3.4. Біохімічна характеристика і значення вуглеводів

Вуглеводи – це найважливіші і найбільш поширені органічні сполуки, які утворюються у процесі фотосинтезу, і є основним дихальним матеріалом, що забезпечує організм необхідною енергією та проміжними продуктами для підтримки процесів життєдіяльності й біосинтезу інших складних сполук. Саме вуглеводи виконують роль попередників органічних речовин рослинного організму.

За хімічним складом вуглеводи поділяться на три основні класи: моносахариди, олігосахариди і полісахариди. Моносахариди, або просто цукри, містять від трьох до семи атомів вуглецю, гідроксильну (¾ ОН) і альдегідну або кетонну групи. За кількістю вуглецевих атомів моноцукри називають тріозами, тетрозами, пентозами, гексозами. Представниками моноцукрів є гліцериновий альдегід, діокисацетон, еритроза, рибоза, седогептулоза та ін. Залежно від функціональної групи, моноцукри поділяють на альдози і кетози.

Різниця між моноцукрами зумовлена не лише кількістю атомів вуглецю і будовою активної групи, але й наявністю асиметричних атомів вуглецю, які забезпечують можливість існування ізомерів.

Моносахариди з п’ятьма і більше атомами вуглецю мають циклічну (кільцеву) структуру, у якій атом кисню утворює місток між карбонільною групою і другим атомом вуглецю цієї ж молекули. П’ятичленне кільце з чотирьох атомів вуглецю та атома кисню називають фуранозним, а шестичленне з п’яти атомів вуглецю і кисню – піранозним.

Моносахариди зберігають окислювальну здатність карбонільної групи і тому часто визначаються як цукри–відновлювачі. Вони добре розчиняються у воді, мають величезну кількість варіантів структури і тому використовуються рослинами для регуляції росту і розвитку. Для обміну речовин найбільш важливі фосфорильовані похідні моносахаридів. Первинним стабільним продуктом фотосинтезу є 3-фосфогліцеринова кислота . У тканинах рослини фосфорильовані цукри є ключовими проміжними продуктами вуглеводного обміну.

Олігосахариди є невеликими полімерами, які складаються з n моносахаридних залишків. Найменше число n дорівнює 2, найбільше – 10. Олігосахариди не становлять клас певних вуглеводів. У багатьох випадках це просто короткі молекули – проміжні ланки під час синтезу або розпаду полісахаридів. Залежно від кількості сахаридних субодиниць, їх поділяють на ди-, три-, тетрасахариди і т.п. Дисахарид сахароза – найбільш поширений олігосахарид в рослинах. При гідролізі він розщеплюється на глюкозу і фруктозу. Мальтоза складається з двох залишків глюкози, зустрічається у невеликій кількості у багатьох рослинах. Вищі рослини мають також трисахарид рафінозу і тетрасахарид стахіозу.

Полісахариди подібні до олігосахаридів тим, що утворюються при конденсації моносахаридів. Однак їх молекулярна маса набагато більша. Число залишків моноцукрів у молекулі становить 80-100 і може досягати кількох тисяч. Представники полісахаридів - це крохмаль, целюлоза. Емпірична формула – (С₆Н₁₀О₅)_n.

Целюлоза – найбільш поширений у природі полісахарид. Її молекули нагадують пласку витягнуту стрічку. У клітинній стінці вони утримуються міжмолекулярними водневими зв’язками і спаковані у паралельні ланцюги.

Крохмаль, подібно целюлози, є полімером глюкози, але складається з двох компонентів: лінійного полімера амілози і полімера з розгалуженим ланцюгом залишків глюкози – амілопектину. У складі амілози міститься від 500 до 1000 залишків глюкози, а амілопектину – від 500 до 15000. На відміну від целюлози, яку звичайно вважають структурним вуглеводом, крохмаль легко розпадається і тому є джерелом енергії для життєдіяльності рослин. Амілоза розчиняється у воді з утворенням колоїдного розчину і дає синє забарвлення з йодом. Амілопектин не розчиняється, а з йодом дає забарвлення від червоно-коричневого до лілового.

Пектинові речовини – це водорозчинні полісахариди, компоненти первинної клітинної оболонки. Особливо багато пектинів у шкірці лимонів, апельсинів. У складі молекули пектину вільні карбоксильні групи мають від’ємний заряд і можуть зв’язувати іони кальцію або магнію у клітинній стінці.

Геміцелюлоза є також компонентом клітинної стінки, належить до полісахаридів.

У клітині на частку полісахаридів припадає до 85% сухої маси рослин. Вони є основним компонентом урожаю сільськогосподарських культур. Серед полісахаридів найбільшу роль у виробництві харчових продуктів має крохмаль.

Складні полісахариди. Це група речовин, які складаються з вуглеводів і невуглеводних сполук. До них належать глікопротеїди і гліколіпіди–полімери.

Прийнято вважати, що функції вуглеводів простіші й менш специфічні, ніж функції білків і нуклеїнових кислот. Але наявність значної кількості різноманітних форм свідчить про надзвичайно широку і різноманітну роль цих сполук у житті рослинного організму.