Химические свойства дисахаридов и полисахаридов

Если белки считаются органическими соединениями, наиболее разнообразными по строению и функциям, то углеводы являются самыми распространенными в природе. С ними мы сталкиваемся повсеместно: сахар, крахмал, бумага, хлопчатобумажная ткань и много других веществ и материалов построены из дисахаридов и полисахаридов. Химические свойства этих соединений и их значение для жизни человека мы и рассмотрим в нашей статье.

Обмен углеводов в клетке

Сахароза является одним из важнейших дисахаридов, синтезируемых растениями, например, такими, как сахарный тростник или сахарная свекла. Соединение выполняет энергетическую функцию, так его расщепление приводит к выделению большого количества энергии. Гидролиз сахарозы происходит в клетках человеческого организма и приводит к образованию молекул глюкозы и фруктозы:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + С₆Н₁₂О₆

Главные факторы проведения гидролиза в лабораторных или промышленных условиях – это нагревание и избыток ионов водорода, выполняющих каталитическую функцию в реагирующей смеси. Остатки фруктозы и глюкозы в дисахариде представлены своей циклической формой и соединены между собой благодаря кислородному атому. Сахароза лишена свободных альдегидных групп, вот почему у нее не происходит реакция серебряного зеркала, и углевод не проявляет восстановительных свойств.

Это подтверждают приведенные выше уравнения реакций дисахаридов. Химические свойства веществ, а именно реакция гидролиза, легли в основу классификации углеводов.

Виды углеводов

Вещества, не расщепляющиеся под действием воды, например, фруктоза, находящаяся в меде и большинстве фруктов, а также глюкоза – это моносахариды или монозы. Если в процессе гидролиза углевод разлагается на две молекулы простейших сахаров, он относится к дисахариду. К этому классу относятся сахароза и лактоза. В случае, если из одной макромолекулы органического вещества образуется множество моносахаридных остатков - говорят о полисахаридах. К ним относится хорошо известный растительный полимер – крахмал, накапливающийся в листьях, плодах и семенах растений в процессе фотосинтеза.

В панцире членистоногих и клетках грибов находится хитин. Это углевод, который, в отличие от ранее рассмотренных соединений, содержит не только атомы углерода, кислорода и водорода, но еще и азот. Интересное строение и особенности протекания реакций, отличающие ее от химических свойств дисахаридов, имеет гиалуроновая кислота, представляющая основу межклеточного вещества у животных и человека. Это полисахарид линейного строения, являющийся, по сути, одной гигантской макромолекулой, содержащей до 50 000 моно мерных звеньев. Наибольшее ее количество находится в дерме, хрящах, стекловидном теле органа зрения. Животный крахмал – гликоген синтезируется в клетках животных и человека из остатков глюкозы и откладывается в виде запасного энергетического материала в клетках печени – гепатоцитах.

Химические свойства дисахаридов на примере лактозы

Молоко – первый и важнейший продукт питания для детенышей млекопитающих: животных и человека. Кроме молочного белка – казеина, жира, воды, минеральных солей и витаминов, оно содержит углевод – лактозу или молочный сахар. Ее молекулы состоят из остатков моносахаридов – глюкозы и галактозы, содержащих по шесть атомов углерода. В процессе переваривания молока в желудочно-кишечном тракте лактоза расщепляется до моносахаридов.

Они всасываются капиллярами ворсинок тонкого кишечника. Все химические свойства дисахаридов проходят с участием ферментов, например, лактазы, ускоряющей гидролиз молочного сахара. Снижение уровня этого вещества, связанное, как с генетической предрасположенностью, так и с индивидуальными особенностями (возрастом, спецификой питания), вызывает заболевание – гиполактазию.

Восстановительные свойства углеводов

Молекулы лактозы состоят из остатков галактозы и глюкозы, имеющих открытые углеродные цепи и свободные альдегидные комплексы. Присутствие функциональной группы обуславливает возможность проведения реакций восстановления, например, с водородом. В результате, комплекс атомов -CHO, входящий в состав глюкозы, восстанавливается до гидроксильной группы, и образуется шестиатомный спирт – сорбит. Происходящий процесс восстановления можно выразить уравнениями, и химические свойства дисахаридов, таким образом, будут иметь следующий вид:

СН₂OH - (CHOH)₄ - COH + H₂ = (температура, катализатор Ni) => CH₂OH -(CHOH)₄ -CH₂OH

Они зависят от того, какие формы глюкозы входят в состав углевода: циклические или с открытым углеродным скелетом.

Важнейшие полисахариды и особенности их строения

Белый порошок, не растворяющийся в холодной воде, а в горячей, образующий клейстер – это крахмал. Наибольшее его содержание характерно для семян риса и кукурузы, клубней картофеля. Макромолекула вещества состоит из остатков циклической альфа-глюкозы. В кислой среде он гидролизуется, уравнение реакции имеет следующий вид:

(C₆H₁₀O₅)_n+ nH₂O - H₂SO₄→ nC₆H₁₂O₆

Химические свойства дисахаридов и полисахаридов имеют черты сходства: все они способны к гидролизу.

Целлюлоза, входящая в состав древесины, содержит мономеры – остатки бета-глюкозы. Нагревание вещества с концентрированной нитратной кислотой приводит к образованию сложного эфира – три нитрата целлюлозы, применяемого в пиротехнике.

В нашей статье мы изучили особенности химических свойств дисахаридов и полисахаридов и рассмотрели их распространение в природе.