3.2. Олігосахариди

Серед олігосахаридів найбільш поширеними є дисахариди. Вони поділяються на дві групи - відновлюючі та невідновлюючі залежно від способу сполучення двох залишків моносахаридів між собою. Якщо в утворенні зв’язку між моносахаридами бере участь лише один глікозидний гідроксил, а другий залишається вільним, то утворений дисахарид може утворювати відкриту форму, яка містить карбонільну групу, і вступати в окисно-відновні реакції. Такі дисахариди, які мають вільну глікозидну групу, називаються відновлюючими:

До найбільш важливих дисахаридів відновлюючого типу належить мальтоза. Вона є проміжним продуктом обміну полісахаридів крохмалю та глікогену. Мальтоза складається з двох залишків D-глюкози, сполучених зв'язком -14. Відновлюючий дисахарид целобіоза є продуктом обміну целюлози і складається з двох залишків D-глюкози, з’єднаних зв'язком -14. Кільця в цій молекулі повернені по відношенню одне до іншого на 180⁰. Лактоза, яка утворюється із залишків галактози і глюкози із зв'язком -14 між ними, міститься у молоці ссавців (2 - 6 %).

Відновлюючі дисахариди:

Дисахариди, які утворюються за рахунок відщеплення молекули води від глікозидних гідроксилів обох залишків, не мають вільної глікозидної групи, а отже і не проявляють окисно-відновних властивостей. Їх називають невідновлюючими. Живими організмами вони використовуються як невеликі гідрофільні і хімічно стійкі молекули. Вони зв’язують воду, легко в ній розчиняються і, при цьому, хімічно не змінюються.

Найбільш відомим невідновлюючим дисахаридом є сахароза, яку застосовують у побуті під назвою цукру. Цей сахарид складається із залишків D-глюкози і D-фруктози, сполучених зв'язком 12. Сахароза, внаслідок своєї хімічної інертності, накопичується у великих кількостях в багатьох рослинах і служить в них формою транспорту. Найбільше її міститься в цукровому буряку і тростині. Невідновлюючий дисахарид трегалоза міститься в клітинних стінках спор і бактерій і забезпечує їх гідратований стан, що сприяє виживанню в екстремальних умовах.

Невідновлюючі дисахариди:

3.3. Полісахариди

Значна більшість вуглеводів у природі існує у вигляді високомолекулярних сполук, які при гідролізі утворюють сотні і тисячі молекул мономерів. Полімери можуть бути розгалужені або нерозгалужені. За складом вони поділяються на гомополісахариди, які складаються з однакових ланок, і гетерополісахариди, в молекулах яких чергуються різні ланки. Найчастіше їх мономерами є глюкоза (глюкопіраноза), залишки якої з’єднані в нерозгалужених ланцюгах зв'язками 14, а в місцях розгалуження ще і 16. В молекулі полісахариду розрізняють редукуючий кінець, на якому розташований вільний глікозидний гідроксил, здатний до окиснення, та нередукуючий протилежний кінець ланцюга. За біологічними функціями і, відповідно, властивостями, полісахариди можна поділити на три типи: запасаючі (резервні), структурні лінійні та структурні з’єднуючі.

Запасаючі полісахариди

Це внутрішньоклітинні полімери, які служать енергетичним резервом. При потребі вони гідролізуються і утворені мономери використовуються як джерело енергії. Іх довгі нерозгалужені або розгалужені ланцюги є гнучкими і спіралізуються, чому, ймовірно, сприяє човникоподібна конформація ланок. Спіраль стабілізується водневими зв’язками. Молекула укладається більш компактно у клубок, а їх скупчення утворює гранулу. На поверхні її містяться гідрофільні групи, отже ці полісахариди у водному середовищі утворюються гідрофільні колоїди.

Крохмаль. В рослинному світі формою запасання поживних речовин є крохмаль. Це полімер, утворений -D-глюкопіранозою. Крохмаль складається з двох фракцій - амілози і амілопектину. Амілоза, на долю якої припадає біля 25 % крохмалю, має молекулярну масу від 30 тис. до 500 тис. і утворює нерозгалужені ланцюги із зв'язками -14:

Довгі ланцюги амілози укладаються у спіраль, на кожен виток якої припадає по 6-7 ланок (рис. 3.1.)

Якісною реакцією на амілозу є взаємодія в розчині з йодом, молекули якого поміщаються у витках спіралі з утворенням комплексу синьо-фіолетового кольору. При нагріванні слабкі взаємодії комплексу руйнуються, спіраль розкручується і забарвлення зникає, а при охолодженні структура відтворюється і забарвлення з'являється знову.

Амілопектин, на долю якого припадає біля 75 % маси крохмалю, має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. і, на відміну від амілози, - розгалужену будову із додатковими зв'язками -16 в точках галуження:

Точки галуження в амілопектині знаходяться через 20-30 ланок. При гідролізі амілоза і амілопектин утворюють коротші фрагменти - декстрини. Амілопектин і декстрини з йодом дають червоно-фіолетове забарвлення.

Глікоген. У тварин формою відкладення поживних речовин є глікоген. Особливо багато його в печінці (до 15%) та м’язах (2 – 4%). Молекули глікогену нагадують за будовою амілопектин, але ще більш розгалужені. На схемі показано, що розгалужений полісахарид має один редукуючий кінець (1), кілька нередукуючих (2). Точки галуження (3) в глікогені розташовані через кожні 10-15 ланок:

Молекулярна маса глікогену становить від 270 тис. до 10 млн. Його зерна в тваринних тканинах значно менші, ніж у крохмалю. Тому він легко утворює колоїдний розчин, який з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення.

В рослинах, багатоклітинних водоростях, бактеріях існують інші резервні полісахариди, побудовані за подібним планом, наприклад інулін, який складається із залишків фруктози, в клубнях топінамбуру і жоржини, декстран, який, як крохмаль і глікоген, складається їх залишків глюкози, але в ньому переважають зв’язки -16, а в точках розгалуження додатковими є зв’язки -14.