Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Восстанавливающая форма глюкозы ( крайняя справа альдегидная группа )

Восстанавливающий сахар является любым сахаром , который способен действовать в качестве восстанавливающего агента , поскольку она имеет свободную альдегидную группу или свободный кетон группы. [1] Все моносахариды являются восстанавливающими сахарами, наряду с некоторыми дисахаридами , некоторыми олигосахаридами и некоторыми полисахаридами . Моносахариды можно разделить на две группы: альдозы с альдегидной группой и кетозы с кетонной группой. Кетоз должен сначала таутомеризоватьсяв альдозы, прежде чем они смогут действовать как восстанавливающие сахара. Обычные диетические моносахариды галактоза , глюкоза и фруктоза являются редуцирующими сахарами.

Дисахариды образуются из двух моносахаридов и могут быть классифицированы как восстанавливающие или невосстанавливающие. Невосстанавливающие дисахариды, такие как сахароза и трегалоза, имеют гликозидные связи между своими аномерными атомами углерода и, таким образом, не могут преобразовываться в форму с открытой цепью с альдегидной группой; они застряли в циклической форме. Восстанавливающие дисахариды, такие как лактоза и мальтоза, имеют только один из двух аномерных атомов углерода, участвующих в гликозидной связи, в то время как другой является свободным и может превращаться в форму с открытой цепью с альдегидной группой.

Функциональная альдегидная группа позволяет сахару действовать как восстанавливающий агент, например, в тесте Толленса или тесте Бенедикта . Циклические полуацетальные формы альдоз могут открываться, открывая альдегид, а некоторые кетозы могут подвергаться таутомеризации с образованием альдоз. Однако ацетали , в том числе содержащиеся в полисахаридных связях, не могут легко превратиться в свободные альдегиды.

Восстанавливающие сахара вступают в реакцию с аминокислотами в реакции Майяра - серии реакций, которые происходят во время приготовления пищи при высоких температурах и которые важны для определения вкуса пищи. Кроме того, уровни редуцирующих сахаров в вине, соке и сахарном тростнике указывают на качество этих пищевых продуктов.

Терминология [ править ]

Окисление-восстановление [ править ]

Восстанавливающий сахар является тот , который уменьшает другое соединение и сам окисляется ; то есть карбонильный углерод сахара окисляется до карбоксильной группы. [2]

Сахар классифицируется как редуцирующий сахар, только если он имеет форму с открытой цепью с альдегидной группой или свободной полуацетальной группой. [3]

Альдозы и кетозы [ править ]

Моносахариды, содержащие альдегидную группу, известны как альдозы , а моносахариды с кетоновой группой известны как кетозы . Альдегид может быть окислен посредством окислительно-восстановительной реакции, в которой восстанавливается другое соединение. Таким образом, альдозы восстанавливают сахар. Сахара с кетоновыми группами в форме их открытой цепи способны изомеризоваться через серию таутомерных сдвигов с образованием альдегидной группы в растворе. Следовательно, кетоны, такие как фруктозасчитаются восстанавливающими сахарами, но восстанавливающим является изомер, содержащий альдегидную группу, поскольку кетоны не могут быть окислены без разложения сахара. Этот тип изомеризации катализируется основанием, присутствующим в растворах, которые проверяют наличие восстанавливающих сахаров. [3]

Уменьшение конца [ править ]

Дисахариды состоят из двух моносахаридов и могут быть восстанавливающими или невосстанавливающими. Даже восстанавливающий дисахарид будет иметь только один восстанавливающий конец, поскольку дисахариды удерживаются вместе гликозидными связями, которые состоят по крайней мере из одного аномерного углерода . Поскольку один аномерный углерод не может преобразоваться в форму с открытой цепью, только свободный аномерный углерод доступен для восстановления другого соединения, и его называют восстанавливающим концом дисахарида. Невосстанавливающийся дисахарид - это дисахарид, в котором оба аномерных атома углерода связаны гликозидной связью. [4]

Точно так же у большинства полисахаридов есть только один восстанавливающий конец.

Примеры [ править ]

Все моносахариды являются восстанавливающими сахарами, потому что они либо имеют альдегидную группу (если они альдозы), либо могут таутомеризоваться в растворе с образованием альдегидной группы (если они кетозные). [5] Это включает обычные моносахариды, такие как галактоза , глюкоза , глицеральдегид , фруктоза , рибоза и ксилоза .

Многие дисахариды , такие как целлобиоза , лактоза и мальтоза , также имеют восстанавливающую форму, поскольку одно из двух звеньев может иметь форму с открытой цепью с альдегидной группой. [6] Однако сахароза и трегалоза , в которых аномерные атомы углерода двух звеньев связаны вместе, являются невосстанавливающими дисахаридами, поскольку ни одно из колец не способно раскрыться. [5]

Равновесие между циклической и открытой цепью формы в одном кольце мальтозы

В глюкозных полимерах , такие как крахмал и крахмало производные , такой как сироп глюкозы , мальтодекстрин и декстрина в макромолекуле начинается с восстанавливающим сахаром, свободным альдегидом. Когда крахмал частично гидролизован, цепи расщепляются, и, следовательно, он содержит больше восстанавливающих сахаров на грамм. Процент редуцирующих сахаров, присутствующих в этих производных крахмала, называется эквивалентом декстрозы (DE).

Гликоген - это сильно разветвленный полимер глюкозы, который служит основной формой хранения углеводов у животных. Это редуцирующий сахар только с одним восстанавливающим концом, независимо от того, насколько велика молекула гликогена или сколько у нее ответвлений (обратите внимание, однако, что уникальный восстанавливающий конец обычно ковалентно связан с гликогенином и поэтому не будет восстанавливать). Каждая ветвь заканчивается остатком невосстанавливающего сахара. Когда гликоген расщепляется для использования в качестве источника энергии, единицы глюкозы удаляются ферментами по одной с невосстанавливающих концов. [2]

Характеристика [ править ]

Несколько качественных тестов используются для обнаружения присутствия редуцирующих сахаров. В двух из них используются растворы ионов меди (II) : реактив Бенедикта (Cu 2+ в водном цитрате натрия) и раствор Фелинга (Cu 2+ в водном тартрате натрия). [7] Восстановительный сахар восстанавливает ионы меди (II) в этих тестовых растворах до меди (I), которая затем образует осадок оксида меди (I) кирпично-красного цвета . Восстановительные сахара также можно обнаружить при добавлении реагента Толлена , который состоит из ионов серебра (Ag + ) в водном растворе аммиака. [7]Когда реагент Толлена добавляется к альдегиду, он осаждает металлическое серебро, часто образуя серебряное зеркало на чистой стеклянной посуде. [3]

3,5-динитросалициловая кислота - еще один тестовый реагент, позволяющий проводить количественное определение. Он реагирует с редуцирующим сахаром с образованием 3-амино-5-нитросалициловой кислоты , которую можно измерить спектрофотометрией, чтобы определить количество присутствующего редуцирующего сахара. [8]

Сахара с ацетальными или кетальными связями не являются восстанавливающими сахарами, так как у них нет свободных альдегидных цепей. Поэтому они не вступают в реакцию ни с одним из тестовых растворов восстанавливающего сахара. Однако невосстанавливающий сахар можно гидролизовать с помощью разбавленной соляной кислоты . После гидролиза и нейтрализации кислоты продукт может быть редуцирующим сахаром, который нормально реагирует с исследуемыми растворами.

Все углеводы положительно реагируют на реагент Молиша, но тест на моносахариды проходит быстрее.

Важность в медицине [ править ]

Раствор Фелинга в течение многих лет использовался в качестве диагностического теста на диабет , заболевание, при котором уровень глюкозы в крови опасно повышается из-за неспособности производить достаточное количество инсулина (диабет 1 типа) или из-за неспособности реагировать на инсулин (диабет 2 типа). Измерение количества окислителя (в данном случае раствора Фелинга), восстановленного глюкозой, позволяет определить концентрацию глюкозы в крови или моче. Затем это позволяет ввести нужное количество инсулина, чтобы вернуть уровень глюкозы в крови в нормальный диапазон. [2]

Важность пищевой химии [ править ]

Реакция Майяра [ править ]

Основная статья: реакция Майяра

Карбонильные группы редуцирующих сахаров реагируют с аминогруппами аминокислот в реакции Майяра , сложной серии реакций, происходящих при приготовлении пищи. [9] Продукты реакции Майяра (MRP) разнообразны; некоторые из них полезны для здоровья человека, а другие токсичны. Однако общий эффект реакции Майяра заключается в снижении питательной ценности пищи. [10] Одним из примеров токсичного продукта реакции Майяра является акриламид , нейротоксин и возможный канцероген, который образуется из свободного аспарагина и редуцирующих сахаров при приготовлении крахмалистых продуктов при высоких температурах (выше 120 ° C). [11]

Качество еды [ править ]

Уровень редуцирующих сахаров в вине, соке и сахарном тростнике свидетельствует о качестве этих пищевых продуктов, а мониторинг уровней редуцирующих сахаров во время производства продуктов питания улучшил рыночное качество. Обычным методом для этого является метод Лейна-Эйнона, который включает титрование редуцирующего сахара медью (II) в растворе Фелинга в присутствии метиленового синего , обычного индикатора окислительно-восстановительного потенциала . Однако это неточно, дорого и чувствительно к примесям. [12]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Пратт, Шарлотта В .; Корнели, Кэтлин (2013). Основная биохимия (Третье изд.). Вайли. п. 626. ISBN. 978-1118083505.
  2. ^ a b c Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: Принципы биохимии (Пятое изд.). WH Freeman and Company. п. 241 . ISBN 978-0716771081.
  3. ^ a b c Кэмпбелл, Мэри К .; Фаррелл, Шон О. (2012). Биохимия . Cengage Learning. п. 459. ISBN. 978-0840068583.
  4. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: Принципы биохимии (Пятое изд.). WH Freeman and Company. п. 243 . ISBN 978-0716771081.
  5. ^ a b Дэвидсон, Юджин А. (2015). «Углеводы». Encyclopdia Britannica .
  6. ^ Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Вили и сыновья. п. 1162-1165. ISBN 978-0471756149.
  7. ^ а б Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Вили и сыновья. п. 1159. ISBN 978-0471756149.
  8. ^ Leung, Дэвид WM; Торп, Тревор А. (апрель 1984 г.). «Вмешательство edta и ионов кальция в тесте на восстановление 3,5-динитросалицилата». Фитохимия . Pergamon Press. 23 (12): 2949–2950. DOI : 10.1016 / 0031-9422 (84) 83048-4 . ISSN 0031-9422 . 
  9. ^ Dills, Уильям Л. младший (ноябрь 1993). «Фруктозилирование белков: фруктоза и реакция Майяра». Американский журнал клинического питания . Американское общество питания. 58 (5): 779С – 87. DOI : 10.1093 / ajcn / 58.5.779s . ISSN 0002-9165 . PMID 8213610 .  
  10. ^ Цзян, Чжаньмэй; Ван, Личжи; Ву, Вэй; Ван Ю (июнь 2013 г.). «Биологическая активность и физико-химические свойства продуктов реакции Майяра в модельных системах сахар-казеиновый пептид крупного рогатого скота». Пищевая химия . Эльзевир. 141 (4): 3837–3845. DOI : 10.1016 / j.foodchem.2013.06.041 . ISSN 0308-8146 . PMID 23993556 .  
  11. ^ Педрески, Франко; Мариотти, Мария Саломе; Грэнби, Кит (август 2013). «Актуальные проблемы диетического акриламида: образование, уменьшение и оценка риска». Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства . Общество химической промышленности. 94 (1): 9–20. DOI : 10.1002 / jsfa.6349 . hdl : 10533/127076 . ISSN 0022-5142 . PMID 23939985 .  
  12. ^ Leotério, Dilmo MS; Сильва, Пауло; Соуза, Густаво; Alves, Aline de A .; Белиан, Моника; Галембек, Андре; Лаворант, Андре Ф. (ноябрь 2015 г.). «Медь – 4,4'-дипиридил координационное соединение в качестве твердого реагента для спектрофотометрического определения редуцирующего сахара с использованием мультикоммутационного подхода». Контроль пищевых продуктов . Европейская федерация пищевых наук и технологий; Международный союз пищевой науки и технологий. 57 : 225–231. DOI : 10.1016 / j.foodcont.2015.04.017 . ISSN 0956-7135 .