Що таке вуглеводи та їх класифікація. Прості та складні вуглеводи: класифікація, користь, ГІ, норма споживання

У найзагальнішому сенсі до цього класу можна віднести цукру та похідні від них речовини, що виходять при гідролізі. Вуглеводи є невід'ємною складовою всіх органічних сполук. Про всю різноманітність прояву цих речовин може розповісти класифікація вуглеводів.

Біологія

Кліткам живих організмів вуглеводи потрібні як акумулятори та джерела енергії. У сухій речовині рослин міститься до 90% вуглеводів. Представники фауни також мають у складі своїх клітин вуглеводи – до 20% від загальної маси сухої речовини. Класифікація вуглеводів стандартизує ці високомолекулярні сполуки та представляє їх у наочному вигляді. Розуміння структури вуглеводів, внутрішньої будови цих сполук - ключ до осягнення основ всього живого, до розуміння самої таємниці життя. Важливою частиною процесу пізнання цих речовин класифікація вуглеводів.

Схема

Усі відомі вуглеводи поділяють на три великі групи:

Моносахариди;

Дисахариди;

Полісахариди.

Усі групи мають різні фізико-хімічні характеристики. Класифікація та будова вуглеводів базується саме на цих трьох китах.

Моносахариди

Целюлоза ж не розчиняється у воді навіть за високої температури. Вона не розчиняється у спиртах, стійка до дії лугів та слабких окислювачів. Гідроліз целюлози можливий лише при розчиненні її в концентрованих мінеральних кислотах, наприклад, у сірчаній. При нагріванні такого розчину целюлоза розщеплюється, утворюючи в'язкий розчин. Кінцевим продуктом цієї реакції є моносахариди.

Значення вуглеводів

Класифікація та будова вуглеводів вивчається багатьма суміжними науками. Значення цих органічних речовин у медицині, хімічній, харчовій, обробній промисловості досить високе. Можна сподіватися, що наведена вище класифікація вуглеводів з прикладами дасть загальне уявлення про природу цих речовин і про їх найважливішу роль у господарській діяльності людини.

Вуглеводи (цукор а , сахариди) - органічні речовини, що містять карбонільну групу та кілька гідроксильних груп. Назва класу сполук походить від слів «гідрати вуглецю», вона була вперше запропонована К. Шмідтом у 1844 році. Поява такої назви пов'язана з тим, що перші з відомих вуглеводів науці описувалися брутто-формулою C x (H 2 O) y , формально будучи сполуками вуглецю і води.

Усі вуглеводи складаються з окремих «одиниць», якими є сахариди. За здатністю гідролізу на мономери вуглеводи діляться на дві групи: прості і складні. Вуглеводи, що містять одну одиницю, називаються моносахариди, дві одиниці – дисахариди, від двох до десяти одиниць – олігосахариди, а понад десять – полісахариди. Звичайні моносахариди являють собою поліокси-альдегіди (альдози) або півпоксикетони (кетози) з лінійним ланцюгом атомів вуглецю (m = 3-9), кожен з яких (крім карбонильного вуглецю) пов'язаний із гідроксильною групою. Найпростіший моносахарид - гліцериновий альдегід - містить один асиметричний атом вуглецю і відомий у вигляді двох оптичних антиподів (D і L). Моносахариди швидко підвищують вміст цукру в крові, і мають високий глікемічний індекс, тому їх ще називають швидкими вуглеводами. Вони легко розчиняються у воді та синтезуються у зелених рослинах. Вуглеводи, що складаються з 3 або більше одиниць, називаються складними. Продукти, багаті на повільні вуглеводи поступово підвищують вміст глюкози і мають низький глікемічний індекс, тому їх ще називають повільними вуглеводами. Складні вуглеводи є продуктами поліконденсації простих цукрів (моносахаридів) і, на відміну від простих, у процесі гідролітичного розщеплення здатні розпадатися на мономери з утворенням сотні та тисячі молекул моносахаридів.

У живих організмах вуглеводи виконують такі функції:

1. Структурна та опорна функції. Вуглеводи беруть участь у побудові різних опорних структур. Так целюлоза є основним структурним компонентом клітинних стінок рослин, хітин виконує аналогічну функцію у грибів, а також забезпечує жорсткість екзоскелета членистоногих.

2. Захисна роль рослин. Деякі рослини мають захисні утворення (шипи, колючки та ін.), що складаються з клітинних стінок мертвих клітин.

3. Пластична функція. Вуглеводи входять до складу складних молекул (наприклад, пентози (рибоза та дезоксирибоза) беруть участь у побудові АТФ, ДНК та РНК).

4. Енергетична функція. Вуглеводи служать джерелом енергії: при окисленні 1 г вуглеводів виділяються 4,1 ккал енергії і 0,4 г води.

5. Запасна функція. Вуглеводи виступають як запасні поживні речовини: глікоген у тварин, крохмаль і інулін - у рослин.

6. Осмотична функція. Вуглеводи беруть участь у регуляції осмотичного тиску в організмі. Так, у крові міститься 100-110 мг/% глюкози, від концентрації глюкози залежить осмотичний тиск крові.

7. Рецепторна функція. Олігосахариди входять до складу частини багатьох клітинних рецепторів або молекул-лігандів, що сприймає.

18. Моносахариди: тріози, тетрози, пентози, гексози. Будова, відкриті та циклічні форми. Оптична ізомерія. Хімічні властивості глюкози, фруктози. Якісні реакції на глюкозу.

Моносахариди(від грецької monos- єдиний, sacchar- цукор) - найпростіші вуглеводи, що не гідролізуються з утворенням більш простих вуглеводів - зазвичай являють собою безбарвні, легко розчинні у воді, погано - у спирті і зовсім нерозчинні в ефірі, тверді прозорі органічні сполуки, одна з основних груп вуглеводів, найпростіша форма цукру . Водні розчини мають нейтральну pH. Деякі моносахариди мають солодкий смак. Моносахариди містять карбонільну (альдегідну або кетонну) групу, тому їх можна розглядати як похідні багатоатомних спиртів. Моносахарид, у якого карбонільна група розташована в кінці ланцюга, являє собою альдегід і називається альдоза. При будь-якому іншому положенні карбонільної групи моносахарид є кетоном і називається кетоза. Залежно від довжини вуглецевого ланцюга (від трьох до десяти атомів) розрізняють тріози, тетрози, пентози, гексози, гептозиі так далі. Серед них найбільшого поширення в природі набули пентози та гексози. Моносахариди - стандартні блоки, з яких синтезуються дисахариди, олігосахариди та полісахариди.

У природі у вільному вигляді найбільш поширена D-глюкоза (виноградний цукор або декстроза, C 6 H 12 O 6) - шестиатомний цукор ( гексоза), структурна одиниця (мономер) багатьох полісахаридів (полімерів) - дисахаридів: (мальтози, сахарози та лактози) та полісахаридів (целюлоза, крохмаль). Інші моносахариди, переважно, відомі як компоненти ді-, олиго- чи полісахаридів і у вільному стані зустрічаються рідко. Природні полісахариди служать основними джерелами моносахаридів.

Якісна реакція:

Приллємо до розчину глюкози кілька крапель розчину сульфату міді (II) та розчин лугу. Осаду гідроксиду міді не утворюється. Розчин забарвлюється у яскраво-синій колір. В даному випадку глюкоза розчиняє гідроксид міді (II) і поводиться як багатоатомний спирт, утворюючи комплексну сполуку.
Нагріємо розчин. У умовах реакція з гідроксидом міді (II) демонструє відновлювальні властивості глюкози. Колір розчину починає змінюватись. Спочатку утворюється жовтий осад Cu 2 O, який з часом утворює більші кристали CuO червоного кольору. Глюкоза у своїй окислюється до глюконової кислоти.

2HOСН 2 -(СНOH) 4)-СН=O + Cu(OH) 2 2HOСН 2 -(СНOH) 4)-СOOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O

19. Олігосахариди: будова, властивості. Дисахариди: мальтоза, лактоза, целобіоз, сахароза. Біологічна роль.

Основна маса олігосахаридівпредставлена ​​дисахаридами, серед яких важливу роль для організму тварин відіграють сахароза, мальтоза та лактоза. Дисахарид целобіозу має важливе значення для життя рослин.
Дисахариди (біози) при гідролізі утворюють два однакові або різні моносахариди. Для встановлення їхньої будівлі необхідно знати, з яких моноз побудований дисахарид; у якій формі, фуранозної або піранозної, знаходиться моносахарид у дисахариді; за участю яких гідроксилів пов'язані дві молекули простого цукру.
Дисахарид можна розділити на дві групи: не відновлюючі і відновлювальні цукру.
До першої групи належить трегалозу (грибний цукор). До таутомерії вона нездатна: ефірний зв'язок між двома залишками глюкози утворений за участю обох глюкозидних гідроксилів.
До другої групи відноситься мальтоза (солодовий цукор). Вона здатна до таутомерії, так як для утворення ефірного зв'язку використаний тільки один із глюкозидних гідроксилів і, отже, містить у прихованій формі альдегідну групу. Відновлюючий дисахарид здатний до мутаротації. Він реагує з реактивами на карбонільну групу (аналогічно глюкозі), відновлюється в багатоатомний спирт, окислюється в кислоту
Гідроксильні групи дисахаридів вступають у реакції алкілування та ацилювання.
Сахароза(Буряковий, тростинний цукор). Дуже поширений у природі. Виходить із цукрових буряків (вміст до 28% від сухої речовини) та цукрової тростини. Є цукром, що не відновлює, так як і кисневий місток утворений за участю обох глікозидних гідроксильних груп.

Мальтоза(Від англ. malt- солод) - солодовий цукор, природний дисахарид, що складається з двох залишків глюкози; міститься у великих кількостях у пророслих зернах (солоді) ячменю, жита та інших зернових; виявлений також у томатах, у пилку та нектарі ряду рослин. Мальтоза легко засвоюється організмом людини. Розщеплення мальтози до двох залишків глюкози відбувається в результаті дії ферменту a-глюкозидази, або мальтази, яка міститься в травних соках тварин і людини, у пророслому зерні, у цвілевих грибах та дріжджах.

Целлобіоза- 4-(β-глюкозидо)-глюкоза, дисахарид, що складається з двох залишків глюкози, з'єднаних β-глюкозидним зв'язком; основна структурна одиниця целюлози Целлобіоз утворюється при ферментативному гідролізі целюлози бактеріями, що живуть у шлунково-кишковому тракті жуйних тварин. Потім целобіоз розщеплюється бактеріальним ферментом β-глюкозидазою (целобіазою) до глюкози, що забезпечує засвоєння жуйними целюлозної частини біомаси.

Лактоза(молочний цукор) С12Н22О11 - вуглевод групи дисахаридів, що міститься в молоці. Молекула лактози складається із залишків молекул глюкози та галактози. Застосовують для приготування живильних середовищ, наприклад, при виробництві пеніциліну. Використовують як допоміжну речовину (наповнювач) у фармацевтичній промисловості. З лактози отримують лактулозу – цінний препарат для лікування кишкових розладів, наприклад, запору.

20. Гомополісахариди: крохмаль, глікоген, целюлоза, декстрини. Будова, властивості. Біологічна роль. Якісна реакція на крохмаль.

Гомополісахариди ( глікани ), що складаються із залишків одного моносахариду, можуть бути гексозами або пентозами, тобто як мономер може бути використана гексоза або пентоза. Залежно від хімічної природи полісахариду розрізняють глюкани (з залишків глюкози), маннани (з маннози), галактани (з галактози) та інші подібні сполуки. До групи гомополісахаридів належать органічні сполуки рослинної (крохмаль, целюлоза, пектинові речовини), тварини (глікоген, хітин) та бактеріальної ( декстрани) походження .

Полісахариди необхідні для життєдіяльності тварин та рослинних організмів. Це один із основних джерел енергії організму, що утворюється в результаті обміну речовин. Полісахариди беруть участь у імунних процесах, забезпечують зчеплення клітин у тканинах, є основною масою органічної речовини у біосфері.

Крохмаль (C 6 H 10 O 5) n - суміш двох гомополісахаридів: лінійного - амілози та розгалуженого - амілопектину, мономером яких є альфа-глюкоза. Біла аморфна речовина, не розчинна в холодній воді, здатна до набухання і частково розчинна в гарячій воді. Молекулярна маса 105-107 Дальтон. Крохмаль, синтезований різними рослинами в хлоропластах, під впливом світла при фотосинтезі, трохи відрізняється структурою зерен, ступеня полімеризації молекул, будовою полімерних ланцюгів і фізико-хімічним властивостям. Як правило, вміст амілози в крохмалі становить 10-30%, амілопектину - 70-90%. Молекула амілози містить у середньому близько 1000 залишків глюкози, пов'язаних між собою альфа-1,4 зв'язками. Окремі лінійні ділянки молекули амілопектину складаються з 20-30 таких одиниць, а в точках розгалуження амілопектину залишки глюкози пов'язані міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. При частковому кислотному гідролізі крохмалю утворюються полісахариди меншою мірою полімеризації - декстрини ( C 6 H 10 O 5) p, а при повному гідролізі - глюкоза.

Глікоген (C 6 H 10 O 5) n - полісахарид, побудований із залишків альфа-D-глюкози - головний резервний полісахарид вищих тварин і людини, міститься у вигляді гранул у цитоплазмі клітин практично у всіх органах і тканинах, проте, найбільша його кількість накопичується в м'язах та печінці. Молекула глікогену побудована з поліглюкозидних ланцюгів, що гілкуються, в лінійній послідовності яких, залишки глюкози з'єднані за допомогою альфа-1,4-зв'язками, а в точках розгалуження міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. Емпірична формула глікогену ідентична формулі крохмалю. За хімічною будовою глікоген близький до амілопектину з більш вираженою розгалуженістю ланцюгів, тому іноді називається неточним терміном «крохмаль тварин». Молекулярна маса 105-108 Дальтон і вище. В організмах тварин є структурним та функціональним аналогом полісахариду рослин крохмалю. Глікоген утворює енергетичний резерв, який при необхідності заповнити раптовий недолік глюкози може бути швидко мобілізований - сильне розгалуження його молекули веде до наявності великої кількості кінцевих залишків, що забезпечують можливість швидкого відщеплення потрібної кількості молекул глюкози. На відміну від запасу тригліцеридів (жирів), запас глікогену не настільки ємний (в калоріях на грам). Тільки глікоген, запасений у клітинах печінки (гепатоцитах) може бути перероблений у глюкозу для харчування всього організму, при цьому гепатоцити здатні накопичувати до 8 відсотків своєї ваги у вигляді глікогену, що є максимальною концентрацією серед усіх видів клітин. Загальна маса глікогену в печінці дорослих може досягати 100-120 г. У м'язах глікоген розщеплюється на глюкозу виключно для локального споживання і накопичується в менших концентраціях (не більше 1 % від загальної маси м'язів), проте загальний запас у м'язах може перевищувати запас, накопичений у гепатоцитах.

Целюлоза(Клітковина) - найбільш поширений структурний полісахарид рослинного світу, що складається з залишків альфа-глюкози, представлених в бета-піранозна формі. Таким чином, в молекулі бета-глюкопіранозні целюлози мономерні одиниці лінійно з'єднані між собою бета-1,4-зв'язками. При частковому гідроліз целюлози утворюється дисахарид целобіозу, а при повному - D-глюкоза. У шлунково-кишковому тракті людини целюлоза не перетравлюється, тому що набір травних ферментів не містить бета-глюкозидазу. Тим не менш, наявність оптимальної кількості рослинної клітковини в їжі сприяє нормальному формуванню калових мас. Маючи велику механічну міцність, целюлоза виконує роль опорного матеріалу рослин, наприклад, у складі деревини її частка варіює від 50 до 70 %, а бавовна є практично стовідсотковою целюлозою.

Якісна реакція на крохмаль проводиться зі спиртовим розчином йоду. При взаємодії з йодом крохмаль утворює комплексне поєднання синьо-фіолетового кольору.

>> Хімія: Вуглеводи, їх класифікація та значення

Загальна формула вуглеводів - З n (Н 2 О) m, тобто вони ніби складаються з вуглецю та води, звідси і назва класу, що має історичне коріння. Воно виникло з урахуванням аналізу перших відомих вуглеводів. Надалі було встановлено, що є вуглеводи, в молекулах яких не дотримується зазначене співвідношення (2:1), наприклад, дезоксирибозу - С5Н10О4. Відомі також органічні сполуки, склад яких відповідає наведеній загальній формулі, але які не належать до класу вуглеводів. До них відносяться, наприклад, вже відомі вам формальдегід СН20 та оцтова кислота СН3СООН.

Однак назва «вуглеводи» вкоренилася і в даний час є загальновизнаною для цих речовин.

Вуглеводи за їхньою здатністю гідролізуватися можна розділити на три основні групи: моно-, ді-і полісахариди.

Моносахариди – вуглеводи, які не гідролізуються (не розкладаються водою). У свою чергу, залежно від числа атомів вуглецю моносахариди поділяються на тріози (молекули яких містять три вуглецеві атоми), тетрози (чотири вуглецеві атоми), пентози (п'ять), гексози (шість) іт. буд.

У природі моносахариди представлені переважно пентозами та гексозами.

До пентоз відносяться, наприклад, рибоза - С5Н10О5 і дезоксирибоза (рибоза, у якої «відібрали» атом кисню) - С5Н10О4. Вони входять до складу РНК та ДНК і визначають першу частину назв нуклеїнових кислот.

До гексоз, що мають загальну молекулярну формулу С6Н1206, відносяться, наприклад, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариди – вуглеводи, які гідролізуються з утворенням двох молекул моносахаридів, наприклад гексоз. Загальну формулу переважної більшості дисахаридів вивести нескладно: потрібно «скласти» дві формули гексоз і «відняти» з формули, що вийшла, молекулу води - С12Н22О11. Відповідно можна записати і загальне рівняння гідролізу:

С12Н22O11 + Н2O -> 2С6Н12O6

дисахарид гексозу

До дисахаридів належать:

Сахароза (звичайний харчовий цукор), що при гідролізі утворює одну молекулу глюкози та молекулу фруктози. Вона міститься у великій кількості в цукрових буряках, цукровій тростині (звідси і назви - буряковий або очеретяний цукор), клені (канадські першопрохідники добували кленовий цукор), цукровій пальмі, кукурудзі тощо;

Мальтоза (солодовий цукор), що гідролізується з утворенням двох молекул глюкози. Мальтозу можна отримати при гідролізі крохмалю під дією ферментів, що містяться в солоді, - пророщених, висушених та розмелених зернах ячменю;

Лактоза (молочний цукор), що гідролізується з утворенням молекули глюкози та галактози. Вона міститься в молоці ссавців (до 4-6%), має невисоку насолоду і використовується як наповнювач у дражі та аптечних таблетках.

Солодкий смак різних моно-і дисахаридів різний. Так найсолодший моносахарид - фруктоза - у півтора рази солодший за глюкозу, яку приймають за зразок. Сахароза (дисахарид), у свою чергу, в 2 рази солодша за глюкозу і в 4-5 разів - лактозу, яка майже не смакує.

Полісахариди – крохмаль, глікоген, декстрини, целюлоза… – вуглеводи, які гідролізуються з утворенням безлічі молекул моносахаридів, найчастіше глюкози.

Щоб вивести формулу полісахаридів, потрібно від молекули глюкози «відібрати» молекулу води та записати вираз з індексом п: (С6Н10О5)n – адже саме за рахунок відщеплення молекул води в природі утворюються ді- та полісахариди.

Роль вуглеводів у природі та його значення життя людини надзвичайно великі. Утворюючись у клітинах рослин у результаті фотосинтезу, вони є джерелом енергії для клітин тварин. Насамперед це стосується глюкози.

Багато вуглеводів (крохмаль, глікоген, сахароза) виконують запасну функцію, роль резерву поживних речовин.

Кислоти РНК і ДНК, до складу яких входять деякі вуглеводи (пентози - рибоза та дезоксирибозу), виконують функцію передачі спадкової інформації.

Целюлоза – будівельний матеріал рослинних клітин – відіграє роль каркасу для оболонок цих клітин. Інший полісахарид – хітин – виконує аналогічну роль у клітинах деяких тварин – утворює зовнішній скелет членистоногих (ракоподібних), комах, павукоподібних.

Вуглеводи служать зрештою джерелом нашого харчування: ми споживаємо зерно, що містить крохмаль, або згодовуємо його тваринам, в організмі яких крохмаль перетворюється на білки та жири. Найгігієнічніший наш одяг виготовлений з целюлози або продуктів на її основі: бавовни та льону, віскозного волокна, ацетатного шовку. Дерев'яні будинки та меблі збудовані з тієї ж целюлози, що утворює деревину. В основі виробництва фото- та кіноплівки все та ж целюлоза. Книги, газети, листи, грошові банкноти - це продукція целюлозно-паперової промисловості. Отже, вуглеводи забезпечують нас усім необхідним життя: їжею, одягом, дахом.

Крім того, вуглеводи беруть участь у побудові складних білків, ферментів, гормонів. Вуглеводами є і такі життєво необхідні речовини, як гепарин (він відіграє найважливішу роль - запобігає зсіданню крові), агар-агар (його отримують з морських водоростей і застосовують у мікробіологічній та кондитерській промисловості - згадайте знаменитий торт «Пташине молоко»).

Необхідно підкреслити, що єдиним джерелом енергії на Землі (крім ядерної, зрозуміло) є енергія Сонця, а єдиним способом його акумулювання для забезпечення життєдіяльності всіх живих організмів є процес фотосинтезу, що протікає в клітинах живих рослин і призводить до синтезу вуглеводів із води та вуглекислого газу. До речі, саме при цьому перетворенні утворюється кисень, без якого життя на нашій планеті було б неможливим.

Фотосинтез
6С02 + 6Н20 ------> С6Н1206 + 602

До складу яких найчастіше входять три хімічні елементи: Карбон, Гідроген та Оксиген. Багато вуглеводів, крім цих елементів, містять Фосфор, Сульфур і Нітроген. Дані біополімери широко поширені у природі. Біосинтез вуглеводів у рослинах здійснюється внаслідок фотосинтезу. Вуглеводи становлять близько 80-90% сухої маси рослин.

В організмі людини концентрація вуглеводів у перерахунку на суху речовину становить близько 2%. Вуглеводи є основним джерелом хімічної енергії організму. Розщеплення вуглеводів має особливе значення для функціонування деяких органів. Наприклад, окремі органи задовольняють свої потреби переважно за рахунок розщеплення глюкози: головний мозок – на 80%, серце – на 70 – 75%. Вуглеводи депонуються у тканинах організму у вигляді запасних поживних речовин (глікоген). Деякі з них виконують опорні функції, беруть участь у захисних функціях, затримують розвиток мікробів (слизу), є хімічною основою для побудови молекул біополімерів, складовими частинами макроергічних сполук і т.д.

Класифікація вуглеводів.

Усі вуглеводи поділяються на дві великі групи: моносахариди або монози), полісахариди або поліози), які складаються з кількох залишків молекул моносахаридів, пов'язаних між собою.

Класифікація вуглеводів: моносахариди.

Моносахариди, що містять альдегідну групу, називають альдозами, а ті, що містять кетонну групу - кетозами. До простих вуглеводів відносяться альдегідо- та кетоспирти з числом вуглецевих атомів не менше трьох. За кількістю атомів карбону моноза ділитися на тріози, тетрози, пентози, гексози і т.д.

Тріози. Містяться у тканинах та біологічних рідинах у вигляді ефірів як продукти проміжного обміну вуглеводів під час реакцій гліколізу та бродіння. Тетрози. Найбільше значення має еритрозу, яка міститься у тканинах у вигляді ефіру ортофосфорної кислоти – продукту пентозного шляху окиснення вуглеводів. Пентоз. Більшість пентоз утворюється в травному тракті людини в результаті гідролізу пентозанів овочів та фруктів. Частина пентоз утворюється у процесах проміжного обміну, зокрема у пентозному шляху. У тканинах пентози знаходяться у вільному стані у вигляді ефірів ортофосфатної кислоти, що входять до складу (АТФ), нуклеїнових кислот, коферментів (НАДФ, ФАД) та інших важливих біоз'єднань. На особливу увагу заслуговують такі пентози: арабінозу, рибоза, дезоксирибозу, ксилулозу. Гексоз. Зустрічаються у вільному стані, у складі полісахаридів та інших сполук. Найбільш важливими представниками цього класу вуглеводів є глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза.

Класифікація вуглеводів: дисахариди.

Дисахарид - це вуглеводи, молекули яких при гідролізі розщеплюються на дві молекули гексоз. До дисахаридів відносяться мальтоза, сахароза, трегалоза, лактоза.

При найменуванні дисахаридів зазвичай користуються назвами, що склалися історично (лактоза, мальтоза, сахароза), рідше – раціональними та за номенклатурою IUPAC.

Дисахарид - тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, оптично активні, солодкі на смак, здатні до кислотного або ферментативного гідролізу, можуть утворювати ефіри.

Класифікація вуглеводів: гомополісахариди та гетерополісахариди. До складу гомополісахаридів входить значна кількість залишків одного моносахариду: глюкози, манози, фруктози, ксилози і т.д. Вони є запасними (резервними) поживними речовинами для організму (глікоген, інулін, крохмаль). Молекули гетерополісахаридів складаються з великої кількості різних моносахаридів.

Вуглеводи відіграють першорядну роль забезпеченні енергетики всього організму, вони беруть участь у метаболізмі всіх поживних речовин. Є органічні сполуки, що складаються з вуглецю, водню та кисню. Вуглеводи, внаслідок легкодоступності та швидкості засвоєння, є основним джерелом енергії для організму.

В організм людини вуглеводи можуть надходити з їжею (крупи, овочі, бобові культури, фрукти тощо), а також вироблятися з жирів та деяких амінокислот.

Класифікація вуглеводів

Структурно вуглеводи поділяються на такі групи:

Прості вуглеводи. До них відносять глюкозу, галактозу та фруктозу (моносахариди), а також сахарозу, лактозу та мальтозу (дисахариди).

Глюкоза- Головний постачальник енергії для мозку. Вона міститься в плодах та ягодах і необхідна для постачання енергії та утворення в печінці глікогену.

Фруктозамайже не потребує свого засвоєння гормону інсуліну, що дозволяє використовувати її при цукровому діабеті, але в помірних кількостях.

Галактозау продуктах у вільному вигляді не зустрічається. Виходить при розщепленні лактози.

Сахарозаміститься в цукрі та солодощах. При потраплянні в організм розщеплюється більш складові: глюкозу і фруктозу.

Лактоза- Вуглевод, що міститься в молочних продуктах. При вродженому чи набутому дефіциті ферменту лактози в кишечнику порушується розщеплення лактози на глюкозу та галактозу, що відомо як непереносимість молочних продуктів. У кисломолочних продуктах лактози менше, ніж у молоці, оскільки при сквашуванні молока з лактози утворюється молочна кислота.

Мальтоза- Проміжний продукт розщеплення крохмалю травними ферментами. Надалі мальтоза розщеплюється до глюкози. У вільному вигляді вона міститься в меді, солоді (звідси друга назва – солодовий цукор) та пиві.

Складні вуглеводи. До них відносять крохмаль і глікоген (вуглеводи, що перетравлюються), а також клітковину, пектини і геміцелюлозу.

Крохмаль- У харчуванні становить до 80% всіх вуглеводів. Його основні джерела: хліб та хлібобулочні вироби, крупи, бобові, рис та картопля. Крохмаль відносно повільно перетравлюється, розщеплюючись до глюкози.

Глікоген, його ще називають «тварини крохмаль», - полісахарид, що складається з сильно розгалужених ланцюжків молекул глюкози. Він у невеликих кількостях міститься у тваринних продуктах (у печінці 2-10% та у м'язовій тканині – 0,3-1%).

Клітковина- Це складний вуглевод, що входить до складу оболонок рослинних клітин. В організмі клітковина практично не перетравлюється, лише незначна частина може піддатися під впливом мікроорганізмів, що знаходяться в кишечнику.

Клітковину, разом з пектинами, лігнінами та геміцелюлозою, називають або баластовими речовинами. Вони покращують роботу травної системи, будучи профілактикою багатьох захворювань. Пектини і геміцелюлоза мають гігроскопічні властивості, що дозволяє їм сорбувати і захоплювати з собою надлишок холестерину, аміак, жовчні пігменти та інші шкідливі речовини. Ще однією важливою перевагою харчових волокон є їхня допомога у профілактиці ожиріння. Не маючи високої енергетичної цінності, овочі через велику кількість харчових волокон сприяють ранньому почуттю насичення.

У великій кількості харчові волокна міститься в хлібі грубого помелу, висівках, овочах та фруктах.

Глікемічний індекс

Деякі вуглеводи (прості) засвоюються організмом практично миттєво, що призводить до різкого підвищення рівня глюкози в крові, інші (складні) засвоюються поступово і не дають різкого підвищення рівня цукру в крові. Завдяки уповільненому засвоєнню, вживання продуктів, що містять такі вуглеводи, забезпечує більш тривале відчуття насичення. Це їхня властивість використовують у дієтології, для схуднення.

А щоб оцінити швидкість того чи іншого продукту розщеплюватися в організмі, застосовують глікемічний індекс (ГІ). Цей показник визначає з якою швидкістю продукт розщеплюється в організмі і перетворюється на глюкозу. Чим швидше відбувається розщеплення продукту, тим вищий його глікемічний індекс (ГІ). За зразок була взята глюкоза, чий глікемічний індекс (ГІ) дорівнює 100. Всі інші показники порівнюються з глікемічним індексом (ГІ) глюкози. Всі значення ГІ у різних продуктах харчування можна переглянути у спеціальній таблиці глікемічного індексу продуктів.

Функції вуглеводів в організмі

В організмі вуглеводи виконують такі функції:

Є основним джерелом енергії в організмі.

Забезпечують усі енергетичні витрати мозку (мозок поглинає близько 70% глюкози, що виділяється печінкою)

Беруть участь у синтезі молекул АТФ, ДНК та РНК.

Регулюють обмін білків та жирів.

У комплексі з білками вони утворюють деякі ферменти та гормони, секрети слинних та інших утворюють слиз залоз, а також інші сполуки.

Харчові волокна покращують роботу травної системи та виводять з організму шкідливі речовини, пектини стимулюють травлення.

Ліпіди- жироподібні органічні сполуки, нерозчинні у воді, але добре розчинні у неполярних розчинниках (ефірі, бензині, бензолі, хлороформі та ін.). Дикими належать до найпростіших біологічних молекул.

У хімічному відношенні більшість ліпідів є складними ефірами вищих карбонових кислот і ряду спиртів. Найбільш відомі серед них жири. Кожна молекула жиру утворена молекулою триатомного спирту гліцеролу та приєднаними до неї ефірними зв'язками трьох молекул вищих карбонових кислот. Згідно з прийнятою номенклатурою жири називають триацилгліцеролами.

Коли жири гідролізуються (тобто розщеплюються через впровадження H + та OH - в ефірні зв'язки), вони розпадаються на гліцерол і вільні вищі карбонові кислоти, кожна з яких містить парне число атомів вуглецю.

Атоми вуглецю в молекулах вищих карбонових кислот можуть бути з'єднані один з одним як простими, так і подвійними зв'язками. Серед граничних (насичених) вищих карбонових кислот найчастіше до складу жирів входять:

пальмітинова СН 3 - (СН 2) 14 - СООН або З 15 Н 31 СООН;

стеаринова СН 3 - (СН 2) 16 - СООН або З 17 Н 35 СООН;

арахінова СН 3 - (СН 2) 18 - СООН або З 19 Н 39 СООН;

серед ненасичених:

олеїнова СН 3 - (СН 2) 7 - СН = СН - (СН 2) 7 - СООН або С 17 Н 33 СООН;

лінолева СН 3 - (СН 2) 4 - СН = СН - СН 2 - СН - (СН 2) 7 - СООН або С 17 Н 31 СООН;

ліноленова СН 3 - СН 2 - СН = СН - СН 2 - СН = СН - СН 2 - СН = СН - (СН 2) 7 - СООН або З 17 Н 29 СООН.

Ступінь ненасиченості та довжина ланцюгів вищих карбонових кислот (тобто число атомів вуглецю) визначає фізичні властивості того чи іншого жиру.

Жири з короткими та ненасиченими кислотними ланцюгами мають низьку температуру плавлення. При кімнатній температурі це рідини (олії) або мазеподібні речовини. І навпаки, жири з довгими та насиченими ланцюгами вищих карбонових кислот при кімнатній температурі є твердими речовинами. Ось чому при гідруванні (насиченні кислотних ланцюгів атомами водню по подвійним зв'язкам) рідка арахісова олія, наприклад, перетворюється на однорідну мазеподібну арахісову олію, а соняшникову олію - на маргарин. В організмі тварин, що живуть у холодному кліматі, наприклад, у риб арктичних морів, зазвичай міститься більше ненасичених триацилгліцеролів, ніж у мешканців південних широт. Тому тіло їх залишається гнучким і при низьких температурах.

Розрізняють:

Фосфоліпіди- амфіфільні сполуки, тобто мають полярні головки та неполярні хвости. Групи, що утворюють полярну головку, гідрофільні (розчинні у воді), а неполярні хвостові групи гідрофобні (нерозчинні у воді).

Подвійна природа цих ліпідів зумовлює їхню ключову роль в організації біологічних мембран.

Віск- складні ефіри одноатомних (з однією гідроксильною групою) високомолекулярних (що мають довгий вуглецевий скелет) спиртів та вищих карбонових кислот.

Ще одну групу ліпідів складають стероїди. Ці речовини побудовані з урахуванням спирту холестеролу. Стероїди дуже погано розчиняються у воді і не містять вищих карбонових кислот.

До них відносяться жовчні кислоти, холестерол, статеві гормони, вітамін D та ін.

До стероїдів близькі терплячі(ростові речовини рослин - гібереліни; фітол, що входить до складу хлорофілу каротиноїди - фотосинтетичні пігменти; ефірні олії рослин - ментол, камфора та ін).

Ліпіди можуть утворювати комплекси коїться з іншими біологічними молекулами.

Ліпопротеїни- складні утворення, що містять триацилгліцероли, холестерол та білки, причому останні не мають ковалентних зв'язків з ліпідами.

Гліколіпіди- це група ліпідів, побудованих на основі спирту сфінгозину і що містять крім залишку вищих карбонових кислот одну або кілька молекул цукрів (найчастіше глюкозу або галактозу).

Функції ліпідів

Структурна. Фосфоліпіди разом із білками утворюють біологічні мембрани. До складу мембран входять також стероли.

Енергетична. При окисленні 1 г жирів вивільняється 38,9 кДж енергії, що йде освіту АТФ. У формі ліпідів зберігається значна частина енергетичних запасів організму, які витрачаються за нестачі поживних речовин. Тварини, що впадають у сплячку, та рослини накопичують жири та олії та витрачають їх на підтримку процесів життєдіяльності. Високий вміст ліпідів у насінні забезпечує енергією розвиток зародка та проростка, доки він не перейде до самостійного харчування. Насіння багатьох рослин (кокосова пальма, рицина, соняшник, соя, ріпак та ін) служать сировиною для отримання олії промисловим способом.

Захисна та теплоізоляційна. Нагромаджуючись у підшкірній жировій клітковині та навколо деяких органів (нирки, кишечник), жировий шар захищає організм від механічних пошкоджень. Крім того, завдяки низькій теплопровідності шар підшкірного жиру допомагає зберегти тепло, що дозволяє, наприклад, багатьом тваринам мешкати в умовах холодного клімату. У китів, крім того, він грає ще й іншу роль – сприяє плавучості.

Змащувальна та водовідштовхувальна. Віск покриває шкіру, шерсть, пір'я, робить їх більш еластичним і захищає від вологи. Восковим нальотом покрите листя та плоди рослин; віск використовується бджолами для будівництва сот.

Регуляторна. Багато гормонів є похідними холестеролу, наприклад статеві (тестостерон у чоловіків і прогестерон у жінок) та кортикостероїди (альдостерон).

Метаболічна. Похідні холестеролу, вітамін D грають ключову роль обміні кальцію і фосфору. Жовчні кислоти беруть участь у процесах травлення (емульгування жирів) та всмоктування вищих карбонових кислот.

Ліпіди є джерелом метаболічної води. При окисненні жиру утворюється приблизно 105 г води. Ця вода дуже важлива для деяких мешканців пустель, зокрема для верблюдів, здатних обходитися без води протягом 10-12 діб: жир, запасений у горбі, використовується саме на ці цілі. Необхідну для життєдіяльності воду ведмеді, бабаки та інші тварини в сплячці одержують внаслідок окислення жиру.

Хімічний склад

Клітинна стінка рослинних клітин складається, головним чином, із полісахаридів. Всі компоненти, що входять до складу клітинної стінки, можна поділити на 4 групи:

Структурнікомпоненти, що представлені целюлозою у більшості автотрофних рослин.

Компоненти матриксу,тобто основної речовини, наповнювача оболонки – геміцелюлози, білки, ліпіди.

Компоненти, інкрустуючіклітинну стінку, (тобто відкладаються і що вистилають її зсередини) - лігнін і суберин.

Компоненти, адкрустуючістінку, тобто. що відкладаються на її поверхні, - кутин, віск.

Основний структурний компонент оболонки – целюлозапредставлена ​​нерозгалуженими полімерними молекулами, що складаються з 1000-11000 залишків - глюкози D, сполучених між собою глікозидними зв'язками. Наявність глікозидних зв'язків створює можливість утворення поперечних стивок. Завдяки цьому довгі і тонкі молекули целюлози об'єднуються в елементарні фібрили або міцели. Кожна міцела складається з 60-100 паралельно розташованих ланцюгів целюлози. Міцели сотнями групуються в міцелярні ряди та складають мікрофібрили діаметром 10-15 нм. Целюлоза має кристалічні властивості завдяки впорядкованому розташуванню міцел у мікрофібрилах. Мікрофібрили, у свою чергу, перевиваються між собою як пасма в канаті і об'єднуються в макрофібрили. Макрофібрили мають товщину близько 0,5 мкм. і можуть досягати завдовжки 4мкм. Целюлоза не має ні кислих, ні лужних властивостей. По відношенню до підвищених температур вона досить стійка і може бути нагріта без розкладання до температури 200 про С. Багато з важливих властивостей целюлози обумовлені її високою стійкістю по відношенню до ферментів і хімічних реагентів. Вона не розчинна у воді, спирті, ефірі та інших нейтральних розчинниках; не розчиняється в кислотах та лугах. Целюлоза, мабуть, найпоширеніший вид органічних макромолекул Землі.

Мікрофібрили оболонки занурені в аморфний пластичний гель – матрикс. Матрікс є наповнювачем оболонки. До складу матриксу оболонок рослин входять гетерогенні групи полісахаридів, які називаються геміцелюлозами та пектиновими речовинами.

Геміцелюлози являють собою полімерні ланцюги, що гілкуються, що складаються з різних залишків гексоз (D-глюкоза, D-галактоза, манноза),

пентоз (L-ксилоза, L-арабінозу) та уринових кислот (глюкуронова та галактуронова). Ці компоненти геміцелюлоз поєднуються між собою у різних кількісних відносинах та утворюють різноманітні комбінації.

Ланцюжки геміцелюлоз складаються з 150-300 молекул мономерів. Вони значно коротші. Крім цього, ланцюги не кристалізуються і не утворюють елементарних фібрил.

Саме тому геміцелюлози нерідко називають напівклітинками. На частку припадає близько 30-40 % сухої ваги клітинних стінок.

По відношенню до хімічних реагентів геміцелюлози набагато менш стійкі, ніж целюлоза: вони розчиняються у слабких лугах без підігріву; гідролізуються з утворенням цукрів у слабких розчинах кислот; розчиняються напівклітковини та в гліцерині при температурі 300 про С.

Геміцелюлози в тілі рослин грають:

Механічну роль, беручи участь поряд з целюлозою та іншими речовинами у побудові клітинних стінок.

Роль запасних речовин, що відкладаються, а потім витрачаються. При цьому функцію запасного матеріалу несуть переважно гексоз; а геміцелюлози з механічною функцією зазвичай складаються із пентоз. Як запасні поживні речовини геміцелюлози відкладаються також у насінні багатьох рослин.

Пектинові речовинимають досить складний хімічний склад та будову. Це гетерогенна група, в яку входять розгалужені полімери, що несуть негативні заряди через безліч залишків галактуронової кислоти. Характерна риса: пектинові речовини сильно набухають у воді, а деякі в ній розчиняються. Легко вони руйнуються під дією лугів і кислот.

Всі клітинні стінки на ранній стадії розвитку майже повністю складаються з пектинових речовин. Міжклітинна речовина серединної пластинки, що ніби цементує оболонки сусідніх стінок, складається також із цих речовин, головним чином з пектату кальцію. Пектинові речовини, хоч і в невеликих кількостях, є в основній товщині і дорослих клітин.

До складу матриксу клітинних стінок крім вуглеводних компонентів входить також структурний білок, який називається екстенсином. Він є глікопротеїном, вуглеводна частина якого представлена ​​залишками цукру арабінози.

В основу класифікації вітамінів покладено принцип розчинності їх у воді та жирі.

Водорозчинні вітаміни:В1 (тіамін), В2 (рибофлавін), PP (нікотинова кислота), В3 (пантотенова кислота), В6 (піридоксин), В12 (цинкобаламін), Вc (фолієва кислота), H (біотин), N (ліпоєва кислота), P (біофлаваноїди), C (аскорбінова кислота) – беруть участь у структурі та функціонуванні ферментів.

Жиророзчинні вітаміни:А (ретинол), провітамін А (каротин), D (кальцефероли), Е (токофероли), K (філохінони).

Жиророзчинні вітаміни входять до структури мембранних систем, забезпечуючи їх оптимальний функціональний стан.

Є також вітаміноподібні речовини:В13 (оротова кислота), В15 (пангамова кислота), В4 (холін), В8 (інозитол), Вт (карнітин), H1 (парамінбензойна кислота), F (полінасичені жирні кислоти), U (S=метилметіонін-сульфат-хлорид) .