Карбон қышқылдары

Көмірсулар

Көмірсулар - химиялық құрамы С_m(H₂O)_n яғни көмірсутек+су, аты осыдан шыққын) формуласымен өрнектелетін табиғи органикалық қосылыстар класы. К. — хим. құрамына қарай үлкен екі топқа бөлінеді: мономерлік К. немесе моносахаридтер және полимерлік К. — молекуладағы моносахаридтік қалдық санына байланысты олигосахаридтер мен полисахаридтерге бөлінетін Моносахаридтердің конденсация өнімдері. Ашық түрдегі моносахаридтердің типтік формалары: альдоза үшін СН₂ОН(СНОН)_nСНО; кетоза үшін СН2ОН(СНОН)_nСОСН₂ОН, мұндағы n>1. Моносахарид-тердің көп бөлігінде тармақталмаған көміртектік тізбекпен біральдегидтік (альдозалық) немесе кетондық (кетозалық) топ болады. Тізбектеп көміртек атомының санына орай моносахаридтер тетрозаға (С4), пентозаға (С5), гек-созаға (С6), т.б. бөлінеді. Кейде кетоза атауына "ул" жұрнағы жалғанады (мыс., пентулоза, гептулоза, нонулоза, т.б.). Моносахаридтерде көміртектің асимметриялық атомдары болады және оптик. белсенді стереоизомерлер түзіледі. К. табиғи көзден алынады. Барлық тірі организмнің құрамында болады. К. тамақ (глюкоза, крахмал, пектиндік заттар), тоқыма және қағаз (целлюлоза) өнеркәсіптерінде, микробиологияда (К-ды ашы-ту арқылы спирт қышқылдар, т.б. алу) қолданылады, медицинада дәрі-дәрмек жасау үшін пайдаланылады. Фото-синтез нәтижесінде атмосферадағы су мен көмір қышқыл газынан түзілетін К. табиғи айналымда болады. 
Өсімдіктердің құрғақ затының көп бөлігін, яғни оның 85—90 процентін углеводтар құрайды. Молекуласының күрделілік дәре-жесіне қарай олар моносахаридтерге, олигосахаридтер мен поли-сахаридтерге бөлінеді. Гидролизге ұшырамайтын карапайым углеводтар моносахаридтерге жатады. Моносахаридтер қалдықта-рының шағын мөлшерінен тұратын қанттар олигосахаридтерге жатады, олар тиісінше ди-, три-, тетрасахаридтер деп аталады. Полисахаридтердің молекуласы моносахаридтердің көптеген мөл-шерінің қалдықтарынан тұрады, мұның үстіне олардың полимер-лену дәрежесі әр түрлі болады. Өсімдіктерде көп кездесетін угле-водтың түрлерін жекелей қарастырып көрейік. 
 
Моносахаридтер. Моносахаридтер молекуладағы көміртек атомдарының мөлшеріне қарай ажыратылады да, осыған орай триоза, тетроза, пентоза және т. с. с. болып аталады. Өсімдіктерде неғұрлым жиі кездесетін триоза — глицерин альдегиді және диок-сиацетон; тетроза — D-эритроза, D — эритруллоза; пентоза — L-арабиноза, D -ксилулоза, D -рибоза, D -рибулоза, D -дезоксирибоза; гексоза — D -глюкоза, D -фруктоза, D -манноза, L-галактоза, L-сорбоза, L-рамноза; гептоза — D -седогептулоза, D -манногептулоза. Бұл моносахаридтердің кепшілігі есімдіктерде бос күйінде болмайды, бірақ полисахаридтер мен басқа да қосылыстардың құрамына кіреді. Өсімдіктер клеткасында айтарлықтай мөлшерде жинақталатын. 
D – глюкоза мен D -фруктоза бұл қағидаға бағынбайды. Мо-носхаридтердің жалпы қасиеттері арасында стереоизомерлік, фосфор қышқылдарымен әрекеттесе эфир түзушілік, альдегид және спирт топтарын тотықтыру арқылы уран және қышқылдарын түзушілік қаситтерінің биологиялық зор маңызы бар. Егер моносахаоидтің құрамында ассиметриялы көміртек атомы бар болса онда ол моносахарид әр түрлі стереоизомерлер түрінде кездесуі мүмкін. Ассиметриялы көміртек атомының барлық валенттіліктері атомдардың әр түрлі топтарымен алмастырылады. Ол топтар көміртек атомының айналасындағы кеңістікте түрліше орналасуы мүмкін. Мұндай жағдайларда белгілі бір қосылыстың өзі бірнеше вариант түзеді. Мысалы: D (+)глицерин L (-) глицерин альдегиді альдегиді 
Химнялық құрамы жөнінен бірдей, бірақ ассиметриялы көмір-тек айналасындағы топтардың кеңістікте орналасуы жөнінен айыр-машылығы бар заттар стереоизомерлер деп аталады. Ассиметриялы көміртек жұлдызшамен белгіленеді. Стереоизомерлердің негізгі айырмашылықтары мынада: олардың ерітінділері арқылы полярланған сәулені өткізгенде, олар сәуленің поляризация бағы-тын оңға немесе солға қарай бұрады. 
Бірінші деңгейлік спирт тобына жақын орналасқан С атомының топтары D -глицерин альдегиді секілді орналасқан барлық моноса-харидтер D -қатарына жатқызылады. Табиғатта негізінен D –қатарының моносахаридтері таралған, ал L- қатарының моносахаридтері өте сирек кездеседі. Бұру бағыты плюс және минус таңбаларымен, оңға қарай бұру ( + ) және солға қарай бұру (—) таңбаларымен белгіленеді. Оңға қарай бұру бағыты оның О-қатарына жататындығымен әрқашан да сәйкес келе бермейді. Мысалы: .С-сүт қышқылы сәулені солға қарай бұрады. D(- ) сүт ңышңылы Х( -) сүт қышқылы D және L-стереоизомерлері энантиоморфалар деп аталады, олар бір-бірінің айнадағыдай шағылысқан бейнесі болып табылады. 
Моносахарлар тізбек түрінде болумен қатар, циклді.формалар түрінде де кездеседі. Карбонил көміртек атомы гидроксилдердің бірімен эрекеттеседі, осының нәтижесінде циклді полуацетал түзіледі. Полуацетальды байланыс төртінші немесе бесінші көміртекпен де түзілуі мүмкін. Бұл жағдайда құрамында 4 немесе 5 көміртек атомы бар шеңбер түзіледі. Егер шеңберде 5 көміртек атомы болса, ол пираноза деп аталады, 4 көміртек атомы болса фураноза деп аталады. Себебі олар 4 көміртек атомды фуран және 5 көміртек атомды пиран шеңберлерінің туындысы болып табылады. Циклді форма түзуде тағы бір көміртек атомы ассиметриялы болып шығады, бұдан пайда болатын стереоизомерлер аномерлер деп аталады да, грек алфавитінің а және р әріптерімен белгіленеді. Мысалы: а- D -глюкоза, в- D -глюкоза. а- D -глюкоза в- D -глюкоза Бұл формаланрды белгілеу үшін перспективтік формулалар қолай-лы келеді. Олар былайша жазылады: фруктофүраноза Моносахаридтердің а және в формаларында белгілі бір мән бар. Олар өсімдіктерде кең тараған ферменттерге қарағанда күрт ерекшеленетін тиісті туындылар түзеді. Ол туындыларды гликозидтер деп атайды. 
Өсімдіктердің түрлі углеводтарының алмасуында тағы да бір стереоизомерлер маңызды роль атқарады. Оларды эпимерлер деп атайды. Мысалы: глюкозаның эпимері галактоза. Олардың төртінші көміртек атомының кеңістігінде Н және ОН топтары әркелкі орналасқан. Сол сияқты рибулезаның эпимері ксилулоза және т.с. с. Эпимерлер бір-бірінен бір ғана көміртектің конфигурациясымен ерекшеленеді. 
Қышқылдармен әрекеттесе отырып моносахаридтер күрдел эфирлер түзеді, олардың кейбіреулері зат алмасуында маңыздь роль атқарады. Мәселен, глюкоза-1-фосфат, фруктоза 1-6-дифосфат тыныс алу және фотосинтез процестеріне қатысады. 
Моносахаридтердін, тотығуы кезінде реакция жағдайларына қарай әр түрлі өнімдер түзіледі. Егер D -глюкозаның альдегид тобы тотықса, альдон қышқылы түзіледі. Мысалы, глюкоза глюкон қышқылын түзеді D –глюкон қант галакгурон қышқылы қышқылы қышқылы

 
Моносахаридтердің бірінші деңгейлік спирт тобы СН2 ОН ғана тотықса урон қышқылы түзіледі. Глюкозадан — глюкурон, манно-задан — маннурон, галактозадан — галактурон қышқылы түзіледі. Урон қышқылы өсімдіктерде оңай түзіледі де, сілемей мен полисахаридтердің құрамына кіреді, оларды полиуронидтер деп атайды. Өсімдіктерде неғұрлым кең таралған моносахаридтерге D -рибо-за, 2 дезокси- D -рибоза, D -ксилоза, D -глюкоза, D -фруктозалар жатады. Дисахаридтер мен полисахаридтер. Сахароза дегеніміз гликозидтік байланыс арқылы қосылған а- D -глюкоза мен в- D -фруктозадан тұратын дисахарид. Оның зор практикалық маңызы бар, табиғатта өте кең таралған дисахаридтердің бірі. Сондай-ақ ол өнеркәсіпте қызылша мен қант қамысының шырынынан алынады. Углеводтар өсімдіктердің бойында сахароза түрінде қозғалады Деген мәліметтер бар. Ол өсімдіктердің жапырағында, сабағында, тамырында, тұқымында, жемістерде, жидектер мен түйнектерде кездеседі. Оның формуласы мынадай: 
 
Сахароза р-фруктофуранозидаза ферментінің әсерімен а- D -глюкоза а- D -фруктозаға ыдырайды. Бірқатар басқа ферменттер әсерімен оның биосинтезі жүзеге асады. Микроорганизмдерден са-харозофосфорилаза ферменті табылған. Ал жоғары сатыдағы өсім-діктерде сахарозаның биосинтезі глюкозаның қалдығын тасымал-даушы сахарозасинтетаза және сахарозофосфатсинтетаза фермент-терінің жәрдемімен жүреді. Өсімдіктерде басқа да дисахаридтер кездеседі. Ол мальтоза, целлобиоза, лактоза. Олардың зат алмасуда, клетканың органоидтарын құруда зор маңызы бар. 
 
Крахмал. Төменгі сатыдағы өсімдік — балдырлардан бастап, жоғары сатыдағы қос жарнақтыларға дейінгі барлық өсімдіктерде фотосинтез процесі нәтижесінде түзілген углеводтар өте тез арада крахмалға айналады. Ол, жапырақ мезофилінің клеткаларында жиналады да, ассимиляциялық крахмал деп аталады. Өз кезегінде ол тез арада басқа заттарға немесе крахмал қорына айналады. Ассимиляциялық крахмалдың басқа да заттарға айналуы өсімдіктер жапырағында, тұқымында, жемістерінде, сабағы мен тамырында өтеді. Мұндай өсімдіктердің жапырағы «крахмалды” жапырақ деп аталады. Астық тұқымдас өсімдіктердің жапырағында ассими-ляциялық крахмал жоққа тән болады. Фотосинтез процесінің өнім-дері оларда қарапайым углеводтар түрінде жиналады, сондықтан астық тұқымдастардың жапырақтары «қантты” жапырақ деп аталады, ал крахмал олардың арнаулы органдарында түзіледі. Жапырақ қынабы мен тұқымдар осындай органдар болып табы-лады. Гүлдеу кезеңінен бастап пісіп жетілудің соңына дейін мұнда крахмал жедел синтезделеді. Арпа, қара бидай және күріш дәнде-рінің толысу сатысында крахмалдың түзілуі жоғарғы жапырақтар мен масақтың ассимиляциялық қабілетіне байланысты. Төменгі жапырақтардағы фотосинтез дәнде крахмалдың жиналуына әсер етпейді деуге болады. 
Крахмал қоры әр түрлі пішінді крахмал дәндері түрінде сақ-талады. Крахмал дәндерінің ең ірісін картоптан, ал ең ұсағын қа-рамық пен күріштен байқауға болады. Крахмал дәндерінің формасы әр өсімдіктің өзіне тән болады да, ұнның қандай өсімдіктен дайындалғанын, онда белгілі бір қоспалардың бар-жоғын анықтауға мүмкіндік береді. Крахмал дәндері жай және күрделі болып келуі мүмкін. Олардың құрылысында бірнеше қабат бар екендігі жақсы байқалады. Оны электрондық микроскоппен жүргізілген зерттеулер растап отыр. Крахмал дәнінің бірнеше қабатты болып келуін оларды сумен және жарықпен қамтамасыз ету жағдайлары тәулік ішінде ауысып отыруының салдары деп санайды. Бұл жорамалдың дұрыстығын анықтау үшін өсімдіктерді тәулік бойы үздіксіз жарық түсіп тұратын жағдайға қойып, олармен тәжірибе жасалды. Бұл тәжірибенің нәтижесінде бидайдың крахмал дәнде-рінің қабаттылығы жойылып кетті, ал картоп пен темекінің крах-мал дәндерінің қабаттылығы сақталып қалды. Тәулік ішінде крах-малдың бір қос қабаты түзіледі. Осы мәліметтің негізінде зерттеу-шілер: түзуші ферменттердің активтілігі тәуліктік ырғақтылыққа байланысты, сол себептен бір тәулікте түзілген крахмал бір қабат болып қалыптасады деген пікір айтады. 
Әр түрлі өсімдіктерден алынған крахмалдың құрамы да түрлше. Ол амилоза мен амилопектин деп аталатын екі компоненттен құралады, ал бұл екеуінің құрамында түрлі мөлшерде а- D -глюко-заның қалдықтары бар. Амилозаның құрамында а- D -глюкоза қал-дықтары өзара тек 1,4 байланыспен жалғасқан. Бір қалдықтың бірінші көміртегі гликозидтік байланыс арқылы басқа глюкозаның төртінші көміртегімен жалғасуын 1,4 байланыс деп атайды. 
 
Глюкоза қалдықтарының өзара осылайша қосылу тәртібінің нәтижесінде олар амилозаның тармақталмаған түзу тізбегін түзеді. милозаға қарағанда амилопектинде глюкоза қалдықтары өзара 1,4байланыспен ғана емес, сондай-ақ 1,6 байланыспен де жалғасады, сондықтан тармақталған тізбек салынады: Амиактың құрамында а- D -глюкозаның 50-ден 1500-ге дейінгі, ал амилопектинде — 2000-нан 20 000-ға дейінгі қалдықтары болады. Әр түрлі өсімдіктерден алынған крахмалдың ондағы амилоза мен амилопектиннің арақатынасы жөнінен айырмашылығы бар. Картоп түйнегі мен сабағынан алынған крахмалдың құрамындағы амилоза мен амилопектиннің үлесі әр түрлі. Арпаның, жүгері мен күріштің балауызды деп аталатын кейбір сорттарында тек қана амилопектин болады. Амиломаис жүгерісі мен бұршақ крахмалында, керісінше, амилоза көп кездеседі. 
Тұқым, түйнек және пиязшық өніп шығар кезде крахмал қорына ферменттер әсер етіп, оны мальтоза мен глюкозаға дейін ыды-ратады. Крахмал гидролизі кезінде жай углеводтардың бұл фор-малары ферменттердің жәрдемімен сахарозаға айналады. Глюкоза мен сахароза өсімдіктердің өніп келе жатқан ұрығына ағып келіп, мұнда тыныс алу және құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Өскін өсуі үшін оған энергия мен жаңа клеткалар құруға қажетті жаңа заттар керек. Ферменттердің жэрдемімен углеводтарды амин қышқылдарына, белоктарға және басқа да өсуге қажетті заттарға айналдыру жөнінде бірқатар реакциялар жүзеге асырылады. 
Крахмал гидролизіне а жэне в-амилаза, фосфорилаза фермент-тері, R-фермент қатысады. Дән, жемістер мен түйнектер пісіп жетілер кезде тасымалдаушы ферменттер аркылы крахмал молекула-сы түзіледі. Ол фосфорилаза, D -және D -ферменттері. 
Целлюлоза өте кең таралған полисахарид, ол клетка қабықшасы-ның негізін құрайды. Оның молекуласы 1,4 байланыспен өзара жалғасқан в- D -глюкозаның қалдықтарынан құралған. Целлюлоза молекуласындағы глюкоза қалдықтарының мөлшері 6000-нан 8000-ға дейін өзгеріп тұруы мүмкін. Оның молекуласы бос күйінде кездеспейді. Целлюлозаның 2000 молекуласы бірігіп, түзу шоқтар түзеді. Бұл шоктар клетка қабықшасының микрофибрилдері болып табылады. Ал микрофибрилдер өз кезегінде макрофибрилдерге бі-ріккен. Өсімдіктер клеткасында целлюлоза аденозиндифосфатглю-козаның (АБРГ) қатысуымен синтезделеді. Плазмалемманың сыртқы беті мен Гольджи көпіршіктері целлюлоза биосинтезін жүзеге асыратын орын болып табылады. Өсімдіктерде маннан, кси-лан, арабан деп аталвтын полисахаридтер де кездеседі.