БІОНЕОРГАНІЧНА ТА БІООРГАНІЧНА ХІМІЯ - М.В. Яцков - 2014

II. ПРЕДМЕТ, ЗАВДАННЯ, МЕТОДИ ТА ОСНОВНІ НАПРЯМКИ ДОСЛІДЖЕНЬ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

2.1. Вуглеводи

Вуглеводи (глюциди, гліциди) - велика група органічних сполук, молекули яких найчастіше складаються з трьох хімічних елементів - Карбону, Гідрогену та Оксигену - і відповідають загальній формулі C_n(H₂O)_m. Українська національна комісія з хімічної термінології і номенклатури (УНКоХіТерН) залишає право користуватися тривіальною термінологією для вуглеводів.

Вуглеводи дуже поширені в природі. Вони складають 80-90% сухої маси рослин і 1-2% - організму тварин. За своєю будовою вуглеводи - багатоатомні альдегідо- і кето спирти.

В кінці 20-х років XX ст. (1927 р.) Міжнародна комісія хіміків прийняла рішення вуглеводи називати гліцидами (грец. glykys - солодкий), але назва їх не знайшла широкого вжитку і їх надалі називають вуглеводами, іноді - сахарами, або цукрами.

Вуглеводи - продукти асиміляції вуглекислого газу зеленими рослинами і фотосинтезуючими мікроорганізмами. Цей процес називається фотосинтезом. При фотосинтезі енергія Сонця перетворюється в енергію хімічних зв’язків. Фотосинтез відбувається за участю ферментних систем і поглинаючих променеву енергію рослинних пігментів - хлорофілів:

В основі фотосинтезу лежить окисно-відновний процес, в якому електрони переносяться від донора-відновника (води, Гідрогену тощо) до акцептора (СO₂, ацетату) з утворенням відновлених сполук (вуглеводів) з виділенням кисню. Фотосинтез - єдиний процес у біосфері, який приводить до збільшення вільної енергії за рахунок зовнішнього джерела - Сонця і забезпечує існування на земній кулі всіх живих організмів, в т.ч. і людини. При цьому щорічно на Землі утворюється більше 100 млрд. т органічних речовин, живими організмами (зеленими рослинами) засвоюється приблизно 200 млрд.т вуглекислого газу і виділяється приблизно 145 млрд. т вільного Кисню. Виникнення впродовж існування Землі явища фотосинтезу стало стимулом біологічної еволюції різних форм життя.

У ході еволюції біохімічних процесів значна частина простих вуглеводів, що утворилась внаслідок фотосинтезу, під впливом відповідних ферментних систем полімеризується в складніші і стійкіші вуглеводи:

Класифікація вуглеводів

Розрізняють прості та складні вуглеводи. Прості вуглеводи називають моносахаридами або монозами. Вони, як правило, мають нерозгалужений карбоновий ланцюг, декілька спиртових груп, одну альдегідну (альдози) або кетонну (кетози) групи. До моносахаридів часто відносять їх найпростіші похідні, наприклад продукти заміщення одного або декількох гідроксилів на Гідроген (рамноза), аміногрупу (глюкозамін) або прості цукри з атомами Сульфуру або Нітрогену. Іноді до них відносять їх прості похідні, в молекулі яких є одночасно аміно- і карбоксильна (наприклад, сіалові кислоти), одна карбоксильна (глюконова кислота) або дві карбоксильні (сахарна кислота) групи, а також сахарні спирти і деякі інші сполуки.

Складні вуглеводи поділяють на оліго- і полісахариди. Олігосахариди (грец. olligo - небагато) - вуглеводи, молекула яких складається з 2-11 моносахаридних залишків. За кількістю таких залишків моносахаридів розрізняють ди-, три- і декасахариди. Найбільше значення мають дисахариди.

Полісахариди (грц. polyx - багаточисельний) поділяють на гомо- і гетерополісахариди. Молекула полісахаридів містить від 11 до декількох тисяч залишків моносахаридів.

Поширення в природі і значення

Вуглеводи містяться у всіх живих організмах. На їх частку припадає приблизно 80-90% сухої маси і 1-2% - організмів тварин. Вуглеводи - джерело хімічної енергії для живих організмів. При тканинному окисненні за рахунок вуглеводів виділяється 180 кДж/моль енергії.

Вуглеводи - цінні продукти харчування людини і тварин. До раціону людини в середньому входить до 60% різних вуглеводів. Вони є сировиною для харчової (глюкоза, крохмаль, пектинові речовини), текстильної, паперової і деревопереробної (клітковина), мікробіологічної (синтез спиртів, кислот і гідроксикислот) і оборонної (отримання бездимного пороху) галузей промисловості. Вуглеводи (глюкозу, гепарин, серцеві глікозиди тощо) використовують і в лікувальній практиці.