Біологія. Міні-довідник. ЗНО

Вуглеводи: будова, властивості та функції в організмах

За хімічною будовою вуглеводи є багатоатомними альдегідоспиртами або кетоноспиртами, а також продуктами конденсації цих сполук. Вуглеводи поділяють на три основні групи:

• 1) моносахариди — вуглеводи, не здатні до гідролізу;
• 2) олігосахариди — складні вуглеводи, молекули яких складаються із двох-чотирьох залишків моносахаридів; під час гідролізу вони розпадаються на моносахариди (прості цукри);
• 3) полісахариди — високомолекулярні вуглеводи, молекули яких складаються із сотень тисяч залишків моносахаридів (під час гідролізу вони розпадаються на моносахариди).

Моносахариди

Залежно від кількості атомів Карбону, у ланцюзі моносахаридів розрізняють тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози, октози і нонози.

Пентози (С₅Н₁₀О₅) доволі поширені в природі. Ці цукри та їх похідні входять до складу нуклеотидів, нуклеїнових кислот, нуклеопротеїдів, ферментів, деяких вітамінів тощо. У багатьох рослин з пентоз утворена опорна тканина у вигляді полісахаридів — пентозанів.

Пентози є також проміжними продуктами обміну вуглеводів в організмі людини і тварин.

Рибоза входить до складу нуклеотидів і рибонуклеїнових кислот цитоплазми та ядра клітини. Крім того, похідне рибози (спирт рибітол) є складовою вітаміну В₂ (рибофлавіну). Дезоксирибоза входить до складу ДНК клітини. Ксилози багато в деревині, соломі, початках кукурудзи й оболонках зерен.

З усієї різноманітності простих цукрів для організму людини важливе значення мають гексози (С₆Н₁₂О₆), передусім глюкоза, галактоза, маноза і фруктоза.

Глюкоза у вільному стані міститься в багатьох фруктах і ягодах, особливо у винограді (17-20 %), тому її називають «виноградним цукром». Багато глюкози є в меді (33-37 %). Глюкоза входить до складу бурякового, молочного та деяких інших цукрі; крім того, вона є основним структурним елементом рослинного крохмалю, клітковини, тваринного полісахариду глікогену. Глюкоза та її похідні входять до складу тканин організму людини і тварин.

Глюкоза разом з галактозою входить до складу молочного цукру — лактози. Вона є важливим компонентом ліпоїдів нервової системи і головного мозку, входить до складу білків глікопротеїдів.

Галактоза витрачається в організмі людини і тварин на синтез глікогену. Вона є складовою частиною деяких вуглеводів рослин, у тому числі трисахариду рафінози і полісахариду агару; останній застосовують в бактеріології та під час виготовлення деяких кондитерських виробів.

В організмі тварин маноза виявлена в складі слини, слизу кишечника, рідини суглобів, а також глікопротеїдів крові.

Олігосахариди — вуглеводи, молекули яких містять від 2 до 10 залишків моносахаридів, з’єднаних глікозидними зв’язками. Відповідно до цього розрізняють дисахариди, трисахариди тощо. Дисахариди — складні цукри, кожна молекула яких під час гідролізу розпадається на дві молекули моносахаридів.

Дисахариди разом з полісахаридами є одним з основних джерел вуглеводів у їжі людини і тварин. За будовою, дисахариди є глікозидами, у яких дві молекули моносахаридів з’єднані глікозидним зв’язком.

Серед дисахаридів найбільш важливі мальтоза, лактоза та сахароза.

Мальтоза входить до складу рослинного крохмалю і тваринного глікогену. Кількість мальтози збільшується в умовах ферментативного гідролізу крохмалю та глікогену в процесі травлення, під час проростання зерна, розщеплення крохмалю в умовах спиртового бродіння тощо.

Лактоза, або молочний цукор, складається із залишків галактози та глюкози. Лактоза є основним цукром молока. Крім того, вона входить до складу складних ліпідів головного мозку — галактозидів, до яких належать цереброзиди. Целобіоза, як і лактоза, побудована за типом мальтози, утворюється із двох залишків глюкози. Целобіоза є складовою частиною клітковини (целюлози) і може бути одержана як продукт її гідролізу.

Сахароза, буряковий або тростинний цукор, утворюється із залишків глюкози і фруктози.

Полісахариди. Важливим структурним полісахаридом є целюлоза, а головними резервними — глікоген і крохмаль.

Крохмаль є сумішшю двох гомополісахаридів: лінійного — амілози — і розгалуженого — амілопектину, загальна формула яких: (C₆H₁₀O₅)_n. Як правило, уміст амілози в крохмалі становить 10-30 %, амілопектину — 70-90 %. Полісахарид крохмаль побудований із залишків глюкози, з’єднаних в амілозі й у лінійних ланцюгах амілопектину. У молекулі амілози зв’язано в середньому по 1000 залишків глюкози, окремі ділянки молекули амілопектину складаються із 20-30 таких одиниць.

Глікоген — головний резервний полісахарид у багатьох тварин і людини, побудований із залишків α-D-глюкози. Емпірична формула глікогену, як і крохмалю, — (C₆H₁₀O₅)_n.

Глікоген міститься практично в усіх органах і тканинах тварин і людини, найбільшу його кількість виявлено в печінці та м’язах.

Целюлоза (клітковина) — найбільш поширений структурний полісахарид у рослинному світі. Під час часткового гідролізу целюлози утворюється дисахарид целобіоза, а при повному гідролізі — глюкоза.

Пектинові речовини — лінійні полімери полігалактуронової кислоти, які перериваються залишками рамнози. Вільні карбоксильні групи полімеру етерифікуються спиртами (метилуються). Молекули пектинів звичайно сильно розгалужені завдяки наявності бічних ланцюгів з нейтральних цукрів, ковалентно з ними зв’язаних. Ланцюги пектинів часто сполучаються між собою атомами Кальцію і Магнію, утворюючи пектати.

До природних речовин полісахаридної групи належить хітин — головний волокнистий компонент клітинної стінки багатьох грибів, зовнішніх покривів багатьох членистоногих. Хітин — лінійний гомополімер N-ацетил-D-глюзаміну. Як і целюлоза, хітин нерозчинний у воді й у більшості органічних розчинників, але хімічно інертний, оскільки його паралельні ланцюги мають кристалічну упаковку. Волокнистим компонентом оболонок дріжджових клітин є полісахарид поліглюкан.

Опорний каркас клітинної стінки бактерій і ціанобактерій — складний глюкопептид муреїн, що утворює одну гігантську мішкоподібну молекулу, яку називають муреїновим мішком. Основою структури муреїнового мішка є сітка паралельних полісахаридних ланцюгів, побудованих з дисахаридів ацетилглюкозаміну й ацетилмурамової кислоти (які чергуються), з’єднаних між собою численними короткими пептидними ланцюгами. До полісахаридів належать також камедь кісточкових порід, агар морських водоростей.