нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Вуглеводи

   
 

Вуглеводи, обширна група органічних сполук, що входять до складу всіх живих організмів. Перші відомі представники цього класу речовин за складом відповідали загальній формулі C mH 2n On, тобто вуглець + вода (звідси назва); пізніше до У. стали відносити також їх численні похідні з іншим складом, що утворюються при окисленні, відновленні або введенні заступників.

Превращения У. відомі з найдавніших часів, так як вони лежать в основі процесів бродіння, обробки деревини, виготовлення паперу і тканин з рослинної волокна. Тростинний цукор (сахарозу) можна вважати першим органічною речовиною, виділеним в хімічно чистому вигляді. Хімія У. виникла і розвивалася разом з органічною хімією ; творець структурної теорії органічних сполук А. М. Бутлеров - автор першого синтезу сахароподобние речовини з формальдегіду (1861). Структури найпростіших цукрів з'ясовані в кінці 19 в. в результаті фундаментальних досліджень німецьких вчених Г. Кіліаном і Е. Фішера , заснованих на стереохимических представлених Я. Г. Вант -Гоффа і блискуче їх підтвердили. У 20-і рр.. 20 в. роботами англійського вченого У. Н. Хоуорса були закладені основи структурної хімії полісахаридів. З 2-ї половини 20 в. відбувається стрімкий розвиток хімії і біохімії У., обумовлене їх важливим біологічним значенням і базується на сучасній теорії органічної хімії та новітній техніці експерименту.

Класифікація і поширення вуглеводів. У. прийнято ділити на три основних групи: моносахариди, олігосахариди і полісахариди. Звичайні моносахариди являють собою окси-альдегіди (альдози) або полпоксікетони (кетоза) з лінійною ланцюгом атомів вуглецю (m = 3-9), кожен з яких (крім карбонільного вуглецю) пов'язаний з гідроксильною групою. Простий з моносахаридів - гліцериновий альдегід - містить один асиметричний атом вуглецю і відомий у вигляді двох оптичних антиподів (D і L). Інші моносахариди мають декілька асиметричних атомів вуглецю; їх розглядають як похідні D-або L-гліцсрінового альдегіду і відносять відповідно до абсолютної конфігурацією при ( т- 1)-м атомі вуглецю до D-або L-pяду. Відмінності між моносахаридами в кожному ряду обумовлені відносною конфігурацією інших асиметричних центрів (див. Ізомерія ). Характерна властивість моносахаридів в розчинах - здатність до мутаротації, тобто встановленню таутомерного рівноваги ( см. Таутомерія ) між ациклической альдегідів-або кетоформой, двома п'ятичленних (фуранозних) і двома шестичленними (пиранозного) циклічними полуацетальнимі формами (див. схему). Утворені піранози (як і фуранози) розрізняються конфігурацією (a або b) виникає при циклізації асиметричного центру у карбонільного атома вуглецю (на схемі позначено зірочкою).

Співвідношення між таутомерними формами в рівновазі визначається їх термодинамічної стійкістю (для простих цукрів переважають пиранозного форми). Полуацетальний гідроксил різко відрізняється від інших гідроксильних груп моносахарида по здатності до реакцій нуклеофільного заміщення. Такі реакції з різноманітними спиртами призводять до утворення глікозидів (залишок спирту в глікозиди називають агліконом). У тих випадках, коли агліконом служить молекула моносахариду, утворюються оліго-і полісахариди. При цьому кожен залишок моносахариду може мати пиранозного або фуранозних структуру, a-або b-конфігурацію гликозидной зв'язку і бути пов'язаним з будь з гідроксильних груп сусіднього моносахариду. Тому число розрізняються будовою полімерних молекул, які можна побудувати навіть тільки з одного моносахарида, величезне.

До найбільш типовим моносахаридам відносяться D- глюкоза , D- манноза , D- галактоза , D- фруктоза , D- ксилоза , L- арабиноза . До моносахаридів відносяться також: дезоксисахара, в молекулах яких один або кілька гідроксилів замінені атомами водню (L- paмноза , L- фукоза , 2-дезокси-D-pібоза); аміноцукри, в молекулах яких один або кілька гідроксилів замінені на аміногрупи (D-глюкозамін, D-галактозамін); багатоатомні спирти, або альдіти, що утворюються при відновленні карбонільних груп моносахаридів (сорбіт, маніт); уроновие кислоти , тобто моносахариди, у яких первинна спиртова група окислена до карбоксильної; розгалужені цукру, містять нелінійну ланцюг вуглецевих атомів (апіоза, L-cтрептоза); вищі цукру з довжиною ланцюга більше шести атомів вуглецю ( седогептулозу , сіалові кислоти ). За винятком D-глюкози і D-фруктози, вільні моносахариди зустрічаються в природі рідко. Зазвичай вони входять до складу різноманітних глікозидів, оліго- і полісахаридів і можуть бути отримані з них кислотним гідролізом. Розроблені методи хімічного синтезу рідкісних моносахаридів, виходячи з більш доступних.

Олигосахариди містять у своєму складі 2-10 моносахаридів, зв'язаних глікозіднимі зв'язками. Найбільш поширені в природі дисахариди сахароза , трегалоза , лактоза . Відомі численні глікозиди олі-госахарідов, до яких відносяться різні фізіологічно активні речовини (наприклад, флавоноїди , серцеві глікозиди, сапоніни , багато антибіотиків, гліколіпіди ).

Полісахариди - високомолекулярні, лінійні або розгалужені сполуки, молекули яких побудовані з моносахаридів, пов'язаних глікозіднимі зв'язками. До складу полісахаридів можуть входити також заступники невуглеводної природи (залишки фосфорної, сірчаної та жирних кислот). У свою чергу ланцюга полісахаридів можуть приєднуватися до білків з утворенням гликопротеидов . Окрему групу становлять біополімери, в молекулах яких залишки моно-або олігосахаридів з'єднані один з одним не глікозіднимі, а фосфодіефірнимі зв'язками; до цієї групи відносяться тейхоевие кислоти з клітинних стінок грампозитивних бактерій, деякі полісахариди дріжджів, а також нуклеїнові кислоти , в основі яких лежить полірібозофосфатная (РНК) або полі-2-дезоксірібозофосфатная (ДНК) ланцюг.

Фізико-хімічні властивості вуглеводів. Завдяки великій кількості полярних (гідроксильних, карбонильной та ін) груп в молекулах моносахаридів вони добре розчинні у воді і нерозчинні в неполярних органічних розчинниках (бензолі, петролейном ефірі та ін.) Здатність до таутомерним перетворенням зазвичай утрудняє кристалізацію моносахаридів. Якщо такі перетворення неможливі, як у гликозидах або олігосахариди типу сахарози, речовини кристалізуються легко. Багато глікозиди з малополярни аглікони (наприклад, сапоніни) проявляють властивості поверхнево-активних сполук. Полісахариди є гідрофільними полімерами, молекули яких здатні до асоціації з освітою високов'язких розчинів (рослинної слизу , гіалуронова кислота ); при певному співвідношенні вільних і асоційованих ділянок молекул полісахариди дають міцні гелі (агар, пектинові речовини ). В окремих випадках молекули полісахаридів утворюють високоупорядоченние надмолекулярних структури, нерозчинні у воді ( целюлоза , хітин ).

Біологічна роль вуглеводів. Роль У. в живих організмах надзвичайно різноманітна. У рослинах моносахариди є первинними продуктами фотосинтезу і служать вихідними сполуками для біосинтезу різноманітних глікозидів, полісахаридів, а також речовин ін класів (амінокислот, жирних кислот, поліфенолів і т.д.). Ці перетворення здійснюються відповідними ферментними системами, субстратами для яких служать, як правило, багаті енергією фосфорильовані похідні цукрів, головним чином нуклеозіддіфосфатсахара. У. запасаються у вигляді крохмалю у вищих рослинах, у вигляді глікогену в тварин, бактеріях і грибах і служать енергетичним резервом для життєдіяльності організму (див. Бродіння , Гліколіз , Окислення біологічне ). У вигляді глікозидів в рослинах і тварин здійснюється транспорт різних продуктів обміну речовин. Численні полісахариди або складніші углеводсодержащие полімери виконують в живих організмах опорні функції. Жорстка клітинна стінка у вищих рослин побудована з целюлози і геміцелюлози, у бактерій - з пептидоглікану; в побудові клітинної стінки грибів і зовнішнього скелета членистоногих бере участь хітин. В організмі тварин і людини опорні функції виконують сульфатовані мукополісахариди сполучної тканини, властивості яких дозволяють забезпечити одночасно збереження форми тіла і рухливість окремих його частин; ці полісахариди також сприяють підтримці водного балансу і виборчої катіонної проникності клітин. Аналогічні функції в морських багатоклітинних водоростях виконують сульфатовані галактани (червоні водорості) або складніші сульфатовані гетерополі-цукориди (бурі і зелені водорості); в зростаючих і соковитих тканинах вищих рослин аналогічну функцію виконують пектинові речовини. Особливо важливу і до кінця ще не вивчену роль грають складні В. у утворенні специфічних клітинних поверхонь і мембран. Так, гліколіпіди - найважливіші компоненти мембран нервових клітин, ліпополісахариди утворюють зовнішню оболонку грамнегативних бактерій. У. клітинних поверхонь часто визначають явище імунологічної специфічності, що строго доведено для групових речовин крові та ряду бактеріальних антигенів . Є дані, що вуглеводні структури беруть участь також в таких високоспецифічних явищах клітинної взаємодії, як запліднення, "впізнавання" клітин при тканинної диференціації та відторгненні чужорідної тканини і т.д.

Практичне значення вуглеводів. У. складають велику (часто основну) частину харчового раціону людини (див. Харчування ). У зв'язку з цим вони широко використовуються в харчовій і кондитерській промисловості (крохмаль, сахароза, пектинові речовини, агар). Їх перетворення при спиртовому бродінні лежать в основі процесів одержання етилового спирту, пивоваріння, хлібопечення; ін типи бродіння дозволяють отримати гліцерин, молочну, лимонну, глюконову кислоти та ін речовини. Глюкоза, аскорбінова кислота, серцеві глікозиди, углеводсодержащие антибіотики, гепарин широко застосовуються в медицині. Целюлоза служить основою текстильної промисловості, одержання штучного целюлозного волокна, паперу, пластмас (див. етроли ), вибухових речовин (див. Нітрати целюлози ) та ін

Найважливіші питання хімії і біохімії У. - удосконалення методів встановлення будови і синтезу природних У., з'ясування зв'язку між їх структурою і функцією в організмі, а також шляхів біосинтезу - розробляються хімічними і біохімічними науковими центрами поряд з ін актуальними проблемами органічної хімії, біохімії та молекулярної біології. Дослідженням тільки в області У. присвячені спеціалізовані міжнародні видання: щорічник "Advances in Carbohydrate chemistry and biochemistry" ( c 1945) і журнал "Carbohydrate research" (c 1965). див. також статті Бродіння , З'єднання природні , Вуглеводний обмін , фотосинтез .


? Літ.: Хімія вуглеводів, М., 1967; Методи хімії вуглеводів, пров. з англ., М., 1967; Глікопротеїни [т. 1-2], пров. з англ., М., 1969; Carbohydrates, ed. by G. О. AspinalI, L. - Baltimore, [1973]; Industrial gums, eds. RL Whistler and JN Bemiller, 2 ed., NY - L., 1973.

А. І. Усов.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка