Классификация и строение углеводов

Углеводами называются полиоксиальдегиды и полиоксикетоны, а также соединения, которые превращаются в них после гидролиза.

Углеводы подразделяются на три группы:

-моносахариды;

- олигосахариды или дисахариды;

- полисахариды.

Моносахариды обычно содержат пять или шесть атомов углерода. Из пентоз распространены: арабиноза, ксилоза, рибоза. Из гексоз часто встречаются: глюкоза, фруктоза, галактоза.

Рибоза является важнейшей составной частью биологически активных молекул, ответственных за передачу наследственной информации, перенос химической энергии, необходимой для осуществления многих биохимических реакций живого организма, так как входит в состав рибонуклеиновой кислоты (РНК), дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), аденозинтрифосфата (АТФ) и т.д. Арабиноза и ксилоза входят в состав полисахарида гемицеллюлозы. Глюкоза входит в состав фруктов 2-8 %, в состав полисахаридов: крахмала, гликогена, целлюлозы, гемицеллюлозы, а также в состав дисахаридов: мальтоза, целлобиоза, сахароза, лактоза. Фруктоза входит в состав фруктов 2-8 %, является составной частью дисахарида сахароза. Галактоза является составной частью дисахарида лактоза, производные галактозы входят в состав полисахарида пектин.

Олигосахариды являются полисахаридами первого порядка, то есть состоят их 2-10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Из олигосахаридов более распространены дисахариды, важное практическое значение в бродильных производствах имеют декстрины, состоящие из трех, четырех и более остатков глюкозы.

Из дисахаридов разделяют восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Квосстанавливающим относят дисахариды, имеющие свободный полуацетальный гидроксил, это мальтоза, целлобиоза, лактоза. К невосстаннавливающим относят дисахариды, у которых в образовании гликозидной связи участвует два полуацетальных гидроксила, это дисахариды сахароза и трегалоза.

В состав мальтозы входит α-D-глюкопираноза связь 1,4. Мальтоза образуется в качестве промежуточного продукта гидролиза крахмала или гликогена.

В состав целлобиозы входит ß-D-глюкопираноза связь 1,4. Целлобиоза входит в состав полисахарида целлюлоза и образуется в качестве промежуточного продукта ее гидролиза.

В состав лактозы входит ß-D-галактопираноза и α-D-глюкопираноза связь 1,4. Лактоза содержится в молоке и молочных продуктах, часто называется молочным сахаром. На рисунке формула глюкозы приведена в перевернутом виде

В состав сахарозы входит ß -D- фруктофураноза и α -D-глюкопираноза связь 1,2. Сахароза входит в состав распространенного пищевого продукта- сахара. Гидролиз сахарозы осуществляет фермент инвертаза или ß-фруктофуранозидаза, при гидролизе сахарозы образуется фруктоза и глюкоза. Этот процесс называется инверсия сахарозы. Продукты гидролиза сахарозы улучшают вкус и аромат продуктов, предупреждают черствение хлеба.

САХАРОЗА

В состав трегалозы входит α -D-глюкопираноза связь 1,1. Трегалоза входит в состав углеводов грибов и редко встречается среди растений.

Полисахариды второго порядка состоят из большого количества остатков углеводов. По строению полисахариды могут состоять из моносахаридных единиц одного типа - это гомополисахариды, а также из мономерных звеньев двух и более типов – это гетеропилисахариды. Полисахариды могут иметь линейное строение или разветвленное строение.

Крахмал состоит из остатков α -D-глюкопиранозы. Связь 1,4 у линейной структуры крахмала, которая называется амилоза и связи 1,4 и 1,6 у разветвленной структуры крахмала, которая называется амилопектин. Крахмал является основной углеводной составляющей пищи человека. Это главный энергетический ресурс человека.

Гликоген состоит из остатков α-D-глюкопиранозы, связь 1,4 и 1.6, разветвление у гликогена находятся через каждые 3-4 звена глюкозы. Гликоген является запасным питательным веществом живой клетки. Гидролиз гликогена осуществляют амилолитические ферменты.

КРАХМАЛ

Целлюлоза или клетчатка состоит из остатков ß-D-глюкопиранозы связь 1,4. Целлюлоза является распространенным растительным полисахаридом, входит в состав древесины, скелета стеблей и листьев, оболочки зерновых культур, овощей и фруктов. Целлюлоза не расщепляется ферментами желудочно-кишечного тракта человека, поэтому в питании человека играет роль балластного вещества – пищевых волокон, способствующих очистке кишечника человека.

Пектиновые вещества состоят их остатков галактуроновой кислоты и метоксилированной галактуроновой кислоты, соединенных α - (1,4) - гликозидными связями. Различают три разновидности пектиновых веществ:

- протопектин или нерастворимый пектин, находится в связанном состоянии с гемицеллюлозой, целлюлозой или белком;

- растворимый пектин имеет высокую степень этерификации с остатками метилового спирта. Растворимый пектин способен в кислой среде и в присутствии сахара образовывать желе и гели;

- пектовые кислоты не имеют остатков метилового спирта, при этом пектовая кислота теряет способность образовывать желе и гели.