Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Физиологически важные углеводы
Полисахариды

К полисахаридам относятся следующие физиологически важные углеводы.

Крахмал. Моносахаридные остатки соединены в крахмале a-глюкозидными связями. Соединение такой структуры, образованное только остатками глюкозы, является гомополимером, его называют глюкозаном или глюканом. Это наиболее важный вид пищевых углеводов; он содержится в злаках, картофеле, бобовых и в других растениях. Двумя главными компонентами крахмала являются амилоза (15—20%), имеющая неразветвленную спиральную структуру (рис. 14.14), и амилопектин (80—85%), образованный разветвленными цепями, каждая ветвь состоит из 24—30 остатков глюкозы, соединенных (1→4)-связями [в точках ветвления остатки соединены (1→6)-связями].

Рис. 14.13. Структура ряда важных дисахаридов, а- и ß-форма различаются конфигурацией при аномерном атоме углерода (отмечен звездочкой). Если в гликозидной связи участвует аномерный углерод второго сахарного остатка, этот остаток называют гликозидом (фуранозидом или пиранозидом).

Таблица 14.3. Дисахариды

Рис. 14.14. Структура крахмала. А — амилоза с характерной для нее спиральной структурой; Б — амилопектин, образующий в точках ветвления связи типа 1→6.

Рис. 14.15. Молекула гликогена. А — увеличенное изображение структуры в окрестности точки ветвления. Б — структура молекулы. Цифрами обозначены участки, образующиеся на эквивалентных стадиях роста макромолекулы. R — первый остаток глюкозы. Обычно ветвление носит более разнообразный характер, чем это показано на рисунке; отношение числа связей типа 1→4 к числу связей типа 1→6 колеблется от 12 до 18

Гликоген (рис. 14.15) — полисахарид, в виде которого углеводы запасаются в организме животного. Его часто называют животным крахмалом. Гликоген характеризуется более разветвленной структурой, чем амилопектин, линейные отрезки цепи включают 11—18 остатков a-D-глюкопиранозы [соединенных а(1→4)-гликозидными связями], в точках ветвления остатки соединены a( 1→6)-гликозидными связями.

Инулин — полисахарид, содержащийся в клубнях и корнях георгинов, артишоков и одуванчиков. При его гидролизе образуется фруктоза, следовательно он представляет собой фруктозан. Этот полисахарид в отличие от картофельного крахмала легко растворяется в теплой воде; его используют в физиологических исследованиях для определения скорости клубочковой фильтрации в почках.

Декстринами называют вещества, образующиеся при гидролизе крахмала. Название «остаточные декстрины» получили продукты, образующиеся на определенной стадии гидролиза.

Целлюлоза — главный компонент структурной основы растений. Она нерастворима в обычных растворителях и состоит из a-D-глюкопиранозных звеньев, соединенных ß(1→4)-связями и образующих длинные вытянутые цепи, стабилизированные поперечными водородными связями. Многие млекопитающие, в том числе человек, не способны переваривать целлюлозу, так как их пищеварительная система не содержит гидролаз, расщепляющих ß-связи. Поэтому целлюлозу можно рассматривать как значительный неиспользуемый пищевой резерв. В кишечнике жвачных и других травоядных животных имеются микроорганизмы, способные к ферментативному расщеплению ß-связей, и для этих животных целлюлоза является важным источником пищевых калорий.

Хитин — важный структурный полисахарид беспозвоночных. Из него, в частности, построен наружный скелет ракообразных и насекомых. Структуру хитина составляют N-ацетил-D-глюкозаминовые звенья, соединенные ß (1→4)-гликозидными связями (рис. 14.16).

Гликозаминогликаны (мукополисахариды) состоят из цепей сложных углеводов, содержащих аминосахара и уроновые кислоты. Если эти цепи присоединены к белковой молекуле, соответствующее соединение называют протеогликаном. Гликозаминогликаны как основное скрепляющее вещество связаны со структурными компонентами, входящими в состав костей, а также с эластином и коллагеном. Их функция состоит в удержании большой массы воды и в заполнении межклеточного пространства. Они служат смягчающим и смазочным материалом для разного рода тканевых структур; выполнению этих функций способствует большое число —ОН-групп и отрицательных зарядов на их молекулах, что приводит к взаимному отталкиванию углеводных цепей, препятствующему их слипанию. Примерами служат гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат и гепарин (рис. 14.16), которые будут подробнее рассматриваться в гл. 54.

Рис. 14.16. Структура некоторых сложных полисахаридов

Гликопротеины (мукопротеины) содержатся в разного рода жидкостях и тканях, а также в клеточных мембранах (см. гл. 42 и 54). Они представляют собой сложные белки, содержащие углеводный компонент (количество его варьирует), который может состоять из коротких или длинных (до 15 звеньев), разветвленных или неразветвленных цепей. В состав этих цепей, которые обычно называют олигосахаридными цепями, входят

N-Ацилпроизводные нейраминовой кислоты, например N-ацетилнейраминовая кислота (NeuAc; рис. 14.18), преобладающая среди сиаловых кислот.

Глюкоза в полностью сформированных (зрелых) гликопротеинах не обнаруживается (за исключением коллагена). Кроме того, гликопротеины, в отличие от гликозаминогликанов и протеогликанов, не содержат уроновых кислот.

Сиаловые кислоты являются N- или О-ацилпроизводными нейраминовой кислоты (рис. 14.18). Нейраминовая кислота представляет собой девятиуглеродный сахар, образованный из маннозамина (эпимера глюкозамина) и пирувата. Сиаловые кислоты входят в состав гликопротеинов и ганглиозидов.

Рис. 14.17. ß-L-Фукоза (6-дезокси-ß-L-галактоза).

Рис. 14.18. Структура N-ацетилнейраминовой кислоты, одной из сиаловых кислот (Ас = СН₃—СО—).