biohimiyaverstka

например, в мальтозе остатки молекул D-глюкозы связаны -1,4-гликозидной связью:

Мальтоза образована двумя a-глюкопиранозными циклами

В отличие от мальтозы в целлобиозе, также являющейся димером глюкозы, мономеры соединены -1,4- гликозидной связью:

Целлобиоза образована b-глюкопиранозным и a-глюкопи- ранозным циклами

Сахароза состоит из остатков D-фруктозы (таутомер b-фураноза) и D-глюкозы (таутомер-пираноза), которые связаны за счет полуацетальных гидроксилов этих моносахаридов и образуют -1,2-гликозидную связь:

Сахароза образована a-глюкопиранозным и b-фруктофура- нозным циклами

51

Лактоза образована b-галактопиронозным и a-глюкопира- нозным циклами

1.4.3. Полисахариды

Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, построенные из большого числа остатков моносахаридов и их производных, связанных гликозидными связями. Если полисахарид состоит из остатков одного вида моносахаридов, то называется гомополисахарид, если из разных, то гетерополисахарид.

1.4.3.1. Гомополисахариды

Крахмал – белое аморфное вещество, содержащееся в цитоплазме клеток растений в виде крупных гранул. Крахмал накепливается в семенах, клубнях (40–78 %) и других частях растений (10–25 %). Этот гомополисахарид состоит из остатков D-глюкозы.

Крахмал состоит из двух фракций, отличающихся строением и свойствами: амилозы – 15–25 % – и амилопектина – 75–85 %. Амилоза представляет собой длинные неразветвленные цепи из остатков D-глюкозы, связанных - 1,4-гликозидными связями (рис. 19).

52

Рис. 19. Строение амилозы

Глюкозные остатки образуют неразветвленную цепь, которая в пространстве закручивается в спираль, но молекула в целом имеет нитевидную форму. Во внутренний канал спирали молекулы амилозы могут входить соответствующие по размеру молекулы, например иода, образуя комплексы, называемые комплексами включения.

Амилопектин, в отличие от амилозы, имеет разветвленную цепь (рис. 20). В цепи D-глюкозные единицы соединены за счет связи между шестым атомом углерода одного остатка и первым углеродным атомом другого, то есть-1,6-гликозидными связями.

25 глюкозных остатков, а ветви содержат от 15 до 45. От-

53

дельные участки полигликозидных цепочек спирализованы подобно амилозе. Поэтому амилопектин в растворе при добавлении иода окрашивается, но не в синий, а в фиолетовый цвет.

При быстром нагревании происходит гидролитическое расщепление макромолекул на более мелкие, образуется смесь полисахаридов, называемых декстринами:

(C6H10O5) n → (C6H10O5) m, где m<n.

Гликоген – резервное питательное вещество организма человека и животных. Иначе его называют «животным крахмалом». Гликоген по структуре близок к амилопектину, однако степень ветвления у него больше, чем у амилопектина, поэтому молекула гликогена более компактна. Гликоген – не однородное вещество, а смесь полисахаридов разной молекулярной массы. Между точками разветвления содержится 8–10 остатков D-глюкозы, и в целом молекула гликогена несколько симметричнее, плотнее и компактнее, чем молекула амилопектина. Часть гликогена находится в соединении с белками.

Гликоген откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток и расщепляется до глюкозы при недостатке ее в организме. Гликоген запасается главным образом в печени (до 6–20 % от массы печени) и в мышцах, где его содержание редко превышает 1–4 %. Функция мышечного гликогена состоит в том, что он является легкодоступным источником глюкозных единиц, используемых в ходе гликолиза в самой мышце. Гликоген печени используется главным образом для поддержания физиологических концентраций глюкозы в крови, прежде всего в промежутках между приемами пищи. Через 12–18 ч после приема пищи запас гликогена в печени почти полностью истощается. Содержание мышечного гликогена заметно снижается только после продолжительной и напряженной физической работы.

Целлюлоза – наиболее распространенный растительный полисахарид. Она встречается в растительном мире в

54

качестве структурного компонента клеточной стенки. Особенно богаты целлюлозой волокна хлопка (98–99 %). Целлюлоза состоит из остатков D-глюкозы, связанных между собой -1,4-гликозидными связями. Такой тип связи приводит к тому, что макромолекула целлюлозы имеет строго линейное нитевидное строение и не образует с иодом соединений включения:

Рис. 21. Строение целлюлозы

Структура целлюлозы хорошо отвечает ее биологической задаче. Отдельные цепи целлюлозы связаны между собой водородными связями, что способствует образованию волокнистой и очень прочной структуры. В клеточных стенках растений волокна целлюлозы плотно упакованы в слои, которые дополнительно стабилизированы другими соединениями полисахаридной природы. Целлюлоза не имеет питательной ценности для высших животных (кроме жвачных) и человека, так как пищеварительные секреты слюны и ферменты желудочно-кишечного тракта не способны расщеплять -1,4-гликозидные связи.

1.4.3.2. Гетерополисахариды

Гетерополисахариды входят в состав соединительной ткани. Их основная функция – связывание и соединение клеток в ткани.

Гиалуроновая кислота – важнейшая составная часть межклеточного вещества тканей животных. Особенно высоко ее содержание в коже, стекловидном теле глаза, сухожилиях и синовиальной жидкости суставов, где она ковалентно связана с белками.

55

В структурном отношении молекула представляет собой линейный полисахарид, образованный дисахаридными повторяющимися звеньями, состоящими из остатков из D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединенных -1,3-гликозидной связью. Повторяющиеся дисахаридные звенья соединяются между собой -1,4- гликозидными связями в полимер.

Рис. 22. Строение гиалуроновой кислоты

Хондроитинсульфат является составной частью костной ткани, хрящей, сухожилий, роговицы глаз, сердечных клапанов, кровеносных сосудов и других подобных тканей.

Повторяющееся дисахаридное звено в хондроитинсульфате состоит из D-глюкуроновой кислоты и N-аце- тилгалактозаминсульфата, звенья соединены друг с другом –1,3-гликозидными связями. В полимер дисахаридные звенья соединятся –1,4-гликозидными связями.

Хондроитинсульфаты способствуют заживлению ран и пролежней.

Гепарин – гетерополисахарид, препятствующий свертыванию крови у животных и человека. Гепарин содержится в крови, печени, легких, селезенке, щитовидной железе, некоторых других тканях и органах.

Молекула гепарина состоит из глюкуроновой кислоты и -глюкозамина в виде двойного производного серной

56

кислоты, соединенных между собой -1,4-гликозидными связями.

Рис. 23. Строение хондроитинсульфата

Рис. 24. Строение гепарина

Функции полисахаридов:

•энергетическая – крахмал и гликоген составляют «депо» углеводов в клетке, так как при необходимости они быстро расщепляются на легко усваиваемый источник энергии – глюкозу;

•опорная – хондроитинсульфат выполняет опорную функцию, образуя костную ткань;

57

•структурная – гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин являются структурными межклеточными веществами;

•гидроосмотическая и ионрегулирующая – гиалуроновая кислота, благодаря высокой гидрофильности и отрицательному заряду, связывает межклеточную воду и катионы, регулируя межклеточное осмотическое давление.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие химические соединения называют углеводами?

2.Приведите классификацию углеводов по их способности гидролизоваться.

3.Какие углеводы называют моносахаридами? Приведите примеры.

4.На какие большие классы разделяют моносахариды по наличию в их структурной формуле функциональных групп?

5.Что такое оптическая симметрия? Приведите пример стереоизомеров в ряду гексоз.

6.Объясните механизм кольчато-цепной таутомерии.

7.Приведите формулу проекции Фишера и формулу Хеуорса для глюкозы.

8.Какие биологические функции в организме выполняют моносахариды?

9.Перечислите основные функции в организме производных моносахаридов.

10.Назовите наиболее распространенные пентозы, гексозы.

11.Какие углеводы называют олигосахаридами?

12.Какими физическими свойствами обладают дисахариды?

13.Какова общая формула дисахаридов, образованных двумя молекулами глюкозы?

14.Какие углеводы называют полисахаридами? Примеры.

58

1.5.1. Жиры

Характерными структурными компонентами большинства липидов являются жирные кислоты – одноосновные карбоновые кислоты, содержащие от 4 до 24 углеродных атомов. Благодаря длинному неполярному «хвосту» этих кислот большинство липидов нерастворимы в воде и проявляют свойства масел и жиров. Практически все природные жирные кислоты содержат четное число атомов углерода, наиболее часто – 16 или 18. Углеводородный радикал может быть как насыщенным, так и содержащим двойные связи (в растениях и животных ненасыщенные кислоты встречаются в два раза чаще насыщенных). Двойная связь ненасыщенных кислот обычно расположена между 9 и 10 атомами углерода. В природных кислотах не встречаются сопряженные двойные связи; между ними всегда находится хотя бы одна CH2-группа. В подавляющем большинстве случаев двойные связи в природных кислотах имеют цис- конфигурацию. Некоторые жирные кислоты из природных источников представлены в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

Некоторые природные жирные кислоты

В тканях и клетках жирные кислоты встречаются не в свободном состоянии, а в виде сложных эфиров в составе липидов различных классов.

60