УГЛЕВОДЫ (сахара) обширная группа полигидроксикарбонильных соед., входящих в состав всех живых организмов; к У. относят также мн. производные, получаемые при хим. модификации этих соед. путем окисления, восстановления или введения разл. заместителей. Термин "углеводы" возник потому, что первые известные представители У. по составу отвечали формуле CmH2nOn (углерод+вода); впоследствии были обнаружены природные У. с др. элементным составом. Классификация и распространение.
У. принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды обычно представляют собой полигидроксиальдегиды (альдозы) или полигидроксикетоны (кетозы) с линейной цепью из 3–9 атомов С, каждый из которых (кроме карбонильного) связан с группой ОН. Простейший моносахарид, глицериновый альдегид, содержит один асим. атом С и известен в виде двух оптич. антиподов (D и L). Прочие моносахариды имеют неск. асим. атомов С; их рассматривают как производные D- или L-глицеринового альдегида и относят к D- или L-ряду в соответствии с абс. конфигурацией асим. атома С, наиб. удаленного от карбонильной группы. Различия между изомерными моносахаридами в каждом ряду обусловлены относит, конфигурацией остальных асим. центров.
К наиб. обычным и распространенным в природе моносахаридам относят D-глюкозу, D-галактозу, D-маннозу, D-фруктозу, D-ксилозу, L-арабинозу и D-рибозу. Из представителей др. классов моносахаридов часто встречаются: 1) дезоксисахара, в молекулах которых одна или неск. групп OH заменены атомами H (напр., L-рамноза, L-фукоза, 2-дезокси-D-рибоза); 2) аминосахара, где одна или неск. групп OH заменены на аминогруппы (напр., 2-амино-2-дезокси-D-глюкоза, или D-глюкозамин); 3) многоатомные спирты (полиолы, альди-ты), образующиеся при восстановлении карбонильной группы моносахаридов (D-сорбит из D-глюкозы, D-маннит из D-маннозы, и др.); 4) уроновые кислоты — альдозы, у которых группа CH2OH окислена в карбоксильную (напр., D-глюкуроновая кислота); 5) разветвленные сахара, содержащие нелинейную цепь углеродных атомов (напр., апиоза, или 3-С- гидроксиметил-D-глицеро-тетроза; формула I); 6) высшие сахара с длиной цепи более шести атомов C.
Олигосахариды содержат в своем составе от 2 до 10–20 моносахаридных остатков, связанных гликозидными связями. Наиб. распространены дисахариды, выполняющие функцию запасных веществ: сахароза в растениях, трегалоза в насекомых и грибах, лактоза в молоке млекопитающих. Известны многочисл. гликозиды олигосахаридов, к которым относят разл. физиологически активные вещества, напр., гликозиды сердечные, некоторые сапонины (в растениях), мн. антибиотики (в грибах и бактериях), гликолипиды.
Полисахариды- высокомол. соед., линейные или разветвленные молекулы которых построены из остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. В состав полисахаридов могут входить также заместители неуглеводной природы (остатки алифатич. кислот, фосфат, сульфат). В свою очередь цепи высших олигосахаридов и полисахаридов могут присоединяться к полипептидным цепям с образованием гликопротеинов.
Особую группу составляют биополимеры, в молекулах которых остатки полиолов, гликозилполиолов, нуклеозидов или моно- и олигосахаридов соединены не гликозидными, а фосфодиэфирными связями. К этой группе относят тейхоевые кислоты бактерий, компоненты клеточных стенок некоторых дрожжей, а также нуклеиновые кислоты, в основе которых лежит поли-D-рибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезок-си-D-рибозофосфатная (ДНК) цепь. Физико-химические свойства. Обилие полярных функц. групп в молекулах моносахаридов приводит к тому, что эти вещества легко раств. в воде и не раств. в малополярных органических растворителях. Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моно- и олигосахаридов, однако если такие превращения невозможны (напр., как в гликозидах и невосстанавливающих олигосахаридах типа сахарозы), то вещества кристаллизуются легко. Мн. гликозиды с малополярными агликонами (напр., сапонины) проявляют свойства ПАВ.
Полисахариды — гидрофильные полимеры, мн. из них образуют высоковязкие водные растворы (растит, слизи, гиалуроно-вая кислота; формулу последней см. в ст. мукополисахариды), а в ряде случаев (в результате своеобразной межмол. ассоциации) — прочные гели (агар, альгиновые кислоты, каррагинаны, пектины). Некоторые полисахариды образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, препятствующие гидратации отдельных молекул; такие полисахариды (напр., хитин, целлюлоза) не раств. в воде. Биологическая роль. Функции углеводов в живых организмах чрезвычайно многообразны. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и служат исходными соед. для биосинтеза гликозидов и полисахаридов, а также др. классов веществ (аминокислот, жирных кислот, фенолов и др.). Эти превращения осуществляются ферментами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией фосфорилир. производные Сахаров, гл. обр. нуклеозиддифосфат-сахара. У. запасаются в растениях (в виде крахмала), животных, бактериях и грибах (в виде гликогена), где служат энергетич. резервом. Источником энергии являются реакции расщепления глюкозы, образующейся из этих полисахаридов, по гликоли-тич. или окислит. пути (см. гликолиз). В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт разл. метаболитов. Полисахариды и более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. Жесткая клеточная стенка у высших растений представляет собой сложный комплекс из целлюлозы, гемицеллюлоз и пектинов. Армирующим полимером в клеточной стенке бактерий служат пептидогликаны (муреины), а в клеточной стенке грибов и наружных покровах членистоногих — хитин. В организме животных опорные функции выполняют протео-гликаны соединит, ткани, углеводная часть молекул которых представлена сульфатир. мукополисахаридами. Эти вещества участвуют в обеспечении специфич. физ.-хим. свойств таких тканей, как кости, хрящи, сухожилия, кожа. Будучи гидрофильными полианионами, эти полисахариды способствуют также поддержанию водного баланса и избират. ионной проницаемости клеток. Аналогичные функции в морских многоклеточных водорослях выполняют сульфатир. галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатир. гетерополисахари-ды (бурые и зеленые водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений эту функцию выполняют пектины. Особенно ответственна роль сложных У. в образовании клеточных поверхностей и мембран и придании им специфич. свойств. Так, гликолипиды — важнейшие компоненты мембран нервных клеток и оболочек эритроцитов, а липополисахариды -наружной оболочки грамотрицат. бактерий. У. клеточной поверхности часто определяют специфичность иммунологич. реакций (групповые вещества крови, бактериальные антигены) и взаимод. клеток с вирусами. Углеводные структуры принимают участие и в др. высокоспецифич. явлениях клеточного взаимод., таких, как оплодотворение, узнавание клеток при тканевой дифференциации, отторжение чужеродных тканей и т. д. Практическое использование. У. составляют главную часть пищ. рациона человека, в связи с чем широко используются в пищ. и кондитерской промышленности (крахмал, сахароза и др.). Кроме того, в пищ. технологии применяют структурир. вещества полисахаридной природы, не имеющие сами по себе пищ. ценности,- гелеобразователи, загустители, стабилизаторы суспензий и эмульсий (альгинаты, агар, пектины, растит. галактоманнаны и др.). Превращения моносахаридов при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этанола, пивоварения, хлебопечения; др. виды брожения позволяют получать из Сахаров биотехнол. методами глицерин, молочную, лимонную, глюконовую кислоты и мн. др. вещества. Глюкозу, аскорбиновую кислоту, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяют в медицине. Целлюлоза служит основой для получения вискозного волокна, бумаги, некоторых пластмасс, BB и др. Сахарозу и растит. полисахари-ды рассматривают как перспективное возобновляемое сырье, способное в будущем заменить нефть в пром. орг. синтезе. Моносахариды используют в качестве доступных хиральных исходных соед. для синтеза сложных прир. веществ неуглеводной природы.
Лит.: Химия углеводов, М., 1967; Общая органическая химия, пер. с англ., т. 11, М., 1986, с. 127–299.
Некоторые файлы и информация, находящиеся на данном сайте, были найдены в сети ИНТЕРНЕТ, как свободно распространяемые, присланы пользователями сайта или найдены в альтернативных источниках, также использованы собственные материалы. Автор сайта не претендует на авторство ВСЕХ материалов. Если Вы являетесь правообладателем той или иной продукции или информации, и условия, на которых она представлена на данном ресурсе, не соответствуют действительности, просьба немедленно сообщить с целью устранения правонарушения.
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
