Общий план строения и физико-химические свойства углеводов

Углеводы классифицируются по способности к гидролизу и по количеству мономерных единиц:

• Моносахариды — простейшие углеводы, не гидролизуются на более простые. Примеры: глюкоза, фруктоза, рибоза.
• Дисахариды — содержат две молекулы моносахаридов. Примеры: сахароза, лактоза, мальтоза.
• Олигосахариды — состоят из 2-10 мономерных единиц. Примеры: невосстанавливающий дисахарид-трегалоза, линейный гомотрисахарид мальтотриоза.
• Полисахариды — высокомолекулярные соединения, состоят из множества моносахаридов. Примеры: крахмал, гликоген, целлюлоза.
  

  Структура β-D-глюкозы

Моносахариды — это простые сахара с общей формулой ${\displaystyle \mathrm {C} _{n}(\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} )_{n}}$. Они содержат одну карбонильную группу (альдегидную или кетонную) и несколько гидроксильных групп.

• Альдозы — моносахариды с альдегидной группой.
• Кетозы — моносахариды с кетонной группой.

Дисахариды образуются при соединении двух моносахаридов с выделением молекулы воды:

${\displaystyle {\text{Моносахарид}}_{1}+{\text{Моносахарид}}_{2}\rightarrow {\text{Дисахарид}}+\mathrm {H_{2}O} }$

При гидролизе дисахариды распадаются на составляющие их моносахариды.

Полисахариды — это полимеры, состоящие из большого числа моносахаридов, связанных гликозидными связями.

• Крахмал — запасной полисахарид растений, состоит из амилозы и амилопектина. Имеет формулу (C₆H₁₀O₅)_n.
• Гликоген — запасной полисахарид животных, похож на крахмал, но более разветвленный.
• Целлюлоза — основой компонент клеточных стенок растений, состоит из β-глюкозы.

• Растворимость: Моносахариды и дисахариды хорошо растворимы в воде, полисахариды — не растворимы или мало растворимы.
• Оптическая активность: Из-за наличия асимметричных атомов углерода многие углеводы способны вращать плоскость поляризации света.
• Изомерия: Углеводы могут существовать в виде разных изомеров (D- и L-формы), что влияет на их биологические свойства.
• Химические реакции:

1. Реакции окисления и восстановления.
2. Образование эфиров и гликозидов.
3. Циклизация — образование циклических форм молекул.

• Энергетическая функция: Углеводы являются основным источником энергии. При окислении 1 г углеводов выделяется около 17 кДж энергии.
• Запасающая функция: Крахмал у растений и гликоген у животных служат запасом питательных веществ.
• Структурная функция: Целлюлоза обеспечивает прочность растений, хитин формирует экзоскелеты членистоногих.
• Рецепторная функция: Углеводы входят в состав гликопротеинов и гликолипидов, участвующих в клеточных взаимодействиях.
• Защитная функция: Некоторые углеводы участвуют в иммунных реакциях и формируют защитные слизистые покрытия.

Углеводы играют разнообразные роли в организме. Они являются источником энергии, участвуют в построении клеточных структур, обеспечивают хранение питательных веществ и участвуют в регуляции физиологических процессов. Понимание их строения и свойств важно для изучения биологических и биохимических процессов в клетке.