Углеводы представляют собой обширный класс органических соединений,
состоящий из атомов углерода, водорода и кислорода, с общей формулой
Cn(H2O)n.
Они выполняют в организме энергетическую, структурную и запасную
функции, участвуют в построении нуклеотидов, гликопротеинов и клеточных
мембран.
Моно- и олигосахариды
Моносахариды — это простейшие углеводы, не
подвергающиеся гидролизу. Основные характеристики:
- Состоят из 3–7 атомов углерода;
- Имеют одну карбонильную группу (альдегидную или кетонную);
- Обладают способностью к изомерии: структурной, стерео- и
оптической.
Примеры: глюкоза, фруктоза, рибоза. Моносахариды классифицируют по
числу углеродных атомов: триозы (3C), тетрозы (4C), пентозы (5C),
гексозы (6C), гептозы (7C).
Олигосахариды — это соединения, состоящие из 2–10
остатков моносахаридов, соединённых гликозидными связями. Основные
виды:
- Дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза;
- Трисахариды: рафиноза;
- Свойство гидролиза до моносахаридов под действием кислот или
ферментов.
Полисахариды
Полисахариды представляют собой высокомолекулярные соединения,
состоящие из сотен и тысяч остатков моносахаридов. Их классификация
основана на строении, растворимости и функции:
1. Запасные полисахариды
- Крахмал: смесь амилозы (линейная цепь с
α-1,4-гликозидными связями) и амилопектина (разветвлённая цепь с
α-1,6-гликозидными связями); источник энергии для растений.
- Гликоген: разветвлённый полисахарид с α-1,4 и α-1,6
связями, запас энергии у животных и грибов; более разветвлённый, чем
амилопектин.
2. Структурные полисахариды
- Целлюлоза: линейный полимер β-D-глюкозы с
β-1,4-гликозидными связями; обеспечивает механическую прочность
клеточной стенки растений; не усваивается человеком.
- Хитин: полимер N-ацетилглюкозамина, компонент
экзоскелета членистоногих и клеточной стенки грибов.
3. Прочие полисахариды
- Пектиновые вещества: сложные полигалактуронаны,
участвуют в формировании гелеобразных структур растений;
- Гемицеллюлозы: разветвлённые гетерополимеры,
сочетающие остатки различных моносахаридов;
- Муцины: гликопротеиды, выполняющие защитную и
смазывающую функции.
Классификация по
функциональным признакам
Альдозы и кетозы
- Альдозы содержат альдегидную группу (−CHO), кетозы —
кетонную (C = O в
средней позиции цепи);
- Примеры альдоз: глюкоза, галактоза; кетоз: фруктоза.
Стереохимическая классификация
- D- и L-изомеры в зависимости от конфигурации асимметричного центра,
ближайшего к карбонильной группе;
- В природе преимущественно встречаются D-изомеры для сахаров,
L-изомеры для аминокислот.
Растворимость и гидрофильность
- Моно- и олигосахариды растворимы в воде; полисахариды могут быть как
водорастворимыми (крахмал, пектин), так и практически нерастворимыми
(целлюлоза, хитин).
Биологическая значимость
Углеводы служат основным источником энергии, формируют клеточные
стенки, участвуют в межклеточной сигнализации, служат структурой для
нуклеотидов и гликопротеинов. Наряду с липидами и белками, они входят в
состав биомолекул, обеспечивая устойчивость клеточных структур и
метаболическую гибкость организма.
Классификация углеводов позволяет систематизировать их разнообразие и
понять механизмы биохимического участия в живых организмах, облегчая
изучение метаболизма и синтеза сложных органических соединений.