Глава 3. Углеводы

3.1. Понятие об углеводах и их классификация

Углеводы наряду с белками и липидами являются важнейшими химическими соединениями для живых организмов: они являются компо­нентами клеток всех растительных и животных организмов. В составе человека и животных углеводы присутствуют в меньшем количестве (не более 2% от сухой массы тела), чем белки и липиды. В растительных организмах на долю углеводов приходится до 80% сухой массы, поэтому в целом в биосфере углеводов больше, чем всех других органических соединений, вместе взятых. Углеводы образуются растениями в процессе фотосинтеза. Человек и животные используют углеводы, синтезируемые растениями. Углеводы оставляют значительную долю пищи млекопи­тающих.

Впервые термин "углеводы" предложен профессором К.Г. Шмид­том в 1844 году: в то время предполагали, что общая формула этих со­единений С_n(H₂O), т.е. «углерод + вода» → «углевод». Например, глю­коза и фруктоза имеют состав С₆(Н₂О)₆, тростниковый сахар (сахароза) - С₁₂(Н₂О)₁₁, крахмал [С₆(Н₂О)₅]_n т.д. Однако в дальнейшем был открыт ряд соединений, принадлежащих по своим свойствам к углеводам, но не соответствующих вышеприведенной формуле (например, дезоксирибоза С₅Н₁₀О₄.) В то же время есть вещества, сходные по составу с углеводами, но не проявляющие их свойств (например, шестиатомный спирт инозит С₆Н₁₂О₆, или уксусная кислота СН₃СООН = С₂Н₄О₂).

Термин "углеводы" устарел и не отражает ни химической приро­ды, ни состава этих соединений, однако предложенный для них термин "глициды" не получил распространения. К углеводам относятся соедине­ния, обладающие разнообразными и часто различными свойствами. Среди них есть вещества низкомолекулярные и высокомоле­кулярные, кристаллические и аморфные, растворимые в воде и нерас­творимые в ней, гидролизуемые и негидролизуемые, способные легко окисляться и устойчивые к действию окислителей и т. д. Это многообра­зие свойств связано с химической природой углеводов, со строением их молекул.

По строению углеводы делят на две основные груп­пы:

1) простые углеводы, или моносахариды, и их производные (уроновые, альдоновые кислоты; амино- и фосфосахариды и др.) не гидролизуются с образованием более простых углеводов;

2) сложные углеводы при гидролизе распадаются на простые уг­леводы. К сложным углеводам относят олиго- и полисахариды. Полиса­хариды, в свою очередь, делят на гомо- и гетерополисахариды.

По физико-химическим свойствам углеводы делят на нейтраль­ные, содержащие только гидроксильные и карбонильные группы; основ­ные включающие кроме названных аминогруппу (аминосахара); кислые, содержащие кроме гидроксильных и карбонильных групп карбоксильные группы.

3.2. Моносахариды

Большинство моносахаридов имеют состав C_nH_2nO_n и являются производными многоатомных спиртов, содержащими альдегидную (альдозы) или кетонную группу (кетозы). Следовательно, моносахариды яв­ляется полигидроксикарбонильными соединениями. По числу атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д. Триозы - глицериновый альдегид СН₂ОН-СНОН-СНО и диоксиацетон СН₂ОН-СО-СН₂ОН являются самыми простыми моносахарида­ми. Ряд моносахаридов, часто называемый рядом «моноз», заканчивается декозами:

альдотетрозы – СН₂ОН-(СНОН) ₂-СНО,

кетотетрозы – СН₂ОН-СНОН-СО-СН₂ОН,

альдопентозы- СН₂ОН-(СНОН)₃-СНО,

кетопентозы - СН₂ОН-(СНОН)₂-СО-СН₂ОН,

альдогексозы - СН₂ОН-(СНОН)₄-СНО,

кетогексозы - СН₂ОН-(СНОН)з-СО-СН₂ОН и т.д.

В природе распространены почти исключительно пентозы и гек­созы, однако редко встречающиеся гептозы, нонозы и другие также иг­рают важную роль в биологических процессах. Все простые углеводы - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и имеющие сладкий вкус