caenogenesis (caenogenesis) wrote,
caenogenesis
caenogenesis

Category:

Введение в биологию (VI)

Тема VI
УГЛЕВОДЫ




Для начала вспомним, что такое углеводы. Мы уже знаем, что углеводом называется альдегид или кетон, являющийся одновременно многоатомным спиртом, то есть, иными словами, альдегидоспирт или кетоноспирт с несколькими гидроксильными группами. Тут перед нами типичные представители углеводов - глюкоза и рибоза. Функциональные группы - гидроксильные и альдегидная - обведены пунктиром. А вот буква “D” перед названиями - это указание на стереоизомерию, которую тут нужно постоянно иметь в виду.



Стереоизомерия у углеводов, прямо скажем, такая, что сам черт сломит ногу. Например, глюкоза имеет 4 асимметрических атома углерода и - как легко посчитать - 16 стереоизомеров (а не 2, как у аминокислот). Внимание: обозначение изомера как D- или L- основано на ориентации групп у “предпоследнего” атома углерода (в данном случае 5-го, считая от альдегидной группы). Большинство биологически активных углеводов существуют в D-форме, то есть формально являются правовращающими (на самом деле с направлением вращения плоскости поляризации света там все сложно, но нас сейчас интересует не это, а само строение молекул). Подобно аминокислотам и фосфолипидам, биологически активные углеводы тоже подчиняются принципу хиральной чистоты.
В физиологических условиях углеводы обычно принимают не линейную форму, а более энергетически выгодную циклическую. Можно сказать, что изомеризация глюкозы в циклическую форму включает три события:
● Разрыв двойной связи в альдегидной группе.
● Переход водорода от гидроксильной группы 5-го атома C на освободившуюся валентность кислорода бывшей альдегидной группы.
● Замыкание друг на друга двух валентностей, оставшихся свободными на 1-м атоме C и на кислороде бывшего гидроксила при 5-м атоме C.


Вот схема, упрощенно изображающая весь этот процесс. Атомы углерода, кроме 1-го и 6-го, не подписаны, поскольку и так понятно, где они находятся. Первая красная стрелка обозначает разрыв двойной связи, вторая - замыкание друг на друга освободившихся валентностей. После изомеризации гидроксильная группа исчезает при 5-м атоме углерода, зато появляется при 1-м. Но это все равно глюкоза.


Вот она, циклическая форма глюкозы. Слева и справа - одна и та же молекула, по-разному нарисованная; номера атомов углерода позволяют в этом убедиться. На правой картинке шестичленное кольцо как бы наклонено, формула передает перспективу. Обратим внимание на расположение разных гидроксилов над или под плоскостью кольца (выводить его ниоткуда не надо, если потребуется, можно просто запомнить).



Структура линейной формы однозначно определяет ориентацию всех гидроксилов, кроме вновь образующегося при циклизации 1-го. Он может оказаться под кольцом (α-глюкоза), а может и над кольцом (β-глюкоза). Это еще один тип изомерии, свойственный только циклической форме углевода. Кое-где в биохимии он имеет большое значение.


Глюкоза - важнейший источник энергии. На картинке предельно упрощенно показаны два основных способа распада глюкозы - гликолиз (до двух молекул молочной кислоты) и дыхание (до шести молекул углекислого газа и шести молекул воды). Дыхание требует присутствия кислорода, гликолиз нет. Зато энергии дыхание дает намного больше.


Относительно простые углеводы (не являющиеся полимерами) принято называть сахарами. Тут перед нами три шестиуглеродных сахара - глюкоза, фруктоза и галактоза. Все они являются изомерами, причем если глюкоза и фруктоза различаются по набору групп, то глюкоза и галактоза - исключительно стереоизомеры: набор и порядок расположения функциональных групп там совершенно одинаков, отличие только в хиральности. Тем не менее это разные вещества, совсем по-разному участвующие в физиологических процессах.


Фруктоза - шестиуглеродный сахар, изомер глюкозы, отличающийся от нее тем, что вместо альдегидной группы - кетогруппа, встроенная в углеродную цепочку. Фруктоза замыкается в циклическую форму по такому же принципу, как и глюкоза, но кольцо при этом получается не шестичленным, а пятичленным - из-за того, что в его образовании участвует не 1-й (как у глюкозы), а 2-й углерод.



А это два важных пятиуглеродных сахара - рибоза (уже нам давно знакомая) и отличающаяся от нее на один атом кислорода 2-дезоксирибоза. Как видим, у дезоксирибозы отсутствует одна из гидроксильных групп, вместо нее - просто атом водорода. Полные названия этих сахаров - D-рибоза и 2-D-дезоксирибоза, но приставки часто опускаются, когда и так понятно, о чем идет речь.


Циклические рибоза и дезоксирибоза. Они изомеризуются в цикл точно так же, как глюкоза, а пятиугольник (вместо шестиугольника) получается потому, что здесь на один углерод меньше. Атомы углерода в циклических формах рибозы и дезоксирибозы (и только в них) по некоторым историческим причинам принято обозначать не просто цифрами, а цифрами со штрихами. Это стоит запомнить, чтобы в дальнейшем не путаться.



Молекула, состоящая из двух соединенных ковалентной связью углеводных остатков, называется дисахаридом. Например, два остатка глюкозы образуют мальтозу. Простой сахар, не состоящий из нескольких углеводных остатков, называется моносахаридом. Мы пока что упоминали пять моносахаридов: глюкоза, фруктоза, рибоза, дезоксирибоза и галактоза. Стоит заодно отметить, что в состав изображенных здесь дисахаридов входит α-глюкоза (гидроксил при 1-м атоме углерода смотрит "вниз", под кольцо).
Реакция образования дисахарида происходит между гидроксильными группами двух сахаров, от одной из них отщепляется H-, от другой OH-, в результате образуется вода (H-O-H), а между остатками сахаров остается мостик вида -О-. На картинке мы это и видим. Такая связь называется гликозидной; в каком-то смысле это аналог пептидной связи, которая может соединить аминокислоты в дипептид или в более длинные пептиды.
На картинке представлены два дисахарида - мальтоза (глюкоза + глюкоза) и сахароза (глюкоза + фруктоза). Мальтоза - питательный углевод, которого много в растительной пище. Что касается сахарозы, то это обычный столовый сахар. Из дисахаридов еще стоит хотя бы упомянуть лактозу (глюкоза + галактоза), которая иначе называется молочным сахаром.
Tags: цитология
Subscribe

  • Страхов

    Николай Николаевич Страхов - русский мыслитель XIX века, интересный и спорный. Он начинал свою карьеру как сравнительный анатом, и читать я его стал…

  • Сравнительная анатомия

    На следующей неделе я начинаю курс лекций: СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ По четвергам, с 8 октября, в 19.30. Подробности по ссылке.…

  • Книги

    Богат, однако, этот год на новые хорошие книги про биологию. Трудная задача будет у жюри "Просветителя" (особенно учитывая, что участвует еще и…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 27 comments

  • Страхов

    Николай Николаевич Страхов - русский мыслитель XIX века, интересный и спорный. Он начинал свою карьеру как сравнительный анатом, и читать я его стал…

  • Сравнительная анатомия

    На следующей неделе я начинаю курс лекций: СРАВНИТЕЛЬНАЯ АНАТОМИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ По четвергам, с 8 октября, в 19.30. Подробности по ссылке.…

  • Книги

    Богат, однако, этот год на новые хорошие книги про биологию. Трудная задача будет у жюри "Просветителя" (особенно учитывая, что участвует еще и…