Углеводы. Биологическая роль, классификация и номенклатура

Лекции по биохимии.

Лекция 4.  Углеводы.

Основные теоретические положения лекционного материала.

1.  Биологическая роль, классификация и номенклатура

2.  Структура, свойства и распространение в природе. Инвертный и редуцирующие сахара.

3.  Общая характеристика и основные представители моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов.

4.  Содержание и значение углеводов в органах и тканях.

1.   Биологическая роль, классификация и номенклатура

Углеводы (сахара) — группа природных полигидроксиальдегидов и полигидроксикетонов с общей формулой C_x(H₂O)_y. Группа включает простые сахара (моносахариды) и их высокомолекулярные аналоги, олигосахариды и полисахариды. В зависимости от состава, строения и свойств, в частности от поведения при нагревании с разбавленными водными растворами кислот, углеводы делятся на простые и сложные. Простые углеводы имеют низкую молекулярную массу, сладкий вкус, хорошую растворимость в воде, способность кристаллизоваться. Сложные имеют высокую молекулярную массу, несладкие, нерастворимы или плохо растворимы в воде, не кристаллизуются, но подвергаются гидролизу с образованием более простых мономеров.

Название “углевод” отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Все углеводы являются либо альдегидами – альдозами (рибоза, глюкоза, манноза, галактоза), либо кетонами – кетозами (рибулоза, фруктоза) – в зависимости от местоположения карбонильной С=О группы, и в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп. В названиях простых углеводов используется суффикс “-оз”. А само название имеет либо тривиальное (фруктоза, глюкоза), либо рациональное (от количества атомов углерода: триоза, пентоза, гексоза) происхождение. Сложные углеводы имеют свои собственные исторически сложившиеся названия (крахмал, целлюлоза, гликоген).

Углеводы, прежде всего крахмал и некоторые дисахариды, являются важными (хотя и не жизненно необходимыми) компонентами питания. В кишечнике они расщепляются до мономеров, которые затем всасываются слизистой кишечника. Транспортной формой углеводов в крови позвоночных является глюкоза. Глюкоза поступает в клетки, где используется в качестве клеточного "топлива" (гликолиз) или превращается в другие метаболиты. Другой важнейший углевод – гликоген откладывается в некоторых органах (печень, мышцы) в качестве резервного сахара. Полисахариды служат строительным материалом для многих организмов. Так, в клеточных стенках бактерий в качестве стабилизирующего структурного компонента присутствует муреин. В растениях эту функцию выполняют целлюлоза и другие полисахариды. Углеводы часто встречаются в ковалентно связанном виде с липидами (гликолипиды) или белками (гликопротеины), входящими в состав клеточных мембран. Растворимые гликопротеины присутствуют в плазме крови, а также входят в состав протеогликанов, которые являются важными структурными компонентами межклеточного матрикса.

Обобщив вышесказанное можно вывести следующие основные функции углеводов в организме:

1.  Энергетическая (глюкоза, гликоген).

2.  Структурная (хондроитинсульфаты, гиалуроновая кислота и др.).

3.  Защитная (синтез иммунных тел).

4.  Гемостатическая (свертывание крови).

5.  Антисвертывающая (гепарин).

6.  Гомеостатическая (поддержание гомеостаза, например водно-электролитнога обмена).

7.  Опорная (кости, хрящи, ходроитинсульфаты).

8.  Механическая (в составе соединительной ткани).

9.  Группоспецифические вещества эритроцитов крови.

10.  Осморегуляторная (глюкоза).

11.  Обезвреживающая (парные глюкороновые кислоты).

12.  Антилипидемическая (гепарин).

Т.о. углеводы обеспечивают транспорт веществ, обусловливают осморегуляцию, способствуют охлаждению тела (потоотделение, тепловая одышка), служат одним из компонентов смазки (например, суставов), несут опорные функции (гидростатический скелет), выполняют защитную функцию (слезная жидкость и слизь), способствуют миграции гамет и оплодотворению. При этом структурная, энергетическая и метаболическая функции рассматриваются как канонические (стандартные), а остальные – неканонические (нестандартные).

2. Структура, свойства и распространение в природе.

Структурно углеводы изображаются тремя видами формул: Фишера (ациклическая форма), Колли-Толленса (циклическая неперспективная