|
Ñòðîåíèå è áèîëîãè÷åñêàÿ ðîëü óãëåâîäîâ
Òåìà 7. Ñòðîåíèå è áèîëîãè÷åñêàÿ ðîëü óãëåâîäîâ
ÑÎÄÅÐÆÀÍÈÅ
Ââåäåíèå
1. Êðàòêàÿ ñïðàâêà îá óãëåâîäàõ
2. Êëàññèôèêàöèÿ óãëåâîäîâ
3. Ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíûå îñîáåííîñòè îðãàíèçàöèè ìîíî- è äèñàõàðè- äîâ: ñòðîåíèå; íàõîæäåíèå â ïðèðîäå; ïîëó÷åíèå; õàðàêòåðèñòèêà îòäåëüíûõ ïðåäñòàâèòåëåé
4. Áèîëîãè÷åñêàÿ ðîëü áèîïîëèìåðîâ - ïîëèñàõàðèäîâ
5. Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà óãëåâîäîâ
Çàêëþ÷åíèå
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
ÂÂÅÄÅÍÈÅ
Îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ ñîñòàâëÿþò â ñðåäíåì 20-30 % ìàññû êëåòêè æèâîãî îðãàíèçìà. Ê íèì îòíîñÿòñÿ áèîëîãè÷åñêèå ïîëèìåðû: áåëêè, íóêëåèíîâûå êèñëîòû, óãëåâîäû, à òàêæå æèðû è ðÿä íåáîëüøèõ ìîëåêóë-ãîðìîíîâ, ïèãìåíòîâ, ÀÒÔ è ïð.  ðàçëè÷íûå òèïû êëåòîê âõîäèò íåîäèíàêîâîå êîëè÷åñòâî îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé.  ðàñòèòåëüíûõ êëåòêàõ ïðåîáëàäàþò ñëîæíûå óãëåâîäû-ïîëèñàõàðèäû, â æèâîòíûõ - áîëüøå áåëêîâ è æèðîâ. Òåì íå ìåíåå, êàæäàÿ èç ãðóïï îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ â ëþáîì òèïå êëåòîê âûïîëíÿåò ñõîäíûå ôóíêöèè: îáåñïå÷èâàåò ýíåðãèåé, ÿâëÿåòñÿ ñòðîèòåëüíûì ìàòåðèàëîì.
1. ÊÐÀÒÊÀß ÑÏÐÀÂÊÀ ÎÁ ÓÃËÅÂÎÄÀÕ
Óãëåâîäû - îðãàíè÷åñêèå ñîåäèíåíèÿ, ñîñòîÿùèå èç îäíîé èëè ìíîãèõ ìîëåêóë ïðîñòûõ ñàõàðîâ. Ìîëÿðíàÿ ìàññà óãëåâîäîâ êîëåáëåòñÿ â ïðåäåëàõ îò 100 äî 1000000 Äà (Äàëüòîí-ìàññà, ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíàÿ ìàññå îäíîãî àòîìà âîäîðîäà). Èõ îáùóþ ôîðìóëó îáû÷íî çàïèñûâàþò â âèäå Ñn(Í2Î)n (ãäå n - íå ìåíüøå òðåõ). Âïåðâûå â 1844 ã. ýòîò òåðìèí ââåë îòå÷åñòâåííûé ó÷åíûé Ê. Øìèä (1822-1894).
Íàçâàíèå "óãëåâîäû" âîçíèêëî íà îñíîâàíèè àíàëèçà ïåðâûõ èçâåñòíûõ ïðåäñòàâèòåëåé ýòîé ãðóïïû ñîåäèíåíèé. Îêàçàëîñü, ÷òî ýòè âåùåñòâà ñîñòîÿò èç óãëåðîäà, âîäîðîäà è êèñëîðîäà, ïðè÷åì ñîîòíîøåíèå ÷èñëà àòîìîâ âîäîðîäà è êèñëîðîäà ó íèõ òàêîå æå, êàê è â âîäå: íà äâà àòîìà âîäîðîäà - îäèí àòîì êèñëîðîäà. Òàêèì îáðàçîì, èõ ðàññìàòðèâàëè êàê ñîåäèíåíèå óãëåðîäà ñ âîäîé.  äàëüíåéøåì ñòàëî èçâåñòíî ìíîãî óãëåâîäîâ, íå îòâå÷àþùèõ ýòîìó óñëîâèþ, îäíàêî íàçâàíèå "óãëåâîäû" äî ñèõ ïîð îñòàåòñÿ îáùåïðèíÿòûì.  æèâîòíîé êëåòêå óãëåâîäû íàõîäÿòñÿ â êîëè÷åñòâå, íå ïðåâûøàþùåì 2-5 %. Íàèáîëåå áîãàòû óãëåâîäàìè ðàñòèòåëüíûå êëåòêè, ãäå èõ ñîäåðæàíèå â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ äîñòèãàåò 90 % ñóõîé ìàññû (íàïðèìåð, â êëóáíÿõ êàðòîôåëÿ, ñåìåíàõ).
2. ÊËÀÑÑÈÔÈÊÀÖÈß ÓÃËÅÂÎÄÎÂ
Âûäåëÿþò òðè ãðóïïû óãëåâîäîâ: ìîíîñàõàðèäû, èëè ïðîñòûå ñàõàðà (ãëþêîçà, ôðóêòîçà); îëèãîñàõàðèäû - ñîåäèíåíèÿ, ñîñòîÿùèå èç 2-10 ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ ìîëåêóë ïðîñòûõ ñàõàðîâ (ñàõàðîçà, ìàëüòîçà); ïîëèñàõàðèäû, âêëþ÷àþùèå áîëåå 10 ìîëåêóë ñàõàðîâ (êðàõìàë, öåëëþëîçà).
3. ÑÒÐÓÊÒÓÐÍÎ-ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÛÅ ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÈ ÎÐÃÀÍÈÇÀÖÈÈ ÌÎÍÎ- È ÄÈÑÀÕÀÐÈÄÎÂ: ÑÒÐÎÅÍÈÅ; ÍÀÕÎÆÄÅÍÈÅ Â ÏÐÈÐÎÄÅ; ÏÎËÓ×ÅÍÈÅ. ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÎÒÄÅËÜÍÛÕ ÏÐÅÄÑÒÀÂÈÒÅËÅÉ
Ìîíîñàõàðèäû - ýòî êåòîííûå èëè àëüäåãèäíûå ïðîèçâîäíûå ìíîãîàòîìíûõ ñïèðòîâ. Àòîìû óãëåðîäà, âîäîðîäà è êèñëîðîäà, âõîäÿùèå â èõ ñîñòàâ, íàõîäÿòñÿ â ñîîòíîøåíèè 1:2:1. Îáùàÿ ôîðìóëà äëÿ ïðîñòûõ ñàõàðîâ - (ÑÍ2Î)n.  çàâèñèìîñòè îò äëèíû óãëåðîäíîãî ñêåëåòà (êîëè÷åñòâà àòîìîâ óãëåðîäà), èõ ðàçäåëÿþò íà: òðèîçû-Ñ3, òåòðîçû-Ñ4, ïåíòîçû-Ñ5, ãåêñîçû-Ñ6 è ò. ä. Êðîìå òîãî, ñàõàðà ðàçäåëÿþò íà:
- àëüäîçû, èìåþùèå â ñîñòàâå àëüäåãèäíóþ ãðóïïó, - Ñ=Î. Ê íèì îòíîñèòñÿ | Í ãëþêîçà:
H H H H H
| | | | /
CH2OH - C - C - C - C - C
| | | | \\
OH OH OH OH OH
- êåòîçû, èìåþùèå â ñîñòàâå êåòîííóþ ãðóïïó, - C-. Ê íèì, íàïðèìåð, || îòíîñèòñÿ ôðóêòîçà.
 ðàñòâîðàõ âñå ñàõàðà, íà÷èíàÿ ñ ïåíòîç, èìåþò öèêëè÷åñêóþ ôîðìó; â ëèíåéíîé æå ôîðìå ïðèñóòñòâóþò òîëüêî òðèîçû è òåòðîçû. Ïðè îáðàçîâàíèè öèêëè÷åñêîé ôîðìû àòîì êèñëîðîäà àëüäåãèäíîé ãðóïïû ñâÿçûâàåòñÿ êîâàëåíòíîé ñâÿçüþ ñ ïðåäïîñëåäíèì àòîìîì óãëåðîäà öåïè, â ðåçóëüòàòå îáðàçóþòñÿ ïîëóàöåòàëè (â ñëó÷àå àëüäîç) è ïîëóêåòàëè (â ñëó÷àå êåòîç).
ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ ÌÎÍÎÑÀÕÀÐÈÄÎÂ, ÎÒÄÅËÜÍÛÅ ÏÐÅÄÑÒÀÂÈÒÅËÈ
Èç òåòðîç â ïðîöåññàõ îáìåíà íàèáîëåå âàæíà ýðèòðîçà. Ýòîò ñàõàð - îäèí èç ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ ôîòîñèíòåçà. Ïåíòîçû âñòðå÷àþòñÿ â ïðèðîäíûõ óñëîâèÿõ ãëàâíûì îáðàçîì êàê ñîñòàâíûå ÷àñòè ìîëåêóë áîëåå ñëîæíî ïîñòðîåííûõ âåùåñòâ, íàïðèìåð ñëîæíûõ ïîëèñàõàðèäîâ, íîñÿùèõ íàçâàíèå ïåíòîçàíîâ, à òàêæå ðàñòèòåëüíûõ êàìåäåé. Ïåíòîçû â çíà÷èòåëüíîì êîëè÷åñòâå (10-15 %) ñîäåðæàòñÿ â äðåâåñèíå, ñîëîìå.  ïðèðîäå ïðåèìóùåñòâåííî âñòðå÷àåòñÿ àðàáèíîçà. Îíà ñîäåðæèòñÿ â âèøíåâîì êëåå, ñâåêëå è àðàâèéñêîé êàìåäè , îòêóäà åå è ïîëó÷àþò. Ðèáîçà è äåçîêñèðèáîçà øèðîêî ïðåäñòàâëåíû â æèâîòíîì è ðàñòèòåëüíîì ìèðå, ýòî ñàõàðà, âõîäÿùèå â ñîñòàâ ìîíîìåðîâ íóêëåèíîâûõ êèñëîò ÐÍÊ è ÄÍÊ. Ïîëó÷àþò ðèáîçó ýïèìåðèçàöèåé àðàáèíîçû.
Êñèëîçà îáðàçóåòñÿ ïðè ãèäðîëèçå ïîëèñàõàðèäà êñèëîçàíà, ñîäåðæàùåãîñÿ â ñîëîìå, îòðóáÿõ, äðåâåñèíå, øåëóõå ïîäñîëíå÷íèêà. Ïðîäóêòàìè ðàçëè÷íûõ òèïîâ áðîæåíèÿ êñèëîçû ÿâëÿþòñÿ ìîëî÷íàÿ, óêñóñíàÿ, ëèìîííàÿ, ÿíòàðíàÿ è äðóãèå êèñëîòû. Îðãàíèçìîì ÷åëîâåêà êñèëîçà óñâàèâàåòñÿ ïëîõî. Ãèäðîëèçàòû, ñîäåðæàùèå êñèëîçó, èñïîëüçóþòñÿ äëÿ âûðàùèâàíèÿ íåêîòîðûõ âèäîâ äðîææåé, îíè â êà÷åñòâå áåëêîâîãî èñòî÷íèêà ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ êîðìëåíèÿ ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ æèâîòíûõ. Ïðè âîññòàíîâëåíèè êñèëîçû ïîëó÷àþò ñïèðò êñèëèò, åãî èñïîëüçóþò êàê çàìåíèòåëü ñàõàðà äëÿ áîëüíûõ äèàáåòîì. Øèðîêî ïðèìåíÿþò êñèëèò êàê ñòàáèëèçàòîð âëàæíîñòè è ïëàñòèôèêàòîð (â áóìàæíîé ïðîìûøëåííîñòè, ïàðôþìåðèè, ïðîèçâîäñòâå öåëëîôàíà). Îí ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç îñíîâíûõ êîìïîíåíòîâ ïðè ïîëó÷åíèè ðÿäà ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ âåùåñòâ, ëàêîâ, êëååâ.
Èç ãåêñîçû íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû ãëþêîçà, ôðóêòîçà, ãàëàêòîçà, èõ îáùàÿ ôîðìóëà - Ñ6Í12Î6.
Ãëþêîçà (âèíîãðàäíûé ñàõàð, äåêñòðîçà) ñîäåðæèòñÿ â ñîêå âèíîãðàäà è äðóãèõ ñëàäêèõ ïëîäîâ è â íåáîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ - â îðãàíèçìàõ æèâîòíûõ è ÷åëîâåêà. Ãëþêîçà âõîäèò â ñîñòàâ âàæíåéøèõ äèñàõàðèäîâ - òðîñòíèêîâîãî è âèíîãðàäíîãî ñàõàðîâ. Âûñîêîìîëåêóëÿðíûå ïîëèñàõàðèäû, ò. å. êðàõìàë, ãëèêîãåí (æèâîòíûé êðàõìàë) è êëåò÷àòêà, öåëèêîì ïîñòðîåíû èç îñòàòêîâ ìîëåêóë ãëþêîçû, ñîåäèíåííûõ äðóã ñ äðóãîì ðàçëè÷íûìè ñïîñîáàìè. Ãëþêîçà - ïåðâè÷íûé èñòî÷íèê ýíåðãèè äëÿ êëåòîê.
 êðîâè ÷åëîâåêà ãëþêîçû ñîäåðæèòñÿ 0,1-0,12 %, ñíèæåíèå ïîêàçàòåëÿ âûçûâàåò íàðóøåíèå æèçíåäåÿòåëüíîñòè íåðâíûõ è ìûøå÷íûõ êëåòîê, èíîãäà ñîïðîâîæäàåìîå ñóäîðîãàìè èëè îáìîðî÷íûì ñîñòîÿíèåì. Óðîâåíü ñîäåðæàíèÿ ãëþêîçû â êðîâè ðåãóëèðóåòñÿ ñëîæíûì ìåõàíèçìîì ðàáîòû íåðâíîé ñèñòåìû è æåëåç âíóòðåííåé ñåêðåöèè. Îäíî èç ìàññîâûõ òÿæåëûõ ýíäîêðèííûõ çàáîëåâàíèé - ñàõàðíûé äèàáåò - ñâÿçàíî ñ ãèïîôóíêöèåé îñòðîâêîâûõ çîí ïîäæåëóäî÷íîé æåëåçû. Ñîïðîâîæäàåòñÿ çíà÷èòåëüíûì ñíèæåíèåì ïðîíèöàåìîñòè ìåìáðàíû ìûøå÷íûõ è æèðîâûõ êëåòîê äëÿ ãëþêîçû, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ ñîäåðæàíèÿ ãëþêîçû â êðîâè, à òàêæå â ìî÷å.
Ãëþêîçó äëÿ ìåäèöèíñêèõ öåëåé ïîëó÷àþò ïóòåì î÷èñòêè - ïåðåêðèñòàëëèçàöèè - òåõíè÷åñêîé ãëþêîçû èç âîäíûõ èëè âîäíî-ñïèðòîâûõ ðàñòâîðîâ. Ãëþêîçà èñïîëüçóåòñÿ â òåêñòèëüíîì ïðîèçâîäñòâå è â íåêîòîðûõ äðóãèõ ïðîèçâîäñòâàõ â êà÷åñòâå âîññòàíîâèòåëÿ.  ìåäèöèíå ÷èñòàÿ ãëþêîçà ïðèìåíÿåòñÿ â âèäå ðàñòâîðîâ äëÿ ââåäåíèÿ â êðîâü ïðè ðÿäå çàáîëåâàíèé è â âèäå òàáëåòîê. Èç íåå ïîëó÷àþò âèòàìèí Ñ.
Ãàëàêòîçà âìåñòå ñ ãëþêîçîé âõîäèò â ñîñòàâ íåêîòîðûõ ãëèêîçèäîâ è ïîëèñàõàðèäîâ. Îñòàòêè ìîëåêóë ãàëàêòîçû âõîäÿò â ñîñòàâ ñëîæíåéøèõ áèîïîëèìåðîâ - ãàíãëèîçèäîâ, èëè ãëèêîñôèíãîëèïèäîâ. Îíè îáíàðóæåíû â íåðâíûõ óçëàõ (ãàíãëèÿõ) ÷åëîâåêà è æèâîòíûõ è ñîäåðæàòñÿ òàêæå â òêàíè ìîçãà, â ñåëåçåíêå â ýðèòðîöèòàõ. Ïîëó÷àþò ãàëàêòîçó ãëàâíûì îáðàçîì ãèäðîëèçîì ìîëî÷íîãî ñàõàðà.
Ôðóêòîçà (ôðóêòîâûé ñàõàð) â ñâîáîäíîì ñîñòîÿíèè ñîäåðæèòñÿ âî ôðóêòàõ, ìåäå. Âõîäèò â ñîñòàâ ìíîãèõ ñëîæíûõ ñàõàðîâ, íàïðèìåð òðîñòíèêîâîãî ñàõàðà, èç êîòîðîãî îíà ìîæåò áûòü ïîëó÷åíà ãèäðîëèçîì. Îáðàçóåò ñëîæíî ïîñòðîåííûé âûñîêîìîëåêóëÿðíûé ïîëèñàõàðèä èíóëèí, ñîäåðæàùèéñÿ â íåêîòîðûõ ðàñòåíèÿõ. Ôðóêòîçó ïîëó÷àþò òàêæå èç èíóëèíà. Ôðóêòîçà - öåííûé ïèùåâîé ñàõàð; îíà â 1,5 ðàçà ñëàùå ñàõàðîçû è â 3 ðàçà ñëàùå ãëþêîçû. Îíà õîðîøî óñâàèâàåòñÿ îðãàíèçìîì. Ïðè âîññòàíîâëåíèè ôðóêòîçû îáðàçóþòñÿ ñîðáèò è ìàííèò. Ñîðáèò ïðèìåíÿþò êàê çàìåíèòåëü ñàõàðà â ïèòàíèè áîëüíûõ äèàáåòîì; êðîìå òîãî, åãî èñïîëüçóþò äëÿ ïðîèçâîäñòâà àñêîðáèíîâîé êèñëîòû (âèòàìèí Ñ). Ïðè îêèñëåíèè ôðóêòîçà äàåò âèííóþ è ùàâåëåâóþ êèñëîòó.
Äèñàõàðèäû - òèïè÷íûå ñàõàðîïîäîáíûå ïîëèñàõàðèäû. Ýòî òâåðäûå âåùåñòâà, èëè íåêðèñòàëëèçóþùèåñÿ ñèðîïû, õîðîøî ðàñòâîðèìûå â âîäå. Êàê àìîðôíûå, òàê è êðèñòàëëè÷åñêèå äèñàõàðèäû îáû÷íî ïëàâÿòñÿ â íåêîòîðîì èíòåðâàëå òåìïåðàòóð è, êàê ïðàâèëî, ñ ðàçëîæåíèåì. Äèñàõàðèäû îáðàçóþòñÿ â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè êîíäåíñàöèè ìåæäó äâóìÿ ìîíîñàõàðèäàìè, îáû÷íî ãåêñîçàìè. Ñâÿçü ìåæäó äâóìÿ ìîíîñàõàðèäàìè íàçûâàþò ãëèêîçèäíîé ñâÿçüþ. Îáû÷íî îíà îáðàçóåòñÿ ìåæäó ïåðâûì è ÷åòâåðòûì óãëåðîäíûìè àòîìàìè ñîñåäíèõ ìîíîñàõàðèäíûõ åäèíèö (1,4-ãëèêîçèäíàÿ ñâÿçü). Ýòîò ïðîöåññ ìîæåò ïîâòîðÿòüñÿ áåññ÷åòíîå ÷èñëî ðàç, â ðåçóëüòàòå ÷åãî è âîçíèêàþò ãèãàíòñêèå ìîëåêóëû ïîëèñàõàðèäîâ. Ïîñëå òîãî êàê ìîíîñàõàðèäíûå åäèíèöû ñîåäèíÿòñÿ äðóã ñ äðóãîì, èõ íàçûâàþò îñòàòêàìè. Òàêèì îáðàçîì ìàëüòîçà ñîñòîèò èç äâóõ îñòàòêîâ ãëþêîçû.
Ñðåäè äèñàõàðèäîâ íàèáîëåå øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû ìàëüòîçà (ãëþêîçà + ãëþêîçà), ëàêòîçà (ãëþêîçà + ãàëàêòîçà), ñàõàðîçà (ãëþêîçà + ôðóêòîçà).
ÎÒÄÅËÜÍÛÅ ÏÐÅÄÑÒÀÂÈÒÅËÈ ÄÈÑÀÕÀÐÈÄÎÂ
Ìàëüòîçà (ñîëîäîâûé ñàõàð) èìååò ôîðìóëó Ñ12Í22Î11. Íàçâàíèå âîçíèêëî â ñâÿçè ñî ñïîñîáîì ïîëó÷åíèÿ ìàëüòîçû: åå ïîëó÷àþò èç êðàõìàëà ïðè âîçäåéñòâèè ñîëîäà (ëàò. maltum - ñîëîä).  ðåçóëüòàòå ãèäðîëèçà ìàëüòîçà ðàñùåïëÿåòñÿ íà äâå ìîëåêóëû ãëþêîçû:
Ñ12Í22Î11 + Í2Î = 2Ñ6Í12Î6
Ñîëîäîâûé ñàõàð ÿâëÿåòñÿ ïðîìåæóòî÷íûì ïðîäóêòîì ïðè ãèäðîëèçå êðàõìàëà, îí øèðîêî ðàñïðîñòðàíåí â ðàñòèòåëüíûõ è æèâîòíûõ îðãàíèçìàõ. Ñîëîäîâûé ñàõàð çíà÷èòåëüíî ìåíåå ñëàäîê, ÷åì òðîñòíèêîâûé (â 0,6 ðàçà ïðè îäèíàêîâûõ êîíöåíòðàöèÿõ).
Ëàêòîçà (ìîëî÷íûé ñàõàð). Íàçâàíèå ýòîãî äèñàõàðèäà âîçíèêëî â ñâÿçè ñ åãî ïîëó÷åíèåì èç ìîëîêà (îò ëàò. lactum - ìîëîêî). Ïðè ãèäðîëèçå ëàêòîçà ðàñùåïëÿåòñÿ íà ãëþêîçó è ãàëàêòîçó:
Ñ12Í22Î11 + Í2Î = Ñ6Í12Î6 + Ñ6Í12Î6
Ëàêòîçó ïîëó÷àþò èç ìîëîêà: â êîðîâüåì ìîëîêå åå ñîäåðæèòñÿ 4-5,5 %, â æåíñêîì ìîëîêå - 5,5-8,4 %. Ëàêòîçà îòëè÷àåòñÿ îò äðóãèõ ñàõàðîâ îòñóòñòâèåì ãèãðîñêîïè÷íîñòè: îíà íå îòñûðåâàåò. Ìîëî÷íûé ñàõàð ïðèìåíÿåòñÿ êàê ôàðìàöåâòè÷åñêèé ïðåïàðàò è ïèòàíèå äëÿ ãðóäíûõ äåòåé. Ëàêòîçà â 4 èëè 5 ðàç ìåíåå ñëàäêà, ÷åì ñàõàðîçà.
Ñàõàðîçà (òðîñòíèêîâûé èëè ñâåêëîâè÷íûé ñàõàðà). Íàçâàíèå âîçíèêëî â ñâÿçè ñ åå ïîëó÷åíèåì ëèáî èç ñàõàðíîé ñâåêëû, ëèáî èç ñàõàðíîãî òðîñòíèêà. Òðîñòíèêîâûé ñàõàð áûë èçâåñòåí çà ìíîãî ñòîëåòèé äî íàøåé ýðû. Ëèøü â ñåðåäèíå XVIII â. ýòîò äèñàõàðèä áûë îáíàðóæåí â ñàõàðíîé ñâåêëå è òîëüêî â íà÷àëå XIX â. îí áûë ïîëó÷åí â ïðîèçâîäñòâåííûõ óñëîâèÿõ. Ñàõàðîçà î÷åíü ðàñïðîñòðàíåíà â ðàñòèòåëüíîì ìèðå. Ëèñòüÿ è ñåìåíà âñåãäà ñîäåðæàò íåáîëüøîå êîëè÷åñòâî ñàõàðîçû. Îíà ñîäåðæèòñÿ òàêæå â ïëîäàõ (àáðèêîñàõ, ïåðñèêàõ, ãðóøàõ, àíàíàñàõ). Åå ìíîãî â êëåíîâîì è ïàëüìîâîì ñîêàõ, êóêóðóçå. Ýòî íàèáîëåå èçâåñòíûé è øèðîêî ïðèìåíÿåìûé ñàõàð. Ïðè ãèäðîëèçå èç íåãî îáðàçóþòñÿ ãëþêîçà è ôðóêòîçà:
Ñ12Í22Î11 + Í2Î = Ñ6Í12Î6 + Ñ6Í12Î6
Ñìåñü ðàâíûõ êîëè÷åñòâ ãëþêîçû è ôðóêòîçû, ïîëó÷àþùàÿñÿ â ðåçóëüòàòå èíâåðñèè òðîñòíèêîâîãî ñàõàðà (â ñâÿçè ñ èçìåíåíèåì â ïðîöåññå ãèäðîëèçà ïðàâîãî âðàùåíèÿ ðàñòâîðà íà ëåâîå), íàçûâàåòñÿ èíâåðòíûì ñàõàðîì (èíâåðñèÿ âðàùåíèÿ). Ïðèðîäíûì èíâåðòíûì ñàõàðîì ÿâëÿåòñÿ ìåä, ñîñòîÿùèé â îñíîâíîì èç ãëþêîçû è ôðóêòîçû.
Ñàõàðîçó ïîëó÷àþò â îãðîìíûõ êîëè÷åñòâàõ. Ñàõàðíàÿ ñâåêëà ñîäåðæèò 16-20 % ñàõàðîçû, ñàõàðíûé òðîñòíèê - 14-26 %. Ïðîìûòóþ ñâåêëó èçìåëü÷àþò è â àïïàðàòàõ ìíîãîêðàòíî èçâëåêàþò ñàõàðîçó âîäîé, èìåþùåé òåìïåðàòóðó îêîëî 80 ãðàä. Ïîëó÷åííóþ æèäêîñòü, ñîäåðæàùóþ, êðîìå ñàõàðîçû, áîëüøîå êîëè÷åñòâî ðàçëè÷íûõ ïðèìåñåé, îáðàáàòûâàþò èçâåñòüþ. Èçâåñòü îñàæäàåò â âèäå êàëüöèåâûõ ñîëåé ðÿä îðãàíè÷åñêèõ êèñëîò, à òàêæå áåëêè è íåêîòîðûå äðóãèå âåùåñòâà. ×àñòü èçâåñòè ïðè ýòîì îáðàçóåò ñ òðîñòíèêîâûì ñàõàðîì ðàñòâîðèìûå â õîëîäíîé âîäå êàëüöèåâûå ñàõàðàòû, êîòîðûå ðàçðóøàþòñÿ îáðàáîòêîé äèîêñèäîì óãëåðîäà.
Îñàäîê êàðáîíàòà êàëüöèÿ îòäåëÿþò ôèëüòðàöèåé, ôèëüòðàò ïîñëå äîïîëíèòåëüíîé î÷èñòêè óïàðèâàþò â âàêóóìå äî ïîëó÷åíèÿ êàøèöåîáðàçíîé ìàññû. Âûäåëèâøèåñÿ êðèñòàëëû ñàõàðîçû îòäåëÿþò ïðè ïîìîùè öåíòðèôóã. Òàê ïîëó÷àþò ñûðîé ñàõàðíûé ïåñîê, èìåþùèé æåëòîâàòûé öâåò, ìàòî÷íûé ðàñòâîð áóðîãî öâåòà, íåêðèñòàëëèçóþùèéñÿ ñèðîï (ñâåêëîâè÷íàÿ ïàòîêà, èëè ìåëàññà). Ñàõàðíûé ïåñîê î÷èùàþò (ðàôèíèðóþò) è ïîëó÷àþò ãîòîâûé ïðîäóêò.
4. ÁÈÎËÎÃÈ×ÅÑÊÀß ÐÎËÜ ÁÈÎÏÎËÈÌÅÐΠ- ÏÎËÈÑÀÕÀÐÈÄÎÂ
Ïîëèñàõàðèäû - âûñîêîìîëåêóëÿðíûå (äî 1000000 Äà) ïîëèìåðíûå ñîåäèíåíèÿ, ñîñòîÿùèå èç áîëüøîãî ÷èñëà ìîíîìåðîâ - ñàõàðîâ, èõ îáùàÿ ôîðìóëà Ñx(Í2Î)y. Íàèáîëåå ÷àñòî âñòðå÷àþùèìñÿ ìîíîìåðîì ïîëèñàõàðèäîâ ÿâëÿåòñÿ ãëþêîçà, âñòðå÷àþòñÿ ìàíîçà, ãàëàêòîçà è äðóãèå ñàõàðà. Ïîëèñàõàðèäû äåëÿòñÿ íà:
- ãîìîïîëèñàõàðèäû, ñîñòîÿùèå èç ìîëåêóë ìîíîñàõàðèäîâ îäíîãî òèïà (òàê, êðàõìàë è öåëëþëîçà ñîñòîÿò òîëüêî èç ãëþêîçû);
- ãåòåðîïîëèñàõàðèäû, â ñîñòàâ êîòîðûõ â êà÷åñòâå ìîíîìåðîâ ìîãóò âõîäèòü íåñêîëüêî ðàçëè÷íûõ ñàõàðîâ (ãåïàðèí).
Åñëè â ïîëèñàõàðèäå ïðèñóòñòâóþò òîëüêî 1,4= ãëèêîçèäíûå ñâÿçè, ìû ïîëó÷èì ëèíåéíûé, íåðàçâåòâëåííûé ïîëèìåð (öåëëþëîçà); åñëè ïðèñóòñòâóþò êàê 1,4=, òàê è 1,6= ñâÿçè, ïîëèìåð áóäåò ðàçâåòâëåííûì (ãëèêîãåí). Ê ÷èñëó íàèáîëåå âàæíûõ ïîëèñàõàðèäîâ îòíîñÿòñÿ: öåëëþëîçà, êðàõìàë, ãëèêîãåí, õèòèí.
Öåëëþëîçà, èëè êëåò÷àòêà (îò ëàò. ñellula - êëåòî÷êà), ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì êîìïîíåíòîì êëåòî÷íîé ñòåíêè ðàñòèòåëüíûõ êëåòîê. Ýòî ëèíåéíûé ïîëèñàõàðèä, ñîñòîÿùèé èç ãëþêîçû, ñîåäèíåííûõ 1,4= ñâÿçÿìè. Êëåò÷àòêà ñîñòàâëÿåò îò 50 äî 70 % äðåâåñèíû. Õëîïîê ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïî÷òè ÷èñòóþ êëåò÷àòêó. Âîëîêíà ëüíà è êîíîïëè ñîñòîÿò ïðåèìóùåñòâåííî èç êëåò÷àòêè. Íàèáîëåå ÷èñòûìè îáðàçöàìè êëåò÷àòêè ÿâëÿåòñÿ î÷èùåííàÿ âàòà, ïîëó÷àåìàÿ èç õëîïêà, è ôèëüòðîâàëüíàÿ áóìàãà.
Êðàõìàë - ðàçâåòâëåííûé ïîëèñàõàðèä ðàñòèòåëüíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, ñîñòîÿùèé èç ãëþêîçû.  ïîëèñàõàðèäå îñòàòêè ãëþêîçû ñâÿçàíû 1,4= è 1,6= ãëèêîçèäíûìè ñâÿçÿìè. Ïðè èõ ðàñùåïëåíèè ðàñòåíèÿ ïîëó÷àþò ãëþêîçó, íåîáõîäèìóþ â ïðîöåññå èõ æèçíåäåÿòåëüíîñòè. Êðàõìàë îáðàçóåòñÿ ïðè ôîòîñèíòåçå â çåëåíûõ ëèñòüÿõ â âèäå çåðåí. Ýòè çåðíà îñîáåííî ëåãêî îáíàðóæèòü â ìèêðîñêîïå, èñïîëüçóÿ èçâåñòêîâóþ ðåàêöèþ ñ éîäîì: êðàõìàëüíûå çåðíà îêðàøèâàþòñÿ â ñèíèé èëè ñèíå-÷åðíûé öâåò.
Ïî íàêîïëåíèþ êðàõìàëüíûõ çåðåí ìîæíî ñóäèòü îá èíòåíñèâíîñòè ôîòîñèíòåçà. Êðàõìàë â ëèñòüÿõ ðàñùåïëÿåòñÿ íà ìîíîñàõàðèäû èëè îëèãîñàõàðèäû è ïåðåíîñèòñÿ â äðóãèå ÷àñòè ðàñòåíèé, íàïðèìåð â êëóáíè êàðòîôåëÿ èëè çåðíà çëàêîâ. Çäåñü âíîâü ïðîèñõîäèò îòëîæåíèå êðàõìàëà â âèäå çåðåí. Íàèáîëüøåå ñîäåðæàíèå êðàõìàëà â ñëåäóþùèõ êóëüòóðàõ:
- ðèñ (çåðíî) - 62-82 %;
- êóêóðóçà (çåðíî) - 65-75 %;
- ïøåíèöà (çåðíî) - 57-75 %;
- êàðòîôåëü (êëóáíè) - 12-24 %.
 òåêñòèëüíîé ïðîìûøëåííîñòè êðàõìàë èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà çàãóñòèòåëåé êðàñîê. Îí ïðèìåíÿåòñÿ â ñïè÷å÷íîé, áóìàæíîé, ïîëèãðàôè÷åñêîé ïðîìûøëåííîñòè, â ïåðåïëåòíîì äåëå.  ìåäèöèíå è ôàðìàêîëîãèè êðàõìàë èäåò íà ïðèãîòîâëåíèå ïðèñûïîê, ïàñò (ãóñòûõ ìàçåé), à òàêæå íåîáõîäèì â ïðîèçâîäñòâå òàáëåòîê. Ïîäâåðãàÿ êðàõìàë êèñëîòíîìó ãèäðîëèçó, ìîæíî ïîëó÷èòü ãëþêîçó â âèäå ÷èñòîãî êðèñòàëëè÷åñêîãî ïðåïàðàòà èëè â âèäå ïàòîêè - îêðàøåííîãî íåêðèñòàëëèçóþùåãîñÿ ñèðîïà.
Íàëàæåíî ïðîèçâîäñòâà ìîäèôèöèðîâàííûõ êðàõìàëîâ, ïîäâåðãàâøèõñÿ ñïåöèàëüíîé îáðàáîòêå èëè ñîäåðæàùèõ óëó÷øàþùèå èõ ñâîéñòâà äîáàâêè. Ìîäèôèöèðîâàííûå êðàõìàëû øèðîêî ïðèìåíÿþòñÿ â ðàçëè÷íûõ îòðàñëÿõ ïðîìûøëåííîñòè.
Ãëèêîãåí - áîëåå ðàçâåòâëåííûé, ÷åì êðàõìàë, ïîëèñàõàðèä æèâîòíîãî ïðîèñõîæäåíèÿ, ñîñòîÿùèé èç ãëþêîçû. Îí èãðàåò èñêëþ÷èòåëüíî âàæíóþ ðîëü â îðãàíèçìàõ æèâîòíûõ êàê çàïàñíîé ïîëèñàõàðèä: âñå ïðîöåññû æèçíåäåÿòåëüíîñòè, â ïåðâóþ î÷åðåäü ìûøå÷íàÿ ðàáîòà, ñîïðîâîæäàþòñÿ ðàñùåïëåíèåì ãëèêîãåíà, îòäàþùåãî ñîñðåäîòî÷åííóþ â íåì ýíåðãèþ.  òêàíÿõ îðãàíèçìà èç ãëèêîãåíà â ðåçóëüòàòå ðÿäà ñëîæíûõ ïðåâðàùåíèé ìîæåò îáðàçîâûâàòüñÿ ìîëî÷íàÿ êèñëîòà.
Ãëèêîãåí ñîäåðæèòñÿ âî âñåõ æèâîòíûõ òêàíÿõ. Îñîáåííî åãî ìíîãî â ïå÷åíè (äî 20 %) è ìûøöàõ (äî 4 %). Îí ïðèñóòñòâóåò òàêæå â íåêîòîðûõ íèçøèõ ðàñòåíèÿõ, äðîææàõ è ãðèáàõ, åãî ìîæíî âûäåëèòü ïóòåì îáðàáîòêè æèâîòíûõ òêàíåé 5-10 %-íîé òðèõëîðóêñóñíîé êèñëîòîé ñ ïîñëåäóþùèì îñàæäåíèåì èçâëå÷åííîãî ãëèêîãåíà ñïèðòîì. Ñ éîäîì ðàñòâîðû ãëèêîãåíà äàþò îêðàøèâàíèå îò âèííî-êðàñíîãî äî êðàñíî-áóðîãî, â çàâèñèìîñòè îò ïðîèñõîæäåíèÿ ãëèêîãåíà, âèäà æèâîòíîãî è äðóãèõ óñëîâèé. Îêðàøèâàíèå éîäîì èñ÷åçàåò ïðè êèïÿ÷åíèè è âíîâü ïîÿâëÿåòñÿ ïðè îõëàæäåíèè.
Õèòèí ïî ñâîåé ñòðóêòóðå è ôóíêöèè î÷åíü áëèçîê ê öåëëþëîçå - ýòî òîæå ñòðóêòóðíûé ïîëèñàõàðèä. Õèòèí âñòðå÷àåòñÿ ó íåêîòîðûõ ãðèáîâ, ãäå îí èãðàåò â êëåòî÷íûõ ñòåíêàõ îïîðíóþ ðîëü áëàãîäàðÿ ñâîåé âîëîêíèñòîé ñòðóêòóðå, à òàêæå ó íåêîòîðûõ ãðóïï æèâîòíûõ (îñîáåííî ó ÷ëåíèñòîíîãèõ) â êà÷åñòâå âàæíîãî êîìïîíåíòà èõ íàðóæíîãî ñêåëåòà. Ñòðîåíèå õèòèíà ñõîäíî ñî ñòðîåíèåì öåëëþëîçû, åãî äëèííûå ïàðàëëåëüíûå öåïè òàêæå ñîáðàíû â ïó÷êè.
5. ÕÈÌÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ ÓÃËÅÂÎÄÎÂ
Âñå ìîíîñàõàðèäû è íåêîòîðûå äèñàõàðèäû, â òîì ÷èñëå ìàëüòîçà è ëàêòîçà, îòíîñÿòñÿ ê ãðóïïå ðåäóöèðóþùèõ (âîññòàíàâëèâàþùèõ) ñàõàðîâ. Ñàõàðîçà - íåðåäóöèðóþùèé ñàõàð. Âîññòàíîâèòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü ñàõàðîâ çàâèñèò ó àëüäîç îò àêòèâíîñòè àëüäåãèäíîé ãðóïïû, à ó êåòîç - îò àêòèâíîñòè êàê êåòîãðóïïû, òàê è ïåðâè÷íûõ ñïèðòîâûõ ãðóïï. Ó íåðåäóöèðóþùèõ ñàõàðîâ ýòè ãðóïïû íå ìîãóò âñòóïàòü â êàêèå-ëèáî ðåàêöèè, ïîòîìó ÷òî çäåñü îíè ó÷àñòâóþò â îáðàçîâàíèè ãëèêîçèäíîé ñâÿçè. Äâå îáû÷íûå ðåàêöèè íà ðåäóöèðóþùèå ñàõàðà - ðåàêöèÿ Áåíåäèêòà è ðåàêöèÿ Ôåëèíãà - îñíîâàíû íà ñïîñîáíîñòè ýòèõ ñàõàðîâ âîññòàíàâëèâàòü èîí äâóõâàëåíòíîé ìåäè äî îäíîâàëåíòíîé.  îáåèõ ðåàêöèÿõ èñïîëüçóåòñÿ ùåëî÷íîé ðàñòâîð ñóëüôàòà ìåäè (2) (CuSO4), êîòîðûé âîññòàíàâëèâàåòñÿ äî íåðàñòâîðèìîãî îêñèäà ìåäè (1) (Cu2O). Èîííîå óðàâíåíèå: Cu2+ + e = Cu+ äàåò ñèíèé ðàñòâîð, êèðïè÷íî-êðàñíûé îñàäîê. Âñå ïîëèñàõàðèäû íåðåäóöèðóþùèå.
ÇÀÊËÞ×ÅÍÈÅ
Îñíîâíàÿ ðîëü óãëåâîäîâ ñâÿçàíà ñ èõ ýíåðãåòè÷åñêîé ôóíêöèåé. Ïðè èõ ôåðìåíòàòèâíîì ðàñùåïëåíèè è îêèñëåíèè âûäåëÿåòñÿ ýíåðãèÿ, êîòîðàÿ èñïîëüçóåòñÿ êëåòêîé. Ïîëèñàõàðèäû èãðàþò ãëàâíûì îáðàçîì ðîëü çàïàñíûõ ïðîäóêòîâ è ëåãêî ìîáèëèçèðóåìûõ èñòî÷íèêîâ ýíåðãèè (íàïðèìåð, êðàõìàë è ãëèêîãåí), à òàêæå èñïîëüçóþòñÿ â êà÷åñòâå ñòðîèòåëüíîãî ìàòåðèàëà (öåëëþëîçà è õèòèí).
Ïîëèñàõàðèäû óäîáíû â êà÷åñòâå çàïàñíûõ âåùåñòâ ïî ðÿäó ïðè÷èí: áóäó÷è íåðàñòâîðèìû â âîäå, îíè íå îêàçûâàþò íà êëåòêó íè îñìîòè÷åñêîãî, íè õèìè÷åñêîãî âëèÿíèÿ, ÷òî âåñüìà âàæíî ïðè äëèòåëüíîì õðàíåíèè èõ â æèâîé êëåòêå: òâåðäîå, îáåçâîæåííîå ñîñòîÿíèå ïîëèñàõàðèäîâ óâåëè÷èâàåò ïîëåçíóþ ìàññó ïðîäóêòîâ çàïàñà çà ñ÷åò ýêîíîìèè èõ îáúåìîâ. Ïðè ýòîì ñóùåñòâåííî óìåíüøàåòñÿ âåðîÿòíîñòü ïîòðåáëåíèÿ ýòèõ ïðîäóêòîâ áîëåçíåòâîðíûìè áàêòåðèÿìè, ãðèáàìè è äðóãèì ìèêðîîðãàíèçìàìè, êîòîðûå, êàê èçâåñòíî, íå ìîãóò çàãëàòûâàòü ïèùó, à âñàñûâàþò ïèòàòåëüíûå âåùåñòâà âñåé ïîâåðõíîñòüþ òåëà. Ïðè íåîáõîäèìîñòè çàïàñíûå ïîëèñàõàðèäû ëåãêî ìîãóò áûòü ïðåâðàùåíû â ïðîñòûå ñàõàðà ïóòåì ãèäðîëèçà. Êðîìå òîãî, ñîåäèíÿÿñü ñ ëèïèäàìè è áåëêàìè, óãëåâîäû îáðàçóþò ãëèêîëèïèäû è ãëèêîïðîòåèäû-äâà.
ÑÏÈÑÎÊ ËÈÒÅÐÀÒÓÐÛ
1. Ãðèí Í., Ñòàóò Ó., Òåéëîð Ä. Áèîëîãèÿ: Â 3-õ ò. Ò. 1: Ïåð. ñ àíãë. // Ïîä ðåä. Ð. Ñîïôà. Ì.: Ìèð, 1990, 368 ñ.
2. Íå÷àåâ À. Ï. Îðãàíè÷åñêàÿ õèìèÿ: Ó÷åáíèê äëÿ ó÷àùèõñÿ ïèùåâûõ òåõíèêóìîâ. Ì.: Âûñø. øêîëà, 1988, 319 ñ.
3. Ïàâëîâ È. Þ., Âàõíåíêî Ä. Â., Ìîñêâè÷åâ Ä. Â. Áèîëîãèÿ. Ïîñîáèå-ðåïåòèòîð äëÿ ïîñòóïàþùèõ â âóçû. Ðîñòîâ-íà-Äîíó, èçäàòåëüñòâî "Ôåíèêñ", 1999, 576 ñ.
4. Ëåìåçà Í. À., Êàìëþê À. Â., Ëèñîâ Í. Ä. Áèîëîãèÿ â ýêçàìåíàöèîííûõ âîïðîñàõ è îòâåòàõ. Ì.: Ðîëüô, 1997, 464 ñ.
5. Ìàìîíòîâ Ñ. Ã. Îñíîâû áèîëîãèè: Êóðñ äëÿ ñàìîîáðàçîâàíèÿ. Ì.: Ïðîñâåùåíèå, 1992, 416 ñ.
6. Áèîëîãèÿ äëÿ ïîñòóïàþùèõ â âóçû. Ïîä ðåä. Â. Í. ßðûãèíà. Ì.: Âûñø. øêîëà, 1995, 478 ñ.
7. Êåìï Ï., Àðìñ Ê. Ââåäåíèå â áèîëîãèþ. Ïåð. ñ àíãë. Ì.: Ìèð, 1998, 671 ñ.
|
 |
