Деякі похідні моносахаридів

До них належать кислоти та багатоатомні спирти, що утворюються з моносахаридів, мають деякі спільні з ними властивості та беруть участь у їх метаболізмі.

Кислоти виникають при окисленні моносахаридів. Залежно від того, яка група в молекулі цукру окислюється, утворюються кислоти трьох типів:

1. При окисленні альдегідної групи до карбоксильної утворюються альбомові кислоти: з глюкози – глюконова, з галактози – галактонова, з рибози – рибонова тощо.

2. При одночасному окисленні альдегідної та первинної спиртової груп утворюються дикарбонові кислоти, що називаються альдаровими: з глюкози – глюкарова, з галактози – галактарова тощо.

3. При окисленні тільки первинної спиртової групи утворюються альдокислоти – урокові кислоти: з глюкози – глюкуронова, з галактози – галактуронова, з манози – мануронова тощо.

Усі ці кислоти легко утворюються в рослинах і беруть участь у вуглеводному обміні, входять до складу деяких полісахаридів (геміцелюлози, гумі, слизи), глікопротеїдів, глікозидів.

Багатоатомні спирти утворюються в рослинах шляхом відновлення моносахаридів, їх альдо- або кетогруп. Найбільш поширені в рослинах сорбіт, маніт, дульцит (галактит).

Сорбіт виникає при відновленні глюкози і фруктози. Він дуже поширений у рослинах. Багато його в плодах – фруктах і ягодах (яблука, груші, сливи, вишні, абрикоси, персики). Особливо багато сорбіту в плодах горобини – до 7 %, звідки його було вперше виділено.

Маніт утворюється при відновленні манози або фруктози. Його багато в овочах і плодах (морква, цибуля, оливки, ананаси), у грибах (до 11 %), у водоростях (5-20 %). Звичайно маніт одержують із морської капусти (бура водорость). Він виділяється на корі деяких дерев у вигляді «манни» (олива, деякі види ясена, тамарикса).

Дульцит (галактит) утворюється при відновленні галактози. Він міститься в багатьох рослинах і у виділеннях на корі та листках деяких дерев. Наприклад, «мадагаскарська манна» являє собою майже чистий дульцит.

Полісахариди

Олігосахариди. Олігосахариди – це зазвичай білі кристалічні речовини. Вони добре розчиняються у воді і мають більш-менш солодкий смак. Олігосахариди містяться в рослинах у вільному стані, входять до складу вищих полісахаридів, глікозидів, глікопротеїдів. Іх молекули мають від двох до десяти залишків моносахаридів, але частіше зустрічаються цукри із 2-5 залишками. За числом залишків олігосахариди поділяють на ди-, три-, тетра- та пентасахариди тощо.

Дисахариди. Це найбільш поширена група олігосахаридів. Їх молекули складаються з двох залишків гексоз, із двох пентоз або з гексози і пентози. Частіше зустрічаються дві гексози.

Дисахариди побудовані за типом глікозидів, тобто з'єднання двох молекул моносахаридів відбувається за рахунок глікозидного гідроксилу одного моносахариду і одного з гідроксилів іншого. Найбільш важливі дисахариди рослин складаються із залишків таких моносахаридів:

Із наведеного складу дисахаридів зрозуміло, що різні цукри можуть будуватися з однакових залишків. При цьому неоднакові властивості таких дисахаридів обумовлюються, по-перше, тим, що до їх складу входять різні ізомери моносахариду (α-форми або β-форми), по-друге, різними зв'язками між залишками.

Дисахариди поділяють на дві групи: відновні і невідновні.

Відновні дисахариди мають вільний глікозидний гідроксил, тому що зв'язок між залишками моносахаридів здійснюється за рахунок одного глікозидного, а іншого звичайного гідроксилу. У невідновних дисахаридів у зв'язку зайняті обидва глікозидні гідроксили. З перерахованих вище дисахаридів невідновними є сахароза і трегалоза, інші – відновні.

Відновні дисахариди, як і всі моносахариди, відновлюють фелінгову рідину, можуть існувати у формі α-і β-стереоізомерів, отже, виявляти в розчині мутаротацію.

Сахароза (буряковий, або тростинний цукор) – найбільш поширений і важливий рослинний дисахарид. Молекула сахарози побудована із залишків α-глюкози і β-фруктози, зв'язаних (α1→β2)-зв'язком. Оскільки у зв'язку беруть участь два глікозидні гідроксили, сахароза не відновлює фелінгову рідину.

Сахароза добре зброджується дріжджами і засвоюється людським організмом. Кут питомого обертання розчину сахарози +66,5°. У невеликих кількостях сахароза міститься в усіх тканинах рослин. Вона є основним транспортним цукром, що рухається ситоподібними трубками флоеми. Крім того, сахароза може накопичуватися в клітинному соку в плодах, коренях, бульбах як запасний вуглевод. Найбільше сахарози міститься в коренеплодах цукрового буряка (14-20 %) і в соку стебел цукрової і ростини (14-25 %).

Сахароза має найбільше практичне значення серед інших цукрів, тому що вона є основним цукром, який використовується людиною в їжу. Сахарозу одержують із цукрової тростини (65 % світової потреби) і з цукрового буряка (30-35 %).

Джерелом цукру в тропіках для місцевого населення є пальми – кокосова, цукрова і винна. Перед цвітінням у пальм підрізають головну вісь суцвіття і збирають сік, що витікає. Його випарюють і одержують коричневий цукор. Сік також зброджують у вино.

Цукрова кукурудза і цукрове сорго в стеблах містять 10-12 % сахарози. Використовувати ці рослини для виробництва цукру нівигідно, але з них готують солодкий сироп, який використовують у кондитерській промисловості.

У Північній Америці росте цукровий клен. Навесні з підрізаного стебла збирають солодкий сік, що містить близько 4 % цукру. Сік упарюють до сиропу, що нагадує мед, і застосовують його як загальнозміцнювальний засіб.

Очищена сахароза негативно впливає на кровоносні судини, викликаючи їхній склероз, тому не рекомендується вживати більше двох столових ложок цукру на день. Жовтий і коричневий цукор менш шкідливий, бо дія сахарози у них пом'якшується домішками.

Сахароза легко гідролізується при нагріванні з кислотами або під дією ферменту сахарази. При цьому утворюється суміш рівних кількостей глюкози і фруктози. Цю суміш називають інвертним цукром, тому що в результаті гідролізу праве обертання розчину змінюється на ліве. Кут питомого обертання розчину сахарози +66,5°, а глюкози і фруктози, що утворилися, відповідно +52,5° і -92,4°. Звідси кут питомого обертання суміші буде негативним, дорівнюватиме -39,9°. Крім того, інвертний цукор більш солодкий (на 30 %), ніж сахароза, тому в кондитерській промисловості його часто використовують замість сахарози.

Мальтоза (солодовий цукор) складається з двох залишків глюкози з (α1→4)-зв'язком. Вона міститься у солоді – пророслому зерні. Мальтоза має вільний глікозидний гідроксил, отож відновлює фелінгову рідину. Вона зброджується дріжджами.

Трегалоза (грибний цукор) має два залишки α-глюкози, пов'язаних (α1→α1)-зв'язком, у якому зайняті обидва глікозидні гідроксили, тому цей цукор є невідновним. Трегалоза міститься у грибах, водоростях, деяких вищих рослинах. У дріжджах кількість трегалози досягає 18 %.

Целобіоза – це основна структурна одиниця целюлози. У вільному стані вона зустрічається у пасоці деяких дерев. Якщо целобіоза в рослинах виявляється рідко й у невеликих кількостях, то фермент целобіаза, що її гідролізує, досить поширений. Мабуть, целобіоза дуже швидко розщеплюється, тому визначити її відчутний вміст в тканинах рослин важко. Молекула целобіози складається з двох залишків глюкози, пов'язаних (β1→4)-зв'язком. При цьому один залишок повернутий на 180°. Целобіоза є відновним цукром. Вона не зброджується дріжджами і не засвоюється тваринним організмом.

Лактоза (молочний цукор). Молочним цукром лактозу навівають тому, що вона міститься у молоці ссавців (4-5 %). При цьому молоко не має солодкого смаку, тому що лактоза в 6 разів менш солодка, ніж сахароза. У рослинах лактоза частіше знаходиться у зв'язаному стані (глікозиди, глікопротеїди).

Молекула лактози складається з β-галактози і глюкози, (β1→4)-зв'язок. Це відновний цукор, що зброджується дріжджами.

Одержують лактозу на сироварних заводах із сироватки, яка є відходом виробництва. Її використовують для приготування живильних мікробіологічних середовищ, у фармацевтичній промисловості в якості наповнювача при виготовленні порошків і таблеток. У Норвегії із сироватки, що багата на лактозу, готують сир брюност. Він має коричневий колір тому, що при тривалому кип'ятінні сироватки відбувається карамелізація лактози.

Рутиноза – це дисахарид, що зустрічається тільки у глікозидах, її молекула складається з β-L-рамнози і глюкози, (β1→6)-зв'язок.

Дисахариди, що мають у своєму складі рамнозу, гіркі на смак і додають гіркості глікозидам. Наприклад, гіркі глікозиди, що містять рамнозу, характерні для грейпфрутів.

Самбубіоза – дисахарид, до складу якого входить β-ксилоза і глюкоза, (β1→2)-зв'язок. Вона також зустрічається тільки у глікозидах.

Трисахариди. Найбільш поширений у рослинах трисахарид – рафіноза. Молекула рафінози має залишки α-галактози, α-глюкози і β-фруктози, (α1→6) і (α1→β2)-зв'язки.

Інакше кажучи, у молекулі рафінози галактоза пов'язана із залишком сахарози. Рафіноза – невідновний цукор, тому що глікозидні гідроксили всіх трьох моносахаридів зайняті у зв'язках. Рафіноза – другий за значенням транспортний цукор у флоемі рослин. Вона зустрічається в насінні (бавовник), у «манні» на корі дерев (евкаліпт). Багато рафінози міститься у коренеплодах цукрового буряка (до 1 % від кількості сахарози). При зберіганні коренеплодів вміст рафінози у них зростає. У процесі виробництва цукру рафіноза накопичується у меласі, звідки її й одержують.

Тетрасахариди. Найвідоміший у рослинах тетрасахарид – стахіоза. До складу її молекули входять два залишки галактози, залишок глюкози і фруктози. Зв'язки – (α1→6), (α1→6), (α1→β2). Інакше кажучи, до молекули рафінози приєднується ще один залишок галактози.

Уперше стахіозу одержали з коренів чистецю (Stachys), звідси її назва. Цей тетрасахарид міститься в насінні багатьох бобових (соя, горох, квасоля, сочевиця, люпин), у «манні» деяких видів ясеня, у зернах жита. Стахіоза є третім за значенням (після сахарози і рафінози) транспортним цукром у ситоподібних трубках флоеми.

Ряд харчових продуктів містить багато стахіози (до 1,0 - 1,5 %) – житній хліб, квасоля, горох, боби. У деяких людей відсутній фермент, що розщеплює цей цукор. Тому, коли вони вживають продукти, де багато стахіози, виникає дискомфорт у кишечнику. У таких випадках варто утримуватися від споживання цих продуктів.

Пентасахариди. Вербаскоза уперше виділена з коров'яку (Verbascum). До її молекули входять три залишки α-галактози, α-глюкоза і β-фруктоза, зв'язки (α1→6), (α1→6), (α1→6), (α1→β2). Отже, у молекулі цього цукру до стахіози приєднується ще один залишок галактози.

Вербаскоза – теж транспортний цукор, але її в ситоподібних трубках мало, за значенням вона йде за стахіозою.