Углеводы

Роль углеводов в жизни растений трудно переоце­нить. Они - основной питательный и структурный материал растительных клеток и тканей, образуются в процессе фотосинтеза. Углеводы входят в состав кле­точной оболочки, участвуют во многих процессах жиз­недеятельности, служат запасными и энергетически­ми веществами растения.

Все многообразие углеводов делится на две большие группы: монозы, или моносахариды (простые углеводы), и полиозы, или полисахариды (сложные углеводы).

Монозы представляют собой производные много­атомных спиртов. Простые углеводы хорошо раствори­мы в воде и легко транспортируются по всему растению. Они принимают активное участие в таких важнейших процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, дыхание.

В молекуле моноз одновременно содержатся гидроксильные и альдегидные или кетонные группы. При наличии в молекуле альдегидных остатков моно­зы носят название альдоз, кетонных - кетоз.

Различают монозы и по количеству атомов углерода в мо­лекуле: триозы (глицериновый альдегид, или альдот­риоза, фосфодиоксиацетон, или кетотриоза, и др.), тетрозы (эритроза), пен­тозы (рибоза, дезоксирибоза, ксилоза, арабиноза и др.), гексозы (глюкоза, фруктоза и др.), гептозы (манногеп­тулоза, седогептулоза).

Пентозы арабиноза и ксилоза являются компо­нентами гемицеллюлоз клеточной оболочки, а рибо­за и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот, АТФ, АДФ и других важных соединений. Фос­форилированная пентоза рибулозо-1,5-дифосфат слу­жит акцептором углекислоты в процесс е фотосинте­за. В древесных растениях встречается много моноз, но наиболее распространенными из них являются глюкоза и фруктоза.

Полиозы, в свою очередь, делятся на олигосахариды, или полиозы 1 порядка (сахароза, маль­тоза, стахиоза и др.), у которых в молекулах содержит­ся небольшое число монозных остатков, и полисахариды 2 порядка (крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза, инулин, пектиновые вещества и др.), состоящие из множества остатков простых углеводов. Из дисахари­дов - углеводов, состоящих из двух моноз, наиболее важными в жизни растений являются сахароза, маль­тоза и целлобиоза. При гидролизе дисахаридов происхо­дит их распад на 2 молекулы моноз: сахарозы - на глю­козу и фруктозу, мальтозы и целлобиозы - на 2 молеку­лы глюкозы, лактозы - на глюкозу и галактозу.

Сахароза C₁₂Н₂₂О₁₁ - дисахарид; широко распрост­ранен в мире растений. Вместе с крахмалом является основным запасным углеводом. Особенно много саха­розы в корнеплодах сахарной свеклы (до 20 %) и сахар­ном тростнике (до 25 %). Эго и основная транспортная форма углеводов у большинства растений, в том числе древесных. Молекула сахарозы состоит из остатков α-­глюкопиранозы и β-фруктофуранозы, соединенных между собой своими гликозидными гидроксилами.

Мальтоза, или солодовый сахар, обычно образует­ся при гидролизе крахмала. В большом количестве содержится в солоде, откуда и ее второе название. Один из остатков глюкозы в молекуле мальтозы явля­ется α-глюкозой. Поэтому этот дисахарид представля­ет собой α-глюкозидоглюкозу.

Целлобиоза входит в состав молекулы целлюлозы. В свободном виде встречается в пасоке некоторых деревьев. От мальтозы отличается лишь наличием β-1,4-гликозидной связи, являясь β-глюкозидоглюкозой.

Из тетрасахаридов следует назвать стахиозу. Она широко распространена у многих растений, а из дре­весных - у ясеня. Молекула стахиозы состоит из двух остатков α-галактозы, одного остатка α-глюкозы и од­ного остатка фруктозы.

Из полисахаридов 2-го порядка следует особо вы­делить целлюлозу и крахмал. Целлюлоза, или клетчатка, (С₆Н₁₀О₆)_n - широко распространена в растениях. Молекула целлюлозы является линейным полимером глюкозы, соединенной попарно в целлобиозы.

Целлюлоза - основной компонент оболочек рас­тительных клеток. Отличается исключительной стой­костью, нерастворимостью в воде, кислотах и щелочах. Лишь при кипячении в крепкой серной кислоте гидро­лизуется с образованием глюкозы. Целлюлоза имеет огромное промышленное значение (бумажная, гидро­лизная и текстильная промышленность, изготовление взрывчатых веществ и др.).

Крахмал в растениях находится в виде зерен, раз­личающихся даже у одного и того же растения своими формами, размерами, свойствами и химическим соста­вом. Это позволяет обнаруживать примеси одного про­дукта в другом, например, в пшеничной муке - при­месь муки из кукурузы или овса. Молекула крахмала состоит из смеси двух полисахаридов - амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из многих глюкозных остатков, связанных гликозидными связями между 1- м и 4-м атомами углерода.

Молекула амилопектина также состоит из много­численных остатков глюкозы, но кроме связей между l-м и 4-м углеродными атомами имеет и связи между l-м и 6-м с образованием разветвленной структуры.

Исключением из общего правила является крах­мал яблок, состоящий только из молекул амилозы. Амилоза и амилопектин различаются своей раствори­мостью в воде: амилоза легко растворяется в теплой воде, амилопектин - весьма трудно. Водные раство­ры амилозы нестойки, амилопектина, наоборот, очень устойчивы.

Крахмал - одно из основных запасных веществ растительных клеток. Он нерастворим в воде, с йодом дает характерное синее окрашивание, что позволяет легко его обнаруживать в различных частях растения.

Из других полисахаридов 2-го порядка необходи­мо упомянуть инулин, В молекуле которого мономером выступает фруктоза. Это также запасное вещество, встречающееся в клубнях и корнях некоторых расте­ний (топинамбур, цикорий, одуванчик, георгин), заме­няя в них крахмал. Инулин растворим в воде, осажда­ется из водных растворов при добавлении спирта. В растениях, содержащих инулин, а также в плесне­вых грибах и дрожжах имеется фермент инулаза, гид­ролизующая инулин до фруктозы. Промышленный способ получения фруктозы из растений, содержащих инулин, заключается в его гидролизе различными кис­лотами. Фруктоза отличается наиболее высокой сладо­стью из всех известных сахаров.