Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Химические основы жизни
Сахара и полисахариды
Дисахариды и полисахариды

Поскольку в растворах многие простые сахара существуют преимущественно в циклической форме, они не дают реакций, характерных для альдегидов или кетонов. В то же время в D-гликопиранозном кольце гидроксильная группа при С-1 отличается от других гидроксилов большей реакционной способностью. Как показано ниже, на схеме реакции, эта гидроксильная группа, занимающая a-положение, может вступать в реакцию с гидроксильной группой при С-4 другого сахара, в результате чего элиминируется молекула воды и образуется а-1,4-гликозидная связь:

В результате конденсации двух молекул моносахаридов образуется дисахарид. Помимо мальтозы, образующейся из двух молекул D-глюкозы, относительно широко распространены следующие дисахариды:

Важнейший пищевой продукт, обыкновенный сахар, представляет собой сахарозу, которая обнаружена во всех фотосинтезирующих растениях. Сахароза легче других дисахаридов подвергается гидролизу; образующаяся при этом смесь моносахаридов глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Относительно редкий, но важный дисахарид лактоза находится только в молоке. Поскольку некоторые люди не переносят лактозу и поэтому не могут употреблять в пищу молоко, в настоящее время разрабатываются ферментативные процессы гидролиза молочного сахара.

При дальнейшей полимеризации глюкозы могут образовываться новые 1,4-гликозидные связи. Амилоза представляет собой неразветвленный полимер, построенный из остатков глюкозы с молекулярной массой от нескольких тысяч до полумиллиона:

Резервный источник питания растений крахмал обычно содержит около 20% амилозы, хотя эта величина может меняться в довольно широких пределах. Гранулы крахмала достаточна велики, и с помощью микроскопа их легко увидеть во многих растительных клетках.

Амилозная фракция крахмала, как уже упоминалось, состоит из нерастворимых в воде линейных полимеров; основная же часть крахмала представляет собой амилопектин, также полимер d-глюкозы, отличающийся от амилозы разветвленной структурой*. В среднем на 25 остатков глюкозы приходится один центр разветвления; разветвление цепи осуществляется за счет образования гликозидной связи между гидроксилом при С-1 одной цепи и гидроксилом при С-6 другой цепи:

Как правило, молекулы амилопектина больше молекул амилозы; их молекулярная масса составляет от 1 до 2 миллионов. Амилопектин растворим в воде и, адсорбируя воду, может образовывать гели. Частичный кислотный или ферментативный гидролиз крахмала приводит к образованию различных разветвленных фрагментов амилопектина, называемых декстринами. Декстрины применяются в качестве загустителей и при изготовлении паст. Конечно при частичном гидролизе образуются также глюкоза, мальтоза и другие относительно небольшие сахара. Таким путем из кукурузного крахмала получают кукурузную патоку.

Резервным источником глюкозы в животных клетках, особенно в клетках печени и мышц, служат полимерные гранулы гликогена, по степени разветвленности напоминающего амилопектин. В гликогене длина линейных участков между центрами разветвления обычно составляет около 12 звеньев; таким образом, молекулы гликогена разветвлены даже в большей степени, чем молекулы амилопектина. Молекулярная масса гликогена может составлять 5 миллионов и более. Гликоген выполняет функции резервного источника энергии и в некоторых микроорганизмах, в том числе в энтеробактериях.

* См. статью: Green М. М., Blankenborn G., Hart Н., «Textbook Errors. 123; Which Starch Fraction is Water-Soluble, Amylose or Amylopectin J. Chem. Educ., B52, 729 (1975).