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

Глава 1. Углеводы

трисахарида рафинозы входят остатки галактозы, глюкозы и фруктозы. В основном раффиноза содержится в свекловичном сахаре, в частности в мелассе, используемой в кормлении животных.

1.3. ГЛИКОЛИПИДЫ

Кгруппе гликолипидов относятся различающиеся по строению

исвойствам соединения, в составе которых один или несколько остатков моносахаридов соединены β-гликозидной связью с гидрофобной частью остатка липидной молекулы. В качестве углевода могут быть преимущественно остатки глюкозы и галактозы, их сульфатированные производные (галактозилсульфат, глюкозилсульфат). Липидный компонент гликолипидов в основном представлен остатками диацилглицерина или церамида, которые содержат остатки жирных кислот с 16…22 углеродными атомами. Гликолипиды являются компонентами плазматических мембран клеток, но их состав индивидуален для каждой функциональной системы. При этом гидрофобный остаток липида в составе гликолипидов определяет локализацию соединения в структуре клеточной мембраны, а гидрофильный остаток углевода — его функциональную принадлежность.

Гликолипиды, в составе которых остаток диацилглицерина связан гликозидной связью с остатком моно-, ди- и трисахарида, называются гликоглицеролипиды. Гликоглицеролипиды содержатся преимущественно в листьях растений, являясь основными липидами хлоропластов.

OH

28

1.4.Полисахариды

Всоставе гликолипида могут быть остатки фосфорной кислоты. Такие соединения называются гликоглицерофосфолипиды. Фосфоросодержащие гликолипиды обнаружены в основном в бактериальных клетках.

O

O

OH

OH

Фосфатидилглюкозаминилглицерин (3-sn-фосфатил-1′-(2-D-глюкозаминил)-sn-глицерин)

Среди гликолипидов определяется группа соединений, называемых гликосфинголипидами, в составе которых остаток углевода соединен β- гликозидной связью с концевой гидроксиметильной группой церамида. Простейшими представителями гликосфинголипидов являются моногексозилцерамиды (церебразиды), содержащие только один остаток моносахарида (глюкозы или галактозы). Основным моногексозилцеребразидом мозга животных служит галактоцеребразид. Церебразиды можно обнаружить в тканях животных, растений и в микроорганизмах.

OH

Галактоцеребразид (1-β-D-галактозилпиранозил-N-нервоноилсфингозин)

1.4. ПОЛИСАХАРИДЫ

К группе полисахаридов (ПС) относятся различные по строению высокомолекулярные соединения, образованные за счет поликонденсации моносахаридных остатков, связанных между собой гликозидными связями и формирующих линейные или разветвленные цепи. ПС входят в состав тканей растений и животных. Между собой ПС различаются строением и свойствами входящих в их состав моносахаридов. ПС различаются по молекулярной массе и функциональным действием. При этом даже однородные ПС имеют различия в размерах. Кроме того, ПС способны формировать подвижные и устойчивые комплексы с белка-

29

Глава 1. Углеводы

ми, проявляя при этом сложное функциональное действие. ПС растений можно условно разделить на гомополисахариды, гетерополисахариды

игликолипиды.

Кгруппе гомополисахаридов относят полимеры, в составе которых одинаковые по типу моносахариды (МС), тогда как в состав гетерополисахаридов входят разные по типу МС. Гликолипиды характеризуются как разнообразием остатков МС, так и липидов.

1.4.1. Гомополисахариды

В клетках листьев растений содержатся хлоропласты, обладающие фотосинтетической активностью, в результате которой при участии света из СО2 и Н2О происходит синтез углеводов. В ферментативных реакциях трансгликозилирования в растениях синтезируются различные полисахариды (крахмал, инулин, целлюлоза). ПС растений важны не только для растительного организма, но и являются основными компонентами кормов животных.

Крахмал. В растениях крахмал присутствует в виде крахмальных зерен, различающихся по химическому составу и свойствам. В основном крахмал накапливается в семенах пшеницы, овса, гречихи, риса, кукурузы, а также в клубнях картофеля.

Крахмал гетерогенен по составу полисахаридов, которые различаются по физико-химическим свойствам и представлены двумя типами: амилоза

иаминопектин. Большинство разновидностей крахмала содержат 15…25% амилозы и 75…85% амилопектина. Содержание амилозы и амилопектина в растениях может меняться в зависимости от условий выращивания

ив процессе вегетации.

Всоставе амилозы остатки α-D-глюкопираноз связаны между собой α-(1→4)-гликозидными связями в линейную полимерную цепь (рис. 1.6).

Линейные молекулы амилозы имеют спиральную конформацию, при этом каждый виток спирали состоит из шести остатков α-D-глюкозы (рис. 1.7). Амилоза легко растворяется в теплой воде, образуя слегка вязкий раствор. Молекулярная масса амилозы равна 3 · 105…106 Да.

Рис. 1.6. Линейная структура амилозы

30

1.4. Полисахариды

Рис. 1.7. Спирали амилозы

Амилопектин при растворении в горячей воде образует вязкий коллоидный раствор. Остатки D-глюкозы связаны в линейные структуры не только за счет формирования α-(1→4)-гликозидных связей — в точках ветвления образуются α-(1→6)-связи (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Фрагмент структуры амилопектина

Инулин. Полисахарид, содержащийся в клубнях земляной груши и георгина, в корнях одуванчика, цикория, артишоков. Полимерная цепочка инулина формируется из остатков D-фруктозы, которые связаны между собой (2→1)-связями через метиленовую (–СН2–) группу (рис. 1.9). Полифруктозид может содержать в небольших количествах остатки глюкопираноз и способен легко гидролизоваться под действием разбавленных кислот. Гидролизуется при участии инулазы в клетках растений до фруктозы.

Целлюлоза (клетчатка). Полисахарид, служащий основным компонентом клеточных стенок растений. Полимерная цепочка целлюлозы

31

Глава 1. Углеводы

HOCH2 O O

2

HO

1CH2

HO O

HOCH2 O

HO 2

1CH2

HO

Рис. 1.9. Фрагмент структуры инулина

(рис. 1.10) формируется из последовательно связанных за счет гликозидных β-(1→4)-связей остатков β-D-глюкопираноз (рис. 1.10, а). Молекулярная масса целлюлозы из разных растений сильно варьируется и в максимуме может достигать 2 · 106 Да.

По данным рентгеноструктурного анализа, молекулы клетчатки имеют нитевидную форму, образуя структуры в виде фибрилл, в составе которых 40…60 молекул. Прочность структуры обеспечивается за счет водородных связей, в образовании которых участвуют атомы водорода гидроксильных групп клетчатки, а также адсорбированные клетчаткой молекулы воды (рис. 1.11).

Расщепление целлюлозы в желудочно-кишечном тракте травоядных животных происходит при участии ферментов целлюлаз, вырабатываемых преимущественно микроорганизмами рубца. В организме других млекопитающих целлюлоза не расщепляется и в основном выполняет функцию стимулятора моторики кишечника.

Глюканы. В зерновках ячменя и овса содержатся полисахариды, в составе которых β-D-глюкопиранозы. Эти биополимеры называются глю-

Рис. 1.10. Полимерная цепочка целлюлозы:

а — участок полисахаридной цепи целлюлозы; б — структура молекулы целлюлозы

32