2.2.2. Дисахариды и полисахариды

D-рибоза (b-D-рибофураноза) входит в состав РНК

a-D-глюкопираноза (a-D-глюкоза)

OH'

гликозидныи ^гадроксил

CH₂OH

Например:

Поскольку в растворах многие простые сахара существуют пре­имущественно в циклической форме, они не дают реакций, характерных для альдегидов и кетонов. В то же время в глюкопиранозном кольце гидроксильная группа при С-1 (гликозидный гидроксил) отличается от других гидроксильных групп большей реакционной способностью. Эта гидроксильная группа может вступать в реакцию с гидроксильной группой при С-4 другого сахара, при этом отщепляется молекула воды и, в зависимости от того, в каком положении гидроксильная группа при С-1 находится (в a-положении или b-положении) образуется a-1,4- или Р-1,4-гликозидная связь:

6 ch₂oh

O

2 oh

a oh

a-D-глюкоза

6ch₂oh

^O>xl

i ¹ oh

конденсация ►

H₂O

a oh

гидролиз

a-D-глюкоза

ch₂oh ch2oh

O OH

^b

2

O

6 CH₂OH

\Ar~ ^O_x^OH

^{1 3} OH

конденсация

CH2OH

CH2OH

' O.

H₂O

гидролиз

b -1,4-гликозидная связь,

6 CH₂OH

b-D-галактоза b-D-глюкоза

OH

лактоза

Помимо мальтозы и лактозы широко распространена сахароза, со­стоящая из молекулы a-D-глюкозы и b-D-фруктозы:

CH₂OH р

CH₂OH

Важнейший пищевой продукт, обыкновенный сахар, представляет собой сахарозу, которая обнаружена во всех фото синтезирующих расте­ниях. Сахароза легче других дисахаридов подвергается гидролизу; обра­зующуюся при этом смесь моносахаридов глюкозы и фруктозы называ­ют инвертным сахаром. Относительно редкий, но очень важный диса- харид лактоза находится только в молоке. Дисахарид мальтоза образует­ся при ферментативном гидролизе крахмала, содержащегося в солоде.

При дальнейшей полимеризации глюкозы могут образовываться новые 1,4-гликозидные связи, т. е. образуются полисахариды.

Амилоза представляет собой неразветвленный полимер, постро­енный из остатков глюкозы, соединенных а-1,4-гликозидной связью с молекулярной массой от нескольких тысяч до полумиллиона:

Резервный источник питания растений, крахмал, обычно содер­жит около 20 % амилозы.

Амилозная фракция крахмала состоит из нерастворимых в воде линейных полимеров, основная же часть крахмала представляет собой амилопектин, также полимер глюкозы, отличающийся от амилозы раз­ветвленной структурой. В среднем на 25 остатков глюкозы приходится один центр разветвления; разветвление может осуществляться за счет образования гликозидной связи между гидроксилом при С-1 одной мо­лекулы и гидроксилом при С—6 другой молекулы:

Частичный кислотный или ферментативный гидролиз амилопек- тина приводит к образованию различных разветвленных фрагментов амилопектина, называемых декстринами. Они широко применяются в качестве загустителей и при изготовлении паст. Конечно, при частичном гидролизе образуется также глюкоза, мальтоза и другие относительно небольшие сахара. Таким путем из кукурузного крахмала получают ку­курузную патоку.

Резервным источником глюкозы в животных клетках, особенно в клетках печени и мышц, служат полимерные гранулы гликогена, по сте­пени разветвленности напоминающего амилопектин. В гликогене длина линейных участков между центрами разветвления обычно составляет 12 звеньев; таким образом, молекулы гликогена разветвлены даже в боль­шей степени, чем молекулы амилопектина. Молекулярная масса глико­гена составляет 5 млн и более.

Целлюлоза является структурным элементом всех растительных клеток (от водорослей до деревьев) и самым распространенным органи­ческим соединением на Земле. Считается, что в биосфере ежегодно об­разуется 10¹¹ тонн целлюлозы. Каждая молекула целлюлозы представля­ет собой длинную неразветвленную цепь, построенную из остатков D- глюкозы и имеющую молекулярную массу от 50000 до 1 млн.

Хотя в целлюлозе остатки глюкозы связаны 1,4-гликозидными свя­зями, но это другие связи: в случае амилозы это а-1,4-связи, а в целлю­лозе - Ь-1,4-связи. Это на первый взгляд небольшое различие имеет важные последствия. Если гликозидные а-1,4-связи легко расщепляются (гидролизуются) ферментами множества микроорганизмов, то b-1,4- связи способны расщеплять лишь очень немногие живые организмы. В настоящее время известны ферменты группы целлюлаз, находящиеся в желудочно-кишечном тракте жвачных животных и в почве, способные гидролизовать целлюлозу:

Кроме того, в древесине и других материалах целлюлозной при­роды молекулы целлюлозы окружены оболочкой из лигнина, упрочнен­ной многочисленными поперечными связями. Этот материал часто называют лигноцеллюлозой. Лигнин представляет собой полифенол пе­ременного состава. Он имеет очень сложную структуру и гетероген­ность. Такая неупорядоченная структура в высшей степени устойчива к действию химических и ферментативных агентов. Некоторые из приме­няющихся в настоящее время методов переработки целлюлозы мы вкратце рассмотрим в следующих разделах.