2О, ионы Са2+, Mg2+, Na+ в
межклеточном веществе, обеспечивают тургор
кожи, упругость тканей;
4. Гепарин – естественный антикоагулянт.

40.

Гиалуроновая кислота (ГК) (Mr = 2-7•106 )
(стекловидное тело глаза, хрящи, пуповина, суставная
жидкость)
Биозный фрагмент:
остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина
Связи: в биозном фрагменте β-(1→3)-,
между дисахаридами β-(1→4)-О-гликозидная связь.
COOH
H
CH2OH
O
H
H
OH H
H
1 O
O
H
H
HO 3
OH
H
-1,3
COOH
-1,4
H
CH2OH
O
H
H
H
O
O
1
4
1
OH H
H
H
H
HO 3
H
H
OH
NH
C O
CH3
Биозный фрагмент
-1,3
-1,4
O
H
1 O
H
NH
C O
CH3
40

41. Биологическая роль

Продуцируется бактериями (напр. Streptococcus).
В теле человека весом 70 кг в среднем содержится около
15 граммов гиалуроновой кислоты, треть из которой
преобразуется (расщепляется или синтезируется) каждый
день.
Растворы гиалуроновой кислоты обладают высокой
вязкостью, с чем связывают ее барьерную функцию,
обеспечивающую непроницаемость соединительной
ткани для патогенных микроорганизмов.

42.

Применение в медицине :
Характерные свойства ГК
выраженная биологическая активность,
биосовместимость,
отсутствие антигенности,
раздражающего и других побочных эффектов
Локальное введение экзогенной ГК в терапевтических целях
при различных патологических состояниях соединительных и
эпителиальных тканей.
ГК используют
в офтальмологии
при лечении суставных болезней,
заживлении ран,
в качестве эндопротезов синовиальной жидкости,
препаратов для мягкого увеличения тканей
и заполнения морщин в косметической хирургии

43. Хондроитинсульфаты (Мr-10 тыс.-до 60 тыс.) (кожа, хрящи, сухожилия)

44. Состав: дисахаридные остатки + N-ацетилированный хондрозина, Связь: β(1→4)-О- гликозидная связь.

Хондрозин:
β Д-глюкуроновая кислота
+
Д-галактозамин
Связи в биозном фрагменте : β(1→3), β(1→4),
β(1→6)-О- гликозидная связь.
β(1→3)- характерна для полисахаридов животного
и растительного происхождения.

45.

Хондроитинсульфаты
-ОН у С-4 или С-6 этерифицирован H2SO4
Биозные фрагменты связаны β-(1→4)-О- гликозидной
связью; характерна для неразветвленных макромолекул
Хондроитин-6-сульфат
COOH
H
OH
O S O
O S O
CH2 O
O
HO
H
OH H
O
-1,3
H
H
O
H
NH
C O
CH3
Биозный фрагмент
CH2 O
O
HO
H
OH H
H
H
OH
COOH
-1,4
O
H
H
H
OH
O
H
O
H
H
H
OH
-1,3
O
H
H
H
-1,4
NH
C O
CH3

46. .

Углеводсодержащие смешанные
биополимеры .
основа клеток и жидкостей животных организмов
1.Пептидогликаны и протеогликаны- преобладает
углеводная часть;
2.Гликопротеины- преобладает полипептидная
часть;
3.Гликолипиды- преобладает липидная часть
Хондроитинсульфаты и гиалуроновая кислота содержатся
в связанном виде с полипептидными цепями в
протеогликанах.

47.

Гиалуроновая кислота вместе с хондроитинсульфатом
образуют очень сложные агрегаты, напоминающие ёрш
для мыться бутылок
хондроитинсульфат
гиалуроновая кислота
коровый бeлок
свя
язывающий бeлок

48. Гепарин (лат. hepar – печень) Мr = 16-20 тыс.

относится к семейству гликозаминогликанов; его молекула
представлена несколькими полисахаридными цепями, связанными с
общим белковым ядром.
Биозный фрагмент содержит:
1) Д- глюкозамин или сульфированный (или
ацетилированный) D-глюкозамин ;
2) D-глюкуроновую и L-идуроновую кислоты
(преобладает) .
О- гликозидные связи:
-в биозном фрагменте α-(1→4);
-между фрагментами α-(1→4), если L-идуроновая и β(1→4), если D-глюкуроновая кислота.

49. Структурный фрагмент гепарина

ГЕПАРИН
фрагмент 2
фрагмент 1
CH2OSO3H
OH
H
H
H
OH
O
COOH
O
H
H
OH
NHSO3H
остаток
D-глюкозамина
O
H
H
OSO3H
остаток
D-глюкуроновой
кислоты
H
OH
H
H
OH
CH2OSO3H
OH
H
H
NHSO3H
остаток
D-глюкозамина
H
OH
H
O
O
n
O
H
COOH
OH
H
H
H
O
H
CH2OSO3H
H
OSO3H
остаток
L-идуроновой
кислоты
m
O
H
NHSO3H
Гепарин содержится в клеточных стенках кровеносных
сосудов, выполняя антикоагулянтную функцию
(прямой антикоагулянт)

50.

Гепарин — кислый серосодержащий гликозаминогликан;
впервые выделен из печени.
Применяется
для профилактики и терапии тромбоэмболических
заболеваний,
• при операциях на сердце и кровеносных сосудах,
• для поддержания жидкого состояния крови в аппаратах
искусственного кровообращения и гемодиализа,
для предотвращения свертывания крови при
лабораторных исследованиях.
50

51.

Гликопротеины –
белки, содержащие ковалентно связанные углеводы –
отдельные моносахариды или сравнительно короткие
олигосахариды.
К ним относятся компоненты крови:
иммуноглобулины, трансферины и др.,
вещества , определяющие групповую принадлежность
крови человека и животных,
антигены вирусов (гриппа, кори, энцефалита и др.),
некоторые гормоны,ферменты.
51

52.

Структурный фрагмент гликопротеина
52

53.

Гликолипиды
сложные липиды, образующиеся в результате соединения
липидов с углеводами.
Молекулы дифильны :
полярные «головы» (углевод)
неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот).
Входят в состав клеточных мембран.
Широко представлены нервной ткани, в ткани мозга.
Локализованы преимущественно на наружной поверхности
плазматической мембраны
53

54.

Структурный фрагмент гликолипида
полярные «головы» (углевод)
неполярные «хвосты»
54

55. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ