Тема 7. Властивості, структура та розповсюдження вуглеводів

План

1. Харктеристика вуглеводів.

2. Функції вуглеводів в організмі людини.

3. Класифікація вуглеводів.

1. Характеристика вуглеводів

Вуглеводи - це органічні сполуки, які мають у своєму складі С, О₂, Н₂. Формально за складом їх можна розглядати як сполуки вуглецю з водою Cn(H₂O)m. Тепер відомо багато речовин, які відносять до вуглеводів, але вони не відповідають наведеній вище формулі. Однак, хоча назва "вуглеводи" не повністю відповідає хімічному складу речовин, які до них відносять, вона збереглася за ними і стала тривіальною. Вуглеводи ще часто називають сахарами.

Вуглеводи широко розповсюдженні в природі, особливо в рослинному світі, де вони сягають 70% на суху речовину. В тваринному світі В. складають до 2% від маси тіла, але їх значення дуже важливе, тому що вони виконують багато важливих функцій в організмі.

2.Функції вуглеводів в організмі людини

1. Енергетична - вуглеводи є основним джерелом енергії, необхідної для забезпечення метаболічних реакцій організму. Під час окислення 1 г вуглеводів до кінцевих продуктів виділяється - 4,1 ккал або 17,2 кДж енергії. Всього за рахунок вуглеводів забезпечується 55-60% добової енергітичної цінності харчового раціону людини. Особливо важлива роль вуглеводів в енергозабезпеченні клітини головного мозку, де глюкоза є основним енергетичним джерелом, без якого неможливе нормальне функціонування ЦНС та м'язів серця.

2. Резервних питних речовин - у печінці та м'язах вуглеводи відкладаються у вигляді глікогену, який здатний досить швидко мобілізуватись, задовольняючи певні потреби організму, що визначається його функціональним станом та рівнем метаболічних процесів. Це дає змогу забезпечити організм енергією в період недостатнього надходження вуглеводів із продуктів харчування.

3. Пластична (структурна) - вуглеводи та їх похідні становлять основу структури рослинних організмів і є обов'язковим компонентом мембранних систем та внутріклітинних включень організмів людини і тварин (ДНК, РНК, АТФ тощо). Вони входять до складу основної речовини кісткової та сполучної тканин, виконуючи важливу опірну функцію.

4. Гомеостатична - вуглеводи є обов'язковим компонентом біологічних рідин організму, їм належить важлива роль у забезпеченні протікання осмотичних процесів, у знешкодженні токсичних продуктів обміну та хімічних речовин, у підтримування сталості внутріклітинного середовища -гомеостазу.

5. Специфічна - вуглеводи відіграють важливу роль у забезпеченні міжклітинних контактів, переведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності групи крові, мембранної проникності та імунних реакцій організму.

6. Захисна - вуглеводи, що входять до складу мукополісахаридів, гліколіпідів та глікопротеїдів, утворюють в'язні секрети та слизі, які виробляють різні залози. Ці рідини покривають оболонку травного каналу, дихальної системи, тощо та захищають їх від пошкоджень, проникнення вірусів та мікробів.

7. Регуляторна - вуглеводна клітковина - подразнюючи слизову оболонку шлунку та кишечнику викликає їх рухливу активність (моторну), а це сприяє виведенню шлаків з організму. Сама клітковина в організмі людини не перетравлюється та не засвоюється.

8. Вуглеводи забезпечують окислення жирів - "жири згоряють у полум'ї вуглеводів".

Добова потреба у вуглеводах визначається віком людини та характером й трудової діяльності, але взагалі їх повинно бути 55-60% від енерговитрат організму.

Глюкоза (виноградний цукор) - поширена в природі, обов'язкова складова частина крові, лімфи, є в багатьох олігосахаридах, полісахаридах (крохмаль, глікоген, целюлоза).

Галактоза - входить до складу лактози (молочний цукор), складу ліпідів нервової системи і головного мозку, глікопротеїдів. Може утворювати глюкозу.

Маноза - в організмі людини до складу глікопротеїдів крові, слини, слизу кишок, рідини суглобів.

Фруктоза - плодовий цукор, входить до складу сахарози, меду. Вона в 2,5 солодша за глюкозу і в 1,7 рази - за сахарозу. В організмі перетворюється в глюкозу.

Моносахариди - безбарвні кристалічні солодкі на смак речовини, добре розчинні у воді, мають нейтральну реакцію. У розчинах у вигляді циклічної і ациклічної форми.

2). Олігосахариди - вуглеводи, молекули яких утворюються з двох -шести залишків моносахаридів, які зв'язані між собою глікозидними зв'язками. Це кристалічні, добре розчинні у воді, часто солодкі на смак речовини. Найбільше значення мають:

Дисахариди - складні вуглеводи, молекули яких побудовані з двох молекул моносахаридів: сахароза, лактоза, мальтоза, целобіоза.

Сахароза (буряковий або тросняковий цукор) – α D (+) глюкоза + β D (-) фруктоза, глікозидний зв'язок між якими виникає за участю обох напівацетальних гідроксилів - глікозидо-глікозидний.

Сахароза - кристалична речовина, солодка на смак, добре розчинна у воді, добувають переробкою цукрових буряків (до 27% цукру), або цукрової тростини. Інвертовий цукор - мед.

Лактоза (молочний цукор, 4-5% в коров'ячому молоці).

Мальтоза (солодовий цукор) - з двох молекул α-D-глюкопіроноз, продукт неповного гідролізу крохмалю, що відбувається під впливом ферменту амілази Мальтоза менш солодка, ніж сахароза.

Целобіоза - з двох молекул β-D-глюкопіраноз - проміжний продукт гідролізу целюлози. Добре розчинна у воді, майже не солодка.

3). Полісахариди - це природні високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з сотень або навіть тисяч залишків моносахаридів, зв'язаних між собою глікозидними зв'язками, що розщеплюються при гідролізі. На відміну від олігосахаридів, вони не солодкі на смак, у воді не розчиняються (целюлоза) або утворюють колоїдні розчини (крохмаль, глікоген), при нагріванні, не плавлячись, розкладаються.

Полісахариди поділяють на гомополісахариди (з однакових залишків моносахаридів) і гетерополісахаридів (з різних залишків моносахаридів).

Найважливішими серед полісахаридів є крохмаль, глікоген, целюлоза. Вони складаються з залишків D (+) глюкози і відповідають загальній формулі (C₆H₁₂O₅)n. Відмінність у властивостях цих сполук зумовленна особливостями їх будови.

Гомополісахариди

Крохмаль - біла аморфна речовина. У гарячій воді набухає і поступово розчиняється з утворенням колоїдного розчину, який при охолодженні перетворюється в клейстер. З розчином йоду - темно-синє забарвлення Крохмаль - продукт фотосинтезу, відкладається у вигляді зерен К складається із залишків α-D-глюкози, зв'язаних між собою глікозидними зв'язками, і містить два полісахарида: амілоза (25%) - має лінійні макромолекули з 200-1000 моносахаридів, амілопектин (75%) - розгалужені ланцюги з 600-6000, навіть 36000 моносахаридів.

Декстрини - полісахариди з меншою, ніж у крохмалю, молекулярною масою, добре розчиняються у воді, мають відновні властивості і дають різні забарвлення з розчином йоду. Крохмаль - основне джерело вуглеводів. Широко використовується в харчовій промисловості.

Глікоген (тваринний крохмаль) - побудований із залишків глюкози і має таку саму загальну формулу (C₆H₁₀O₅) - резервний полісахарид організму. Накопичується в печінці (2-5%), м'язах (0,5-2%). Глікоген білий аморфний порошок, добре розчиняється навіть у холодній воді, утворює колоїдні розчини. За хімічною будовою схожий до амілопектину, тільки більш розгалужений, більша молекулярна маса, що сягає кількох мільйонів.

З розчином йоду дає забарвлення від червоного до червоно-бурого. В організмі людини синтезується з глюкози і у разі потреби розщеплюється.

Целюлоза (клітковина) - високомолекулярний полісахарид, побудований з залишків β-D-глюкози, зв'язаних між собою 1, 4 глікозидними зв'язками:

Ниткоподібні молекули целюлози, орієнтуючись паралельно одна одній, укладаються в пучки, де між ними виникають водневі зв'язки в результаті взаємодії гідроксильних груп. Певна кількість пучків з'єднується у волокна. Ці особливості будови і є причиною нерозчинності целюлози у воді й органічних розчинниках та механічної міцності її волокон (виконує структурну функцію у природі).

Промисловість використовує целюлозу також для гідролізу (кислотного або ферментативного) з метою отримання етанолу.

Гетерополісахариди

Гіалуронова кислота - побудована із залишків молекул глюкуронової і оцтової кислот та глюкозаміну. Структурною одиницею гіалуронової кислоти є α-глюкуронідо-N-ацетил глюкозамін:

Гіалуронова кислота є компонентом клітин і міжклітинної речовини, формує бар'єрні функції організму, захищає його від інфекцій, отруйних речовин тощо. Міститься в різних органах і тканинах організму, є основним компонентом сполучної тканини, є у скловидному тілі ока, рідині суглобів, оболонці статевих клітин.

Хондроїтинсірчана кислота - продукт поліконденсації N-ацетилгалактозимінсульфату і глюкуронової кислоти, її одиниця:

Вона є складовою частиною сполучної тканини, хрящів. Взаємодія з білками, утворюючи біологічно активні комплекси. Бере участь в обміні іонів, проникненні поживних речовин в клітині. Входить до складу клітинних мембран і зумовлює їхню проникність.

Гепарин - полісахарид, побудований з глюкуронової кислоти, глюкозаміну і залишків сірчаної кислоти, структурна одиниця якого:

Виробляється в організмі базофільними клітинами, багато в печінці та легенях. Відіграє важливу біологічну роль в організмі - перешкоджає зсіданню крові, викликає розширення судин, знижує кров'яний тиск, бере активну участь в обміні речовин (ліпідів та білків).