Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ I. БІОМОЛЕКУЛИ ТА КЛІТИННІ СТРУКТУРИ

ГЛАВА 4. ВУГЛЕВОДИ ТА ЇХ ПОХІДНІ

4.2. СКЛАДНІ ВУГЛЕВОДИ. ОЛІГОСАХАРИДИ. ГОМОПОЛІСАХАРИДИ

Складні вуглеводи (глікани) — продукти конденсації моносахаридів та їх похідних, що містять у своєму складі від двох-, трьох- (олігосахариди) до багатьох тисяч (полісахариди) мономерних залишків цукрів.

Олігосахариди

Найважливіше значення в біохімії і фізіології людини мають дисахариди: лактоза, сахароза, мальтоза.

Лактоза (β-D-галактозидо-1,4-α-D-глюкоза) — молочний цукор, складається із залишків β-галактози та α-глюкози, сполучених 1,4-глікозидним зв’язком. Лактоза є важливим компонентом харчування людини, входячи до складу жіночого (6-7 %) та коров’ячого (близько 5 %) молока.

Сахароза (α-D-глюкозил-1,2-β-D-фруктозид) — один із найбільш розповсюджених у природі та практично важливих дисахаридів, що міститься в стеблах, коренях, бульбах та плодах рослин. У харчуванні людини найбільше значення має сахароза, яка утворюється в цукровому буряку (12-20 %) та цукровій тростині (14-26 %) і є основним компонентом харчового цукру.

Мальтоза (α-D-глюкозил-1,4-α-D-глюкоза), солодовий цукор — дисахарид, що складається із залишків двох молекул глюкози. Мальтоза утворюється в травному каналі людини під дією на харчовий крохмаль ферменту β-амілази.

Окрім зазначених дисахаридів, до організму людини у складі рослинних продуктів харчування надходять трисахарид рафіноза з цукрового буряка та інших рослин, тетрасахарид стахіоза.

Полісахариди — складні вуглеводи, які за хімічною структурою є полімерами, побудованими із залишків багатьох тисяч молекул моносахаридів та їх похідних, об’єднаних за допомогою реакції поліконденсації. За особливостями хімічної будови ці сполуки поділяються на гомополісахариди та гетерополісахариди.

Гомополісахариди — складні вуглеводи, мономерами яких є залишки однакових моносахаридів (найчастіше глюкози) або їх похідних. Гомополісахариди поділяються на вуглеводи тваринного (глікоген, хітин), рослинного (крохмаль, клітковина, інулін, пектини) та мікробного (декстран) походження.

Гетерополісахариди — складні вуглеводи, утворені з різних за хімічною структурою мономерів — похідних гексоз (див. п. 4.3).

Гомополісахариди

Крохмаль — рослинний гомополісахарид, що складається з двох фракцій — амілози та амілопектину, які становлять 15-20 % та 80-85 % загальної маси крохмалю, відповідно.

Амілоза — лінійний полісахарид, молекули якого містять від 200 до 1000 мономерів (залишків глюкози); м.м. амілози — 40-160 кД. У складі амілози мономери сполучені α-1,4-глікозидними зв’язками. Гомополімери амілози формують спіральні структури, кожен виток яких включає шість молекул глюкози. Специфічна кольорова реакція на крохмаль із йодом (синє забарвлення) зумовлена включенням молекул йоду в молекулярні канали всередині спіралей амілози.

Амілопектин — розгалужений полісахарид з м.м. від 1 до 6 млн. Головний ланцюг амілопектину утворений α-1,4-глікозидними зв’язками; розгалуження формуються α-1,6-глікозидними зв’язками. Між точками розгалужень містяться 20-30 глюкозидних мономерів.

Крохмаль є основним джерелом резервної енергії в рослинних клітинах, що утворюється внаслідок фотосинтезу і відкладається в коренях, бульбах і насінні. Крохмаль — головний вуглевод в харчуванні людини, який міститься в значних кількостях у хлібних злаках, картоплі, бобових рослинах.

Глікоген — гомополісахарид тваринного походження з м.м. близько 100 млн. За хімічною структурою глікоген близький до амілопектину крохмалю («тваринний крохмаль»), але має більш розгалужені молекули. Лінійні відрізки основного ланцюга глікогену вміщають 6-12 залишків молекул глюкози, об’єднаних α-1,4-глікозидними зв’язками; розгалуження формуються за рахунок α-1,6-глікозидних зв’язків.

Глікоген утворює внутрішньоклітинні гранули — депо метаболічної енергії, в яких резервується надлишок глюкози, що надходить із їжею. Найбільша кількість глікогену в організмі людини міститься в печінці (2-5 %) та хребцевих м’язах (0,5-2 %).

Целюлоза (клітковина) — гомополісахарид, який є головним структурним компонентом клітинних стінок рослин. До складу целюлози входить більше 50 % усього органічного вуглецю біосфери; деревина складається з целюлози приблизно наполовину, а бавовна є майже чистою целюлозою.

Молекули целюлози — нерозгалужені ланцюги, що складаються із залишків молекул глюкози, сполучених β-1,4-глікозидними зв’язками. Макромолекулярний ланцюг целюлози утворюється з 2500-12000 молекул глюкози, м.м. — 1-2 млн. У травному каналі людини целюлоза не розщеплюється.

Крім целюлози, з їжею до травного каналу людини потрапляють і інші рослинні гомо- і гетерополісахариди, що формують харчові волокна (глава 26). До цих полісахаридів належать геміцелюлоза (полімер молекул D-ксилози, сполучених β(1→4)-зв’язками, що можуть також містити залишки інших моносахаридів — арабінози, галактози, манози і т.ін.)) та пектини (див. нижче).

Декстран — гомополісахарид дріжджів та бактерій із розгалуженою будовою. Основний тип зв’язку в молекулах декстрану — α-1,6-глікозидний; розгалуження утворюються за рахунок α-1,2, α-1,3 або α-1,4-зв’язків. Декстрани використовуються в клінічній медицині як плазмо- і кровозамінники (фармацевтичні препарати Поліглюкін та Реополіглюкін) та в біохімічній практиці як гелі для хроматографічного розділення макромолекул (гель-хроматографія).

Хітин — тваринний гомополісахарид, що утворений із залишків N-ацетилглюкозаміну, об’єднаних β-1,4-глікозидними зв’язками. Хітин надзвичайно поширений у живій природі: подібно до клітковини рослин, хітин утворює міцні нерозгалужені ланцюги, що є основою поверхневого панцира комах та ракоподібних.

Інулін — рослинний гомополісахарид, що має лінійну будову. Молекула інуліну складається із залишків β-D-фруктози (фруктозан), сполучених 2,1 -глікозидними зв’язками; м.м. інуліну не перевищує 6 кД. Інулін використовується у фізіологічних дослідженнях для визначення швидкості клубочкової фільтрації в нирках.

Пектини (пектинові речовини) — гомополісахариди, основою структури яких є полігалактуронова (пектова) кислота, яка складається із залишків α-D-галактуронової кислоти, об’єднаних 1,4-глікозидними зв’язками. Пектини синтезуються у вищих рослинах та деяких водоростях і надходять в організм людини з рослинними продуктами харчування. Пектини використовуються для виготовлення гелів і є основою ряду лікарських препаратів.

Гетерополісахариди тваринного походження будуть розглянуті нижче (п. 4.3). Медичне значення мають деякі рослинні гетерополісахариди, зокрема розглянуті вище геміцелюлози та камеді — рослинні гетерополісахариди з розгалуженою будовою, які містять у своєму складі залишки моносахаридів (D-галактози, D-глюкози, L-арабінози, L-рамнози тощо) та уронових кислот. У фармацевтичній практиці як емульгатор при виготовленні лікарських емульсій застосовується аравійська камідь (гуміарабік), до складу якої входять залишки L-арабінози, D-галактози, D-глюкуронової кислоти та метилпентоз.