Моносахариды полисахариды олигосахариды: Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды).

Содержание

Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды).

Углеводы — органические соединения, чаще всего природного происхождения, состоящие только из углерода, водорода и кислорода.

Углеводы играют огромную роль в жизнедеятельности всех живых организмов.

Свое название данный класс органических соединений получил за то, что первые изученные человеком углеводы имели общую формулу вида Cx(H2O)y . Т.е. их условно посчитали соединениями углерода и воды. Однако позднее оказалось, что состав некоторых углеводов отклоняется от этой формулы. Например, такой углевод как дезоксирибоза имеет формулу С5Н10О4. В то же время существуют некоторые соединения, формально соответствующие формуле Cx(H2O)y, однако к углеводам не относящиеся, как, например, формальдегид (СН2О) и уксусная кислота (С2Н4О2).

Тем не менее, термин «углеводы» исторически закрепился за данным классом соединений, в связи с чем повсеместно используется и в наше время.

Классификация углеводов

В зависимости от способности углеводов расщепляться при гидролизе на другие углеводы с меньшей молекулярной массой их делят на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды, олигосахариды, полисахариды).

Как легко догадаться, из простых углеводов, т.е. моносахаридов, нельзя гидролизом получить углеводы с еще меньшей молекулярной массой.

При гидролизе одной молекулы дисахарида образуются две молекулы моносахарида, а при полном гидролизе одной молекулы любого полисахарида получается множество молекул моносахаридов.

Химические свойства моносахаридов на примере глюкозы и фруктозы

Самыми распространенными моносахаридами являются глюкоза и фруктоза, имеющие следующие структурные формулы:

Как можно заметить, и в молекуле глюкозы, и в молекуле фруктозы присутствует по 5 гидроксильных групп, в связи с чем их можно считать многоатомными спиртами.

В составе молекулы глюкозы имеется альдегидная группа, т.е. фактически глюкоза является многоатомным альдегидоспиртом.

В случае фруктозы можно обнаружить в ее молекуле кетонную группу, т.е. фруктоза является многоатомным кетоспиртом.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как карбонильных соединений

Все моносахариды могут реагировать в присутствии катализаторов с водородом. При этом карбонильная группа восстанавливается до спиртовой гидроксильной. Так, в частности, гидрированием глюкозы в промышленности получают искусственный подсластитель – гексаатомный спирт сорбит:

Молекула глюкозы содержит в своем составе альдегидную группу, в связи с чем логично предположить, что ее водные растворы дают качественные реакции на альдегиды. И действительно, при нагревании водного раствора глюкозы со свежеосажденным гидроксидом меди (II) так же, как и в случае любого другого альдегида, наблюдается выпадение из раствора кирпично-красного осадка оксида меди (I). При этом альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной – образуется глюконовая кислота:

Также глюкоза вступает и в реакцию «серебряного зеркала» при действии на нее аммиачного раствора оксида серебра. Однако, в отличие от предыдущей реакции вместо глюконовой кислоты образуется ее соль – глюконат аммония, т.к. в растворе присутствует растворенный аммиак:

Фруктоза и другие моносахариды, являющиеся многоатомными кетоспиртами, в качественные реакции на альдегиды не вступают.

Химические свойства глюкозы и фруктозы как многоатомных спиртов

Поскольку моносахариды, в том числе глюкоза и фруктоза, имеют в составе молекул несколько гидроксильных групп. Все они дают качественную реакцию на многоатомные спирты. В частности, в водных растворах моносахаридов растворяется свежеосажденный гидроксид меди (II). При этом вместо голубого осадка Cu(OH)2 образуется темно-синий раствор комплексных соединений меди.

Реакции брожения глюкозы

Спиртовое брожение

При действии на глюкозу некоторых ферментов глюкоза способна превращаться в этиловый спирт и углекислый газ:

Молочнокислое брожение

Помимо спиртового типа брожения существует также и немало других. Например, молочнокислое брожение, которое протекает при скисании молока, квашении капусты и огурцов:

Особенности существования моносахаридов в водных растворах

Моносахариды существуют в водном растворе в трех формах – двух циклических (альфа- и бета-) и одной нециклической (обычной). Так, например, в растворе глюкозы существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в циклических формах отсутствует альдегидная группа, в связи с тем что она участвует в образовании цикла. На ее основе образуется новая гидроксильная группа, которую называют ацетальным гидроксилом. Аналогичные переходы между циклическими и нециклической формами наблюдаются и для всех других моносахаридов.

Дисахариды. Химические свойства.

Общее описание дисахаридов

Дисахаридами называют углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, связанных между собой за счет конденсации двух полуацетальных гидроксилов либо же одного спиртового гидроксила и одного полуацетального. Связи, образующиеся таким образом между остатками моносахаридов, называют гликозидными. Формулу большинства дисахаридов можно записать как C12H22O11.

Наиболее часто встречающимся дисахаридом является всем знакомый сахар, химиками называемый сахарозой. Молекула данного углевода образована циклическими остатками одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Связь между остатками дисахаридов в данном случае реализуется за счет отщепления воды от двух полуацетальных гидроксилов:

Поскольку связь между остатками моносахаридов образована при конденсации двух ацетальных гидроксилов, для молекулы сахара невозможно раскрытие ни одного из циклов, т.е. невозможен переход в карбонильную форму. В связи с этим сахароза не способна давать качественные реакции на альдегиды.

Подобного рода дисахариды, которые не дают качественные реакции на альдегиды, называют невосстанавливающими сахарами.

Тем не менее, существуют дисахариды, которые дают качественные реакции на альдегидную группу. Такая ситуация возможна, когда в молекуле дисахарида остался полуацетальный гидроксил из альдегидной группы одной из исходных молекул моносахаридов.

В частности, в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра, а также гидроксидом меди (II) подобно альдегидам вступает мальтоза. Связано это с тем, что в её водных растворах существует следующее равновесие:

Как можно видеть, в водных растворах мальтоза существует в виде двух форм – с двумя циклами в молекуле и одним циклом в молекуле и альдегидной группой. По этой причине мальтоза, в отличие от сахарозы, дает качественную реакцию на альдегиды.

Гидролиз дисахаридов

Все дисахариды способны вступать в реакцию гидролиза, катализируемую кислотами, а также различными ферментами. В ходе такой реакции из одной молекулы исходного дисахарида образуется две молекулы моносахарида, которые могут быть как одинаковыми, так и различными в зависимости от состава исходного моносахарида.

Так, например, гидролиз сахарозы приводит к образованию глюкозы и фруктозы в равных количествах:

А при гидролизе мальтозы образуется только глюкоза:

Дисахариды как многоатомные спирты

Дисахариды, являясь многоатомными спиртами, дают соответствующую качественную реакцию с гидроксидом меди (II), т.е. при добавлении их водного раствора ко свежеосажденному гидроксиду меди (II) нерастворимый в воде голубой осадок Cu(OH)2 растворяется с образованием темно-синего раствора.

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза

Полисахариды — сложные углеводы, молекулы которых состоят из большого числа остатков моносахаридов, связанных между собой гликозидными связями.

Есть и другое определение полисахаридов:

Полисахаридами называют сложные углеводы, молекулы которых образуют при полном гидролизе большое число молекул моносахаридов.

В общем случае формула полисахаридов может быть записана как (C6H10O5)n.

Крахмал – вещество, представляющее собой белый аморфный порошок, не растворимый в холодной воде и частично растворимый в горячей с образованием коллоидного раствора, называемого в быту крахмальным клейстером.

Крахмал образуется из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза в зеленых частях растений под действием энергии солнечного света. В наибольших количествах крахмал содержится в картофельных клубнях, пшеничных, рисовых и кукурузных зернах. По этой причине указанные источники крахмала и являются сырьем для его получения в промышленности.

Целлюлоза – вещество, в чистом состоянии представляющее собой белый порошок, не растворимый ни в холодной, ни в горячей воде. В отличие от крахмала целлюлоза не образует клейстер. Практически из чистой целлюлозы состоит фильтровальная бумага, хлопковая вата, тополиный пух. И крахмал, и целлюлоза являются продуктами растительного происхождения. Однако, роли, которые они играют в жизни растений, различны. Целлюлоза является в основном строительным материалом, в частности, главным образом ей образованы оболочки растительных клеток. Крахмал же несет в основном запасающую, энергетическую функцию.

Химические свойства крахмала и целлюлозы

Горение

Все полисахариды, в том числе крахмал и целлюлоза, при полном сгорании в кислороде образуют углекислый газ и воду:

Образование глюкозы

При полном гидролизе как крахмала, так и целлюлозы образуется один и тот же моносахарид – глюкоза:

Качественная реакция на крахмал

При действии йода на что-либо, в чем содержится крахмал, появляется синее окрашивание. При нагревании синяя окраска исчезает, при охлаждении появляется вновь.

При сухой перегонке целлюлозы, в частности древесины, происходит ее частичное разложение с образованием таких низкомолекулярных продуктов как метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и т.д.

Поскольку и в молекулах крахмала, и в молекулах целлюлозы имеются спиртовые гидроксильные группы, данные соединения способны вступать в реакции этерификации как с органическими, так и с неорганическими кислотами:

Классификация углеводородов (моносахариды, дисахариды, полисахариды). Их состав и функции.

Атомы углерода могут соединяться друг с другом и образовывать прямые и разветвленные цепи, а также кольцевые структуры. Эти структуры могут выступать как основа биологических молекул.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH2O)*n, где n — число атомов углерода в молекуле.

В молекулах углеводов отношение углерода к водороду и кислороду составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»(«карбогидрат»): компоненты представляют собой углерод («угле», «карбо») и компоненты воды (следовательно, «вод», «гидрат»).

Углеводы подразделяются на три подтипа:

  • Моносахариды
  • Олигосахариды (дисахариды)
  • Полисахариды

Моносахариды (моно- = «один», сахаро- = «сладкий») являются простыми сахарами, наиболее распространенным из которых является глюкоза.

В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи.

Большинство моносахаридных названий заканчиваются суффиксом —оза.

Если в сахаре есть альдегидная группа (функциональная группа со структурой R-CHO), она является альдозой, и если она имеет кетоновую группу (функциональную группу со структурой RC (= O) R ‘), она является кетозой.

В зависимости от количества углеродов в сахаре они также могут быть известны как триозы (три углерода), пентозы (пять углеродов) и гексозы (шесть атомов углерода).

Триозы

Двумя простейшими моносахаридами являются дигидроксиацетон (триоза с кетоновой группой) и глицеральдегид (триоза с альдегидной группой).

Пентозы

Два распространенных пентозных сахаров представляют собой рибозу (ribose, компонент РНК) и рибулозу (ribulose, участвует в фотосинтезе).

Гексозы

Три распространенных гексозыглюкоза (glucose, источник энергии для всех клеток), галактоза (galactose, молочный сахар) и фруктоза (fructose, фруктовый сахар).

Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одну и ту же химическую формулу (C6H12O6), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за различного расположения функциональных групп вокруг асимметричного углерода. Все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода.

Моносахариды могут существовать как в виде линейной цепи, так и в виде кольцевой молекулы. В водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах.

Структура глюкозных колец

Когда молекулы глюкозы образуют шестичленное кольцо, существует 50-процентный шанс того, что гидроксильная группа у первого углерода окажется ниже плоскости кольца.

Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод № 1, который становится асимметричным в процессе кольцеобразования, стереоцентр).

Если гидроксильная группа ниже углерода № 1 в сахаре, то говорят, что она находится в положении альфа (α), и если она находится над плоскостью, говорят, что она находится в положении бета (β).

Олигосахариды

Олигосахариды представляют собой сахара, содержащие два или три простых сахара, связанных друг с другом ковалентными связями, называемыми гликозидными.

Гликозидные связи могут быть альфа- или бета-типа.

Примеры наиболее важных дисахаридов;

1) Мальтоза (maltose) — состоит из двух молекул α-глюкозы удерживаемых вместе 1-4-гликозидной связью. Мальтозу можно найти в зернах, которые используются в производстве пива.
2) Сахароза — состоит из α — глюкозы и α — фруктозы с 1-2 — гликозидной связью между ними. Пример сахарозы — столовый сахар.
3) Лактоза (lactose) — состоит из α — глюкозы и α — галактозы. Лактоза обычно содержится в молоке.

Полисахариды

Полисахариды представляют собой моносахаридные полимеры, которые состоят от нескольких сотен до нескольких тысяч моносахаридных субъединиц, удерживаемых вместе гликозидными связями.

Некоторые полисахариды состоят из прямых цепей, а некоторые из разветвленных. Основными примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал

Крахмал (starch) является формой сахаров запасаемых растениями и состоит из амилозы и амилопектина которые являются полимерами глюкозы.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к номеру атома углерода в мономерах посредством которых они соединены.

Амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связи), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид (α 1-6 связи в точках ветвления).

Гликоген

Гликоген (glycogen) является формой хранения глюкозы у людей и других позвоночных животных и состоит из мономеров глюкозы.

Целлюлоза

Целлюлоза (cellulose) является основным структурным полисахаридом всех растений и является основным компонентом в клеточных стенках.

Целлюлоза — это неразвлетленный полимер β-глюкозы, который удерживается вместе 1-4 гликозидными связями.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут и мономеры плотно упакованы в длинные цепочки полимера. Это придает целлюлозе ее жесткость и высокую прочность на растяжение, что так важно для растительных клеток.

Хотя связь в целлюлозе не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в своем желудке переваривать растительный материал, богатый клетчаткой и использовать его в качестве источника пищи.

Хитин

Целлюлозоподобный полимер существует в жестком экзоскелете насекомых, ракообразных.

Этот полимер известен как хитин (chitin), который представляет собой полисахарид содержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил-β-d-глюкозамина (модифицированного сахара).

Хитин также является основным компонентом грибковых клеточных стенок. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют подцарство в царстве эукариот.

Углеводы, их строение и функции.

Статьи в категории

Моносахариды — Олигосахариды — Полисахариды





    Классификация и распространение. У. принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.23]

    Моносахариды Олигосахариды Полисахариды [c.170]

    По современной классификации углеводы делятся на три основные группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.16]

    Полисахариды относятся к наиболее распространенным природным макромолекулярным соединениям. Их молекулы обычно составлены из многих сотен или тысяч молекул моносахаридов. Отдельные молекулы одного и того же полисахарида могут иметь разные размеры, так что его относительная молекулярная масса получается усреднением относительных молекулярных масс всех молекул данного образца полисахарида. В этом заключается существенное отличие полисахаридов от моно- и олигосахаридов. Полисахариды представляют собой обычно аморфные или лишь частично кристаллические вещества, они безвкусны и большей частью мало растворимы в воде. При их гидролизе в кислой среде или с помощью ферментов образуются олигосахариды, а затем — моносахариды. [c.201]








    Все методы анализа сырья с целью установления состава, строения и свойств полисахаридов основаны на определении отдельных компонентов, содержащихся в гидролизатах полисахаридов, полученных при различных условиях гидролиза. Наиболее полную информацию о составе моносахаридов, олигосахаридов и уроновых кислот, присутствующих в гидролизатах, получают тогда, когда делают анализ хроматографическим методом на бумаге. Этим методом сахара и другие вещества разделяют и выделяют из смеси с различными веществами в том виде в каком они присутствуют в гидролизатах без изменений, а затем определяют их количество. При анализе смесей углеводов ч помощью газожидкостной хроматографии сахара необходимо сначала превратить в летучие производные, а затем провести их разделение и определение. Без потерь перевести сахара в летучие производные невозможно, поэтому результаты анализов менее точны, но время, затрачиваемое на анализ этим методом, значительно меньше [14]. [c.24]

    Сахариды — это циклические полуацетали, производные алифатических гидроксиальдегидов или гидроксикетонов. Они делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.200]

    В зависимости от величины молекул, а также и по физическим свойствам углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.624]

    Углеводы обычно подразделяют на моносахариды, олигосахариды (продукты конденсации двух или нескольких молекул моносахаридов) и полисахариды. Среди олигосахаридов наибольшее значение имеют дисахариды (диозы) — продукты конденсации двух молекул моносахаридов. [c.333]

    Класс углеводов включает соединения, очень разнообразные По типу, начиная от низкомолекулярных веществ, содержащих всего несколько атомов углерода, и кончая соединениями с огромным молекулярным весом, достигающим нескольких миллионов. В соответствии с этим и решение отдельных задач, приемы, методы и сама логика исследования могут сильно различаться в зависимости от того, с каким типом углеводов приходится иметь дело. По этой причине при любом изложении основ химии углеводов следует предусмотреть разделение материала в соответствии с целесообразной классификацией. Все углеводы, известные до настоящего времени как природные или синтетические соединения, следует прежде всего разделить на три больших класса — моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Это деление, хотя и основывается на формальных признаках, имеет глубокий принципиальный и методический смысл. [c.8]

    Разнообразие гликолипидов обусловлено варьированием их липидного и углеводного фрагмента. Они могут быть производными глицеридов, диольных липидов, сфинголипидов, а их углеводную часть составляют моносахариды, олигосахариды и полисахариды различной структуры — в последнем случае вариантов, конечно же, очень много, что и обеспечивает их иммунную способность. [c.128]

    Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три основные группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.170]

    Наряду с моносахаридами и полисахаридами имеется еще один промежуточный класс углеводов, получивший название олигосахаридов. Олигосахариды содержат небольшие цепи, состояш,ие из нескольких моносахаридных звеньев, построенные по тому же типу, что и цепи полисахаридов. Естественно, что разделение олигосахаридов и полисахаридов достаточно условно. Обычно соединения, содержащие 2—5 звеньев, принято называть низшими олигосахаридами, а соединения, содержащие от шести до десяти звеньев,— высшими олигосахаридами, что отличает их от полисахаридов, имеющих большее число моносахаридных звеньев. [c.10]

    Класс углеводов включает моносахариды, олигосахариды и полисахариды, а также вещества, получающиеся из моносахаридов при удалении карбонильной группы, при окислении одной или более терминальных групп в карбоновые кислоты или при замене одной или более гидроксильных групп атомом водорода, аминогруппой, тиольной группой или подобными гетероатомными группами. [c.276]

    Углеводы — это органические соединения, имеющие общую формулу С НзР (ш, п>3). Углеводы делят на три группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.348]

    Механизм превращений полисахаридов при кислородно-щелочной делигнификации изучался многими исследователями на модельных соединениях — моносахаридах, олигосахаридах, препаратах полисахаридов, выделенных из древесины. [c.342]

    Углеводы делятся на три основных класса моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды содержат от четырех до семи или восьми атомов углерода и только одну альдегидную или кетонную группу (или же они являются производными молекул, имеющих такое строение). Олигосахариды представляют собой олигомеры моносахаридов, связанных между собой посредством гликозидных связей. В эту категорию зачисляют соединения, содержащие от двух до восьми -или десяти мономерных звеньев. Для углеводов, характеризующихся более высокой степенью полимеризации, применяется название полисахариды. В группе полисахаридов встречаются молекулы очень большого размера, с молекулярным весом порядка многих миллионов. К ним относятся такие важные вещества, как гликоген, целлюлоза и крахмал. Мы начнем изложение предмета с рассмотрения структурной химии моносахаридов, а затем перейдем к описанию более сложных веществ. [c.255]

    Углеводы включают соединения, начиная от низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Их делят на три класса в зависимости от числа остатков сахаров моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.222]








    Олигосахариды составляют промежуточный класс между моносахаридами и полисахаридами и содержат от двух до десяти моносахаридных остатков. [c.446]

    В углеводах целесообразно выделить три самостоятельных класса моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.386]

    Углеводы условно можно разделить на три группы моносахариды (например, глюкоза, ксилоза и фруктоза), олигосахариды (такие, как мальтоза и лактоза, образующиеся при объединении небольшого числа (2—10) остатков моносахаридов) и полисахариды (например, крахмал и целлюлоза, в которых комбинируется большое число моносахаридных единиц). Иногда для описания углеводов, содержащих небольшое число (1, 2 или 3) моносахаридных остатков, используется термин сахар . [c.242]

    Некоторые исследователи термин полисахариды применяют для обозначения только высших полисахаридов, и все углеводы делят на три группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Нам (как -и ряду других авторов) представляется целесообразным разделение углеводов на две группы моно- и полисахаридов, различающихся по неспособности или способности гидролизоваться, с последующим разделением полисахаридов на олигосахариды и высшие полиозы. [c.6]

    По строению высшие полисахариды, подобно олигосахаридам, являются гликозидами, так как каждый остаток моносахарида затрачивает на связь со следующим полуацетальный гидроксил и взаимодействует чаще всего с гидроксилом в положении 4, а иногда 6 или даже 1. Реакция поликонденсации моносахаридов в полисахариды в общем виде может быть выражена уравнениями  [c.354]

    Углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.73]

    Олигосахариды занимают промежуточное положение между моносахаридами и полисахаридами. В зависимости от числа мО-ноз, входящих в состав молекулы олигосахарида, различают ди-, три- и тетрасахариды. [c.93]

    Под олигосахаридами подразумеваются углеводы, состоящие менее чем из десяти остатков моносахаридов. Полимеры из 11 и более моносахаридов называются полисахаридами. Поскольку каждый углеводный полимер, присоединенный к белковой цепи а1-кислого гликопротеина в одной точке, может содержать от 8 до 15 моносахаридных остатков, нами для обозначения углеводного полимера был принят условный термин полисахаридный остаток . [c.95]

    У. со свободной карбонильной группой дают реакции альдегидов, образуют гидразоны, озазоны и их замещенные. За счет полуацетального гидроксила идет образование гликозидов за счет спиртовых гидроксилов происходит алкилированне, арилирование, ацилирование У., образование эфиров неорганич. к-т. Наличие соседних гидроксилов обусловливает окисление У. йодной к-той, с образованием диальдегидов. У. дают ряд специфич. цветных реакций (с антроном, фенолом и триптофаном в серной к-те и др.) в основе большинства из них лежит образование из моносахаридов фурфурола и его замещенных (при определении полисахаридов в кислой среде идет гидролиз полисахаридов до моносахархщов). В основе количественных определений лежат методы окисления-восстановления и колориметрич. методы (подробнее о свойствах У. см. Моносахариды, Олигосахариды, Полисахариды, Гликозиды). [c.151]

    САХАРА — группа углеводов с относительно небольшим мол. весом для С. характерна довольно высокая растворимость в воде и способность кристаллизоваться. В последние годы термин С. применяют только но отношению к. моносахаридам, и в особенности к моносахаридам с отклонением в строении (сахара с разветвленной цепью, дезоксисахара, аминосахара), а также к олигосахаридам полисахариды, являющиеся высокомолекулярными соединениями, в группу С. не входят. Нек-рые авторы относят к С. только те углеводы, к-рые имеют сладкий вкус, напр, свекловичный или тростниковый сахар — сахарозу (бытовое название сахар), плoдoвыii сахар — фруктозу, молочный сахар — лактозу, виноградный сахар — глюкозу и т. д. Термин С. иногда отождествляют с термином углеводы, в этом случае С. делят на и р о-стые С., пе гидролизуемые, и сложные С., гидролизуемые до простых С. См. также статьи Углеводы, Моносахариды, Олигосахариды, Полисахариды и литературу при них. Л. И. Линевич. [c.374]

    Глициды и гликозиды. К глицидсш (углеводам) относятся моносахариды, олигосахариды, полисахариды, которые широко распространены в природе. Многие сахара [c.179]

    В понимании химика XIX в. синтезировать органическое соединение означало получить его искусственно из наиболее простого сырья, в идеале — из элементов. Даже если исходными служили другие органические соединения (например, уксусная кислота или этилен), конечный результат также мог рассматриваться как полный синтез, т. е. синтез из элементов, поскольку способы получения этих исходных соединений из элементов уже суш е-ствовали. В современном тонком органическом синтезе исследователь, как правило, не задумывается о том, насколько далеко отстоят от элементов используемые им исходные соединения. Важно только, чтобы эти исходные соединения были достаточно доступны производились промышленностью либо, по крайней мере, чтобы способы пх получения ( еобязателыю путем синтеза) были описаны в литературе ранее. Отсюда понятно, что при синт тезе олигосахаридов, полисахаридов и гликозидов основными исходными соединениями служат составляющие их моносахариды и их подходящие производные. Что же касается синтеза самих моносахаридов, то его общи принципы заслуживают специального обсуждения. [c.118]

    Основное количество неспецифических органических веществ носту-нает в ночвы с растительным онадом и остатками корневой системы растений. Среди неснецифических органических веществ, поступающих в почву с остатками растительного ироисхождепия, преобладают углеводы, лигнин, белки и липиды. Общее содержание углеводов в почвах колеблется от 5 до 30 % от общего количества органических веществ, но их преобладающая часть находится в связанной форме. Углеводы входят в состав гумусовых кислот и гумипа. Углеводы, не связанные с гумусовыми кислотами, активно участвуют в химических превращениях. Они образуют комплексные соединения с ионами тяжелых металлов, вступают во взаимодействие с глинистыми минералами или подвергаются процессам минерализации. В почвах встречаются представители всех классов углеводов моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Последние составляют главную массу углеводов во всех органических остатках и наиболее устойчивы в ночвах. Среди важнейших полисахаридов, встречающихся в почвах, следует назвать целлюлозу, крахмал, хитип. [c.49]

    Все известные углеводы можно подразделить на три больших класса — моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Отдельную группу составляют углеводсодержащие см ешанные биополимеры. [c.446]

    УГЛЕВОДЫ (сахара), обширный класс орг. соед., к к-рому относятся полиоксикарбонильные соед. и их производные. В зависимости от числа остатков моносахаридов в молекуле делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Входят в состав всех живых организмов. Находят широкое примен. в пищ., целлюлозно-бум., текстильной и хйм. пром-сти крахмал, сахароза, пектины, щллюлоэа), а таюке в медицине (глюкоза, гепарин и др.). [c.602]

    Распаду полисахаридов под действием щелочей посвящен, прекрасный обзор Уистлера ли Бемиллера 120Ш. Исследована действия известковой воды на модельные частично замещенные моносахариды, олигосахариды и полисахариды с известной структурой показало, что в общих чертах можно предсказать, какие продукты реакции должны образоваться при действии щелочи на главные цепи полисахаридов (табл. 13. 2). [c.322]

    Различают три основных класса углеводов моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды, или простые сахара, содержат только одну структурную единицу полигидроксиаль-дегида или полигидроксикетона. Среди природньк моносахаридов наиболее распространена D-глюкоза, содержащая шесть атомов углерода. [c.302]

    В зависимости от состава, строения и свойств среди углеводов выделяют моносахариды, олигосахариды и высшие полисахариды. Моносахариды содержат в своем составе от двух до семи соединенных в цепочку атомов углерода. Они первичные продукты фотосинтеза. В зависимости от количества атомов углерода, входящих в молекулу моносахарида, различают биозы, триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. Важнейшими представителями триоз являются глицериновый альдегид и диоксиа-цетон, представителями тетроз — эритроза, пентозы — рибоза, дезоксирибоза, ксилоза и др. гексозы — глюкоза и фруктоза, гептоз — седогептулоза. Моносахариды построены по типу альдегидов или кетонов многоатомных спиртов. [c.209]

    Углеводы представляют собой полиоксикарбонилыные соединения. В соответствии с классификацией углеводов различают моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.10]

    Вторым по распространениости в природе моносахаридом является галактоза. -Галактоза в свободном состоянии почти не встречается, лишь в незначительной концентрации присутствует в крови и моче, но широко представлена в структуре олигосахаридов, -полисахаридов и углевод-белковых комплексов. В некоторых полисахаридах обнаружена -галактоза (галактан улитки, агар-агар водорослей). [c.40]

    Простые углеводы называются сахарами или сахаридами, так как они имеют сладкий вкус. Обычно их названия имеют окончания оза. В зависимости от числа единиц простейших сахаров, связанных в одну молекулу, сахара делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахаридные единицы обычно содержат цепь из пяти или шести атомов углерода и называются пентозами или гексозами. Если моносахарид содержит альдегидную функцию, он относится к алъдозам., а при наличии кетонной функции — к кетозам. Таким образом, моносахариды могут быть альдопентозами, аль-догексозами, кетопентозами или кетогексозами. Моносахариды, содержащие от трех до восьми атомов углерода в цепи, найдены в природе. Олигосахариды образуют в результате гидролиза лишь малое число моносахаридных единиц, а полисахариды — много. [c.510]

    Стерическая специфичность сорбционных центров конканавалина А используется в методе гаптенного ингибирования реакции преципитации этого лектина с полисахаридами. Данные об ингибирующем действии моносахаридов, олигосахаридов и модифицированных сахаров привели нас к выводу, что наибольшей комплементарностью к сорбционным центрам конканавалина А обладает а-о-маннопиранозильный остаток. [c.96]


Олигосахариды и полисахариды — Справочник химика 21





    К углеводам относятся многие соединения, обладающие более сложной структурой, чем простые сахара. Большинство углеводов, встречающихся в природе, состоит из двух или более молекул сахаров. Названия различных классов углеводов показывают, из какого числа молекул простого сахара (моносахаридов) состоит молекула углевода (например, дисахариды и трисахариды), в то время как термины олигосахариды и полисахариды используются для обозначения соединений, содержащих мало или много моносахаридных фрагментов. Хотя многие полисахариды построены из гексоз, также хорошо известны полисахариды, содержащие тетрозы и пентозы. [c.280]








    Классификация и распространение. У. принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.23]

    Моносахариды являются основными строительными элементами олигосахаридов и полисахаридов. Они представляют собой бесцветные кристаллические вещества, в большинстве случаев сладкие на вкус. Моносахариды хорошо растворяются в воде и сравнительно стабильны в умеренно кислой среде. [c.201]

    Олигосахариды содержат от двух до десяти остатков моносахаридов. Полисахариды являются биополимерами (макромолекулы природного происхождения, см. раздел 3.9) и содержат более десяти углеводных остатков. При катализуемом кислотами гидролизе олигосахариды и полисахариды расщепляются с образованием моносахаридов. [c.624]

    Сахариды — это циклические полуацетали, производные алифатических гидроксиальдегидов или гидроксикетонов. Они делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.200]

    К олиго- и полисахаридам относятся соединения, молекулы которых построены из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Разграничение олигосахаридов и полисахаридов не может быть сделано строго, поскольку природные углеводы представлены почти непрерывным рядом соединений от моносахаридов до высших полисахаридов. Однако с методической точки зрения целесообразно считать олигосахаридами соединения, содержащие до 8— 10 моносахаридных звеньев, а к полисахаридам относить более высокомолекулярные сахара. Внутри класса олигосахаридов различают в зависимости от числа моносахаридных звеньев дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т. д. Олигосахаридами в принятой выше несколько условной классификации можно считать соединения, при изучении которых могут быть применены обычные логические подходы и методические приемы органической химии. Так, олигосахариды, как правило, можно выделить в индивидуальном состоянии и для них возможно установление однозначной структурной формулы, в том смысле, как это принято в органической химии. Для полисахаридов, напротив, понятие индивидуального вещества заменяется понятием смеси полимергомологов с однотипной структурой макромолекул. Поэтому и структурные формулы полисахаридов носят несколько условный характер, отвечающий условности соответствующего понятия в химии высокомолекулярных соединений. Отсюда вытекает и ряд различий в методах исследования обоих классов углеводов для олигосахаридов характерны методы классической органической химии, для полисахаридов — методы химии высокомолекулярных соединений. [c.419]

    Разнообразие гликолипидов обусловлено варьированием их липидного и углеводного фрагмента. Они могут быть производными глицеридов, диольных липидов, сфинголипидов, а их углеводную часть составляют моносахариды, олигосахариды и полисахариды различной структуры — в последнем случае вариантов, конечно же, очень много, что и обеспечивает их иммунную способность. [c.128]

    Перед буквенным обозначением остатка углевода ставится знак а или р, показывающий принадлежность полисахарида к а- или р-форме. После буквенного обозначения помещают символ р, соответствующий пиранозной форме моносахарида, или f, обозначающий фуранозную форму моносахарида. Символы соединяют стрелками и цифрами, показывающими связь между остатками моноз. В случаях, когда не установлен порядок соединения остатков моносахаридов, их символы соединяют пунктирной линией. Примеры записи сокращенной структурной формулы олигосахаридов и полисахаридов приведены ниже-. [c.18]

    Олигосахариды и полисахариды являются полимерами (поли-конденсатами), в которых моносахаридные звенья соединены гли-козидными связями, чаще всего по положениям 1,4 или 1,6. Олигосахариды при гидролизе дают несколько молекул моносахаридов, полисахариды — множество таких молекул. Обычно мономерным звеном в природных полимерах служат остатки Д-глюкозы. Большинство других олиго- и полисахаридов, находимых в природе, также построены из моносахаридов С-ряда. Хотя для несложных олигосахаридов можно построить систематические названия, однако обычно используют тривиальные. [c.257]

    В зависимости от величины молекул, а также и по физическим свойствам углеводы подразделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.624]

    Все олигосахариды и полисахариды, в том числе и дисахариды с большей или меньшей легкостью подвергаются гидролизу в кислой среде, в результате чего получается смесь моносахаридов. Этот факт указывает [c.136]

    Все углеводы можно разделить на моносахариды, дисахариды (или олигосахариды) и полисахариды. [c.64]

    Сложными называют такие сахара, которые при гидролизе удается расщепить на более простые сахара, или моносахариды. В зависимости от количества молекул моносахаридов, получающихся при гидролизе сложного сахара, различают олигосахариды и полисахариды. [c.111]

    Класс углеводов включает соединения, очень разнообразные По типу, начиная от низкомолекулярных веществ, содержащих всего несколько атомов углерода, и кончая соединениями с огромным молекулярным весом, достигающим нескольких миллионов. В соответствии с этим и решение отдельных задач, приемы, методы и сама логика исследования могут сильно различаться в зависимости от того, с каким типом углеводов приходится иметь дело. По этой причине при любом изложении основ химии углеводов следует предусмотреть разделение материала в соответствии с целесообразной классификацией. Все углеводы, известные до настоящего времени как природные или синтетические соединения, следует прежде всего разделить на три больших класса — моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Это деление, хотя и основывается на формальных признаках, имеет глубокий принципиальный и методический смысл. [c.8]








    Согласно принятой в настоящее время классификации, углеводы подразделяются на три основные группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.170]

    Образование гликозидов не ограничено только случаями реакции моносахаридов со спиртами или фенолами. Гликозидные связи могут возникать также и между гидроксильными группами двух или нескольких моносахаридов, что приводит к образованию олигосахаридов и полисахаридов. [c.636]

    Наряду с моносахаридами и полисахаридами имеется еще один промежуточный класс углеводов, получивший название олигосахаридов. Олигосахариды содержат небольшие цепи, состояш,ие из нескольких моносахаридных звеньев, построенные по тому же типу, что и цепи полисахаридов. Естественно, что разделение олигосахаридов и полисахаридов достаточно условно. Обычно соединения, содержащие 2—5 звеньев, принято называть низшими олигосахаридами, а соединения, содержащие от шести до десяти звеньев,— высшими олигосахаридами, что отличает их от полисахаридов, имеющих большее число моносахаридных звеньев. [c.10]

    Наряду с ферментативной деструкцией реакция кислотного гидролиза является наиболее важной и типичной реакцией деструкции гликозидов, дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз полисахаридов древесины — целлюлозы и полиоз — проводят в технических процессах и при анализе древесины. При варке и отбелке целлюлозы в кислой среде гидролитическое воздействие нежелательно [72, 95], а при осахаривании древесины для получения высокого выхода глюкозы требуется полный гидролиз целлюлозы (см. 18.3). [c.216]

    Наибольшее число синтезов полисахаридов выполнено первым путем. Как правило, эти синтезы основываются на поликонденсации свободных сахаров под влиянием кислых агентов, т. е. путем образования гликозидных связей по реакции, аналогичной синтезу гликозидов по Фишеру. Обработка концентрированных водных растворов моносахаридов кислотами (кислотная реверсия) » ° приводит к олигосахаридам и полисахаридам низкого молекулярного веса поликонденсация в твердой фазе в присутствии газообразного хлористого водорода или фосфорной кисло-дает полисахариды с весьма высоким молекулярным весом (до 10 ). Была использована также поликонденсация в неводных средах — в растворе диметилсульфоксида в расплаве сахаров с катионитами и другие приемы. С той же целью применяют термическую поликонденсацию ангидридов гексоз, протекающую с образованием гликозидных связей между моносахаридными звеньями , а также поликонденсацию гликозилфторидов в присутствии пиридина . [c.555]

    Класс углеводов включает моносахариды, олигосахариды и полисахариды, а также вещества, получающиеся из моносахаридов при удалении карбонильной группы, при окислении одной или более терминальных групп в карбоновые кислоты или при замене одной или более гидроксильных групп атомом водорода, аминогруппой, тиольной группой или подобными гетероатомными группами. [c.276]

    Углеводы — это органические соединения, имеющие общую формулу С НзР (ш, п>3). Углеводы делят на три группы моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.348]

    Углеводы включают соединения, начиная от низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Их делят на три класса в зависимости от числа остатков сахаров моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.222]

    Грамположительные бактерии Олигосахариды и полисахариды, тейхоевые [c.13]

    В углеводах целесообразно выделить три самостоятельных класса моносахариды, олигосахариды и полисахариды. [c.386]

    Итак, синтез природных углеводных структур и их ближайших аналогов. В первую очередь, это синтез моносахаридов, природных гликозидов, олигосахаридов и полисахаридов. Олиго- и полисахариды, как мы помним, построены из остатков моносахаридов, соединенных 0-гликозидными связями. В природных гликозидах тем же типом связи моносахаридные остатки соединены с неуглеводными аглнконами. Поэтому в синтезе олиго- и полисахаридов или гликозидов задача химика сводится в конечном итоге к тому, чтобы соединить моносахаридные остатки друг с другом или с агликоном гликозидными связями. [c.118]

    Гидроксил у аномерного атома С (его называют аномерным, гликозидным, или полуацетальным) значительно отличается от прочих групп ОН повьпп. склонностью к р-циям нуклеоф. замещения. Его обмен иа остатки спиртов приводит к образованию гликозидов. Если спиртовой компонентой гликозида (агликоном) служит др. молекула М., образуются олигосахариды и полисахариды. При кипячении М. с большим избытком низшего спирта в присут. к-т (метод Фишера) образуется смесь изомерных глико-зндов, соответствующих разным таутомерным формам М.  [c.139]

    Основное количество неспецифических органических веществ носту-нает в ночвы с растительным онадом и остатками корневой системы растений. Среди неснецифических органических веществ, поступающих в почву с остатками растительного ироисхождепия, преобладают углеводы, лигнин, белки и липиды. Общее содержание углеводов в почвах колеблется от 5 до 30 % от общего количества органических веществ, но их преобладающая часть находится в связанной форме. Углеводы входят в состав гумусовых кислот и гумипа. Углеводы, не связанные с гумусовыми кислотами, активно участвуют в химических превращениях. Они образуют комплексные соединения с ионами тяжелых металлов, вступают во взаимодействие с глинистыми минералами или подвергаются процессам минерализации. В почвах встречаются представители всех классов углеводов моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Последние составляют главную массу углеводов во всех органических остатках и наиболее устойчивы в ночвах. Среди важнейших полисахаридов, встречающихся в почвах, следует назвать целлюлозу, крахмал, хитип. [c.49]

    Четкую границу между олигосахаридами и полисахаридами провести трудно обычно к полисахаридам относят вещества, содержащие более десяти моносахаридных звеньев. Соединения, молекулы которых состоят из 5—15 моносахаридных звеньев, редко встречаются в природе. Обычно в состав полисахаридов входит 80—100 моносахаридных звеньев известно лищь несколько полисахаридов, содержащих 25—75 моносахаридных остатков. Известны также некоторые полисахариды, в состав которых входит более ста моносахаридных остатков например, нативная целлюлоза содержит в среднем 3000 таких остатков. Полисахариды существуют в виде смесей полимергомологов, а не в виде набора дискретных макромолекул с одной и той же молекулярной массой. [c.208]

    Все известные углеводы можно подразделить на три больших класса — моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Отдельную группу составляют углеводсодержащие см ешанные биополимеры. [c.446]

    Углеводы (сахара, глициды) — обширный класс природных соединений, объединяющий полигкщроксикарбонильные соединения и их производные. Наиболее простейшими представителями углеводов являются моносахариды, из которых построены олигосахариды и полисахариды. [c.304]

    УГЛЕВОДЫ (сахара), обширный класс орг. соед., к к-рому относятся полиоксикарбонильные соед. и их производные. В зависимости от числа остатков моносахаридов в молекуле делятся на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Входят в состав всех живых организмов. Находят широкое примен. в пищ., целлюлозно-бум., текстильной и хйм. пром-сти крахмал, сахароза, пектины, щллюлоэа), а таюке в медицине (глюкоза, гепарин и др.). [c.602]


Классификация углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды

Высокомолекулярные (несахароподобные) соединения из большого количества моносахаридов и гликозидных связей между ними[1]. Данные углеводы различаются не только составом простых сахаров, но и молекулярной массой и структурными особенностями (линейные или разветвленные). Поэтому и обладают отличительными свойствами друг от друга. Классификация углеводов выделяет гомополисахариды и гетерополисахариды. Первые (гемицеллюлоза, гликоген, клетчатка, крахмал) состоят из молекул исключительно одного вида моноз, а вторые могут включать от двух и более остатков разных простых сахаров.

Виды полисахаридов:

— гемицеллюлоза.

Полимер, который наряду с клетчаткой и целлюлозой задействован в образовании стенок растений. Она сосредоточена преимущественно в оболочке зерен, кожуре семян подсолнечника, а также соломе, плодах кукурузы. Хорошо растворяется в щелочных растворах. К этому полисахариду относят агар – вещество, экскретируемое из водорослей и широко применяемое в кондитерской отрасли. Диетологи относят гемицеллюлозу к группе балластных веществ, обязательных для нормального пищеварения.

— гликоген или животный крахмал.

Сформирован из значительного количества остатков моносахарида глюкоза. Важный энергетический материал и главный резервный полисахарид животных и человека в классификации углеводов, в некотором количестве находится в зернах кукурузы. Он содержится практически во всех органах и тканях, но наибольшее количество в мышцах и печени. В организме это вещество последовательно переходит в декстрины[2], далее мальтозу и в конце глюкозу.

— крахмал.

Относится к резервным полисахаридам, основной компонент картофеля и зерна. Его количество в продукте зависит от культуры, сорта, спелости и условий произрастания. Он считается наиболее популярным в классификации углеводов и самым применимым в пищевом производстве несахараподобным углеводом.

— клетчатка.

Формирует клеточную структуру растительной организации. Она находится в семенах хлопчатника – 98%; древесине – до 50%; пшенице, сое, кукурузе – до 3%. Это соединение гидрофобно и в нейтральной среде устойчиво к кислотам. Продукты гидролиза, содержащие клетчатку, в пищевой промышленности используют как средство получения кормовых дрожжей и спирта.

Содержание углеводов в продуктах питания является одним из важнейших условий составления рациона питания.


[1] Число остатков моносахаридов может насчитывать сотни тысяч единиц, но в основном количество колеблется между 6-10 тысячами.

[2] Декстрины (C6H10O5)p – продукты расщепления полисахаридов: крахмала и гликогена. Легко растворяются в воде.

Углеводы клетки их функции, классификация

Углеводы (сахара) — это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп. Общая формула углеводных соединений записывается как Сx2О)y где x и y могут иметь разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции





Классификация углеводов

Особенности строения, структура, функции

Представители

Моносахариды

(растворимые углеводы)

Это соединения, в основе которых лежит неразветвленная углеродная цепочка, при одном из атомов углерода которой находится карбонильная группа (=С=O), а при всех остальных — по одной гидроксогруппе (-ОН).

В зависимости от числа атомов углерода выделяют триозы (х = 3), тетрозы (х = 4), пентозы (х = 5), гексозы (х = 6) и т. д.

В зависимости от того, входит в состав моносахарида альдегидная (-CНO) или кетогруппа (-CO-), их разделяют на альдозы (R-CHO) и кетозы (R1-CO-R2).

Стереоизомерия моносахаридов — все изомеры моносахаридов делятся на D- и L- формы по сходству расположения ОН-группы, они одинаковы по составу и молек. массе, но различны по строению или расположению атомов. Ниже пример слева D-глицеральдегид, а справа L-глицеральдегид

 

Глюкоза,

фруктоза,

пентоза

Олигосахариды

(дисахариды)

Олигосахариды — это короткие (часто из 6-12 единиц) продукты конденсации моносахаридов. Они могут связываться с белками (гликопротеины) или липидами (гликолипиды) и формировать гликокаликс — внешнюю оболочку животной клетки. Они также играют важную роль в межклеточном узнавании и в иммунном ответе.

Среди дисахаридов наиболее распространены мальтоза, лактоза и сахароза: 

глюкоза + глюкоза = мальтоза;

глюкоза + галактоза = лактоза;

глюкоза + фруктоза = сахароза. 

В природных дисахаридах кольца моносахаридов объединены гликозидными связями. Они чаще всего образуются между альдегидной или кетогруппой (т.е. редуцирующей группой) одного моносахарида и гидроксильной группой другого.

Мальтоза,

сахароза,

лактоза

Полисахариды

Полисахариды являются биологическими полимерами, образующиеся из моносахаридных субъединиц (мономеров) путем гликозидного связывания, в первую очередь D-глюкозы. Субъединицы объединяются путем конденсации (реакция сопровождается выделением молекул воды), а разделяются путем гидролиза (разрушение связей с участием воды). Плохо растворяются в воде. Необходимы для жизнедеятельности животных и растений.

 

целлюлоза,

крахмал,

гликоген,

хитин.

Таблица углеводов и их функции 














Углевод

Функции и строение углеводов

Углеводы моносахариды

Глюкоза

(декстроза или D-глюкоза)

Представляет собой моносахарид (одиночный сахар) с эмпирической формулой СnН2nОn. Она относится к гексозам, так как их молекулы имеют шесть атомов углерода. Наиболее распространенный дыхательный субстрат (т.е. источник энергии). источник энергии живых организмов — входит в состав переносчиков электронов NAD, РАD и NADР и переносчика энергии аденозинтрифосфата (АТР).

Фруктоза

Изомер глюкозы СnН2nОn , один из наиболее распространенных  в природе сахаров. Компонент семенной жидкости. Пищевым источником являются фрукты. Примерно 1 из 20000  человек страдает непереносимостью фруктозы, которая может привести к повреждению печени и почек или к гипогликемии.

Углеводы олигосахариды

Сахароза (глюкозо-фруктоза)

Наиболее распространена в растениях. Сахарозу получают обычно из сахарного тростника и сахарной свеклы и используют как подсластитель.

Лактоза (глюкозо-галактоза)

Источник углеводов для детенышей млекопитающих. В молоке содержится около 5% лактозы.

Углеводы полисахариды

Крахмал

Крахмал состоит из двух полимеров а-глюкозы: амилоза обычно содержит около 300 молекул глюкозы, соединенных
а-1,4-гликозидными связями. Из-за массивных боковых цепей на стороне -СН2ОН молекула принимает форму спирали (наиболее удачна для упаковки большого количества субъединиц в ограниченном пространстве). Поскольку молекула крахмала имеет так мало свободных концов, гидролизующий фермент амилаза имеет мало доступных точек для ее расщепления. Благодаря этому крахмал — превосходное запасное вещество.

Амилопектин

Это разветвленная цепь, включающая до 1500 глюкозных субъединиц. Отдельные а-1,4-цепи связаны между собой а-1,6-гликозидными связями.

Гликоген

Это полимер а-глюкозы, очень похожий на амилопектин, но с гораздо меньшим количеством поперечных связей и с более короткими а-1,4-цепями. Это больше подходит животным клеткам, которые запасают питательные вещества на менее долгие сроки, чем растительные клетки.

Целлюлоза

Целлюлоза — это полимер глюкозы, соединенной β-1,4-гликозидными связями. При β-конформации каждая последующая субъединица переворачивается, так что полимер имеет форму прямой цепи. Затем параллельные полисахаридные цепи связываются поперечными водородными связями. Такое поперечное связывание предотвращает проникновение воды. Целлюлоза очень устойчива к гидролизу и, следовательно, является прекрасной структурной молекулой (целлюлозные клеточные стенки). Она идеальна для растений, которые легко могут синтезировать большое количество углеводов.

Хитин

Структурный полисахарид низших растений, грибов и беспозвоночных животных (роговые оболочки членистоногих — насекомых и ракообразных). Хитин, подобно целлюлозе в растениях, выполняет опорные и механические функции в организмах грибов и животных. Молекула хитина построена из остатков N-ацетил-D-глюкозамина, связанных между собой β-1,4-гликозидными связями.

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак — Минск — 2011.

Углеводы. Моносахариды. Олигосахариды. Полисахариды — презентация онлайн

Углеводы
Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
Моносахариды
Триозы
Тетрозы
Пентозы
Гексозы
O
O
C
C
H
O
H
CHOH
CHOH
CHOH
Ch3OH
Глицеральдегид
Ch3OH
Эритроза
h3 C
CHOH
HOHC
CHOH
УГЛЕВОДЫ
Моносахариды –
•Триозы – глицеральдегид и дигидроксиацетон
•Тетрозы – эритроза и треоза
•Пентозы – рибоза, ликсоза, арабиноза, ксилоза.
С разветвленной цепью – апиоза из петрушки.
Рамноза, дезоксирибоза и фукоза – это дезоксисахара
•Гексозы – глюкоза, фруктоза, галактоза, альтроза,
манноза, талоза, гулоза, идоза, аллоза
•Гептозы, октозы, нанозы
Моносахариды – (СН2О)n
альдозы – содержат альдегидную группу
-CH=O
кетозы – содержат кетоновую группу
>C=O
и гидроксильные группы -OH
при каждом углеродном атоме
Моносахариды – (СН2О)n
Альдегидная или кетогруппы могут реагировать с
гидроксильными группами, образуя кольцевые
структуры:
O
фуранового типа
5 атомов в цикле
O
пиранового типов
6 атомов в цикле
Тогда моносахариды будут относится к ряду
фураноз или пираноз.
O
С
H
H
С
OH
HO
C
H
C
OH
H
формулы Хеуорса
формула Фишера
H
C
OH
Ch3OH
D -глюкоза
(2R,3S,4R,5R)-2,3,4,5-пентагидроксигексаналь
Сh3OH
O H
H
H
OH H
OH
OH
H
OH
Ch3OH
O OH
H
H
OH H
OH
H
H
OH
-глюкоза
— глюкоза
шестичленные — пиранозы
пятичленные — фуранозы
аномеры
УГЛЕВОДЫ
Моносахариды
•Триозы – глицеральдегид и дигидроксиацетон
O
O
С
H
С
С
H
OH
HO
Ch3OH
С
H
H
Ch3OH
зеркало
D — глицериновый
альдегид
Ch3 OH
C O
Ch3 OH
дигидроксиацетон
L-глицериновый
альдегид
Пентозы
Гляди-ка,
кислорода-то
нет!
Рибоза
Дезоксирибоза
Гексозы
OH OH
H OH
H
H
O
O
H
HO
H
HO
H
H
HO
H
OH
H
Глюкоза
OH
OH
H
Галактоза
Фруктоза
OH
менее 0.5%
O
С
H
36%
O
H
OH
С
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
64%
O
Ch3OH
т.пл.146о
OH
угол вращения +112
т.пл.150о
+52.7
мутаротация
OH
угол вращения +18.7
Химические свойства:
• Образование глюкозидов
• Образование простых эфиров
HOCh3
O
HO
HO
OH
OH
Ch4 OH
сухой HCl
OMe
MeO
HO
HO
O
OMe
OH
метил — -D- глюкозид
-D-глюкоза
MeOCh3
HOCh3
OH
O
H
OMe
(Ch4 )2 SO4
NaOH
MeOCh3
OMe
MeO
O
OMe
разб. HCl
OMe
метил — -2,3,4,6-тетра-О-метилглюкозид
Образование сложных эфиров
HOCh3
HO
HO
-D-глюкоза
O
OH
OH
(СН3 СО)2 О
пиридин
Ch4 COOCh3
Ch4OCO
Ch4OCO
O
OCOCh4
OCOCh4
пентаацетил- -D -глюкоза
Окисление
бромной водой:
глюкоза -> альдоновая кислота
СН2ОН(СНОН)4СООН
в живых организмах: глюкоза -> уроновая кислота
НООС(СНОН)4СНО
Восстановление
глюкоза -> сорбит СН2ОН(СНОН)4СН2ОН
Олигосахариды или полисахариды I порядка
Дисахариды – биозы (сахароза, лактоза, мальтоза,
трегалоза,генциобиоза, целлобиоза
•Мальтоза (гл+гл)
•Лактоза (Гл+гал)
•Сахароза ( гл+фр)
Трисахариды – рафиноза (глю+гал+фру) растений.
В желудке человека не переваривается
Глюкоза
Фруктоза
Галактоза
Глюкоза
Лактоза
Сахароза
Галактоза
Глюкоза
Глюкоза
Глюкоза Фруктоз
Раффиноза
Мальтоза
Олигосахариды
Полисахариды II порядка- мол. масса до 1 млн
Амилоза – неразветвленная цепь гл 1-4- гликозидная
связь
Амилопектин – разветвленная цепь гл 1-4 и 1-6
гликозидные связи
Крахмал – амилоза + амилопектин
Гликоген – похож на крахмал, но еще более
разветвлен.
Целлюлоза – цепь гл с 1-4 связью, но еще наличие
водородных связей между неразветвленными
цепями гл ( 50% углерода биосферы).
Хитин — линейная цепь из N-ацетилглюкозамина
Полисахариды
Амилоза
Амилопектин
Крахмал
Гликоген
Целлюлоза
N-ацетил-группа
Хитин
Олигосахариды в составе гликопротеинов
Функции углеводов
1. Энергетическая ( 1 г – 17,1 кД
2. Структурная (целлюлоза, хитин, пептидогликаны)
3. Запасающая (гликоген, крахмал)
4. Защитная ( слизь секретов)
5. Клеточное взаимодействие – контакты при
дифференцировке, межклеточные взаимодействия
6. Группы крови
7. Продукты питания
8. Целлюлозно-бумажная промышленность
9. Лекарственные препараты – сердечные гликозиды,
аскорбиновая кислота, гепарин, некоторые
антибиотики, нитроглицерин
10. Составная часть многих белков (гликопротеины),
липидов (липополисахариды)

Моносахарид — определение, примеры, функция и структура

Определение моносахарида

Моносахарид — это самая основная форма углеводов. Моносахариды могут быть объединены посредством гликозидных связей с образованием более крупных углеводов, известных как олигосахаридов или полисахаридов . Олигосахарид, содержащий только два моносахарида, известен как дисахарид . Когда более 20 моносахаридов объединяются с гликозидными связями, олигосахарид становится полисахаридом.Некоторые полисахариды, например целлюлоза, содержат тысячи моносахаридов. Моносахарид — это тип мономера или молекулы, которая может объединяться с подобными молекулами для создания более крупного полимера .

Функция моносахарида

Моносахариды выполняют множество функций внутри клеток. В первую очередь, моносахариды используются для производства и хранения энергии. Большинство организмов вырабатывают энергию, расщепляя моносахарид глюкозу и собирая энергию, высвобождаемую из связей.Другие моносахариды используются для образования длинных волокон, которые можно использовать как форму клеточной структуры. Для выполнения этой функции растения создают целлюлозу, в то время как некоторые бактерии могут производить аналогичную клеточную стенку из немного разных полисахаридов. Даже клетки животных окружают себя сложной матрицей полисахаридов, состоящей из более мелких моносахаридов.

Структура моносахаридов

Все моносахариды имеют одинаковую общую формулу (CH 2 O) n , которая обозначает центральную молекулу углерода, связанную с двумя атомами водорода и одним кислородом.Кислород также будет связываться с водородом, создавая гидроксильную группу. Поскольку углерод может образовывать 4 связи, несколько из этих молекул углерода могут соединяться вместе. Один из атомов углерода в цепи образует двойную связь с кислородом, которая называется карбонильной группой. Если этот карбонил находится в конце цепи, моносахарид принадлежит к семейству альдозы . Если карбоксильная группа находится в середине цепи, моносахарид принадлежит к семейству кетозы .

Выше изображение глюкозы.Глюкоза — один из наиболее распространенных моносахаридов в природе, используемый почти всеми формами жизни. Этот простой моносахарид состоит из 6 атомов углерода, каждый из которых обозначен на изображении. Первый углерод — это карбонильная группа. Поскольку глюкоза находится на конце молекулы, она принадлежит к семейству альдоз. Обычно моносахариды с более чем 5 атомами углерода существуют в виде колец в растворах воды. Гидроксильная группа на пятом атоме углерода будет реагировать с первым атомом углерода. Гидроксильная группа отдает свой атом водорода, когда образует связь с первым атомом углерода.Кислород с двойной связью на первом углероде связывается с новым водородом, когда вторая связь с углеродом разрывается. Это образует полностью связанное и стабильное кольцо из атомов углерода.

Примеры моносахаридов

Глюкоза

Глюкоза является важным моносахаридом, поскольку она обеспечивает энергию и структуру для многих организмов. Молекулы глюкозы могут расщепляться при гликолизе , обеспечивая энергию и прекурсоры для клеточного дыхания. Если в данный момент клетке больше не нужна энергия, глюкозу можно сохранить, комбинируя ее с другими моносахаридами.Растения хранят эти длинные цепочки в виде крахмала, который впоследствии можно разобрать и использовать в качестве энергии. Животные хранят цепочки глюкозы в полисахариде гликоген , который может накапливать много энергии.

Глюкоза также может быть связана в длинные цепочки моносахаридов с образованием полисахаридов, напоминающих волокна. Растения обычно производят это в виде целлюлозы. Целлюлоза — одна из самых распространенных молекул на планете, и если бы мы могли взвесить ее сразу, она бы весила миллионы тонн.Каждое растение использует целлюлозу, чтобы окружить каждую клетку, создавая жесткие клеточные стенки, которые помогают растениям стоять высокими и оставаться тургучными . Без способности моносахаридов объединяться в эти длинные цепи растения были бы плоскими и мягкими.

Фруктоза

Хотя фруктоза почти идентична глюкозе, она представляет собой немного другую молекулу. Формула ((CH 2 O) 6 ) такая же, но структура сильно отличается. Ниже представлено изображение фруктозы:

Обратите внимание, что вместо карбонильной группы на конце молекулы, как в глюкозе, это второй атом углерода вниз.Это превращает фруктозу в кетозу, а не в альдозу. Как и глюкоза, фруктоза по-прежнему имеет 6 атомов углерода, к каждому из которых присоединена гидроксильная группа. Однако, поскольку кислород с двойной связью во фруктозе находится в другом месте, образуется кольцо немного другой формы. В природе это имеет большое значение для обработки сахара. Большинство реакций в клетках катализируются определенными ферментами. Каждому из моносахаридов различной формы нужен определенный фермент для расщепления.

Фруктоза, поскольку она является моносахаридом, может быть объединена с другими моносахаридами с образованием олигосахаридов.Очень распространенный дисахарид, производимый растениями, — сахароза. Сахароза — это одна молекула фруктозы, соединенная с молекулой глюкозы гликозидной связью.

Галактоза

Галактоза — это моносахарид, вырабатываемый многими организмами, особенно млекопитающими. Млекопитающие используют галактозу в молоке, чтобы дать энергию своему потомству. Галактоза соединяется с глюкозой с образованием дисахарида лактозы. Связи в лактозе содержат много энергии, и новорожденные млекопитающие создают специальные ферменты, чтобы разорвать эти связи.После отлучения от материнского молока ферменты, расщепляющие лактозу на глюкозу и моносахариды галактозы, теряются.

Человек, являющийся единственным видом млекопитающих, потребляющим молоко во взрослом возрасте, развил некоторые интересные функции ферментов. В группах населения, которые пьют много молока, большинство взрослых способны переваривать лактозу большую часть своей жизни. В группах населения, которые не пьют молоко после отлучения от груди, непереносимость лактозы поражает почти все население. Хотя моносахариды можно расщепить по отдельности, молекула лактозы больше не переваривается.Симптомы непереносимости лактозы (спазмы в животе и диарея) вызваны токсинами, вырабатываемыми бактериями в кишечнике, переваривающими избыток лактозы. Токсины и избыточные питательные вещества, которые они создают, увеличивают общее количество растворенных веществ в кишечнике, заставляя их удерживать больше воды для поддержания стабильного pH.

  • Дисахарид — Два моносахарида, соединенные гликозидной связью.
  • Олигосахариды — 3-20 моносахаридов, связанных гликозидными связями, обычно используются для перемещения моносахаридов и их кратковременного хранения.
  • Полисахарид — Многие (20+) моносахариды, обычно связанные в длинные цепи, используются для хранения или структурной поддержки.
  • Углеводы — сахара и крахмалы, все из моносахаридов.

Викторина

1. Сукралоза, обычный искусственный подсластитель, по форме похожа на сахарозу, сахар, производимый растениями. Однако вместо гидроксильных групп (ОН), связанных со всеми атомами углерода, сукралоза имеет в своей структуре некоторые атомы хлора (Cl).Исследования показали, что, хотя большая часть потребляемой сукралозы проходит через человека, 2-8% ее метаболизируются. Почему это может стать проблемой для человека, переваривающего сукралозу?
A. Он не содержит столько калорий, как сахароза.
B. Без гидроксильных групп организм не может функционировать.
C. Ферменты организма не приспособлены к метаболизму сукралозы.

Ответ на вопрос № 1

C правильный.Атомы хлора в молекуле сукралозы могут представлять серьезную проблему для ферментов организма. Часть механизма, который связывает фермент с субстратом, — это форма молекулы. После реакции продукты должны высвободиться. Если сахароза, фермент, переваривающий сахарозу, ингибируется или повреждается атомами хлора, фермент может больше не функционировать. В то время как организм может производить больше ферментов, если количество проглоченной сукралозы превышает выработку организмом нового фермента, человек больше не сможет переваривать сахарозу.Это может привести к дефициту питательных веществ или другим вредным побочным эффектам.

2. Аминокислота — это особая молекула, которая может быть добавлена ​​в цепочку для создания белка. Аминокислота — это не углевод. Какие из следующих терминов описывают аминокислоты?
A. Мономер
B. Моносахарид
C. Полимер

Ответ на вопрос № 2

A правильный. Аминокислота — это единое целое, которое можно комбинировать с другими аминокислотами для создания полимеров аминокислот.Это делает отдельную аминокислоту мономером. Термин сахарид — это другое слово для обозначения сахара. Поскольку аминокислоты не являются сахарами, они не являются моносахаридами. Однако моносахарид является мономером, потому что он может образовывать полисахаридные полимеры при последовательном соединении с другими моносахаридами.

3. Как уже упоминалось, моносахариды, состоящие из более чем 5 атомов углерода, часто имеют тенденцию образовывать кольца в природе. Взаимодействие, которое заставляет их образовывать кольца, происходит из-за сил полярных молекул воды, действующих на моносахариды.Если моносахариды находятся в неполярном растворе, что они образуют?
A. Спирали
B. Линейные молекулы
C. Кольца

Ответ на вопрос № 3

B правильный. В неполярном растворе никакие силы не будут тянуть молекулу внутрь себя, а неполярные области молекулы будут образовывать слабые взаимодействия с раствором. Если бы кольцо начало формироваться, было бы нелегко найти источник атомов водорода, поскольку неполярные растворы часто содержат мало свободных ионов для использования.В воде для создания связей доступно множество свободных ионов водорода. Без них и сил, создаваемых полярными молекулами воды, углеродный скелет остался бы жесткой линейной молекулой.

углеводов — обзор | Темы ScienceDirect

13.9 Полисахариды

Полисахариды представляют собой высокомолекулярные вещества, состоящие из моносахаридов, связанных друг с другом гликозидными связями. Поскольку структуры гетерополисахаридов более сложные, чем структуры гомополисахаридов, в этом разделе мы будем рассматривать только гомополисахариды.

Гомополисахариды крахмала и целлюлозы, обнаруженные в растениях, содержат только глюкозу. Около 20% крахмала составляет амилоза, растворимая в холодной воде; остальные 80%, называемые амилопектином, не растворяются в воде. Крахмал присутствует в картофеле, рисе, пшенице и других злаках. Количество амилозы и амилопектина в крахмале варьируется и зависит от его источника.

Крахмал и целлюлоза отличаются одним структурным признаком, но это различие имеет большое биологическое значение.Крахмал, глюкозильные единицы которого связаны α-1,4ʹ, может перевариваться большинством животных. Целлюлоза, глюкозильные единицы которой связаны β-1,4ʹ, может перевариваться только крупным рогатым скотом и другими травоядными животными, поскольку микроорганизмы, присутствующие в их пищеварительном тракте, имеют ферменты, гидролизующие β-глюкозиды. Термиты также могут переваривать целлюлозу.

Амилоза — это линейный полимер, содержащий от 200 до 2000 α-связанных глюкозных единиц, который служит основным источником пищи для некоторых животных. Молекулярная масса амилозы колеблется от 40 000 до 400 000 а.е.м.Целлюлоза — это β-связанный полимер глюкозы (рис. 13.9), который может содержать от 5000 до 10000 единиц глюкозы. Некоторые водоросли производят молекулы целлюлозы, содержащие более 20 000 единиц глюкозы. Амилопектин содержит цепи, подобные таковым в амилозе, но только около 25 единиц глюкозы встречается в цепи. Амилопектин имеет ответвления глюкозосодержащих цепей, соединенных гликозидной связью между гидроксильной группой C-6 одной цепи и атомом C-1 другой цепи глюкозы (рис. 13.5). Молекулярная масса амилопектина может достигать 1 миллиона.Поскольку каждая цепь имеет средний молекулярный вес 3000, может быть до 300 взаимосвязанных цепей.

Рисунок 13.9. Структура полисахаридов

Структура гликогена аналогична структуре амилопектина, но у гликогена больше разветвлений, а ветви короче, чем у амилопектина. Средняя длина цепи гликогена составляет 12 единиц глюкозы. Гликоген имеет молекулярную массу более 3 миллионов. Гликоген синтезируется животными как форма хранения глюкозы.Хотя гликоген обнаружен по всему телу, наибольшее его количество находится в печени. У среднего взрослого человека гликогена хватает примерно на 15 часов нормальной активности.

Группы крови человека

Сложные углеводы покрывают поверхность почти всех клеток человека, действуя как маркеры, идентифицирующие клетку. Клетки крови человека содержат поверхностные маркеры, которые делят кровь на три основных класса, обозначенных A, B и O. Классификация групп крови основана на различиях в структурах олигосахаридов, связанных с белком, называемым гликофорином, который встроен в мембрану красного цвета. клетки крови.Олигосахариды группы крови содержат несколько различных мономеров: галактозу (Gal), N-ацетилгалактозамин (GalNAc) и N-ацетилглюкозамин (GlcNAc).

Они также содержат довольно необычный сахар 6-дезокси-α-1-галактозу. Этот сахар имеет общее название альфа-1-фукоза.

Фрагмент α-1-фукозы каждой группы крови присоединен к трисахариду в группах крови A и B и к дисахариду в группе крови O (см. Структуры на рисунках ниже). Тип B, который не показан, отличается от типа A галактозой в левой части структуры, а не N-ацетилгалактозамином.В каждом олигосахариде остаток β-галактозы присоединен к α-1-фукозе посредством 1,2ʹ-гликозидной связи. Часть β-N-ацетилглюкозамина показанного олигосахарида связана со «спейсерной единицей», которая состоит из олигосахаридной цепи, которая может содержать от 2 до 50 моносахаридных единиц. Эта цепь связана с белком множеством возможных способов, включая гликозидную связь с гидроксильной группой остатка серина в белке.

Каждая группа крови подразделяется на два типа цепей, которые различаются гликозидными связями.В цепи типа 1 центральный фрагмент β-Gal связан с β-GlcNAc 1,4ʹ-гликозидной связью. В цепи типа 2 фрагмент β-Gal связан с β-GlcNAc 1,3ʹ-гликозидной связью. Структуры ниже показывают связь типа l.

Эти углеводы являются антигенными детерминантами своих групп. Человек с кровью типа A вырабатывает антитела, которые «атакуют» кровь типа B, образуя скопления клеток типа B. Точно так же человек с кровью типа B вырабатывает антитела, которые «атакуют» кровь типа A. Однако люди с типом A или B не вырабатывают антител против крови типа O, поэтому люди с типом O называются универсальными донорами.Однако они не являются универсальными акцепторами, потому что вырабатывают антитела против крови как типа A, так и типа B.

Олигосахариды и полисахариды — основы гликобиологии

В этой главе обсуждается разнообразие в структуре и свойствах, которое возникает, когда несколько моносахаридов (глава 2) соединяются вместе с образованием олигосахаридов и полисахаридов (последние составляют большую часть биомассы на планете). Представлены некоторые примеры более сложных полимерных ансамблей, которые встречаются в природе, и обсуждается, как создаются эти замечательные структуры.

ГЛИКАНЫ В ПРИРОДЕ ЧАСТО СВЯЗАНЫ

За исключением их роли в качестве источников энергии для живых организмов, сахара редко встречаются в природе в виде моносахаридов. Вместо этого они служат строительными блоками для более сложных молекул. В наиболее распространенном процессе начальный сахар связывается с агликоном (часто липидом или белком), и этот сахар дополнительно перерабатывается путем ковалентного соединения других сахаров через гликозидные связи (глава 2) между аномерным углеродом добавляемого сахара и гидроксильный кислород существующего сахара.Полученные гликаны называют олигосахаридами (обычно менее дюжины моносахаридов) или полисахаридами (обычно более дюжины моносахаридов). Последние обычно построены на основе повторяющихся субъединиц связанных моносахаридов. Способ, которым происходит сборка как олигосахаридов, так и полисахаридов, дает структуры огромного разнообразия и широко варьирующихся свойств. Это позволяет гликанам выполнять роли, которые варьируются от взаимодействий на поверхности клетки с белками, важными для дифференцировки, распознавания и пролиферации клеток, до взаимодействий с другими гликанами, которые создают механические свойства стенок клеток растений и микробов.

РАЗНООБРАЗИЕ ОТ РАЗВЕТВЛЕНИЯ ОЛИГОСАХАРИДОВ

Разнообразные структуры могут быть созданы путем простого связывания различных моносахаридов гликозидными связями с образованием олигосахаридов или полисахаридов. Разнообразие возникает не только из-за выбора сахаров, но и из-за того, как они связаны. Если бы существовал только один способ связать моносахариды, выбор среди дюжины или около того обычно используемых сахаров сделал бы полученные полисахариды более разнообразными, чем полинуклеотиды (четыре варианта нуклеотидов для ДНК и РНК), но менее разнообразными, чем полипептиды (выбор из 20 аминокислот для млекопитающих белки).Однако возможность образования гликозидных связей между аномерным углеродом одного сахара и любой одной из немодифицированных гидроксильных групп в другом моно- или олигосахариде добавляет разнообразия, позволяя получать не только более линейные продукты, но и разветвленные продукты, в которых более чем одна гидроксильная группа в данном сахаре используется для образования гликозидных связей. Кроме того, каждый аномерный углерод является стереогенным центром, и поэтому каждая гликозидная связь может быть сконструирована с α- или β-конфигурацией.Создав олигосахарид, такой как тетрасахарид (четыре сахара) с несвязанным восстанавливающим концом, используя только один сахар в одной кольцевой форме, такой как глюкопираноза, авторы смогли сконструировать 1792 различных структуры. Конечно, не все из этих теоретически возможных молекул производятся в природе из-за отсутствия ферментов для их создания, но многие из них созданы. Разнообразие способствует широкому спектру функциональных свойств, которые позволяют углеводам играть многие важные роли.

Ветвление — основная характеристика многих гликанов, обнаруженных на поверхности клеток млекопитающих.Гликаны, представляющие два основных типа гликозилирования эукариотических белков, показаны на. N-гликан образует гликозидную связь с азотом боковой цепи остатка аспарагина, который является частью согласованной пептидной последовательности NX (S / T). О-гликан образует гликозидную связь с концевым кислородом остатка серина или треонина. N-гликаны содержат ядро, состоящее из трех остатков маннозы и двух остатков N -ацетилглюкозамина (Manα1-6 [Manα1-3] Manβ1-4GlcNAcβ1-4GlcNAcβ1-N-Asn). Изображенный гликан представляет собой двухантенный гликан с разветвлениями, связанными в положениях 3 и 6 первого остатка маннозы в цепи гликана.Однако существуют более сложные структуры с тремя и четырьмя ветвями. Подробности синтеза и биологической важности этих гликанов представлены в главе 9. Изображенный O-гликан содержит типичную структуру ядра (одно из четырех общих ядер), которое начинается на восстанавливающем конце с N -ацетилгалактозамина, α-связанного с серин или треонин (GlcNAcβ1-6 [Galβ1-3] GalNAcα1-O-Ser / Thr). Он начинается как двухантенная структура, но может далее разветвляться к более сложной структуре к невосстанавливающему концу.Синтез и биологическое значение O-гликанов описаны в главах 10 (O-GalNAc) и 19 (O-GlcNAc).

РИСУНОК 3.1.

Примеры разветвленных структур в N- и O-связанных гликанах.

Оба изображенных гликана оканчиваются сиаловой кислотой (часто Neu5Ac у людей) на их невосстанавливающем конце. Сиалирование характерно для гликанов млекопитающих и важно для иммунного ответа. Во взаимодействиях белок-гликан не только распознаются определенные остатки, но часто также распознается их положение в структуре ветвления.Интересным примером является взаимодействие фермента, который добавляет 2-6-связанные сиаловые кислоты к концам N-гликанов. Он имеет большое предпочтение для добавления в 1-3-связную ветвь (более чем на порядок), несмотря на то, что остатки на обеих ветвях идентичны обратно маннозе в точке ветвления (Galβ1-4GlcNAcβ1-2Manα- ). Это может дать некоторое представление о том, в какой степени ветвление играет роль в процессах распознавания.

СТРУКТУРНЫЕ ПОЛИСААХАРИДЫ И ХРАНЕНИЕ

Вариации сцепления играют важную роль в структурных свойствах полисахаридов, как показано для двух близкородственных полимеров глюкозы, имеющих повторяющиеся единицы (RU) — [4Glcβ1-] n и — [4Glcα1-] .Первый — это структурный полимер, целлюлоза, которая содержится во всех стенках клеток растений и материалах, таких как дерево и хлопок. Последний представляет собой крахмал, легкоусвояемый материал, не имеющий значительной структурной ценности. Способность одного полимера объединяться в длинные фибриллы, имеющие как кристаллические, так и аморфные области, вносящие вклад в его структурные свойства, и отсутствие этих тенденций в другом полимере, явно связаны со стереохимией аномерного углерода (β для целлюлозы и α для крахмал) и предпочтительные торсионные углы вокруг связей C1-O4 и O4-C4 гликозидных связей.Торсионные углы обозначаются как φ и ψ, почти так же, как первичные структурные переменные в полипептидах; по соглашению Международного союза чистой и прикладной химии (IUPAC) они определяются четырьмя связанными атомами, O5′-C1′-O4-C4 и C1′-O4-C4-C3, соответственно. Поскольку торсионный угол можно контролировать непосредственно через связи между протонами на концах гликозидной связи, наблюдаемые в спектрах ядерного магнитного резонанса (ЯМР), также широко используется альтернативное определение ЯМР, а именно h2′-C1′-O4-C4 для ϕ и C1′-O4-C4-h5 для ψ.Гликозидные торсионные углы существенно различаются у кристаллической целлюлозы и крахмала. Используя определения ИЮПАК, они предпочитают ∼ −95 ° и ∼ + 95 ° в первом случае и ∼ + 115 ° и ∼ + 120 ° во втором. изображает эти различия в повторяющихся дисахаридных единицах целлюлозы и крахмала, представленных изолированными дисахаридами, имеющими общие названия целлобиоза и мальтоза, соответственно. Эти местные предпочтения влияют на свойства ассоциации и, в конечном итоге, на структурные характеристики. При расширении до длинного полимера целлюлозы целлобиозные единицы образуют удлиненные нити, которые могут упаковываться и взаимодействовать с другими нитями через водородные связи с образованием слоев.Слои, в свою очередь, взаимодействуют посредством комбинации сил, образуя фибриллы. Более спиральные нити в крахмале не могут легко упаковываться и приводят к более аморфному материалу.

РИСУНОК 3.2.

Повторяющиеся звенья из целлюлозы и крахмала, показывающие конформацию, определяющую гликозидные торсионные углы ϕ и ψ.

Другие важные полисахариды, такие как пектины, обнаруженные в стенках растительных клеток, помогают растениям адаптироваться к изменениям во время роста. Пектины основаны на полимерах α (1-4) -связанной галактуроновой кислоты (GalA) и могут содержать дополнительные разветвляющиеся сахара, такие как ксилоза.Отрицательно заряженная карбоксильная группа в положении 6 остатков GalA способствует водорастворимости этих полимеров и дальнодействующим взаимодействиям, которые придают им гелеобразующие свойства, полезные в пищевой промышленности. Олиго- и полисахариды растительного происхождения подробно обсуждаются в главе 24.

Животные также используют полисахариды для различных целей. Гликоген представляет собой запасной полимер, связанный с крахмалом, поскольку он представляет собой полимер глюкозы с преимущественно α (1-4) -связями, соединяющими остатки глюкозы, но он сильно разветвлен, имея дополнительные α (1-6) -связи с некоторыми остатками глюкозы. .Структурные полимеры также существуют; например, повторяющийся полимер N -ацетилглюкозамин, — [4GlcNAcβ1-] n , является основным компонентом хитина, материала, который формирует экзоскелеты паукообразных, ракообразных и насекомых (Глава 26). Модификации остатков глюкозы путем замены гидроксильной группы в положении 2 на аминогруппу и последующее N-ацетилирование значительно изменяют структурные свойства. Эти изменения позволяют формировать композиты с белками и минералами, что приводит к дополнительным изменениям в структуре и функциях.

ПОЛИСАХАРИДЫ КЛЕТОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЖИВОТНЫХ

Большинство полисахаридов клеточной поверхности, обнаруженных у животных, относятся к классу гликанов, известных как гликозаминогликаны (ГАГ) (Глава 17). ГАГ, в большом количестве присутствующие на поверхности клетки, а также во внеклеточном матриксе, представляют собой линейные макромолекулы с молекулярной массой> 15000 Да. Строительные блоки большинства ГАГ состоят из аминозамещенного сахара и остатка гексуроновой кислоты. Модификации сахарных остатков, в частности сульфатирование гидроксильных или аминогрупп, являются обычными.Сульфаты и карбоксилатные группы гексуроновой кислоты в физиологических условиях заряжены отрицательно. Таким образом, ГАГ являются наиболее анионными молекулами, присутствующими в животном мире. Обычно встречающиеся ГАГ включают хондроитинсульфат, дерматансульфат, гепарансульфат (HS), гиалуроновую кислоту и кератансульфат. Эти ГАГ структурно различаются по дисахаридным RU. Например, хондроитинсульфаты состоят из дисахаридных RU [4GlcAβ1-3GalNAcβ1-] n , тогда как HS состоит из дисахаридных RU [4GlcAβ1-4GlcNAcα1-] n или [4IdoAα1-4GlcNSα1-] n, и кератансульфат на самом деле представляет собой сульфатированный полилактозаминогликан (Глава 14).Структурное разнообразие этих полимеров в первую очередь является результатом дополнительного сульфатирования гидроксильных групп и обсуждается ниже для различных полимеров HS, обнаруженных у млекопитающих. ГАГ, обнаруженные у других животных, могут отличаться от ГАГ млекопитающих посредством дальнейших модификаций. Например, морские беспозвоночные могут нести особенно уникальные паттерны сульфатирования (т.е. 3-O-сульфатирование по остаткам GlcA) и различные модификации боковой цепи (т.е. фукозилирование по хондроитинсульфату).

РИСУНОК 3.3.

Структуры ( A ) повторяющихся единиц дисахарида различных гликозаминогликанов и ( B ) конформации моносахаридов из гепарансульфата.

Взаимоотношения между структурой и функцией полисахаридов животных

ГАГ проявляют биологическую функцию, прежде всего, за счет взаимодействия с сотнями связывающих ГАГ белков, обнаруженных на клеточных поверхностях и во внеклеточных пространствах. Структурные факторы, которые влияют на силу и специфичность связывания, являются ключевыми для выявления правильного биологического ответа.HS, наиболее изученный член семейства GAG, является хорошей иллюстрацией широкого спектра затронутых физиологических и патофизиологических функций. HS, например, участвует в тримолекулярных взаимодействиях с факторами роста и рецепторами факторов роста и, таким образом, участвует в регуляции эмбрионального развития. HS взаимодействует с протеазами и ингибиторами протеаз в крови, чтобы контролировать процесс свертывания, и связывается с белками вирусной оболочки в качестве рецептора вирусных инфекций. Кроме того, гепарин, высокосульфатированная форма HS, является широко используемым антикоагулянтным препаратом в клинике.Более полное обсуждение биологической функции HS можно найти в главах 17 и 38. В этом разделе используется взаимодействие между HS и белками, чтобы проиллюстрировать, как структурные факторы влияют на связывание между GAG и белками в целом.

Уровни сульфатирования HS, выделенного из тканей, могут значительно варьироваться, от 0,6 до 2,4 сульфатных групп на дисахаридную единицу. Сульфатирование может быть обнаружено в аминогруппе, положениях C3 и C6 остатков глюкозамина (GlcN) и в положении C2 идуроновой кислоты (IdoA) и, в меньшей степени, в положении C2 остатков глюкуроновой кислоты (GlcA).Сульфатные группы обладают отрицательными зарядами, которые при физиологическом pH напрямую взаимодействуют с положительно заряженными остатками белков, определяя аффинность связывания и селективность.

Еще одним фактором, который способствует структурной сложности HS, является конформационная гибкость L-IdoA и его производного, L-IdoA2S (2- O -сульфидуроновая кислота). Присутствуя в форме пиранозы, шестичленная кольцевая структура IdoA или IdoA2S может принимать конформации кресла или косой лодки ().До сих пор только конформация кресла 4 C 1 была экспериментально подтверждена для GlcA и GlcN в HS, но конформации кресла 1 C 4 и 2 S O были обнаружены для Остатки IdoA2S в кристаллических структурах, содержащих HS. В растворе исследования ЯМР показывают, что остатки IdoA2S и IdoA присутствуют в смеси конформаций 1 C 4 и 2 S O . Конформационная гибкость остатков IdoA, вероятно, позволяет ориентировать сульфатные группы в HS, чтобы максимизировать сродство связывания с белками.Структурные элементы, которые диктуют предпочтение одной формы по сравнению с другой, включая возможные эффекты сульфатированных моносахаридных последовательностей вокруг остатка IdoA / IdoA2S, подлежат дальнейшему исследованию.

Третий фактор, способствующий структурному разнообразию и избирательному взаимодействию с некоторыми HS-связывающими белками, — это размер сульфатированных сахаридных доменов. Многочисленные структурные элементы, участвующие в связывании с белками, а именно сульфатные группы, карбоксильные группы и гидроксильные группы, связывающие водород, обычно распределены по множеству сахаридов цепей HS.Фактически, HS, выделенный из природных источников, демонстрирует доменные структуры с кластерами из шести-восьми сахаридов, образующих высокосульфатированные домены, известные как S-домены. Эти области разделены участками несульфатированных сахаридных остатков, состоящих из RU GlcA-GlcNAc, известных как NAc-домены. S-домены содержат в основном остатки IdoA, которые, вероятно, вносят вклад в гибкость, необходимую для оптимизации связывания с белками и достижения желаемой биологической активности. Вклад NAc-доменов в функции HS полностью не установлен.Однако возможная роль может заключаться в правильном расположении S-доменов в единственной полисахаридной цепи для взаимодействия с множеством белков. Одним из примеров является взаимодействие гепарина с антитромбином и тромбином. В этом тримерном комплексе одна часть цепи гепарина взаимодействует с антитромбином, а другая часть цепи гепарина взаимодействует с тромбином. Между антитромбин-связывающим доменом и тромбин-связывающим доменом существует линкер из шести-семи сахаридных остатков. Короткие фрагменты гепарина, в которых отсутствует этот линкерный домен, не могут ингибировать активность тромбина.

Клеточная регуляция структур GAG

В отличие от белков и нуклеиновых кислот биосинтез GAG не регулируется четко определенной матрицей. Вместо этого каждый член семейства GAG синтезируется уникальным путем (глава 17). Например, путь синтеза HS включает множество ферментов, включая специфические гликозилтрансферазы (или HS-полимеразы), эпимеразу и несколько сульфотрансфераз. Более того, HS биосинтезируется как полимер, ковалентно связанный с протеогликаном, который состоит из основного белка и полисахаридных боковых цепей; Фактически функции этих протеогликанов определяются свойствами добавленных цепей HS.Хотя это не шаблонный процесс, общие структуры HS обычно остаются неизменными между поколениями. Существует значительный интерес к пониманию механизма, контролирующего структуру HS. Существующие экспериментальные данные подтверждают гипотезу о том, что субстратная специфичность биосинтетических ферментов и последовательность их действия регулируют структуры HS.

Биосинтез хондроитинсульфата и дерматансульфата менее изучен, чем биосинтез HS.Хондроитинсульфат, как правило, синтезируется на различных протеогликановых основных белках и требует другого набора полимераз и сульфотрансфераз, чем ферменты, специфически распознающие полисахариды HS. Для синтеза остатков IdoA в дерматансульфате требуется специализированная эпимераза. Биосинтез гиалуроновой кислоты совершенно иной; он не синтезируется на коровом белке, он не происходит в эндоплазматическом ретикулуме и Гольджи, и для него требуется только одна синтаза гиалуроновой кислоты (гликозилтрансфераза двойной активности), поскольку полисахарид не содержит сульфатных групп или остатков IdoA (Глава 16) .

БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ПОЛИСАХАРИДЫ

Взаимодействие бактерий с окружающей средой является прекрасным примером того, как свойства полисахаридов играют важную роль в выживании организма. Бактериальные полисахариды особенно разнообразны тем, что они могут включать большее количество различных остатков сахара в свои RU (обычно от двух до шести остатков), и они могут включать разветвление. Многие из них являются частями мембран бактериальных клеток, где они выполняют важные структурные и защитные функции.Из-за своего расположения вне клетки бактериальные полисахариды, такие как липополисахариды (LPS), капсульные полисахариды (CPS) и экзополисахариды (EPS), часто являются мощными антигенами, которые вызывают сильный иммунный ответ у людей. ЛПС несут длинные полисахариды, называемые О-антигенами, и являются уникальными для грамотрицательных бактерий, где они составляют основной компонент наружной створки их внешней мембраны. Эти типы бактерий могут также нести CPS, образуя относительно плотный дополнительный слой вокруг бактериальной клетки.Липотейхоевые кислоты и тейхоевые кислоты клеточной стенки являются уникальными компонентами грамположительных бактерий, которые часто окружены CPS или менее плотным слоем EPS.

Различия в путях биосинтеза у разных видов бактерий в конечном итоге ответственны за разнообразие бактериальных полисахаридов. Биосинтез бактериальных полисахаридов обсуждается далее в главе 21. Здесь авторы представляют несколько примеров, чтобы проиллюстрировать, как синтез структур основной цепи, разветвление и постполимеризационная модификация приводят к разнообразному набору полимерных структур.В одном из путей биосинтеза остатки сахара последовательно добавляются к якорной молекуле; таким образом, полимер растет от концевого невосстанавливающего конца до тех пор, пока не будет добавлен концевой элемент / заместитель, который предотвращает дальнейшее удлинение цепи — например, в LPS-присоединенном полисахариде О-антигена Escherichia coli O8 (). Полимер является линейным, и хотя остатки сахара добавляются постепенно для образования полисахарида, RU могут быть идентифицированы.

РИСУНОК 3.4.

Схематическое изображение в формате SNFG (Symbol Nomenclature for Glycans) повторяющихся единиц бактериальных полисахаридов: ( A ) O-антиген E.coli O8, ( B ) O-полисахарид Salmonella enterica O54, ( C ) O-антиген E. coli O168, ( D ) O-полисахарид (подробнее …)

Некоторые гетерополисахариды содержат два чередующихся последовательно добавленных сахарных остатка, и можно идентифицировать формальный RU. Часто процессивная гликозилтрансфераза ответственна за формирование этого паттерна, как в случае синтеза O-полисахарида Salmonella enterica O54 ().Когда два остатка сахара чередуются, могут образовываться разветвленные структуры, поскольку один сахар может давать начало основной цепи полимера, а другой — боковой цепи.

Полисахариды не всегда образуются с невосстанавливающего конца, и в сборке можно использовать предварительно сформированные субъединицы. Например, синтез антигенов E. coli O5ab и O5ac основан на предварительно сформированном линейном олигосахариде с пятью остатками сахара, составляющими RU. Олигосахарид построен на якорной молекуле ундекапренилпирофосфорилгликозида.Затем этот олигосахарид добавляют к другому олигосахаридно-липидному якорю, чтобы вырастить полимер с «восстанавливающего конца». Полимеры могут быть линейными, если полимеризация включает концевой сахар, или разветвленными с одним остатком в боковой цепи и оставшимися остатками сахара в основной цепи, когда полимеризация происходит на предпоследнем сахаре олигосахарида. Примером последнего продукта является О-антиген E. coli O168 ().

Разветвление может быть вызвано добавлением сахаров после образования основной цепи полимера. Helicobacter pylori О-антигены часто содержат структуры группы крови человека как часть своих RU. N -ацетил-D-глюкозамин и D-галактоза добавляются процессивным образом к ундекапренилпирофосфорильному носителю, тем самым образуя линейный полисахарид, состоящий из дисахаридов RU Galβ1-4GlcNAc (LacNAc). Впоследствии L-фукозильные остатки добавляются к полисахариду основной цепи, что приводит к разветвленным структурам типа Льюиса ().

Бактериальные сахариды состоят из различных моносахаридов (Глава 2) и 6-дезоксигексоз, таких как L-рамноза или L-фукоза, а также редких сахаров, которые часто встречаются в концевых положениях олигосахаридно-липидных акцепторов.При полимеризации редкие моносахариды становятся частью боковой цепи в разветвленных структурах и дают структурные эпитопы, характерные для видов бактерий. В некоторых случаях эти эпитопы являются основой молекулярной мимикрии (Глава 42). Кроме того, эти сахарные остатки составляют концевую часть полисахаридной цепи, которая может распознаваться антителами иммунной системы. Полисахарид также может быть украшен заместителями, такими как аминокислоты, O-ацильные или фосфодиэфирные группы.Нередко обнаруживаются O-ацетильные группы в остатке сахара в точке разветвления, что приводит к очень тесной схеме замещения, в которой все положения на остатке сахара либо являются частью гликозидной связи, либо несут несахарный заместитель. Эпитопы с четко определенными трехмерными структурами являются результатом такого пространственного расположения. Примерами разнообразия путем добавления заместителей являются O-антигены Shigella flexneri , в которых глюкозильная, O-ацетильная или фосфоэтаноламиновая группы добавлены к основной цепи ().

Разветвление и добавление заместителей влияют на свойства растворов полисахаридов, такие как гелеобразование и высокая вязкость. Некоторые полимеры известны под их коммерческими названиями геллан, велан и рамсан (S-194) (). Различия между этими и подобными типами полимеров основаны на ацильных заместителях, таких как O-ацетильные или O-сукцинильные группы и боковых цепях, состоящих из L-Rha / L-Man, диглюкозильных или ди-рамнозильных групп, а также Модификация позвоночника L-Rha / L-Man.

Размер полисахаридов, продуцируемых бактериями, может варьироваться в широких пределах.В то время как O-антигены в LPS имеют менее 100 RU, CPS и EPS имеют большее количество RU (10 3 –10 5 ). В этих полисахаридах часто присутствуют разветвленные структуры () либо с более чем одним остатком сахара в боковой цепи, либо с двумя разветвлениями внутри RU. Еще более сложные структуры возникают с разветвлением боковой цепи, но они все еще демонстрируют четко выраженный RU. Более подробная информация об этих сложных материалах представлена ​​в главе 42.

Заряд может значительно повлиять на свойства полисахарида.Заряженные полисахариды образуют общий подкласс бактериальных полимеров и в основном присутствуют в форме отрицательно заряженных остатков сахара или в результате добавления отрицательно заряженных заместителей. Уроновые кислоты (например, GlcA) и нонулозоновые кислоты (например, Neu5Ac, Sia) вводят отрицательный заряд в RU, тем самым превращая полисахарид в полианионный полимер, во многом аналогичный GAG, обнаруженным в системах млекопитающих. Заместители на сахарных остатках, такие как пируватные, фосфатные или сульфатные группы, придают полианионный характер.Заряженные группы могут присутствовать как в основной цепи полисахарида, так и в боковых цепях. Положительно заряженные амины иногда присутствуют в RU вместе с отрицательно заряженной группой. CPS из Neisseria meningitidis являются репрезентативными для этих типов полисахаридов. Типы B и C представляют собой гомополимеры Neu5Ac, а типы W-135 и Y содержат дисахаридные RU с Neu5Ac и гексозой.

Гибкость — важный параметр бактериальных полисахаридов. Большинство гликозидных связей образовано гидроксильной группой, связанной с атомом углерода, имеющим два атома углерода и один атом водорода в качестве соседей (т.е.т.е. положения O2, O3 или O4 в пиранозах) и, следовательно, две степени свободы гликозидной связи (а именно, торсионные углы ϕ и ψ). Однако, когда связь образуется через O6, у гликозидной связи становится доступной дополнительная степень свободы (а именно, торсионный угол ω) из-за экзоциклической гидроксиметильной группы в гексопиранозах. Когда (1-6) -связь присутствует в основной цепи полисахаридов (), это может привести к получению менее жесткого полимера с более высокой гибкостью и характером случайной спирали.Точно так же появление этой связи в боковых цепях сделает их более гибкими. Когда остатки фуранозы являются частью полимера, различные формы кольца предоставляют больше возможностей для придания гибкости.

Сшивка — это еще один способ изменения физических свойств бактериальных полисахаридов. Клеточная стенка грамположительных бактерий содержит особенно толстый слой пептидогликана, ковалентно сшитый посредством коротких пептидных последовательностей. Кроме того, полимеры тейхоевой кислоты, построенные из остатков глицерина или рибита, соединенных фосфодиэфирными связями, расположены внутри клеточной стенки.Моно- или дисахаридные аминосахары могут быть частью этих повторяющихся структур, тем самым давая начало различным тейхоевым кислотам клеточной стенки. Полимеры, имеющие фосфодиэфирную связь в основной цепи как часть RU, называются «типом тейхоевой кислоты». CPS Haemophilus influenzae построены на этой теме, в которой два (серотипы a и b) имеют RU, состоящие из [ribitol- P -Hex-] n и двух других (серотипы c и f). [Hex- P -Hex-] n .

Таким образом, бактериальные полисахариды подчеркивают множество способов, которыми разнообразие встроено в олиго- и полисахариды. Некоторое разнообразие является результатом большего набора сахарных остатков, некоторые — разветвления, а некоторые — модификации широким спектром заместителей, таких как фосфатные, сульфатные, ацильные и аминогруппы. Это разнообразие приводит к различным физическим свойствам. Это позволяет бактериям имитировать своих хозяев, пытаясь избежать обнаружения, и предоставляет средства отличить себя от конкурирующих организмов.Структуры, обсуждаемые в этой главе, изображены в сокращенной форме IUPAC / IUBMB (Международный союз биохимии и молекулярной биологии) для сравнения с общепринятыми названиями, символическими представлениями и реальными химическими структурами, используемыми в тексте и на рисунках. Эта глава служит предварительным обзором гликанов, более подробно обсуждаемых в следующих главах.

ТАБЛИЦА 3.1.

Олигосахариды и повторяющиеся звенья полисахаридов

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают признательность Кэролайн Р. за вклад в предыдущие версии этой главы.Бертоцци и Дэвид Рабука и благодарны за полезные комментарии и предложения от Вивека Кумара, Джейсона В. Лабонте, Ганеша Субеди и Эйлен Текле.

ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЧТЕНИЯ

  • Rudd PM, Dwek RA. 1997. Гликозилирование: неоднородность и трехмерная структура белков. Крит Рев Биохим Мол Биол
    32: 1–100. [PubMed:
  • 19]

  • Ларемор Т.Н., Чжан Ф., Дордик Дж. С., Лю Дж., Линхардт Р. Дж.. 2009. Последние достижения и применения в исследованиях гликозаминогликанов и гепарина. Curr Opin Chem Biol
    13: 633–640.[Бесплатная статья PMC: PMC2787697] [PubMed: 19781979]
  • ДеАнгелис П.Л., Лю Дж., Линхардт Р.Дж. 2013. Хемоэнзиматический синтез гликозаминогликанов: воссоздание, повторное моделирование и реконструкция самых длинных или самых сложных углеводных цепей в природе. Гликобиология
    23: 764–777. [Бесплатная статья PMC: PMC3671772] [PubMed: 23481097]
  • Уитфилд К., Трент М.С. 2014. Биосинтез и экспорт бактериальных липополисахаридов. Анну Рев Биохим
    83: 99–128. [PubMed: 24580642]
  • Шмид Дж., Зибер В.2015. Ферментативные превращения, участвующие в биосинтезе микробных экзополисахаридов на основе сборки повторяющихся единиц. Chembiochem
    16: 1141–1147. [PubMed: 25873567]

Разница между моносахаридом и полисахаридом (со сравнительной таблицей)

Моносахарид представляет собой простейшую форму сахаров, содержащую одно полигидроксиальдегидное или кетоновое звено. Олигосахарид состоит из двух или более единиц моносахаридов, соединенных гликозидными связями.Хотя полисахарид состоит из более чем 20 или более единиц моносахаридов, некоторые могут иметь сотни или тысячи единиц. Моносахариды, олигосахариды и полисахариды — это основное подразделение углеводов.

Самая основная часть рациона — углеводы, так как они считаются одним из важных источников энергии. Углеводы — это вещества, которые при гидролизе дают альдегиды или кетоны. Общая эмпирическая формула для углеводов: (CH 2 O) n ; некоторые могут также содержать азот, фосфор или серу.Как следует из названия, слово «углевод» состоит из трех соединений: углерода (C), водорода (H) и кислорода (O) .

Они служат источником топлива для тела, помогая в правильном функционировании мозга и всего тела. Углеводы варьируются от простых сахаров, таких как моносахариды, до сложных. Моносахариды считаются основным источником энергии , в то время как полисахариды действуют как второстепенный резерв энергии , а в некоторых случаях они образуют структурные стенки клеток.

Содержание: моносахарид против дисахарида

  1. Сравнительная таблица
  2. Определение
  3. Ключевые отличия
  4. Заключение

Сравнительная таблица

Основа для сравнения Моносахарид Полисахарид
Размер Моносахарид — это небольшое соединение углеводов. Полисахариды — это углеводы большого размера.
Молекулярная формула Cn (h3O) n, где n — небольшое число, варьирующееся от 2 до 10. Cx (h3O) y, где x обычно большое число от 200 до 2500.
Гидролиз Моносахарид не может подвергаться дальнейшему гидролизу. Полисахарид не может подвергаться дальнейшему гидролизу, так как он содержит 2 или более единиц моносахарида, которые могут быть дополнительно расщеплены.
Персонажи Бесцветный, сладкий на вкус, кристаллический. Сладость отсутствует.
Растворимость Растворим в воде, но не растворим в неполярных растворителях. Полисахариды не растворимы в воде.
Состоит из Это простейшая единица углеводов, состоящая из связи между углеродом, водородом и кислородом. Полисахариды состоят из множества (нескольких сотен) моносахаридных единиц.
Роль Моносахариды являются основным источником энергии, которые обеспечивают около 4 калорий (килограмм) на грамм. Полисахариды являются структурным компонентом клеточных стенок и действуют как запасы энергии.

Определение моносахарида

Как следует из названия, моно означает «одиночный» , а сахарин означает «сахара» , поэтому они называются простейшими формами углеводов. Они состоят из одной сахарной единицы, которая не может быть подвергнута дальнейшему гидролизу или разложению на более простые.

Они растворимы в воде, но не растворимы в неполярных растворителях.Они бесцветные, твердые кристаллические и сладкие на вкус . Это неразветвленные углеродные цепи, в которых все атомы углерода связаны одинарными связями.

Семейство моносахаридов состоит из двух членов: альдоз и кетоз. Если карбонильная группа (когда один из атомов углерода открытой цепи связан двойной связью с любым из атомов кислорода) находится на конце углеродной цепи, то моносахарид представляет собой альдозу , но если карбонильная группа Группа находится в положении , другое положение углеродной цепи, чем моносахарид, называется кетозой .Другие атомы углерода в углеродных цепочках имеют гидроксильную группу.

Простейшей формой моносахаридов являются триозы, которые представляют собой глицеральдегид, альдотриозу, дигидроксиацетон и кетотриозу, состоящую из трех атомов углерода. Тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы — это моносахариды с четырьмя, пятью, шестью и семью атомами углерода, соответственно, в их основе структур.

Все моносахариды находятся в оптически активных изомерных формах, поскольку они содержат один или несколько асимметричных (хиральных) атомов углерода, за исключением дигидроксиацетона.Их общая формула — (CH 2 O) n , где n представляет количество присутствующих атомов углерода.

Моносахарид появляется в форме D и L, где D обозначает форму «Dextro», , а L обозначает форму «Levo », они являются зеркальным отображением друг друга. D-форма содержится в природных моносахаридах, а L-форма — в синтетически полученных моносахаридах. Обе эти формы обладают разными свойствами.

Некоторыми распространенными моносахаридами природного происхождения являются глюкоза, фруктоза, манноза и галактоза.Примеры продуктов, содержащих много фруктовых соков, конфет, сладких вин, меда и т. Д.

Определение полисахарида

Поли означает «много», , а сахарин означает «сахар». — это вид углевода, состоящий из десяти или тысяч моносахаридов. Полисахариды также называют гликанами. Они представляют собой длинные цепи моносахаридных единиц, связанных вместе гликозидными связями, которые могут быть дополнительно гидролизованы с образованием олигосахаридов или моносахаридов.

Это полимеры с высокой молекулярной массой. Они отличаются друг от друга типом связывания, длиной цепей, повторяемостью моносахаридных единиц и степенью разветвления. Их структура варьируется от линейной до сильно разветвленной. Глюкоза, галактоза, фруктоза и манноза — это несколько распространенных полисахаридов.

Это полимеры с высокой молекулярной массой. Они отличаются друг от друга типом связывания, длиной цепей, повторяемостью моносахаридных единиц и степенью разветвления.Их структура варьируется от линейной до сильно разветвленной. Глюкоза, галактоза, фруктоза и манноза — это несколько распространенных полисахаридов.

Это два типа гомополисахаридов и гетерополисахаридов. Гомополисахарид содержит однородные частицы, это означает, что все моносахариды относятся к одному типу. Тогда как гетерополисахарид содержит два или более различных типа моносахаридных единиц.

Примерами являются крахмал и гликоген, которые называются запасными полисахаридами, в то время как целлюлоза и хитин называются структурными полисахаридами.

  • Целлюлоза : это самый распространенный в природе углевод. Целлюлоза состоит из единиц глюкозы, удерживаемых вместе бета-связями. Целлюлоза не переваривается людьми и животными, поскольку у них нет фермента, разрушающего бета-связи. Бумага, микроорганизмы хлопка и дерева относятся к целлюлозе.
  • Arabinoxylans : они находятся на клеточных стенках растений.
  • Хитин : Хитин образует экзоскелет, т.е.структурный элемент или твердое покрытие многих животных. Хитиназы, являющиеся ферментом, катализируют реакцию расщепления хитина, это микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, а также некоторые другие растения.
  • Пектины : Они присутствуют в недревесных частях наземных растений и в первичных клеточных стенках.

Хранение полисахаридов

  • Гликоген : Он служит вторичным запасом энергии у животных и грибов после первичной жировой ткани.Он вырабатывается в печени и мышцах или в результате гликогенеза в головном мозге и желудке. Главный источник углеводов в организме животного и глюкоза, получаемая при гидролизе.
  • Крахмал : Крахмал нерастворим в воде. Люди и животные могут переваривать крахмал с помощью фермента амилазы. Картофель, рис, пшеница и кукуруза являются основными источниками крахмала в рационе человека.

Мы обсуждали различные виды полисахаридов, присутствующих в природе, но среди них крахмал, целлюлоза и гликоген являются основными составляющими в питании человека.

Ключевые различия между моносахаридом и полисахаридом

Ниже приведены существенные ключевые различия между моносахаридами и полисахаридами:

  1. Моносахариды представляют собой небольшое соединение углеводов, состоящее из простых единиц углерода, водорода и кислорода; Полисахариды представляют собой соединение углеводов большого размера, состоящее из многих моносахаридов и единиц, связанных гликозидными связями.
  2. Молекулярная формула моносахарида: (CH 2 O) n , где n — небольшое число, варьирующееся от 2 до 10, тогда как у полисахаридов Cx (H 2 O) y , где x обычно большое число. между 200-2500
  3. Моносахариды не могут быть подвергнуты дальнейшему гидролизу. , поскольку он присутствует в своей простейшей форме, в то время как полисахариды не могут быть подвергнуты дальнейшему гидролизу, поскольку они содержат 2 или более единиц моносахарида, которые могут быть дополнительно гидролизованы до олигосахаридов или моносахаридов.
  4. Моносахарид бесцветный, сладкий на вкус , кристаллический вид, сладость полностью отсутствует в полисахариде, хотя они состоят из различных единиц моносахаридов, это могут быть гомополисахариды или гетерополисахариды .
  5. Моносахариды растворимы, в воде, но нерастворимы в неполярных растворителях; тогда как полисахариды нерастворимы в воде
  6. Состоит из простейшей единицы углеводов: углерода, водорода и кислорода; Полисахариды состоят из множества (несколько тысяч) моносахаридных единиц.
  7. Моносахариды — это главный источник энергии , который обеспечивает около 4 калорий (килокалорий) на грамм; Полисахариды являются структурным компонентом клеточных стенок и действуют как энергетические резервы .

Заключение

Все виды макроэлементов, которые мы принимаем, имеют свою биологическую ценность, они очень точно играют свою роль. Каждый макроэлемент в нашем рационе распадается на более мелкие компоненты. Углеводы, которые также являются одним из макроэлементов, играют жизненно важную роль в нашем рационе, поскольку они являются одним из основных источников энергии для организма.

Сахара или сахариды — это соединения, которые содержат две или более гидроксильных группы с альдегидной или кетонной группой. Когда две единицы моносахаридов соединяются в комплекс, это называется дисахаридами, в то время как 3-10 комплексных единиц называют олигосахаридами, а 11 или более единиц, соединенных вместе, называются полисахаридами.

Углеводы — моносахариды, дисахариды, полисахариды

На главную »Биохимия» Углеводы — моносахариды, дисахариды, полисахариды

Определение углеводов

  • Углеводы — это молекулы, которые содержат углерода, водород, и кислорода .
  • Атомов водорода в два раза больше, чем атомов углерода или кислорода.
  • Общая формула для углевода может быть записана как C x (H 2 O) y .
  • Они действуют как источник энергии (например, глюкоза), как запас энергии (например, крахмал и гликоген) и как структурные единицы (например, целлюлоза в растениях и хитин у насекомых).
  • Большинство углеводов — это полимеры .
  • Полимеры — это большие сложные молекулы, состоящие из длинных цепочек мономеров.
  • Мономеры представляют собой небольшие основные молекулярные единицы.
  • Углеводы можно разделить на три группы : моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды — структура, свойства и примеры

  • Моносахариды — это простые сахара, в которых на каждый атом углерода, присутствующий в молекуле, приходится один атом кислорода и два атома водорода.
  • У них общая формула как (CH 2 O) n .
  • Моносахариды — это редуцирующие сахара .
  • Тест на редуцирующий сахар называется Тест Бенедикта .
  • Это сахара , которые имеют сладкий вкус, растворимы в воде и нерастворимы в неполярных растворителях.
  • Они существуют в прямых цепях или в кольце или циклических формах .
  • Они классифицируются по количеству атомов углерода в каждой молекуле как триозы (3C), тетрозы (4C), пентозы (5C), гексозы (6C), гептозы (7), и так далее.
  • Названия всех сахаров заканчиваются на -оза .
  • Примеры: Глицеральдегид (триоза), Эритроза (тетроза), Рибоза (пентоза), Глюкоза (гексоза), Фруктоза (гексоза), Галактоза (гексоза), Седогептулоза (гептоза) и т. Д.
  • Они используются как источник энергии при дыхании.
  • Они являются важными строительными блоками для больших молекул.

Дисахариды — структура, свойства и примеры

  • Дисахариды состоят из двух моносахаридов, соединенных вместе посредством реакции конденсации .
  • Реакция конденсации представляет собой соединение двух молекул с образованием новой химической связи, при этом молекула воды высвобождается при образовании связи.
  • Гликозидная связь образуется между двумя моносахаридами. Если углерод 1 одного моносахарида соединяется с углеродом 4 другого моносахарида, это называется 1,4-гликозидной связью.
  • Примеры: Мальтоза образуется из двух молекул α-глюкозы, соединенных гликозидной связью. Сахароза образуется в результате реакции конденсации между молекулой глюкозы и молекулой фруктозы. Лактоза образуется из глюкозы и молекулы галактозы.
  • Сахароза — это невосстанавливающий сахар .
  • Дисахариды можно разделить на два моносахарида, разорвав гликозидную связь путем добавления молекул воды, что известно как реакция гидролиза . Вода содержит гидроксильную группу (-OH) и водород (-H), что помогает разорвать гликозидную связь.
  • Сахароза — это транспортный сахар, а лактоза — это сахар, содержащийся в молоке, который является важным компонентом рациона молодых млекопитающих.

Полисахариды — структура, свойства и примеры

  • Полисахариды — это полимеры, образованные путем объединения многих молекул моносахаридов (более двух) в результате реакций конденсации.
  • Молекулы с 3-10 сахарными единицами известны как олигосахариды , в то время как молекулы, содержащие 11 или более моносахаридов, представляют собой истинных полисахаридов .
  • Полисахариды не сладкие на вкус .
  • Поскольку их молекулы настолько огромны, большинство полисахаридов не растворяются в воде .
  • Полисахариды, полученные исключительно из одного вида моносахаридов, называются гомополисахаридами (крахмал), а полисахариды, состоящие из более чем одного мономера, называются гетерополисахаридами (гиалуроновая кислота).
  • Крахмал состоит из длинных цепей α-глюкозы (амилозы и амилопектина). Гликоген состоит из α-глюкозы, связанных гликозидными связями. Целлюлоза также состоит из множества молекул β-глюкозы, связанных гликозидными связями между углеродом 1 и углеродом 4.
  • Крахмал является основным материалом для хранения энергии в растениях. Гликоген является основным материалом для хранения энергии у животных. Целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растений.
  • Тест на крахмал называется тестом на йод .

Список литературы

  1. Энн Фуллик, Джо Локк и Пол Бирчер.2015. Уровень биологии для OCR- A. Oxford University Press. ( Купить книгу )
  2. Энн Фуллик. 2015. Edexcel AS / A level Biology 1. 2-е издание. Pearson Education Limited.
  3. CGP. 2015. Экзаменационная комиссия по биологии A-level: AQA. Завершите пересмотр и практикуйтесь. Оригинальный материал Ричарда Парсонса.
  4. Гленн Тул и Сьюзан Тул. 2015. Биология AQA для A-Level. 2-е издание. Издательство Оксфордского университета.
  5. Мэри Джонс, Ричард Фосбери, Дженнифер Грегори и Деннис Тейлор.2014. Кембриджский международный учебник по AS и A Level по биологии. 4-е издание. Издательство Кембриджского университета.
  6. Мэри Джонс. 2010. Кембриджское международное руководство по биологии уровня A / AS. Hodder Education.
  7. Сью Хокинг, Фрэнк Сохацки и Марк Уинтерботтом. 2015. Биология уровня OCR AS / A A. 2-е издание. Pearson Education Limited.

Углеводы — моносахариды, дисахариды, полисахариды

Категории Биохимия Теги Тест Бенедикта, Углеводы, реакция конденсации, Дисахариды, реакция гидролиза, Йодный тест, Моносахариды, Олигосахариды, Полисахариды Навигация по сообщениям

Структура и функции углеводов

Результаты обучения

  • Различают моносахариды, дисахариды и полисахариды
  • Определите несколько основных функций углеводов

Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим.Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены же, напротив, часто «загружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды ( моно, — = «один»; sacchar — = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом — ose . Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза.В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. Рисунок 1 для иллюстрации моносахаридов.

Рис. 1. Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи.Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 . У человека глюкоза — важный источник энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза и фруктоза — другие распространенные моносахариды: галактоза содержится в молочном сахаре, а фруктоза — во фруктовых сахарах. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 2).

Практический вопрос

Рис. 2. Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C6h22O6), но другое расположение атомов.

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Показать ответ

Глюкоза и галактоза — альдозы. Фруктоза — это кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рис. 3).Глюкоза в кольцевой форме может иметь два различных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится ниже углерода номер 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 3. Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами.Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β. Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды ( ди — = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь.Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рис. 4). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 находится выше плоскости кольца.

Рис. 4. Сахароза образуется, когда мономер глюкозы и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи.При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе. В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 5). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рис. 5. Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид ( поли — = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов.Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рисунке 6, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (всего α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Рис. 6. Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных гликозидными связями α 1,4 и α 1,6. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Гликоген — это форма хранения глюкозы в организме человека и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны β 1-4 гликозидными связями (рис. 7).

Рис. 7. В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке 7, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Рис. 8. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. У членистоногих (насекомых, ракообразных и др.) Есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно у пчелы на Рисунке 8).

Этот экзоскелет сделан из биологической макромолекулы хитина, представляющей собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукарии.

Вкратце: структура и функции углеводов

Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы у растений и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое могло бы вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Структура и характеристики углеводов в рационах свиней: обзор | Journal of Animal Science and Biotechnology

Классификация углеводов по размеру молекулы или DP группирует на моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды [1]. Моносахариды — это хиральные полигидроксилированные альдозы или кетозы, которые не могут быть гидролизованы до более мелких углеводных единиц [11]. Их можно классифицировать по количеству атомов углерода в их структуре, которое составляет от трех до девяти атомов углерода (т.е., триоза, тетроза, пентоза, гексоза, гептоза, октоза и ноноза), по типу карбонильной группы, которую они содержат (т. е. альдоза или кетоза), и по их стереохимии (т. е. d или ) , и имеют общую химическую формулу (CH 2 O) n [12]. Альдозы называют восстанавливающими сахарами из-за их восстанавливающего действия на определенные ионы или соединения, окисляя их альдегидную группу до карбонильной группы [11]. Простейшим альдозным сахаром с хиральным атомом является глицеральдегид, вторая молекула которого C присоединена к четырем различным группам, что дает возможность этому C иметь две пространственные конфигурации, поэтому глицеральдегид существует как в d — так и в ʟ . — формы [2].Каждая из четырех тетраэдрических связей хиральных атомов углерода связана с другой группой [13]. Хиральность сахаров и АК обычно обозначается системой d / ʟ и названа в соответствии со структурой глицеральдегида [2].

Моносахариды

Наиболее распространенными моносахаридами являются 6-C альдогексозы, которые включают альдогексозу d -глюкозу и обычно присутствуют в их кольцевых структурах, называемых пиранозным кольцом, а не в структурах с открытой цепью (рис.1) [11]. В олиго- и полисахаридах альдопентозы могут встречаться в виде 5-C кольцевой структуры, известной как фуранозное кольцо [11]. d -Глюкоза, учитывая все ее комбинированные формы, является наиболее распространенным моносахаридом, который встречается в природе в природе [13]. Наиболее распространенной кетозой является d-арабино-гексулоза, более известная под своим тривиальным названием d -фруктоза [2]. Три триозы включают кетозодигидроксиацетон и обе энантиомерные формы глицеральдегида [14]. Эритроза и треоза являются примерами тетроз, а пентозы включают рибозу, арабинозу, ксилозу и апиозу [2].

Рис. 1

Химическая структура моносахаридов, которые обычно связаны с легкоусвояемыми углеводами и клетчаткой. По материалам Albersheim et al. [40]

Сахара, такие как глюкоза, галактоза, манноза и фруктоза, которые имеют разные структуры, но имеют одинаковую химическую формулу, C 6 H 12 O 6 , называются изомерами [3]. Сахара, которые различаются по конфигурации только вокруг одного атома углерода, называются эпимерами, например, d -глюкоза и d -манноза, которые различаются по своей структуре вокруг C-2 [2].Пара энантиомеров представляет собой особый тип изомерии, где два члена пары являются зеркальными отображениями друг друга и обозначены как находящиеся в структуре d — или ʟ — (т. Е. d -глюкоза или -глюкоза), в зависимости от положения группы –ОН, связанной с наиболее удаленным от карбонильной группы асимметричным углеродом [3].

Другие типы моносахаридов включают альдиты или полиолы, которые представляют собой альдозы или кетозы, карбонильные группы которых восстановлены до спирта [13].Примером встречающегося в природе альдита в растениях и других организмах является d -глюцит, широко известный как сорбит, который является продуктом восстановления d -глюкозы [13]. Поглощение и метаболизм полиолов различаются в зависимости от типа, но большинство из них ферментируются в толстой кишке [15].

В дезоксисахарах отсутствует одна или несколько гидроксильных групп, присоединенных к их атомам углерода, например 6-дезокси- ʟ -манноза ( ʟ -рамноза), которая обычно связана с пектином, 2-дезокси- d -рибоза, сахарный компонент ДНК, и 6-дезокси- ʟ -галактоза ( ʟ -фукоза), компонент гликопротеинов и гликолипидов в клеточных стенках и клетках млекопитающих [13, 14, 16].

Уроновые кислоты — это сахарные кислоты, в которых концевая группа –CH 2 OH подвергается окислению с образованием карбоновой кислоты [14]. Уроновые кислоты, которые вносят вклад в пищевые волокна, включают компоненты неперевариваемых полисахаридов растений и водорослей, такие как d -глюкуроновая кислота, d -галактуроновая кислота, d -маннуроновая кислота и ʟ -гулуроновая кислота [ 2]. Сахар из активированной формы глюкуроновой кислоты используется в синтезе гликозаминогликанов у млекопитающих, а ʟ -идуроновая кислота синтезируется из d -глюкуроновой кислоты после ее включения в углеводную цепь [3].

Дисахариды

Две моносахаридные единицы, соединенные ацетальной или кетальной связью, называются дисахаридом [14]. Гликозидная связь соединяет 2 моносахаридных звена и может быть либо α-гликозидной связью, если аномерная гидроксильная группа сахара находится в α-конфигурации, либо β-гликозидной связью, если она находится в β-конфигурации [3]. Гликозидная связь называется в соответствии с положением связанного атома углерода, например, α-гликозидная связь, соединяющая C-1 молекулы глюкозы и C-4 другой молекулы глюкозы в мальтозе, называется α- (1, 4) гликозидная связь (рис.2) [17]. Три наиболее распространенных дисахарида — это мальтоза, лактоза и сахароза [11]. Мальтоза — редуцирующий сахар, который является продуктом гидролиза крахмала ферментом α-амилазой [13]. Лактоза представляет собой редуцирующий сахар, который состоит из d -глюкозильного звена и α- d -галактопиранозильного звена, связанных β- (1,4) гликозидной связью, и присутствует в молоке и молочных продуктах, таких как обезжиренное молоко и сыворотка [17]. Сахароза состоит из глюкозы и фруктозы, связанных α- (1,2) гликозидной связью [17].В отличие от общей связи голова к хвосту (аномерный атом углерода к атому углерода, содержащему гидроксильную группу) в структуре олиго- и полисахаридов, в сахарозе гликозидная связь, соединяющая α- d -глюкопиранозильное звено и β- d -фруктофуранозильное звено имеет прямое соединение (аномерный атом углерода с аномальным атомом углерода), что делает его невосстанавливающим сахаром [13]. Сахароза синтезируется в процессе фотосинтеза, чтобы обеспечить энергию и атомы углерода для синтеза других соединений в растении [13].

Рис. 2

Химическая структура ди- и олигосахаридов. По материалам Bach Knudsen et al. [1]

Мальтоза, лактоза и сахароза гидролизуются до составляющих их моносахаридных единиц ферментами мальтаза, лактаза и сахароза соответственно [17]. Комплексы α-глюкозидазы мальтаза-глюкоамилаза и сахараза-изомальтаза, которые присутствуют в щеточной кайме тонкого кишечника, расщепляют гликозидные связи в мальтозе и сахарозе, соответственно, при этом большая часть активности мальтазы обеспечивается комплексом сахараза-изомальтаза [2, 13, 17].Моносахариды, образующиеся в результате переваривания этих дисахаридов, легко всасываются в тонком кишечнике [18]. Лактаза, β-галактозидаза, также экспрессируется молодыми млекопитающими, которые переваривают лактозу до составляющих ее моносахаридов, которые впоследствии всасываются в тонком кишечнике [1, 13].

Другие дисахариды, присутствующие в природе, включают трегалозу, целлобиозу и гентиобиозу [17]. Трегалоза представляет собой невосстанавливающий дисахарид, состоящий из двух α- d -глюкопиранозильных единиц, связанных вместе α- (1,1) гликозидной связью [2].В небольших количествах трегалоза содержится в грибах, дрожжах, меде, некоторых морских водорослях и беспозвоночных, таких как насекомые, креветки и омары [13]. Трегалоза переваривается ферментом α-глюкозидазой треалазой, который экспрессируется в тонком кишечнике человека и большинства животных [2]. Две молекулы глюкозы связаны вместе β- (1,4) и β- (1,6) гликозидными связями с образованием целлобиозы и гентиобиозы соответственно, и эти дисахариды могут использоваться только после микробной ферментации, поскольку у свиней отсутствуют ферменты, способные переваривания этих связей [17].Целлобиоза является продуктом разложения целлюлозы, тогда как гентиобиоза, как полагают, играет роль в инициации созревания плодов томатов [19].

Олигосахариды

Олигосахариды состоят из галактоолигосахаридов, фруктоолигосахаридов и маннанолигосахаридов, которые не могут перевариваться ферментами поджелудочной железы или кишечника, но растворимы в 80% этаноле [15, 20]. Галактоолигосахариды или α-галактозиды, которые присутствуют в больших количествах в бобовых, состоят из рафинозы, стахиозы и вербаскозы, которые имеют структуру, состоящую из единицы сахарозы, связанной с одной, двумя или тремя единицами d- галактоза соответственно (рис.2) [2]. Эти олигосахариды вызывают метеоризм у свиней и людей из-за отсутствия фермента, α-галактозидазы, который гидролизует гликозидные связи, связывающие моносахариды, составляющие эти α-галактозиды, и, следовательно, утилизируются бактериями в толстой кишке [12, 21 ]. В раффинозе d -галактоза связана с сахарозой посредством α- (1,6) связи, тогда как две единицы и три единицы d -галактозы связаны с сахарозой, также через α- (1,6) гликозидную связями в стахиозе и вербаскозе соответственно [17].Трансгалактоолигосахариды — это еще один тип галактоолигосахаридов, которые могут иметь пребиотические эффекты у молодых свиней и коммерчески синтезируются из действий трансгликозилирования β-гликозидаз на лактозу, создавая β- (1,6) полимеры галактозы, связанные с конечной единицей глюкозы. через α- (1,4) гликозидную связь [17, 22]. Однако трансгалактоолигосахариды не синтезируются в природе [17].

Фруктоолигосахариды, или фруктаны, представляют собой цепи моносахаридов фруктозы с концевым звеном глюкозы и классифицируются как инулины или леваны [17, 23].Инулин в основном содержится в двудольных, тогда как леваны — в однодольных [24]. Фруктоолигосахариды не гидролизуются в тонком кишечнике из-за β-связей между их мономерами, но могут ферментироваться до молочной кислоты и SCFA в толстом кишечнике [2, 20, 25]. Инулин естественным образом содержится в луке, чесноке, спарже, бананах, топинамбурах, пшенице и цикории как запасной углевод [13, 15, 20]. Инулин состоит из β- d -фруктофуранозильных звеньев, связанных β- (2,1) гликозидными связями, и имеет DP от 2 до 60 [13, 17].Полимер состоит из остатков фруктозы, присутствующих в форме фуранозного кольца, и часто имеет концевое звено сахарозы на восстанавливающем конце [2, 13]. Леваны — это фруктаны, которые имеют среднюю длину от 10 до 12 единиц фруктозы, связанных β- (2,6) связями, но могут иметь DP более 100 000 единиц фруктозы и обнаружены в бактериальных фруктанах и во многих однодольных растениях [24, 26 ]. Леваны образуются в результате реакций трансгликозилирования, катализируемых ферментом левансахаразой, который секретируется некоторыми бактериями и грибами, которые предпочтительно используют d -гликозильную единицу сахарозы, тем самым превращая сахарозу в леваны с β- (2,1) -связанными боковыми цепями. [13, 17].Полисахариды, содержащие значительное количество связей β- (2,1), также можно назвать «леваном» [14]. Третий тип фруктанов, называемый фруктанами граминанового типа, содержит комбинацию как β- (2,1), так и β- (2,6) связей и присутствует в пшенице и ячмене [27].

Маннанолигосахариды состоят из полимеров маннозы, происходящих из стенок дрожжевых клеток, и расположены на внешней поверхности стенок дрожжевых клеток, прикрепленных к β-глюканам внутреннего матрикса через β- (1,6) и β- (1,3) гликозидные связи [17].Маннанолигосахариды и фруктоолигосахариды могут вести себя как пребиотики из-за их благотворного воздействия на здоровье хозяина, стимулируя рост или активность определенных бактерий в толстой кишке [28]. Было высказано предположение, что маннан-олигосахариды регулируют реакцию свиней на иммунологические проблемы и могут предотвращать чрезмерную стимуляцию иммунной системы животного-хозяина после инфекции [29].

Полисахариды

Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, являющиеся полимерами моносахаридов [13].Полисахариды состоят из полимеров сахаров, которые различаются по размеру и могут быть линейными или разветвленными [2]. DP варьируется в зависимости от типа полисахарида и может составлять от 7000 до 15000 в целлюлозе и до более чем

в амилопектине [13]. Полисахариды можно классифицировать как гомополисахариды, если они содержат только один тип остатков сахара (например, крахмал, гликоген и целлюлозу), или как гетерополисахариды, если они содержат в своей структуре два или более различных типа остатков сахара (например,g., арабиноксиланы, глюкоманнаны и гиалуроновая кислота; 2). Полисахариды в больших количествах присутствуют в рационах свиней и делятся на крахмальные и гликогеновые и некрахмальные полисахариды (NSP) [17, 30].

Крахмал может быть линейным или разветвленным и является формой хранения углеводов в растениях, тогда как гликоген сильно разветвлен и присутствует только в тканях животных, прежде всего в мышцах и печени [2, 31]. Крахмал — один из самых распространенных в природе углеводов [2]. Он синтезируется для хранения энергии для роста растений и хранится в семенах, клубнях, корнях, стеблях, листьях и некоторых фруктах [32].Крахмал представляет собой полимер d -глюкозы, который состоит из двух типов молекул, амилозы и амилопектина (рис. 3) [12]. Амилоза представляет собой короткий линейный полимер глюкозы со средней DP 1000 единиц глюкозы, связанных через α- (1,4) связи. Амилопектин содержит более крупные цепи глюкозы с DP от 10 000 до 100 000 с точками ветвления в α- (1,6) связях на каждые 20–25 единиц глюкозы [15, 30]. Общее количество α- (1,6) связей составляет всего около четырех-пяти% от общего количества гликозидных связей в амилопектине [33].Нативный крахмал содержит обе формы в виде полукристаллических гранул с различными пропорциями амилозы и амилопектина в зависимости от растительного источника [30, 31]. Гранулы крахмала имеют различный структурный и химический состав в зависимости от вида растения и части растения, где он находится [18]. Размер гранул крахмала влияет на соотношение поверхности к объему, и чем меньше размер гранулы, тем больше отношение поверхности к объему, что приводит к большей площади поверхности для гидролиза ферментов в пищеварительном тракте [30].Переваривание крахмала начинается во рту, где слюнной секретируется α-амилаза, которая действует только на α- (1,4) связанные линейные цепи амилозы и амилопектина, пока этот фермент не дезактивируется низким pH в желудке [31] . Большие количества панкреатической α-амилазы, специфичной только для α- (1,4) связей, секретируются в просвет двенадцатиперстной кишки, продуцируя мальтозу и мальтотриозу как продукты переваривания амилозы и амилопектина в просвете, а также разветвленный олигосахарид α-декстрин, образующийся в результате частичный гидролиз амилопектина из-за неспособности α-амилазы расщеплять α- (1,6) связи [18].Переваривание крахмала завершается олигосахаридазами (т.е. α-глюкозидазами), экспрессируемыми железами тонкого кишечника. Эти α-глюкозидазы включают комплексы сахароза-изомальтаза и мальтаза-глюкоамилаза [34]. Оба комплекса имеют различия в степени специфичности к продуктам переваривания α-амилазы и расщепляют α- (1,4) и α- (1,6) связи в α-декстринах комплементарным образом, образуя свободную глюкозу, которая является транспортируется в энтероциты [18].

Рис. 3

Химическая структура амилозы, амилопектина и целлюлозы.По материалам Bach Knudsen et al. [1]

Крахмал можно разделить на три типа: крахмал типа А имеет открытую структуру и присутствует в злаках; Крахмал типа B присутствует в клубнях и кажется более компактным; а крахмал типа C представляет собой комбинацию крахмала типов A и B и присутствует в бобовых [30]. Гранулы крахмала в сыром картофеле и зеленых бананах с высоким содержанием амилозы приводят к более плотно упакованным гранулам, которые более нерастворимы и устойчивы к перевариванию по сравнению с амилопектинсодержащими гранулами, которые более разветвлены и менее плотно упакованы [2].В кукурузе, пшенице и картофеле крахмал может содержать примерно 20% амилозы и 80% амилопектина [31]. Однако кукуруза восковой спелости может содержать крахмал, содержащий почти 100% амилопектина, тогда как кукуруза с высоким содержанием амилозы может содержать до 75% амилозы [35]. Следовательно, крахмал не всегда может перевариваться α-амилазой, если зерна злаков не изменены физической обработкой (например, измельчением или вальцовой мельницей) и нагреванием (например, гранулированием, расширением или экструзией) [30].

Часть крахмала не переваривается α-амилазой или ферментами щеточной каймы и может подвергаться микробной ферментации в толстой кишке; это называется резистентным крахмалом (RS) [13, 31].Крахмал может сопротивляться перевариванию, поскольку он физически недоступен из-за того, что находится внутри целых растительных клеток или матриц (например, RS-1). Природный или сырой крахмал (RS-2) также сопротивляется перевариванию из-за нежелатинизированной кристаллической структуры гранулы, а ретроградный крахмал (RS-3) сопротивляется перевариванию, поскольку он быстро охлаждается после того, как он желатинизируется посредством нагревания. Если крахмал химически модифицирован, он также может сопротивляться перевариванию и обозначается как RS-4 [13, 30, 31]. Устойчивый крахмал служит субстратом для ферментации толстой кишки, но независимо от количества, попадающего в задний кишечник, крахмал обычно полностью ферментируется в заднем кишечнике [25].Ингредиенты, содержащие крахмал, естественно, будут содержать RS, но количество и тип крахмала будут влиять на долю общего крахмала, который составляет RS [36]. Обработка может влиять на долю крахмала, устойчивого к перевариванию, и значения RS обычно колеблются от 0 до 19% для большинства зерновых культур и от 10% до 20% для бобовых (Таблица 1) [15, 37]. Варка или созревание снижает количество RS в сырых или незрелых фруктах или овощах, таких как зеленые бананы и картофель [38].

Таблица 1 Углеводы и лигнин в зернах злаков (г / кг сухого вещества) a, b

Гликоген, α- (1,4) — d -глюкан с α- (1,6) связанными ветвями, имеет более высокую степень разветвления по сравнению с амилопектином и присутствует в тканях животных, в основном в скелетных мышцах и печени [2].Как следствие, гликоген будут потреблять только свиньи, которых кормят рационами, содержащими продукты животного происхождения. Точки ветвления гликогена располагаются в среднем после 8-10 гликозильных единиц [3]. Полимер гликогена может содержать до 100 000 единиц глюкозы [39]. Переваривание гликогена аналогично перевариванию амилопектина, что приводит к всасыванию глюкозы в тонком кишечнике [17]. Обширное разветвление гликогена увеличивает его растворимость, что позволяет более легко мобилизовать глюкозу [34].

Некрахмальные полисахариды

Некрахмальные полисахариды в основном присутствуют в первичных или вторичных стенках растительных клеток и состоят как из растворимых, так и из нерастворимых полисахаридов, которые, в отличие от крахмала, не содержат α- (1,4) -связанных гликозильных единиц [15, 30].Первичные клеточные стенки, окружающие растущие клетки, в основном состоят из полисахаридов и некоторых структурных белков, тогда как зрелые клетки, которые уже дифференцировались, окружены вторичными клеточными стенками, которые также содержат полисахариды и белки, наряду с лигнином и большим количеством целлюлозы [40]. Полисахариды клеточной стенки состоят из пентоз (то есть арабинозы и ксилозы), гексоз (то есть глюкозы, галактозы и маннозы), 6-дезоксигексоз (то есть рамнозы и фукозы) и уроновых кислот (т.е.э., глюкуроновая и галактуроновая кислоты) [41]. Эти компоненты могут существовать в форме пиранозы и фуранозы и образовывать α- или β-связи в любой из своих доступных гидроксильных групп, что приводит к широкому диапазону функциональных поверхностей за счет адаптации многочисленных трехмерных форм [42]. Фенольные остатки лигнина или его гидроксильных боковых цепей также могут связываться с гликозидными связями NSP [40]. Некрахмальные полисахариды могут приобретать гидрофобные свойства, связываясь с лигнином и суберином, тогда как степень этерификации уроновых кислот может влиять на их ионные свойства [30].Суберин, гидрофобная комплексная смесь гидроксилированных жирных кислот и жирных эфиров, присутствует в тканях сосудов, которые обеспечивают нерастворимый барьер во время нормального развития и в ответ на раневые или грибковые инфекции [40]. Некрахмальные полисахариды также могут быть классифицированы как растворимые и нерастворимые, где термин «растворимые» относится к растворимости NSP в воде или слабых щелочных растворах [41].

Наиболее распространенными NSP в клеточных стенках являются целлюлоза и нецеллюлозные полисахариды (NCP) [17].В среднем содержание целлюлозы в первичных клеточных стенках составляет от 20% до 30%, тогда как вторичные клеточные стенки могут содержать до 50% целлюлозы [40]. Первичные клеточные стенки откладываются между средней пластинкой и плазматической мембраной во время роста клеток, тогда как некоторые специализированные клетки откладывают более толстый внутренний слой, называемый вторичной клеточной стенкой, в начале дифференцировки [43]. Целлюлоза состоит из линейных β- (1,4) -связанных d -глюкопиранозильных единиц с DP, которая варьируется от 500 до 14000. Линейные единицы целлюлозы стабилизируются водородными связями между соседними остатками глюкозы, образуя организованное расположение молекул целлюлозы внутри микрофибрилл (рис.3) [42, 44]. Кристаллические области образуются, когда высокоорганизованные микрофибриллы целлюлозы выстраиваются параллельно друг другу, чтобы обеспечить максимальную водородную связь, тогда как паракристаллические или аморфные участки образуются в областях, которые менее организованы [45]. Трехмерная решетка, образованная плотноупакованной линейной и неразветвленной структурой целлюлозы, образует микрофибриллы, которые определяют структуру стенок растительных клеток [46]. Менее организованные аморфные области целлюлозы гидролизуются эндоглюканазами, образуя концы цепей, которые гидролизуются экзоглюканазами (т.е.э., целлобиогидролазы) [45]. Полученный дисахарид, целлобиоза, гидролизуется β-глюкозидазой с образованием двух мономеров глюкозы [44].

Сильноразветвленные NCP состоят из гетерополимеров пентоз и гексоз, наиболее распространенный из которых называется ксиланом, или цепочкой β- (1,4) связанных звеньев d-ксилопиранозила с боковыми цепями, которые обычно состоят из ʟ -арабинофуранозил, d -галактопиранозил, d -глюкуронопиранозил и / или 4-O-метил- d -глюкуронопиранозиловые звенья [13].Нецеллюлозные полисахариды могут также содержать уроновые кислоты, полученные из глюкозы и галактозы, что дает способность образовывать соли с Ca и Zn [46]. Нецеллюлозные полисахариды часто служат структурными полисахаридами в тканях растений и тесно связаны с целлюлозой и лигнином [45].

Лигнин не является углеводом, но связан с полисахаридами клеточной стенки [1]. Он состоит из полимеризованных фенилпропановых звеньев (т. Е. Кониферилового, п-кумарилового и синапилового спиртов), связанных эфирными и углерод-углеродными связями в нерегулярной трехмерной структуре [42].Одревесневшая клеточная стенка может состоять из тонкого первичного слоя, за которым следует толстый многослойный вторичный слой с высоким содержанием целлюлозы и, возможно, третий слой [47]. Лигнин может связываться с полисахаридами, образуя ковалентные связи с остатками сахара или феруловыми кислотами, которые этерифицированы с этими полисахаридами [1]. Лигнификация происходит только после прекращения клеточного деления, размножения и удлинения клеток и, следовательно, составляет терминальную дифференцировку, которая обычно сопровождается запрограммированной гибелью клеток [40].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *