5. Углеводы 5.1. Общая характеристика углеводов

Углеводы — органические соединения, состоящие чаще всего из углерода, водорода, кислорода. Известно много углеводов, со­держащих, кроме того, фосфор, серу, азот. Углеводы широко рас­пространены в природе. Они образуются в растениях в результате фотосинтеза и составляют 80...90 % сухой массы растений. В орга­низме животных содержание углеводов составляет l...2% сухой массы ткани.

Значение углеводов в организме многогранно. Они являются основной структурой растительной клетки; служат источником энергии; откладываются в виде запасных питательных веществ (крахмал).

В организме животных и человека углеводы служат источником химической энергии. Отдельные органы удовлетворяют свои по­требности в энергии в основном в результате расщепления глюкозы: головной мозг на 80 %, сердце на 70...75 %. Углеводы отклады­ваются в тканях животного организма в виде запасных питательных веществ (гликоген). Некоторые из них выполняют опорные функции (гиалуроновая кислота); участвуют в защитных функци­ях; задерживают развитие микробов (мукополисахариды); являют­ся химической основой для построения молекул биополимеров — нуклеиновых кислот, сложных белков; служат составной частью макроэргических соединений.

По химическим свойствам углеводы являются полиоксиальдегидами и полиоксикетоспиртами. Различают углеводы простые (моносахариды) и сложные (полисахариды).

5.2. Моносахариды

Классификация моносахаридов. Моносахариды классифициру­ют: по наличию альдегидной или кетонной группы (альдозы и кетозы); по числу углеродных атомов (триозы, тетрозы, пентозы, гексозы); по химической природе (нейтральные сахара, кислые сахара, аминосахара).

Моносахариды — белые кристаллические вещества, хорошо ра­створимые в воде, сладкие на вкус, оптически активные. Вступают в химические реакции, характерные для альдегидо- и кетоспиртов:

моносахариды (альдозы) восстанавливают ионы серебра или меди в аммиачном растворе. Эту реакцию используют для обнару­жения и количественного определения Сахаров;

моносахариды реагируют с аминами (фенилгидразином) с об­разованием озазонов;

нециклические формы моносахаридов в мягких условиях вос­станавливаются до многоатомных спиртов. При восстановлении глюкозы и фруктозы образуется сорбит, галактозы — дульцит, маннозы — маннит, рибозы — рибит;

продуктами окисления моносахаридов по 1-му атому углерода являются альдоновые кислоты. Их получают окислением альдоз бромом или другими мягкими окислителями; название зависит от углевода: глюконовая из глюкозы, галактоновая из галактозы, рибоновая из рибозы и т. д.;

при действии более сильных окислителей (азотная кислота) на­ступает окисление при двух углеродных атомах -1-ми 6-м — с об­разованием двухкарбоновых сахарных кислот. При окислении 6-го атома углерода (в организме) образуются альдуроновые кислоты.

Т р и о з ы (С₃Н₆0з) — по химическим свойствам альдегидо- и кетоспирты. Содержатся в тканях в виде сложных эфиров с орто- фосфорной кислотой.

Т е т р о з ы (С₄Н₈0₄) — по химическим свойствам альдозы и кетозы. Наибольшее значение имеет эритроза — продукт пентоз- ного пути окисления углеводов.

Пентозы (С₅Н₁₀О₅) в природе широко распространены, вхо­дят в состав сложных соединений, могут существовать в альдо- и кетоформах и в циклической фуранозной форме. Наиболее широ­ко распространена D-рибоза.

Фосфорилированная рибоза входит в состав нуклеотидов — со­ставных частей РНК. В тканях находится также кеторибоза D-рибулоза в виде Б-рибулозо-5-фосфата.

Кроме того, широко распространена в природе 2-О-дезоксирибоза, входящая в состав ДНК.

Ксилоза, ксилулоза, арабиноза имеют значительное распрост­ранение. D-Арабиноза входит в состав сложных белков возбудите­ля туберкулеза.

Гексозы (С₆Н₁₂0₆) (рис. 5.1) наиболее широко распростра­нены в природе; составные части моно- и полисахаридов.

D-глюкоза (декстроза, виноградный сахар) — альдогексоза,

наиболее часто встречающаяся в пиранозной форме (рис. 5.2). Она является структурным компонентом олиго- и полисахаридов в 1КПМЯХ. В крови содержится 0,04...0,1 % D-глюкопиранозы.

D- манноза в виде β-D-маннопиранозы входит в состав белков, гликолипидов. Манноза — составная часть полисахаридов бакте­рий, дрожжей, гликопротеидов крови. Используется в качестве питательной среды в бактериологии.

D-галактоза встречается в виде β - D - галактопиранозы, которая мчодит в состав молочного сахара (лактозы).

Галактоза содержится в полисахаридах, гликозидах, цереброзидах и т. д. Кроме того, встречается L-лактоза, которая входит в состав агар-агара, полисахаридов, слизи льняного семени.

D-фруктоза (левулеза, фруктовый сахар) встречается в свобод­ном виде — кетогексоза во фруктах, меде, овощах и т.д. Фруктоза - самый сладкий сахар, входит в состав сахарозы.

Гептозы (С₇Н₁₄0₇) могут быть в виде альдоз и кетоз, входят в состав полисахаридов. Наиболее распространена D-седогептуло-

Рис. 5.2. Структурные формулы глюкозы

за, которая участвует в процессах пентозофосфатного пути окис­ления углеводов в клетке в виде фосфорных эфиров (рис. 5.3).

Производные моносахаридов. Уроновые кислоты — производ­ные альдоз, у которых первичная спиртовая группа окислена до карбоксильной. Входят в состав полисахаридов гликозидов. Ши­роко распространена β-D-глюкуроновая кислота (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Структурные формулы уроновых кислот

Аминосахариды — производные моносахаридов, у кото­рых группа —ОН у 2-го атома углерода замещена аминогруппой —NH₂. Представители — глюкозамин(2-амино-0-глюкоза), га лактозамин (2-амино-0-галактоза).

Гексозамины входят в состав ряда белков, соединений, опреде­ляющих группы крови, бактериальных мукополисахаридов.

Гликозиды — это эфирообразные соединения, получающи­еся в результате замещения радикалом атома водорода в полуаце- тальном гидроксиле циклической формы моносахарида. На­пример, метанол в присутствии НС1 приводит к образованию а- и β-метил-Б-гликозида. Неуглеводная часть молекулы гликози- дов, группа, замещающая водород группы —ОН 1-го атома угле­рода, называется аглюконом.