Загальна характеристика 10 страница

21.Яку фізіологічну роль відіграють стериди?

22. Які ліпіди входять до складу стеридів?

23. Що таке стериди?

24. Які складні білки утворені взаємодією з ліпідами і холестерином?

25. За якими ознаками вітаміни Д належать до похідних ліпідів?

26. За якими ознаками вітаміни Е і К належать до похідних ліпідів?

27. Яке значення має холестерин для життєдіяльності тварин і людини?

28. Як задовольняються потреби організмів тварин і людей у холестерині?

29. Які функції виконує холестерин в організмі людини?

30. Чи синтезується холестерин в організмі вищих тварин і людей?

31. Як задовольняються потреби організму в поліненасичених ЖК?

РОЗДІЛ 6. ХІМІЯ ВУГЛЕВОДІВ

6.1. БІОЛОГІЧНА РОЛЬ, БУДОВА, ВЛАСТИВОСТІ ВУГЛЕВОДІВ Й ЇХНІХ ПОХІДНИХ

Вуглеводи - біохімічні сполуки, що утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу. Їхня назва походить від загальної формули цієї групи речовин - С_n(Н₂О)_n, у яку входять карбоген, гідроген і оксиген (співвідношення атомів гідрогену й оксигену в них таке ж, як у воді).

Вперше термін "вуглеводи" був запропонований професором Дерптского (Тартусского) університету К. Шмідтом в 1844 році. Виявилося, однак, що склад не всіх вуглеводів відповідає наведеній вище формулі, у зв'язку із чим Міжнародна комісія з реформи хімічної номенклатури запропонувала термін "вуглеводи" замінити на "гліциди". Проте він не одержав широкого поширення і назва "вуглеводи" залишилася загальновизнаною.

У рослинах вуглеводи становлять 80-90 % маси, причому в різних частинах вміст їх різний. Так, у зелених частинах рослин він становить 2,5-6 %, у бульбах картоплі і коренеплодах - 10-20 %, у зернах злаків - до 70 %.

У складі організму людини і тварин вуглеводи присутні в меншій кількості, ніж білки та ліпіди, і становлять усього приблизно 2 % від маси сухих речовин.

Однак для людини їхнє значення дуже велике. Про це свідчать різноманітні функції, які виконують вуглеводи.

Енергетична функція. Вуглеводи на 60 % забезпечують організм енергією. При окиснюванні 1 г вуглеводів виділяється близько 4 ккал енергії.

Пластична функція. Вуглеводи беруть участь у синтезі багатьох речовин, необхідних для життєдіяльності організму, таких, як нуклеопротеїни, липоїди, складні ферменти, мукополісахариди й ін.

Функція поживних речовин. Вуглеводи мають здатність відкладатися в організмі у вигляді глікогену - запасного вуглеводу, що витрачається в міру необхідності. Глікоген в основному зосереджений у печінці й м'язах. При повноцінному харчуванні в печінці може накопичуватися до 10 % глікогену від маси печінки, у м'язах - до 2 %. При голодуванні запаси глікогену знижуються до 0,2 %.

Захисна функція. Густі секрети (слизи), виділювані різними залозами, багаті мукополісахаридами. Вони охороняють стінки порожніх органів від механічних ушкоджень, від проникнення патогенних бактерій і вірусів.

Регуляторна функція. Представник вуглеводів - клітковина має грубу структуру. Потрапляючи з їжею в шлунково-кишковий тракт, вона викликає механічне роздратування стінок шлунка і кишечнику, підвищує їхню активність і сприяє спорожнюванню.

Специфічна функція. Окремі представники вуглеводів виконують особливі функції в організмі, наприклад беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності груп крові, нормальної діяльності центральної нервової системи.

За сучасною класифікацією вуглеводи підрозділяються на три основні групи залежно від їхнього складу, структури й властивостей: моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди. Вуглеводи цієї групи мають карбонільну групу (альдегідну або кетонну), є похідними багатоатомних спиртів. Вони мають склад C_n2_nO_n.

Моносахариди відрізняються різним характером будови і просторовим розташуванням функціональних груп. За характером останніх вони підрозділяються на альдози і кетози.

Моносахариди можуть існувати у двох формах: лінійній (ациклічній) з відкритим карбогеновим ланцюгом і циклічній (кільцевій). Обидві форми перебувають у динамічній рівновазі, їх взаїмоперехід називається кільчасто-ланцюговою таутомерією.

При утворенні циклічної форми глюкози відбувається реакція між спиртовою гідроксильною групою при С-5 і карбогеном альдегідної групи С-1, замикається оксигеновий місток й утворюється шестичленний гетероцикл типу пірана.

Моносахариди існують, в основному, у напівацетальних формах. Напівацетальний гідроксил відрізняється великою реакційною здатністю. У реакціях зі спиртом, карбоновими кислотами, фенолами він може заміщатися іншими угрупованнями.

Сполуки, що діють на напівацетальний гідроксил моносахариду, називається агліконом, а продукт реакції - глікозидом. Глікозиди - фізіологічно активні речовини, a- і b-ізомерам моносахаридів відповідають a- і b-глікозиди.

O-глікозиди утворюються при реакції зі спиртами й фенолами (зв'язок здійснюється через кисень); N-глікозиди - глікозидний зв'язок здійснюється через азот з радикалом органічної сполуки, що не є вуглеводом.

Глікозиди відіграють важливу роль в обміні речовин. Вони є продуктами розщеплення нуклеїнових кислот і нуклеопротеїнів (нуклеотиди і нуклеозиди), АТФ, НАД, НАДФ; до них відносяться деякі антибіотики, рослинні пігменти, алкалоїди й ін.

D -глюконова й D-галактонова кислоти утворюються при перетворенні альдегідної групи в положенні С-1 у карбоксильну. Фосфорильована форма D-глюконової кислоти - важливий проміжний продукт вуглеводного обміну. З D-глюкози при окиснюванні шостого вуглецевого атома утворюється D-глюкуронова кислота, з D-галактози - D-галактуронова кислота.

Уронові кислоти - біологічні сполуки, що входять до складу полісахаридів. Так, D-глюкуронова кислота перебуває в складі полісахаридів сполучної тканини, ксиланів, камедів, глюкопротеїнів крові. У вільному стані вона виконує важливу захисну функцію - взаємодіє з токсичними речовинами, що утворюються в товстому кишечнику з амінокислот; при цьому утворюються ефіри, які виділяються з організму із сечею. Аналогічним чином за допомогою глюкуронової кислоти знешкоджуються і виводяться з організму деякі лікарські речовини. Галактуронова кислота входить до складу пектинових речовин та інших полісахаридів. α-Гулуронова і D-мануронова кислоти містяться в полісахариді бурих водоростей – альгіновій кислоті.

Моносахариди легко гідруються за зв'язком С–О, перетворюючись при цьому в багатоатомні спирти. Так, з D-глюкози і D-фруктози утворюється сорбіт, що застосовується в лікувальному харчуванні як замінник цукру.

Важливою властивістю моносахаридів є їхня здатність етерифікуватися під дією фосфорної кислоти. Фосфорні ефіри цукрів беруть активну участь в обміні речовин. Зокрема, такі сполуки, як глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат, являють собою проміжні продукти анаеробного розщеплення вуглеводів.

При заміщенні ОН-групи моносахариду NH₂-групою утворюється відповідний аміноцукор. Аміноцукри мають властивості амінів, моносахаридів, а також специфічні властивості, обумовлені просторовою близькістю активних (гідроксильних і амінних) груп. Вони входять до складу слизуватих речовин, синовіальної рідини, склоподібного тіла ока, беруть участь у регуляції згортання крові. Найбільш важливими є D-глюкозамін й D-гaлактозамін.

Аміноцукри входять до складу мукополісахаридів різного походження, вони є також вуглеводними компонентами різних глікопротеїнів і гліколіпідів.

За числом атомів у ланцюзі моносахаридів розрізняють: біози, тріози, тетрози, пентози, гексози та ін. Найбільше значення в організмі людини й тварин мають тріози, пентози і гексози.

В обміні вуглеводів у тканинах беруть участь дві тріози (гліцериновий альдегід і диоксіацетон), що є продуктами окиснювання відповідних первинних і вторинних спиртових груп триатомного спирту гліцерину. Загальна їхня формула С₃Н₆О₃. Тріози утворюються в організмі у вигляді фосфорних ефірів у реакціях гліколізу, спиртового бродіння, а також із гліцерину, що входить до складу ліпідів.

Загальна формула пентоз - С₅Н₁₀О₅. Вони синтезуються рослинами і входять до складу багатьох сполук організмів тварин. Найбільш важливими є арабіноза, ксилоза, рибоза і дезоксірибоза.

Арабіноза (L і D) міститься в рослинних слизах, пектинових речовинах, геміцелюлозі, гумміарабіці, вишневому клеї та ін.

D-ксилулоза і D-рибулоза утворюються в організмі людини і тварин у пентозофосфатному циклі окиснювання глюкози. Вони беруть участь у біосинтезі нуклеїнових кислот.

D-ксилоза входить до складу рослинних полісахаридів, особливо багато її в деревині, соломі, кукурудзяних качанах, оболонках зерна.

Ця пентоза має солодкий смак, тому її використовують у кондитерській промисловості і при вирощуванні кормових дріжджів. При окиснюванні з неї утворюється ксиланова кислота, а потім триоксіксилолглутарова, використовувана в харчовій промисловості як замінник лимонної кислоти. Із ксилози одержують п‘ятиатомний спирт ксиліт, застосовуваний у дієтичному харчуванні хворих ожирінням і цукровим діабетом для заміни солодких вуглеводів.

D-рибоза може перебувати в розчинах у циклічній формі:

Рибоза міститься в рибонуклеїнових кислотах, вільних нуклеотидах, деяких коферментах. Фосфорні ефіри рибози утворюються в організмі при окиснюванні глюкози в пентозофосфатному циклі. При відновленні рибози виділяється п‘ятиатомний спирт рибітол, що входить до складу деяких вітамінів (наприклад, вітаміну В₂ і коферментів (ФАД).

D-дезоксирибоза є вуглеводним компонентом ДНК і нуклеотидів. Вона може перебувати в ациклічній і циклічній формах.

Загальна формула гексоз – С₆Н₁₂О₆. Вони зустрічаються у вільному стані та в оліго- і полісахаридах. До них відносяться глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза.

a-D-глюкоза (декстроза, виноградний цукор) зустрічається в ациклічній і циклічної формах.

Глюкоза міститься в крові, лімфі, церебральній рідині. Вона широко поширена в продуктах рослинного походження, у великій кількості знаходиться в плодах, насінні, листах і квітах рослин, особливо її багато (17-20 %) у плодах винограду. Глюкоза входить до складу полісахаридів (глікогену, крохмалю, клітковини), дисахаридів (мальтози, сахарози, лактози, целлобіози). При окиснюванні первинної спиртової групи із глюкози утворюэться глюкуронова кислота, а при відновленні - шестиатомний спирт D-сорбіт. Цю реакцію використовують при промисловому виробництві сорбіту - замінника солодких вуглеводів у харчуванні людей, що страждають ожирінням і цукровим діабетом.

Із глюкози одержують також препарати аскорбінової кислоти.

D-фруктоза (левулоза, плодовий цукор) має ациклічну і циклічну форми.

Фруктоза відноситься до солодких вуглеводів: вона в 2,5 рази сладша глюкози і в 1,7 рази - сахарози. У вільному виді фруктоза зустрічається в плодах, бджолиному меді (45 %); є складовою частиною дисахариду сахарози і полісахариду інуліну.

При нагріванні, дії кислот і лугів фруктоза піддається деструкції з утворенням 5-оксиметилфурфурола. Відновлення фруктози приводить до утворення маніту й сорбіту.

В організмі людини більшу роль грають фосфорні ефіри фруктози (фруктозо-6-фосфат і фруктозо-1,6-дифосфат), що є проміжними продуктами вуглеводного обміну. Фруктозу використовують у харчуванні хворих цукровим діабетом і людей, що страждають ожирінням.

D-манноза може перебувати в ациклічній і циклічній формах.

У вільному виді вона рідко зустрічається (наприклад, у шкірці апельсинів) і звичайно входить до складу складних вуглеводів - мананів. В організмі людини і тварин міститсья в сироватці крові, слині, слизу кишечнику, у суглобній рідині.

Шестиатомний спирт маніт, що утворюється при відновленні манози, є присутнім у соку деяких тропічних рослин і водоростей. Оскільки ця гексоза зброджується дріжджами, її вводять до складу поживних середовищ для деяких мікроорганізмів.

D-галактоза (цереброза) зустрічається в ациклічній і циклічній формах.

Ця гексоза є складовою частиною дисахариду лактози і трисахариду раффінози.

Галактоза міститься в ліпідах нервової тканини і глікопротеїнах людини і тварин. Вона є фрагментом полісахариду агар-агару, гумміарабіка, галактанів, слизів, глікозидів.

Під дією ферментів галактоза може перетворюватися в глюкозу. Її використовують як поживне середовище для деяких мікроорганізмів, а також у кондитерської промисловості.

Олігосахариди. У складі молекул олігосахаридів перебуває від 2 до 10 залишків моносахаридів, з'єднаних глікозидними зв'язками. У цю групу входять дисахариди, трисахариди і т.п.

Дисахариди - складні цукри, кожна молекула яких при гідролізі розпадається на дві молекули моносахаридів. Емпірична формула С₁₂Н₂₂О_11. Серед дисахаридів найбільше значення мають мальтоза, лактоза, сахароза, целобіоза. Поряд з полісахаридами дисахариди є основними вуглеводами в їжі людини і тварин.

Мальтоза - солодовий цукор - (a-глюкопіранозил (1®4) - a-глюкопіраноза) містить два залишки a-D-глюкози. Мальтоза утворюється як проміжний продукт при дії амілаз на крохмаль або глікоген. Наявність вільного напівацетального гідроксилу в другому залишку глюкози, що входить до складу мальтози, дозволяє віднести цей дисахарид до цукрів, що відновлюються.

Сахароза a-глюкопіранозил (1®2)- a-фруктофуранозид - харчовий (бурячний, очеретяний) цукор - найбільш важливий і широко розповсюджений дисахарид. Сахароза складається з a-D-глюкози і b-D-фруктози.

У зв'язку з відсутністю вільного напівацетального гідроксилу цей дисахарид не має редукуючих властивостей.

Сахарози багато в стеблах, коріннях, бульбах і плодах рослин. У цукровому буряку її накопичується до 24 %, у стеблах очерету - до 20 %. Процес розщеплення сахарози на глюкозу й фруктозу називається інверсією цукру, а гідролізована сахароза - інвертним цукром.

Сахароза піддається спиртовому, кисломолочному і маслянокислому бродінню.

Лактоза - молочний цукор - (β -галактопіранозил (1®4)- a-глюкопіраноза) складається з β-галактози і a-глюкози. Вона міститься в молоці та молочних продуктах.

Лактоза добре засвоюється організмом після розщеплення в тонкому кишечнику під дією ферменту лактази (β-галактозидази). При вродженому або придбаному дефіциті цього ферменту виникає нестерпність молока, що проявляється здуттям кишечнику за рахунок підвищеного газоутворення, порушенням функції кишечнику.

Целобіоза (β-глюкопіранозил-(1®4)- β-глюкопіраноза) утворюється при ферментативному гідролізі целюлози під дією ферменту, що синтезується мікроорганізмами, β- целюлази.

Серед природних трисахаридів найбільше значення має рафіноза, що містить фруктозу, глюкозу і галактозу. У значній кількості вона перебуває в цукровому буряку, насінні бавовни, морських водоростях, грибах і інших рослинах. Рафіноза піддається гідролізу під дією сахарази і галактозидази.

Типовим представником тетрасахаридів є стахіоза, що складається із двох залишків галактози, однієї молекули глюкози і однієї - фруктози. У більших кількостях міститься в цибулинах і коріннях деяких рослин, у насінні бобових.

Полісахариди. Це високомолекулярні вуглеводи, що складаються з великого числа моносахаридів. Вони мають гідрофільні властивості і при розчиненні у воді утворюють колоїдні розчини. Полісахариди підрозділяються на гомо- і гетерополісахариди.

Гомополісахариди. До їхнього складу входять моносахариди одного типу. Наприклад, крохмаль і глікоген побудовані тільки з молекул глюкози, інулін - із фруктози.

Найбільш важливими гомополісахаридами є крохмаль, глікоген, клітковина (целюлоза), що складаються із залишків молекул глюкози, а також пектинові речовини. Із залишків молекул фруктози побудований полісахарид інулін, манани містять залишки молекул манози, галактани - галактози.

Крохмаль являє собою суміш лінійного полісахариду - амілози (10-30 %) і амілопектину (70-90 %), загальна формула яких - (С₆Н₁₀О₅)_n. Цей полісахарид побудований із залишків глюкози, з'єднаних в амілозі і лінійних ланцюгах амілопектину a-1,4-зв'язками, у точках розгалуження амілопектину - міждланцюговими a-1,6-зв'язками (рис. 6.1). Крохмаль є продуктом фотосинтезу і основною поживною речовиною рослин. Він накопичується у вигляді крохмальних зерен у листах, бульбах, плодах. Великий вміст крохмалю в насіннях пшениці (75-80 %), значно нижче в рисі (30 %), бульбах картоплі (25 %).

Рис. 6.1. Будова крохмалю і глікогену

А - будова амілози; Б - будова амілопектину; В - будова глікогену

Різне відношення фракцій крохмалю до йоду: амілоза дає в реакції з йодом синє забарвлення, амілопектин - фіолетове. Гідролітичне розщеплення крохмалю відбувається поступово, з утворенням проміжних продуктів - декстринів і мальтози, при повному гідролізі виділяється глюкоза.

Декстрини - уламки молекул крохмалю і глікогену - розчинні речовини, що легко засвоюються організмом людини. Частковий гідроліз крохмалю протікає при варінні продуктів рослинного походження і при хлібопеченні.

Гідроліз крохмалю відбувається поступово:

Процеси декстринізації і оцукрювання крохмалю використовують у харчовій і спиртовій промисловості.

При ферментативному гідролізі крохмалю в травному тракті також утворюються декстрини, частина їх (після вживання їжі, багатої вуглеводами) всмоктується стінками тонкого кишечнику і надходить у кров воротной вени людини. Амілоза гідролізується a-амілазою слини і підшлункової залози. Амілопектин піддається гідролізу a- і b-амілазами.

Глікоген ("тваринний крохмаль") - головний резервний полісахарид людини і вищих тварин. За своєю будовою він близький до амілопектину і складається із залишків глюкози. В основному ланцюзі вони з'єднані за типом 1,4, бічні відгалуження йдуть від шостих вуглецевих атомів (1,6-зв'язки). З йодом глікоген дає червоно-буре забарвлення; при гідролізі розщеплюється на декстрини, мальтозу, потім глюкозу. Глікоген, що міститься в органах і тканинах являє собою суміш полісахаридів різного ступеня розгалуження і різної молекулярної маси. У найбільшій кількості глікоген присутній у печінці (до 15 % маси), м'язах (2-4 %), вміст його в інших органах (головний мозок, серцевий м'яз) невеликий. При недоліку глюкози він швидко розщеплюється і відновлює її нормальний рівень у крові. У клітинах глікоген пов'язаний з білком цитоплазми і частково із внутрішньоклітинними мембранами.

Інулін складається, в основному, із залишків молекул фруктози. Будучи резервним енергетичним матеріалом рослин, інулін накопичується в бульбах земляної груші, жоржини, коріннях кок-сагизу, цикорію. При гідролізі він розщеплюється до фруктози. Інулін солодкий на смак, тому його використовують у дієті хворих цукровим діабетом для заміни сахарози і крохмалю.

Целюлоза (клітковина) С₆Н₁₀О₅ широко поширена в рослинному світі. Вона є основною структурою стінок клітин, обумовлюючи їхню міцність і еластичність. Целюлоза складається з α- и β-D-глюкозних залишків в b-піранозній формі, лінійно з'єднаних між собою (1®4)-зв'язками. Ці лінійні молекули розташовуються паралельно один одному, між ними виникають водневі зв'язки і утворюються мікрофібріли.

При частковому гідролізі целюлози виділяється дисахарид целобіоза, а при повному гідролізі утворюється D-глюкоза.

Клітковина не переварюється в шлунково-кишковому тракті людини через відсутність у ній a-глюкозидази. Однак вона необхідна для нормального травлення, тому що стимулює рухову активність кишечнику і жовчного міхура, поліпшує просування харчової кашки по травному каналу, підсилює виділення жовчі з жовчного міхура, сприяє формуванню калових мас і виділенню їх з кишечнику.

При недостатньому вмісті клітковини в харчовому раціоні в людини розвиваються запори, виникають умови, що сприяють роздратуванню слизової оболонки кишечнику і її запаленню.

При взаємодії клітковини з кислотами йі спиртами утворюються різні ефіри. За допомогою цих реакцій одержують целофан, целулоїд, фотоплівку, вибухові речовини. Широке застосування в іонообмінній хроматографії одержали карбоксіметілцелюлоза (Км-целюлоза) і діетиламіноетилцелюлоза (ДЭАЭ-целюлоза), використовувані для розділу амінокислот, білків, нуклеїнових кислот. Крім того, Км-целюлозу використовують у лікувальному харчуванні людей з надмірною вагою для зменшення калорійності їжі.

Структурним полісахаридом є хітин. Він входить до складу нижчих рослин (зокрема, грибів) і безхребетних тварин. Хітин складається із залишків 2-ацетамід-2-дезокси-D-глюкози, зв'язаних між собою a-1,4-зв'язками.

Пектинові речовини - полісахариди рослинного походження. Вони являють собою високомолекулярні сполуки, що перебувають у великій кількості в ягодах, фруктах і овочах. У якості мономерних залишків містять D-галактуронову кислоту.

Пектинові речовини неоднорідні і зустрічаються у вигляді протопектину, пектину і пектинової кислоти.

Пектинова кислота являє собою полігалактуронову кислоту. Це лінійний полісахарид із залишків D-галактуронової кислоти, з'єднаних a-1,4-зв'язками.

Пектин є похідним пектинової кислоти, у якої частина карбоксильних груп утворює ефіри з метиловим спиртом, інакше сказати: пектин - це складний ефір метилового спирту і пектинової кислоти.

Пектин у чистому виді - це білий порошок без смаку і запаху, добре розчинний у воді. У рослинних тканинах 1/4 частина пектинових речовин перебуває у вигляді розчинного пектину, що входить до складу клітинного соку, а 3/4 - представлені нерозчинними у воді протопектином. Протопектин утворює міжклітинний прошарок у рослинній тканині і обумовлює твердість останньої.

Характерною властивістю багатьох полісахаридів є їхня здатність до гелеутворення у водяних розчинах. Для цього потрібно, щоб лінійні молекули були організовані в пухку просторову сітку, в осередках якої перебуває вода. У гелях пектинів вузли сітки утворюються за рахунок високо метильованих ділянок різних ланцюгів пектинових кислот, які зв'язуються у водяних розчинах гідрофобними взаємодіями, а низько метильовані і тому добре гідратовані ділянки утворюють міжвузлові проміжки. Отже, чим більше метоксильних груп у молекулі пектину, тим більшу желюючу здатність мають ці сполуки. Високої желюючою здатністю відрізняється пектин деяких сортів яблук, апельсинів, айви, чорної смородини. Пектин овочів характеризується низькою здатністю утворювати гелі.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: