Лекция 3

КЛАСИФІКАЦІЯ, БУДОВА ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ВУГЛЕВОДІВ.

    Основним джерелом моносахаридів для людини є природні вуглеводи: глюкоза, фруктоза, крохмаль і т.д. Олігосахариди є структурними компонентами біополімерів-полісахаридів, ними забезпечуються енергетичні, захисні і пластичні функції організму.

 

Гомо- та гетерополісахариди є важливими компонентами структури рослинних та тваринних організмів. Гомополісахариди є запасними формами вуглеводів, наприклад, глікоген в організмі тварин.  Гетерополісахариди безпосередньо беруть участь в імунному захисті, є елементами сполучної та хрящової тканини. Деякі полісахариди можуть бути замінниками крові. Полісахариди (крохмаль, клітковина) є незамінними компонентами харчових продуктів. Целюлозу використовують в медичній практиці – бинти, марля, вата.

Вуглеводи поширені в природі і виконують в живих організмах  важливі функції. Вони постачають енергію для біологічних процесів, а також є вихідним матеріалом для синтезу в организмі проміжних або кінцевих метаболітів. Вуглеводи мають формулу C_n(H₂O)_m,

Вуглеводи – це багатоатомні спирти, що містять альдегідну

  або кетонну групи.

Залежно від довжини вуглеводневого ланцюга моносахариди ділять на: тріози, тетрози, пентози, гексози і гептози. Поширені пентози і гексози.

 

Будова моносахаридів та їх стереоізомерія.

Моносахариди зображають у вигляді проекційних формул Фішера. Ланцюг атамів С в них записуть вертикально. У альдоз наверху помещають альдегідну групу, у кетоз – сусідню з карбонільною первинну спиртову групу. Атом Н і ОН-групу при асиметричному атомі С розміщують на горизонтальній прямій. Асиметричний атом С знаходиться в перехресті двох прямих и не позначаєтся символом. З груп, розміщених зверху, починають нумерацію вуглецевого ланцюга (асиметричний атом карбону: це атом С, зв‘язаний з чотирьма різними атомами або групами).

Встановлення абсолютної конфігурації, тобто істинного розташуваня в просторі замісників біля асиметричного атома карбону є дуже важким завданням. Існує можливість характеризувати сполуки шляхом порівняння їх конфігурацій з конфігураціями еталонних сполук, тобто.визначити відтносні конфігурації.

Відносна конфігурація моносахаридів визначається за конфігураційним стандартом – гліцериновим альдегідом, якому довільно були приписані певні конфігурації, позначені як  D– і  L– гліцеринові альдегіди.

Родоначальником альдоз є гліцериновий альдегід. Так, добуто D-ряд цукрів з D– гліцеринового альдегіду. Всі члени цього ряду, одержані з D-гліцеринового альдегіду, зберегли його асиметричний атом карбону. Це останній асиметричний атом С в ланцюгу атомів карбону.

Кожній альдозі D-ряду відповідає стереоізомер L-ряду, молекули яких відтносяться між собою як предмет і несумісне з ним дзеркальне відображення. Такі стереоізомери називаються енантіомерами.

       Молекули моносахаридів оптично активні, тобто вони повертають площину поляризованого світла  правруч (позначення +)  або ліворуч (позначення -).

Оптичними ізомерами називаються просторові ізомери, молекули яких відносяться між собою як предмет і несумісне з ним дзеркальне зображення.

Оптичні ізомери мають однакові фізичні і хімічні властивості, але розрізняються відношенням до поляризованому світлі. Такі ізомери мають оптичну активність (один з них повертає площину поляризованого світла вліво, а інший – на такий же кут вправо). Відмінності є в біологічній активності.

Циклічні форми. Циклічні форми моносахаридів за хімічною природою є циклічними півацеталями.

Циклічні напівацеталі отримують при взаємодії спиртової та альдегідної групи, які належать одній молекулі моносахариду.

При цьому утворюється хіральний атом карбону, з яким зв’язана півацетальна група. Цю гідроксильну групу називають глікозидною. За властивостями вона значно відрізняється від спиртових груп моносахаридів.

   У результаті утворюються термодинамічно більш стійкі  п’ятичленні фуранозних, і шестичленні піранозні цикли:

                 

фуран                        піран

Альдогексози утворюють півацеталь в результаті взаємодії гідроксильної групи при С-5 з альдегідної групою.

              

глюкоза                                 глюкопіразоноза

Кетогексози утворюють аналогічний цикл при взаємодії гідроксильної групи і кето–групи.

фруктоза                                    фруктофураноза

     У назвах циклічних форм поруч з назвою моносахариду вказують розмір циклу у вигляді закінчення піраноза або фураноза.  Хіральний атом карбону, який утворюється,  називають  аномерним, а два відповідних ізомери α-і β-аномерами.

β-циклічна форма                                              α-циклічна форма

Зображення моносахаридів у вигляді плоских багатокутників називають формулами Хеуорса.

Глюкоза (виноградний цукор) широко поширена в природі: міститься в зелених частинах рослин, виноградному соку, насінні, фруктах, ягодах, меді. У чистому вигляді з їжею споживається близько 15-18 г глюкози. Це лише невелика частина глюкози, яка бере участь в метаболічних процесах організму. Глюкоза входить до складу сахарози, крохмалю, клітковина, з якої вона звільняється в процесі гідролізу в травному тракті. ЦНС – головний і спинний мозок – витрачають 140 г (близько 10 столових ложок), а еритроцити крові – близько 40 г глюкози в добу. Глюкоза є основною транспортною формою вуглеводів в організмі людини.

Організм людини строго регулює концентрацію глюкози в крові на рівні 100-120 мг/100 мл навіть в стані голоду, коли глюкоза крові поповнюється за рахунок гідролізу запасів глікогену або перетворення на глюкозу амінокислот. Після їди рівень глюкози в крові підвищується в порівнянні з рівнем натщесерце за рахунок вуглеводів їжі, а потім поступово знижується до початкового рівня, оскільки глюкоза використовується тканинами для отримання енергії або для запас вуглеводів у формі глікогену. Стан, при якому вміст глюкози в крові підвищується більше 160 мг/100 мл, називають гіперглікемією. Вона спостерігається при цукровому діабеті, коли порушується вироблення інсуліну острівцями підшлункової залози і тканини втрачають здатність утилізувати глюкозу з крові. В результаті глюкоза виділяється з сечею.

При зниженні концентрації глюкози в крові до 60 мг/100 мл і менш розвивається гіпоглікемія, що супроводжується відчуттям голоду і слабкості. Стан легкої, так званої реактивної гіпоглікемії переживає кожна людина через декілька годинників після їди.

Підвищення концентрації глюкози після прийому солодкої їжі викликає посилене вироблення гормону підшлункової залози інсуліну. Це супроводжується падінням рівня глюкози через деякий час навіть нижче початкового натщесерце, тобто розвивається гіпоглікемія.

Фруктоза (фруктовий цукор, левулоза) у вільному стані міститься в меді, фруктах і ягодах, насінні, зелених частинах рослин. Входить до складу сахарози і високомолекулярного полісахариду інуліну. Фруктоза солодше цукру (сахарози) і знаходить застосування у виробництві напоїв і інших продуктів. У печінці фруктоза перетворюється на глюкозу, а це означає, що використання фруктози хворими діабетом також не може бути безмежним. Фруктоза у меншій мірі викликає розвиток карієсу, чим цукор.

Глюкоза і фруктоза мають велике значення в харчовій промисловості, будучи важливим солодким компонентом продуктів харчування і початковим матеріалом для процесів бродіння.

Пентоза (п’ятивуглецеві моноцукру) – арабіноза, рибоза, ксилоза, представлені в природі головним чином як структурні компоненти складних полісахаридів (геміцеллюлоз, пектинових речовин), а також нуклеїнові кислоти і інші природні полімери.

Арабіноза міститься в хвойних рослинах, входить до складу пектинових речовин, слизу, камеді, геміцелюлози. Ксилоза входить до складу пентозанів.

D-рибоза – є універсальними компонентом головних біологічно активних молекул, які відповідають за передачу спадкової інформації. РНК та ДНК, входить до складу АТФ та АДФ за допомогою яких в любому живому організмі запасається та переноситься хімічна енергія.

Циклічні напівацетальні форми моносахаридів.

Це припущення вперше було запропоновано Коллі; одержало розвиток в працях Толленса, Скраупа, Фішера і англійця Хеуорса. Утворюються циклічні форми моносахаридів із їх гідрокарбонільних форм.

Утворення піранозних та фуранозних поуацетальних форм:

В альдозах карбонільна група (при першому атомі вуглецю) може взаємодіяти зі спиртовою групою 5 (о – положення) або 4 ( -положення) атому “С”. При цьому подвійний зв’язок карбонільної групи розривається, атом водню з ОН-групи переходить до карбонільного кисню, а кисень цього гідроксилу з’єднується з 1-м атомом вуглецю. При взаємодії карбонільної групи зі спиртовою в о-положенні утворюється шестичленне кільце, а при взаємодії в –положенні – п’ятичленне.

Утворений гідроксил при першому атомі «С» називається напівацетальним або глікозидним гідроксилом.

Ізомерія гідроксокарбонільних форм визначається:

1.     положенням карбонільної групи;

2.     наявністю асиметричних атомів вуглецю.

Атоми вуглецю в молекулах моносахаридів нумерують, починаючи з того кінця ланцюга на якому знаходиться або до якого ближче карбонільна група.

Наявність асиметричних атомів в молекулі обумовлює оптичну ізомерію моносахаридів. Наприклад, в альдогексозі є 4 асиметричних вуглецевих атомів. Таким чином можливе існування 2⁴=16 стереоізомерних альдогексоз, серед яких є 8 пар дзеркальних стереоізомерів, так як дзеркальні стереоізомери однакові за фізичними і хімічними властивостями, то вони мають одну і ту ж назву. Але, щоб показати на протилежність їх просторової конфігурації, до цієї назви додають букву D або L. Напрямок обертання площини поляризації кожного антиподу позначають знаками “+” або “-“. Наприклад, дзеркальні ізомери однієї з найважливіших альдогектоз називаються D(+) – глюкоза та L(-) – глюкоза.

Кожний з пари дзеркальних ізомерів є діастереоізомером всіх інших 14 альдогексоз.

В кожній парі дзеркально ізомерних моносахаридів D-ізомер це той, в проекційній формулі якого ОН-група при найбільш віддаленому від карбонільної групи асиметричному атомі вуглецю повернена праворуч.

Діастереоізомерні альдози, які відрізняються конфігурацією груп тільки при другому атомі вуглецю, тобто в α-положенні до альдегідної групи, називають епімерами. Наприклад, D-глюкоза та D-маноза.

Дзеркальні їх ізомери, тобто L-ізомери, мають протилежну конфігурацію груп при всіх асиметричних атомах вуглецю. L-клюкоза є повне дзеркальне зображення D-глюкози.

Належність моносахаридів до D– або L-ряду має велике біологічне значення. Річ у тому, що в природі як у рослинних, так і у тваринних організмів у більшості випадків утворюються тільки D-ізомери моносахаридів. Майже всі L-ізомери одержані тільки синтетичним шляхом. Тваринні організми застосовують моносахариди лише D-ряду.

З альдегідопентоз відмітимо D-арабінозу, D-рибозу, D-дезоксирибозу.

Якщо глікозидній гідроксил біля першого вуглецевого атомів повернутий по відношенню до площини кільця вправо, то це буде α-форма моносахариду, якщо вліво – β-форма. α- і β-форми відрізняються одна від одної протилежним розміщенням груп лише при одному асиметричному вуглецевому атомі, вони є діастереоізомерами.

Природна D-глюкоза є α-D-глюкопіранозою. При розчиненні у воді вона таутомірно перетворюється в гідрокарбонільну форму, а остання переходить у всі 4 циклічні полуацетарні форми. Між цими всіма формами у розчині встановлюється динамічна рівновага за переважанням циклічних α- та β-піраноз.

Фуранозні форми моносахаридів термодинамічно менш вигідні, ніж піранозні, оскільки в практично плоскому п’ятичленному циклі замісники змушені перебувати в нестабільній конформації. Навпаки, шестичленні цикли мають кріслоподібну форму, в якій замісники при сусідніх атомах вуглецю займають більш вигідні положення. Існують два типи кріслоподібної конформації: піранози–1С₄ і 4C₁ (цифри у верхніх і нижніх індексах показують номери атомів С, що знаходяться відповідно у верхніх і нижніх положеннях крісла). Для більшості альдогексоз D–ряду кращим є крісло 4C₁ з екваторіальної групою СН₂ОН і тільки для D-ідози в рівновазі переважає конформація 1С₄ (вплив аксільних груп ОН):

Аміноцукри, органічні сполуки, в молекулах яких містяться групи, характерні для цукрів, — альдегідна (CHO) або кетонна (CO) група, декілька гідроксильних (ОН) і одна або декілька аміногруп (NН₂ ). Вуглецевий ланцюг ваміноцукрів може бути нерозгалуженим або розгалуженим. Як похідні моносахаридів, аміноцукри володіють відновними властивостями і дають реакції цукрів, але проявляють і властивості органічних основ. Аміноцукри широко поширені в природі, зустрічаються у всіх тканинах тварин, рослин, в мікроорганізмах, у складі складних білків і ліпідів, полісахаридів, глікозидів і ін..; вони входять до складу багатьох гормонів, антибіотиків і інших біологічно активних речовин. Найбільш поширені глюкозамін і галактозамін.

Методи одержання моносахаридів.

1. В природі вуглеводів утворюються в рослинах із діоксину вуглецю, який вони поглинають з повітря. Вони є результатом фотосинтезу – ряд багатьох дуже складних реакцій які протікають в рослинах під впливом енергії сонця при каталітичній дії хлорофілу (зеленої речовини рослин) та каротиноїдів. Фотосинтез рослин можна представити сумарним рівнянням:

nCO₂ + mH₂O → C_nH_2mO_m + nO₂

В тваринні організми вуглеводи потрапляють з їжею, головним чином рослинного походження. Важливе джерело одержання моносахаридів є природні полісахариди. При їх гідролізі в присутності мінеральних кислот утворюються різні гексози та пентози. Деякі моносахариди зустрічаються в природі у вільному стані (наприклад, D-глюкоза та D-фруктоза містяться в соках різних фруктів, овочів, ягід, входять до складу меду).

Хімічні властивості моносахаридів.

Моносахариди мають властивості спиртів і карбонільних сполук.

I. Реакції за участю карбонільної групи

1.      Окиснення.

 a) Як і у всіх альдегідів, окислення моносахаридів призводить до відповідних кислот. Так, при окисленні глюкози аміачним розчином гідрату окису срібла утворюється глюконова кислота (реакція “срібного дзеркала”).

 

 

б)   Реакція моносахаридів з гідроксидом міді при нагріванні так само призводить до альдонових кислот або інших сполук.

 

  2. Відновлення.

Відновлення цукрів призводить до багатоатомним спиртів. Як відновник використовують водень в присутності нікелю, алюмогідрид літію та ін

 

  ІІ. Реакції за участю гідроксильних груп

Реакції за участю гідроксильних груп моносахаридів здійснюються, як правило, в напівацетальній (циклічної) формі.

1. Утворення простих ефірів.

 При дії метилового спирту в присутності газоподібного хлористого водню атом гідрогену глікозидного гідроксилу заміщується на метильну групу.

 

2. Утворення складних ефірів (естерів).

 При дії на глюкозу оцтового ангідриду утворюється складний ефір – пентаацетилглюкоза.

 

 

3.      Як і всі багатоатомні спирти, глюкоза з гідроксидом міді (II) дає інтенсивне синє забарвлення (якісна реакція).

  III. Специфічні реакції

 Крім наведених вище, глюкоза характеризується і деякими специфічними властивостями – процесами бродіння. Бродінням називається розщеплення молекул цукрів під впливом ферментів (ензимів). Бродінню піддаються цукру з числом вуглецевих атомів, кратним трьом. Існує багато видів бродіння, серед яких найбільш відомі такі:

  a) спиртове бродіння

 C₆H₁₂O₆  + [O] → 2CH₃–CH₂OH(этиловый спирт) + 2CO₂­

 

б) молочнокисле бродіння

 

Загальна характеристика дисахаридів. Будова, класифікація та медико-біологічне значення.

    Дисахариди, вуглеводи, молекули яких складаються з двох залишків моносахаридів. Дисахариди при гідролізі утворюють два однакових або різних моносахариди. Для встановлення будови дисахаридів необхідно знати: з яких моносахаридів він побудований, яка конфігурація аномерних центрів у цих моносахаридів (α-або β-), які розміри циклу (фураноза або піраноза) і за участю яких гідроксилів пов’язані дві молекули моносахариду.

    Дисахариди поділяються на дві групи: відновні і невідновні.

До відновних дисахаридів належить мальтоза (солодовий цукор), що міститься в солоді, тобто пророслих, а потім висушених і подрібнених зернах хлібних злаків.

(мальтоза)

 Мальтоза складається з двох залишків D-глюкопіраноз, які зв’язані α-1,4- глікозидним зв’язком, тобто в утворенні ефірного зв’язку беруть участь глікозидний гідроксил однієї молекули і спиртовий гідроксил при четвертому атомі вуглецю іншої молекули моносахариду. Атом С з вільним глікозидним гідроксилом (позначений червоним кольором) може мати як α – (α – мальтоза), так і β – конфігурацію (β мальтоза).

  Мальтоза –  білі кристали, добре розчинні у воді, солодкі на смак, проте  менше, ніж у цукру (сахарози). В мальтози є вільний глікозидний гідроксил, внаслідок чого зберігається здатність до розкриття циклу і переходу в альдегідну форму. У зв’язку з цим, мальтоза здатна вступати в реакції, характерні для альдегідів, і, зокрема, давати реакцію “срібного дзеркала”, тому її називають відновним дисахаридом.

До невідновних дисахаридаів належить сахароза (буряковий чи тростинний цукор). Вона міститься в цукровому очереті, цукрових буряках (до 28% від сухої речовини), соках рослин і плодах. Молекула сахарози побудована з α,D-глюкопіранози і α,D-фруктофуранози.

   

(сахароза)

 

  На противагу мальтозі α-1,2- глікозидний зв’язок між моносахаридами утворюється за рахунок глікозидних гідроксилів обох молекул, тобто вільний глікозидний гідроксил відсутній. Внаслідок цього відсутня відновлююча здатність сахарози, вона не дає реакції “срібного дзеркала”, тому її відносять до невідновлюючих дисахаридів.

      Сахароза – біла кристалічна речовина, солодка на смак, добре розчинна у воді. Для сахарози характерні реакції по гідроксильних групах. Як і всі дисахариди, сахароза при кислотному або ферментативному гідролізі перетворюється на моносахариди, з яких вона складена.

Лактоза (молочний цукор) складається із залишків галактози і глюкози. Лактозу отримують з молочної сироватки – відходу при виробництві масла і сиру. У коров’ячому молоці міститься 4,6% лактози. Лактоза не бере участь в спиртному бродінні, але під впливом молочнокислих дріжджів піддається гідролізу з подальшим зброджуванням моносахаридів, що утворилися, в молочну кислоту (молочнокисле бродіння). Лактоза сприяє всмоктуванню кальцію і шлунково-кишковому тракті.

Загальна характеристика полісахаридів. Будова, класифікація та медико-біологічне значення.

     Полісахариди, високомолекулярні сполуки з класу вуглеводів; складаються із залишків моносахаридів, пов’язаних глікозидними зв’язками. Молекулярні маси полісахаридів лежать в межах від декількох тис. до декількох млн. і можуть бути визначені лише орієнтовно.

Хімічна класифікація полісахаридів. заснована на будові складових їх моносахаридів – гексоз (глюкоза, галактоза, маноза) і пентоз (арабіноза, ксилоза), а також аміноцукрів (глюкозамін, галактозамін).

До гідроксильних (-ОН) і аміногрупи (-NH2;) моносахаридів в молекулах природних полісахаридів. можуть бути приєднані залишки кислот (оцтової, піровиноградної, молочної, фосфорної, сірчаної) або спиртів (зазвичай метилового). Гомополісахариди побудовані із залишків тільки одного моносахариду, гетерополісахариди – із залишків двох і більше різних моносахаридів. Багато поширені полісахариди носять давно вкорінені назва: целюлоза, крохмаль, хітин, пектинові речовини та ін

Полісахариди, на відміну від ін класів біополімерів, можуть існувати як у вигляді лінійних так і розгалужених структур. До лінійним полісахаридів відносяться целюлоза, до розгалужених – крохмаль, глікоген.

  Крохмаль є сумішшю двох полісахаридів, побудованих з альфа D-глюкопіранозних ланок: амілози (10-20%) і амілопектину (80-90%). Крохмаль утворюється в рослинах при фотосинтезі і відкладається у вигляді “резервного” вуглеводу в коренях, бульбах і насінні. Споріднену роль у тваринному світі виконує полісахарид глікоген, “запасаються”, в основному, в печінці.

Крохмаль – це білий порошок, що складається з дрібних зерен, не розчинний у холодній воді. При обробці крохмалю теплою водою вдається виділити дві фракції: фракцію, розчинну в теплій воді і складається з полісахариду амілози, і фракцію, лише набухає в теплій воді з утворенням клейстеру і складається з полісахариду амілопектину.

Амілоза має лінійну будову, α,D-глюкопіранозні залишки зв’язані α–1,4-глікозидними зв’язками. Елементна ланка амілози (і крохмалю взагалі) представляється наступним чином:

 

 

Молекула амілопектину побудована таким же чином, але має в ланцюзі розгалуження, що створює просторову структуру. У точках розгалуження залишки моносахаридів пов’язані α–1,6-глікозидними зв’язками. Між точками розгалуження розташовуються  20-25 глюкозних залишків.

 

(амілопектин)

 Крохмаль легко піддається гідролізу: при нагріванні в присутності сірчаної кислоти утворюється глюкоза.

(C₆H₁₀O₅)_n(крахмал) + nH₂O  →^H2SO4  nC₆H₁₂O₆(глюкоза)

 Залежно від умов проведення реакції гідроліз може здійснюватися ступінчасто з утворенням проміжних продуктів.

(C₆H₁₀O₅)_n(крахмал)→(C₆H₁₀O₅)_m(декстрини(m<n))→xC₁₂H₂₂O₁₁(мальтоза)→ nC₆H₁₂O₆(глюкоза)

 Якісною реакцією на крохмаль є його взаємодія з йодом – спостерігається інтенсивне синє забарвлення. Таке забарвлення з’являється, якщо на зріз картоплі або скибочка білого хліба помістити краплю розчину йоду. Крохмаль не вступає в реакцію “срібного дзеркала”.

 Целюлоза (клітковина) – найбільш поширений рослинний полісахарид. Вона володіє великою механічною міцністю і виконує роль опорного матеріалу рослин. Деревина містить 50-70% целюлози, бавовна представляє собою майже чисту целюлозу.

Як і у крохмалю, структурною одиницею целюлози є D-глюкопіраноза, ланки якої пов’язані β–1,4-глікозидними зв’язками. Однак, від крохмалю целюлоза відрізняється β– конфігурацією глікозидних зв’язків між циклами і суворо лінійним будовою.  

 

Целюлоза складається з ниткоподібних молекул, які водневими зв‘язками гідроксильних груп усередині ланцюга, а також між сусідніми ланцюгами зібрані в пучки. Саме така упаковка ланцюгів забезпечує високу механічну міцність, волокнистість, нерозчинність у воді і хімічну інертність, що робить целюлозу ідеальним матеріалом для побудови клітинних стінок.

β–1,4–глікозидний зв’язок не руйнується травними ферментами людини, тому целюлоза не може служити йому їжею, хоча в певній кількості є необхідним для нормального харчування баластовим речовиною. У шлунках жуйних тварин є ферменти, що розщеплюють целюлозу, тому такі тварини використовують клітковину як компонент їжі.

Як і крохмаль, целюлоза при кислотному гідролізі дає глюкозу.

Целюлоза – багатоатомний спирт, на елементну клітинку полімеру припадають три гідроксильних групи. У зв’язку з цим, для целюлози характерні реакції етерифікації (утворення складних ефірів). Найбільше практичне значення мають реакції з азотною кислотою і оцтовим ангідридом.

При взаємодії целюлози з оцтовим ангідридом в присутності оцтової та сірчаної кислот утворюється триацетилцеллюлоза.  Целюлоза не дає реакції “срібного дзеркала”.

Глікоген – тваринний крохмаль (C₆H₁₀O₅)_n, основний запасаючий вуглевод тварин і людини, зустрічається також у деяких бактерій, дріжджів та грибів. Особливо велике його вміст у печінці (3-5%) і м’язах (0,4-2%). Глікоген- гомополісахарид, побудований з 6-20 тис. і більше залишків α-D-глюкози. Молекула глікогену має розгалужену будову; середня довжина нерозгалуженого ланцюга 10-14 залишків глюкози. Молярна маса 10⁵-10⁷. Глікоген в організмі розщеплюється двома способами. У процесі травлення під дією амілаз відбувається гидролитичне розщеплення глікогену, що міститься в їжі. Процес починається в ротовій порожнині і закінчується в тонкому кишечнику (при рН 7-8) з утворенням декстринів, потім мальтози і глюкози. У кров надходить глюкоза, надлишок якої включається в синтез глікогену. і в такому вигляді відкладається в тканинах.

Глікозиди – продукти конденсації циклічних форм вуглеводів (моно- або олігосахаридів) та компонента невуглеводної природи (аглікону), яким можуть бути стероїди, феноли або алкалоїди. Специфічна дія глікозиду зумовлена типом аглікону. Це здебільшого кристалічні сполуки, майже завжди гіркі на смак, мають специфіч. запах. Особливо багаті на глікозиди рослини, але виявлені вони і в opганізмах тварин. Беруть участь у процесах обміну речовин.

До групи глікозидів в організмі тварин і людини належать цереброзиди мозку і нуклеозиди. Деякі глікозиди (стрептоміцин, азонін, строфантин) застосовують у медицині.

Гетерополісахариди — полімери, побудовані з великої кількості різних моносахаридних одиниць та їх похідних. У біохімії та фізіології людини і тварин найбільше значення мають гетерополісахариди глікозамінглікани.

Глікозамінглікани — гетерополісахариди, побудовані з дисахаридних залишків які повторюються. Моносахаридними компонентами дисахаридних залишкі глікозамінгліканів є найчастіше гексуронові кислоти (глюкуронован або іноді ідуронова тощо)та N-ацетилпохідні гексозамінів (глюкозаміну, галактозаміну).

До глікозамінгліканів належать численні тваринні біополімери, що складають міжклітинний матрикс сполучної тканини, який заповнює простір між окремими клітинами. Застаріла назва цих сполук — мукополісахариди — вказує, що сполук даного класу були вперше виділені з муцину— компоненту слизів, що є змазуючою речовиною, яка виконує функцію фізіологічного мастила. Найбільш вивченими гліюзамінгліканами є гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати, дерматансульфати, кератансульфати, гепарансульфати, які входять до складу шкіри, сухожиль, хрящ суглобів, забезпечуючи механічну міцність та пружність органів, еластичність іх сполучень. Глікозамінглікан гепарин є природним антикоагулянтом.

Гіалуронова кислота. Молекула цього гетерополісахариду побудована з великої кількості залишків глюкуронової кислоти і N-ацетилглюкозаміну в співвідношенні 1:1, зв’язаних між собою 1,3-глікозидними зв’язками, тобто структурною оди­ницею гіалуронової кислоти є дисахарид, який складається з глюкуронової кислоти і N-ацетилглюкозаміну:

Ці фрагменти, з’єднуючись один з одним зв’язком 1,4, утво­рюють високомолекулярну молекулу гіалуронової кислоти лі­нійної будови з молекулярною масою від 270 до 500 тис.

Ця кислота поширена в тканинах і органах людини і тва­рин. Особливо багато її в склоподібному тілі ока, сухожиллях, синовіальній рідині суглобів. Вона входить до складу оболонки клітин, зокрема жіночої статевої клітини – яйцеклітини. Тому проникнення в яйцеклітину,а отже і запліднення її можливе лише у випадку розщеплення гіалуронової кислоти. Таку здат­ність має чоловіча статева клітина – сперматозоїд, який містить фермент гіалуронідазу (гіалуронат-ліазу), за допомогою якого і руйнується оболонка.

Гіалуронова кислота здатна зв’язувати воду і тим самим утримувати її в міжклітинному просторі. Вона надає також си­новіальній рідині мастильні властивості, зменшуючи тертя при згинанні суглобів.

Гіалуронова кислота входить до складу основної речовини сполучної тканини, надаючи їй високу міцність і захисні власти­вості, оскільки одним із механізмів проникнення бактерій в орга­нізм людини або тварин є розщеплення бактеріальними фермен­тами гіалуронової кислоти клітинної оболонки. Це спостеріга­ється також при дії на організм різних фізичних чинників, на­приклад, радіоактивного випромінювання. У результаті посилю­ється розщеплення гіалуронової кислоти, що веде до підвищення проникності тканин і зниження опірності органі .

Хондроїтинсульфатна кислота також є гетерополісахаридом. Молекула її побудована з фрагментів глюкуроно­вої кислоти і N-ацетилгалактозамінсульфату, сполучених між собою 1,3-глікозидними зв’язками. Такі фрагменти, так само як і в гіалуроновій кислоті, з’єдну­ються між собою 1,4-зв’язками.

Хондроїтинсульфатна кислота – обов’язкова складова частина хрящів (до 40% у перерахунку на суху масу), кісток, осно­вної речовини сполучної тканини, серцевих клапанів, стінок кровоносних судин, шкіри й ін., тобто в організмі вона виконує опорні функції. Крім того, хондроїтинсульфатна кислота бере участь в іонному обміні і регуляції надходження в клітину поживних речовин.

Гепарин – кислий гетерополісахарид, що складається із залишків глюкуронової кислоти і глюкозаміну. Він міститься у різних органах і тканинах тварин. Особливо багато його в печінці (до 100 мг на 1 кг ткани­ни), легенях, серці, селезінці, щитовидній залозі, крові.

Гепарин є потужним антикоагулянтом, у мізерно малих кількостях запобігає зсіданню крові. Його використовують у медицині для профілактики і лікування тромбозів, а також як стабілізатор крові при її збереженні і переливанні.

В травному тракті вуглеводи, які засвоюються – розщеплюються, всмоктується, а потім або утилізуються (глюкоза) або перетворюються на жир, або відкладаються на тимчасове зберігання (глікоген). Накопичення жиру особливо характерно під час надлишку в дієті простих ВВ та відсутності витрати енергії. Засвоювані швидко перетравлюються в шлунку. Це — моноцукри (глюкоза, галактоза, маноза, ксилоза, фруктоза), дисахариди (цукроза, або сахароза, лактоза, мальтоза) та α-глюканові полісахариди (крохмаль, декстрин і глікоген). Споживання рафінованих вуглеводів призводить до однієї з найпоширеніших хвороб світу — цукрового діабету, яку ще називають „хворобою кондитерів“.

Література:

Основна:

1.     Зіменковський Б.С., Музиченко В.А. Біоорганічна хімія. – Львів: Кварт. – 2009. – 402 с.

2.     Миронович Л.М. Біоорганічна хімія: Скорочений курс: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2008. – 184 с.

3.     Мардашко О.А., Миронович Л.М., Стапанова Г.Ф. Біологічна і біоорганічна хімія: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2008. – 244 с.

4.      Губський Ю.І. Біоорганічна хімія. – Вінниця: Нова книга, 2004. – С. 18-69, 98-114, 114-126.

Додаткові:

1.    Губський Ю. І. Біоорганічна хімія. – Вінниця: НОВА КНИГА, 2004. – 464 с. 

2.     Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини. Підручник .-Тернопіль: Укрмедкнига, 2002.-744 с.

3.     Черних В. П., Зіменковський Б. С., Грищенко І. С. Органічна хімія: у 3 кн. – Харків: Основа, 1997. – Кн. 1. – 145 с.; Кн. 2. – 480 с.; Кн. 3. – 256 с.