Материал: Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

1.1. Моносахариды

Форма «кресла» обладает значительно более устойчивой конформацией, тогда как форма «лодки» более подвижна, что обуславливает существование большего числа вариантов. Кроме того, фуранозный цикл может находиться в твист-форме (скрученной ванны), когда три атома располагаются в одной плоскости, а два выступают из нее.

Гликозиды. Образующийся при формировании циклической формы моносахарида гидроксил обладает более высокой химической активностью, чем остальные гидроксильные группы. Участие гликозидного гидроксила в химических реакциях сопровождается замещением его атома водорода на какие-либо радикалы; в результате получаются соединения, называемые гликозидами, тогда как присоединенный радикал — агликоном. Гликозиды относятся к группе биологически активных соединений, регулирующих обменные процессы в организме растений и животных. При реакции метилового спирта с глюкозой образуется метил-β-D-глюкопиранозид:

β-D-Глюкопираноза Метил-β-D-глюкопиранозид

При действии уксусной кислоты на β-D-глюкопиранозу образуется ацетил-β-D-глюкопиранозид:

β-D-Глюкопираноза Ацетил-β-D-глюкопиранозид

Таким образом, в реакциях ацетилирования и метилирования могут участвовать различные моносахариды. Реакции, протекающие в присутс-

23

Глава 1. Углеводы

твии спиртов, фенолов или карбоновых кислот, сопровождаются образованием О-гликозидов, так как в образовании связи участвует кислород. Однако существует группа гликозидов, у которых гликозидная связь осуществляется через азот; такие соединения относятся к классу N-гли- козидов. Они регулируют процессы расщепления нуклеиновых кислот, нуклеопротеинов, АТФ, НАД, НАДФ и др.

NR

N-Гликозид (α-форма) N-Гликозид (β-форма)

Аминосахариды. К производным аминосахаридов относятся моносахариды, у которых одна из гидроксильных групп замещена NН2-группой. Наиболее распространенными аминосахаридами являются 2-амино-D- глюкоза (D-глюкозамин) и 2-амино-D-галактоза (D-галактозамин).

Гексозамины входят в состав некоторых гликопротеинов, гликолипидов и гликозаминогликанов, содержащихся в различных слизях.

Фосфосахариды. К фосфорнокислым эфирам углеводов относятся моносахариды, этерифицированные фосфорной кислотой; они в основном являются промежуточными продуктами основных метаболических процессов, протекающих при участии углеводов. Среди них следует выделить 3-фосфоглицериновый альдегид, глюкозо-6-фосфат, глюкозо-1-фосфат, фруктозо-6-фосфат, фруктозо-1,6-дифосфат, рибозо-5-фосфат, фруктозо- 2,6-дифосфат и др.

Окисленные формы моносахаридов. Продуктами окисления D-глюкозы могут быть различные соединения (рис. 1.4). Так, если в реакции окисления участвует атом углерода, расположенный в первом положении, то образуется D-глюконовая кислота. Окисление гидроксильной группы при

24

1.2. Олигосахариды

COOH

D;Глюкаровая кислота

Рис. 1.4. Продукты окисления D-глюкозы

шестом углеродном атоме обусловливает образование D-глюкуроновой кислоты. Однако если окисление протекает при первом и шестом атомах углерода, образуется двухкарбоновая D-сахарная кислота.

1.2. ОЛИГОСАХАРИДЫ

К олигосахаридам относят углеводы, в составе которых два и более моносахарида, обычно не более десяти.

Дисахариды. Основными представителями олигосахаридов растений являются дисахариды (мальтоза, сахароза, целлобиоза, лактоза и др.), в составе которых два моносахарида, связанных между собой за счет гликозидной связи. Последняя образуется в результате взаимодействия гидроксильной группы одного из моносахаридов с аномерным атомом углерода второго моносахарида. Гликозидные связи могут гидролизоваться при участии кислот или ферментов гликозидаз (амилазы, целлюлазы, декстраназы, хитиназы и др.).

Мальтоза. В составе мальтозы присутствуют два остатка D-глюкозы, соединенных между собой α-(1→4)-гликозидной связью. Образуется она

25

Глава 1. Углеводы

при гидролизе крахмала (при участии β-амилазы). Высокое содержание фермента отмечается в проросшем зерне. Высушенное проросшее зерно называется солодом. Мальтоза хорошо сбраживается дрожжами.

Мальтоза

Целлобиоза. Она содержит также два остатка D-глюкозы, но соединенных уже β-(1→4)-гликозидной связью. Целлобиоза является основной структурной единицей клетчатки (целлюлозы). В свободном виде в растениях встречается редко. Образуется в основном в рубце жвачных животных при участии ферментов целлюлазного комплекса.

HO

Целлобиоза

Сахароза. В составе молекулы сахарозы содержатся остатки двух гексоз — D-глюкозы и D-фруктозы. Служит компонентом пищевого сахара. Сахароза широко распространена в растительном мире, особенно много ее в плодах, ягодах и корнеплодах. Так, в сахарной свекле ее 14…20%, а в соке стеблей сахарного тростника ее содержание доходит до 11…15%. Эти растения используются для промышленного получения пищевого сахара. Однако сахароза в небольших количествах содержится во всех тканях растений.

Сахароза

Гидролитическое расщепление сахарозы катализирует β-фруктофу- ранозидаза, которая расщепляет дисахарид до глюкозы и фруктозы. Активное расщепление сахарозы протекает при участии сахаразы (инверта-

26

1.2. Олигосахариды

зы), которая локализуется в эпителиальных клетках тонкого кишечника жвачных животных.

D-Фруктоза почти в 2,5 раза слаще, чем глюкоза. Используя методы колоночной хроматографии, во многих странах организовано промышленное производство фруктозы, которое основано на использовании глюкозоизомеразы. Фермент, иммобилизуясь на нерастворимом носителе, катализирует обратимую реакцию изомеризации:

D-глюкоза →← D-фруктоза

Полученный продукт (D-фруктоза) может быть использован в пищевой промышленности при производстве безалкогольных напитков, мороженого и др.

Лактоза. Дисахарид является основным углеводом молока. Однако лактоза обнаружена и в пыльцевых трубках некоторых растений.

1

Лактоза

В составе лактозы молекулы α-D-глюкозы и β-D-галактозы связаны между собой β-(1→4)-гликозидной связью. Лактоза активно вырабатывается в молочной железе млекопитающих. В коровьем молоке содержится 4,0…5,5 % лактозы.

Трисахариды. В растениях обнаружено несколько трисахаридов, из которых наибольшее значение имеет раффиноза (рис. 1.5). В состав

Мелибиоза

Раффиноза

Рис. 1.5. Раффиноза

27