Хімія вуглеводів

О

//

С – Н

|

Н – С – ОН

|

НО – С – Н

|

Н – С – ОН

|

Н – С – ОН

|

СН₂ОН

глюкоза

СН₂ОН

|

С = О

|

НО – С – Н

|

Н – С – ОН

|

Н – С – ОН

|

СН₂ОН

фруктоза

О

//

С – Н

|

Н– С – ОН

|

НО – С – Н

|

НО – С – Н

|

Н – С – ОН

|

СН₂ОН

галактоза

Галактоза. Просторовий ізомер глюкози, відрізняється розташуванням групи – ОН біля четвертого вуглецевого атому. Входить у склад лактози, полісахаридів та гліколіпідів. Галактоза в печінці ізомеризується у глюкозу. За хімічною будовою глюкоза і галактоза являються альдегідоспиртами, фруктоза – кетоноспиртом. Глюкоза відновлює метали з їх оксидів, фруктоза – таких властивостей не має. Фруктоза приблизно в 2 рази повільніше всмоктується у кишечнику ніж глюкоза. Моносахариди, що складаються з п’яти і більше атомів вуглецю, в розчинах існують у вигляді замкнутих циклічних структур, що утворюються за рахунок внутрішньомолекулярних переміщень атомів. При цьому перший вуглеводний атом стає асиметричним, що передбачає наявність двох ізомерів моносахаридів – α і β, які в організмі можуть взаємно перетворюватись. Таке явище носить назву мутаротації. При окисленні шостого вуглецевого атома в молекулі утворюється гексуронові кислоти: з глюкози – глюкуронова, з галактози – галактуронова.

При заміні в молекулі гексоз ОН- групи другого вуглецевого атому на аміногрупу утворюються аміносахариди – гексозоаміни: з глюкози синтезується глюкозоамін, з галактози – галактозоамін, що входять у склад клітинних оболонок і мукополісахаридів, як у вільному вигляді, так і в сполуці з оцтовою кислотою.

В процесах обміну речовин вуглеводи приймають участь не в вільному вигляді, а в активованій формі – у вигляді фосфорних ефірів. Активація забезпечується за рахунок АТФ (макроергічної сполуки), що передає свою кінцеву фосфатну групу молекулі гексози.

3. Олігосахариди (дисахариди.)

Олігосахариди мають у своєму складі дві і більше молекул моносахаридів. Вони зустрічаються в клітинах і біологічних рідинах як у вільному вигляді так і в сполуках з білками. Для організму найбільше значення мають дисахариди: сахароза, мальтоза, лактоза. Ці вуглеводи виконують енергетичну функцію.

Сахароза – складається з молекул глюкози і фруктози. Вона є рослинним продуктом і важливим компонентом їжі, має солодкий смак порівняно з іншими дисахаридами та глюкозою.

Лактоза (молочний цукор). Побудована з глюкози та галактози, синтезуються в молочних залозах у період лактації.

Мальтоза складаються з двох молекул глюкози і є основним структурним компонентом крохмалю і глікогена.

Полісахариди – високомолекулярні вуглеводи, що складаються з великої кількості моносахаридів. Вони є гідрофільними сполуками і при розчинені у воді утворюють колоїдні розчини.

Полісахариди розділяють на гомо- і гетерополісахариди.

Гомополісахариди. Мають у своєму складі моносахариди одного виду. Так, крохмаль і глікоген побудовані тільки з молекул глюкози, інулін – фруктози. Гомополісахариди мають досить розгалуджену структуру і представляють суміш двох полімерів – амілози та амілопектину.

Амілоза – складається з 60-300 залишків глюкози, з’єднаних між собою за допомогою кисневих містків у ланцюг. Амілоза розчинна у гарячій воді і дає з йодом синє забарвлення.

Амінопектин – розгалуджений полімер, що складається як з неразголуджених так і з розгалуджених лінійних структур. Здатний тільки до набухання.

Крохмаль (полісахарид рослин) - складається з декількох тисяч залишків глюкози, 10-20% яких представлені амілозою, 80-90% амілопектином. Крохмаль нерозчинний у холодній воді, а в гарячій утворює колоїдні розчини, що називаються крохмальним клейстером.

Клітковина або глюкоза – найбільш розповсюджений на Землі вуглевод рослин, кількість його приблизно 50 кг на кожного мешканця планети. Клітковина представляє собою лінійний полісахарид, що складається з 1000 і більше залишків глюкози. В організмі клітковина приймає участь в активації моторики кишечника, стимулює виділення травних соків.

Глікоген (тваринний крохмаль) є основним запасним вуглеводом організму людини. Він складається приблизно з 30 000 залишків глюкози, які утворюють розгалуджену структуру.

В найбільшій кількості глікоген накопичується в печінці та м’язовій тканині, в тому числі у м’язах сердця. При нестачі глюкози він швидко розщеплюється і відновлює її нормальний рівень у крові.

В клітинах глікоген зв’язаний з білками цитоплазми і частково – з внутрішньоклітинними мембранами.

Гетерополісахариди (глюкозоамінглікани або мукополісахариди).Приставка муко- вказує на те, що вони вперше були виділені з муцину. Складаються з різного виду моносахаридів (глюкози, галактози) та їх похідних (аміносахаридів, гексуронових кислот). В їх складі виявлені і інші речовини: азотисті основи, органічні кислоти.

Мукополісахариди представлють собою желеподібні, липкі речовини. Вони виконують різні функції, в тому числі структурну, захисну, регуляторну. Мукополісахариди складають основну масу міжклітинної речовини тканин, входять до складу шкіри, хрящів, скловидного тіла ока. В організмі зустрічаються у комплексі з білками (протеоглікани та глікопротеїди) і жирами (гліколіпіди), в яких на долю полісахаридів приходиться основна частина молекули (до 90% і більше). Для організму мають значення слідуючі з них: гіалуронова кислота – основна частина міжклітинної речовини, біологічний цемент, який з’єднує клітини, заповнюючи увесь міжклітинний простір. Вона також виконує роль біологічного фільтру, який затримує мікроби і запобігає їх проникненню у клітини, приймає участь у обміні води в організмі.

Слід відмітити, що гіалуронова кислота розщеплюється під дією специфічного фермента гіалурононідази. При цьому порушується структура міжклітинної речовини, в її складі утворюються тріщіни, що приводить до проникливості води і інших речовин. Це має важливе значення в процесі запліднення яйцеклітини сперматозоїдами, які багаті цим ферментом. Гіалурононідазу містять і деякі бактерії, що полегшує їх проникнення у клітину.

Хондроітинсульфати – хондроітинсірчані кислоти служать структурним компонентом хрящів, зв’язок, клапанів серця, пупочного канатика. Вони сприяють відкладенню Са в кістках.

Гепарин – утворюється в клітинах паренхіматозних органів (печінка, легені, нирки) і виділяється ними в кров та міжклітинну рідину. В крові він зв’язується з білками і запобігає процесу зсідання крові, виконуючи функцію антикоагулянта. Крім того, гепарин має протизапальну дію, впливає на обмін калію та натрію, виконує антигіпоксичну функцію.

Сиалові кислоти – представляють групу глюкозоамінгліканів, що мають у своєму складі нейрамінові кислоти і похідні вуглеводів. Сполуки нейромінової кислоти з оцтовою кислотою представляють собою сиалові кислоти. Вони знаходяться в клітинних оболонках, слині і інших біологічних рідинах. Для діагностики ряду запальних захворювань (ревматизм, туберкульоз), при яких їх рівень у крові підвищений, проводять їх визначення.

Контрольні питання:

1. Біологічна роль вуглеводів.

2. Назвати основні класи вуглеводів.

3. Які вуглеводи належать до класу олігосахариди?

4. Які вуглеводи називаються редукуючими?

5. Яким зв'язком зв'язуються моносахариди? Навести приклад харчових дисахаридів.