«Углеводы»

см. Гидраты углерода, Глюкозы, Сахарозы, Сахар, Пентозаны, Декстрин, Крахмал, Клетчатка и пр.

обширная группа органических соединений, входящих в состав всех живых организмов. Первые известные представители этого класса веществ по составу отвечали общей формуле C_mH_2nO_n, то есть углерод + вода (отсюда название); позднее к У. стали относить также их многочисленные производные с иным составом, образующиеся при окислении, восстановлении или введении заместителей.

Превращения У. известны с древнейших времён, так как они лежат в основе процессов брожения, обработки древесины, изготовления бумаги и тканей из растительного волокна. Тростниковый сахар (сахарозу) можно считать первым органическим веществом, выделенным в химически чистом виде. Химия У. возникла и развивалась вместе с органической химией (См. Органическая химия); создатель структурной теории органических соединений А. М. Бутлеров— автор первого синтеза сахароподобного вещества из формальдегида (1861). Структуры простейших сахаров выяснены в конце 19 в. в результате фундаментальных исследований немецких учёных Г. Килиани и Э. Фишера, основанных на стереохимических представлениях Я. Г. Вант-Гоффа и блестяще их подтвердивших. В 20-е гг. 20 в. работами английского учёного У. Н. Хоуорса были заложены основы структурной химии полисахаридов. Со 2-й половины 20 в. происходит стремительное развитие химии и биохимии У., обусловленное их важным биологическим значением и базирующееся на современной теории органической химии и новейшей технике эксперимента.

Классификация и распространение углеводов. У. принято делить на три основных группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Обычные моносахариды представляют собой полиокси-альдегиды (альдозы) или полпоксикетоны (кетозы) с линейной цепью атомов углерода (m = 3—9), каждый из которых (кроме карбонильного углерода) связан с гидроксильной группой. Простейший из моносахаридов — глицериновый альдегид — содержит один асимметрический атом углерода и известен в виде двух оптических антиподов (D и L). Прочие моносахариды имеют несколько асимметрических атомов углерода; их рассматривают как производные D- или L-глицсринового альдегида и относят в соответствии с абсолютной конфигурацией (См. Конфигурация) при (т—1)-м атоме углерода к D- или L-pяду. Различия между моносахаридами в каждом ряду обусловлены относительной конфигурацией остальных асимметрических центров (см. Изомерия). Характерное свойство моносахаридов в растворах — способность к мутаротации, то есть установлению таутомерного равновесия (см. Таутомерия) между ациклической альдегидо- или кетоформой, двумя пятичленными (фуранозными) и двумя шестичленными (пиранозными) циклическими полуацетальными формами (см. схему). Образующиеся пиранозы (как и фуранозы) различаются конфигурацией (α или β) возникающего при циклизации асимметрического центра у карбонильного атома углерода (на схеме помечен звёздочкой).

Соотношение между таутомерными формами в равновесии определяется их термодинамической устойчивостью (для обычных сахаров преобладают пиранозные формы). Полуацетальный гидроксил резко отличается от прочих гидроксильных групп моносахарида по способности к реакциям нуклеофильного замещения. Такие реакции с разнообразными спиртами приводят к образованию гликозидов (См. Гликозиды) (остаток спирта в гликозиде называют агликоном). В тех случаях, когда агликоном служит молекула моносахарида, образуются олиго- и полисахариды. При этом каждый остаток моносахарида может иметь пиранозную или фуранозную структуру, α- или β-конфигурацию гликозидной связи и быть связанным с любой из гидроксильных групп соседнего моносахарида. Поэтому число различающихся строением полимерных молекул, которые можно построить даже только из одного моносахарида, огромно.

К наиболее типичным моносахаридам относятся D-Глюкоза, D-Манноза, D-Галактоза, D-Фруктоза, D-Ксилоза, L-Арабиноза. К моносахаридам относятся также: дезоксисахара, в молекулах которых один или несколько гидроксилов заменены атомами водорода (L-paмноза (См. Рамноза), L-Фукоза, 2-дезокси-D-pибоза); аминосахара, в молекулах которых один или несколько гидроксилов заменены на аминогруппы (D-глюкозамин, D-галактозамин); многоатомные спирты, или альдиты, образующиеся при восстановлении карбонильных групп моносахаридов (сорбит, маннит); Уроновые кислоты, то есть моносахариды, у которых первичная спиртовая группа окислена до карбоксильной; разветвленные сахара, содержащие нелинейную цепь углеродных атомов (апиоза, L-cтрептоза); высшие сахара с длиной цепи более шести атомов углерода (Седогептулоза, Сиаловые кислоты).За исключением D-глюкозы и D-фруктозы, свободные моносахариды встречаются в природе редко. Обычно они входят в состав разнообразных гликозидов, олиго- и полисахаридов и могут быть получены из них кислотным гидролизом. Разработаны методы химического синтеза редких моносахаридов, исходя из более доступных.

Олигосахариды содержат в своём составе 2—10 моносахаридов, связанных гликозидными связями. Наиболее распространены в природе дисахариды Сахароза, Трегалоза, Лактоза. Известны многочисленные гликозиды оли-госахаридов, к которым относятся различные физиологически активные вещества (например, Флавоноиды, сердечные гликозиды, Сапонины, многие антибиотики, Гликолипиды).

Полисахариды — высокомолекулярные, линейные или разветвленные соединения, молекулы которых построены из моносахаридов, связанных гликозидными связями. В состав полисахаридов могут входить также заместители неуглеводной природы (остатки фосфорной, серной и жирных кислот). В свою очередь цепи полисахаридов могут присоединяться к белкам с образованием гликопротеидов (См. Гликопротеиды). Отдельную группу составляют биополимеры, в молекулах которых остатки моно- или олигосахаридов соединены друг с другом не гликозидными, а фосфодиэфирными связями; к этой группе относятся тейхоевые кислоты из клеточных стенок грамположительных бактерий, некоторые полисахариды дрожжей, а также Нуклеиновые кислоты, в основе которых лежит полирибозофосфатная (РНК) или поли-2-дезоксирибозофосфатная (ДНК) цепь.

Физико-химические свойства углеводов. Благодаря обилию полярных (гидроксильных, карбонильной и др.) групп в молекулах моносахаридов они хорошо растворимы в воде и нерастворимы в неполярных органических растворителях (бензоле, петролейном эфире и др.). Способность к таутомерным превращениям обычно затрудняет кристаллизацию моносахаридов. Если такие превращения невозможны, как в гликозидах или олигосахаридах типа сахарозы, вещества кристаллизуются легко. Многие гликозиды с малополярными агликонами (например, сапонины) проявляют свойства поверхностно-активных соединений. Полисахариды являются гидрофильными полимерами, молекулы которых способны к ассоциации с образованием высоковязких растворов (растительной Слизи, Гиалуроновая кислота);при определённом соотношении свободных и ассоциированных участков молекул полисахариды дают прочные Гели(агар, Пектиновые вещества). В отдельных случаях молекулы полисахаридов образуют высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, нерастворимые в воде (Целлюлоза, Хитин).

Биологическая роль углеводов. Роль У. в живых организмах чрезвычайно многообразна. В растениях моносахариды являются первичными продуктами Фотосинтеза и служат исходными соединениями для биосинтеза разнообразных гликозидов, полисахаридов, а также веществ др. классов (аминокислот, жирных кислот, полифенолов и т.д.). Эти превращения осуществляются соответствующими ферментными системами, субстратами для которых служат, как правило, богатые энергией фосфорилированные производные сахаров, главным образом нуклеозиддифосфатсахара. У. запасаются в виде Крахмала в высших растениях, в виде Гликогена в животных, бактериях и грибах и служат энергетическим резервом для жизнедеятельности организма (см. Брожение, Гликолиз, Окисление биологическое). В виде гликозидов в растениях и животных осуществляется транспорт различных продуктов обмена веществ. Многочисленные полисахариды или более сложные углеводсодержащие полимеры выполняют в живых организмах опорные функции. Жёсткая клеточная стенка у высших растений построена из целлюлозы и гемицеллюлоз, у бактерий — из пептидогликана; в построении клеточной стенки грибов и наружного скелета членистоногих принимает участие хитин. В организме животных и человека опорные функции выполняют сульфатированные Мукополисахариды соединительной ткани, свойства которых позволяют обеспечить одновременно сохранение формы тела и подвижность отдельных его частей; эти полисахариды также способствуют поддержанию водного баланса и избирательной катионной проницаемости клеток. Аналогичные функции в морских многоклеточных водорослях выполняют сульфатированные галактаны (красные водоросли) или более сложные сульфатированные гетерополи-сахариды (бурые и зелёные водоросли); в растущих и сочных тканях высших растений аналогичную функцию выполняют пектиновые вещества. Особенно важную и до конца ещё не изученную роль играют сложные У. в образовании специфических клеточных поверхностей и мембран. Так, гликолипиды — важнейшие компоненты мембран нервных клеток, липополисахариды образуют наружную оболочку грамотрицательных бактерий. У. клеточных поверхностей часто определяют явление иммунологической специфичности, что строго доказано для групповых веществ крови и ряда бактериальных антигенов (См. Антигены). Имеются данные, что углеводные структуры принимают участие также в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, «узнавание» клеток при тканевой дифференциации и отторжении чужеродной ткани и т.д.

Практическое значение углеводов. У. составляют большую (часто основную) часть пищевого рациона человека (см. Питание). В связи с этим они широко используются в пищевой и кондитерской промышленности (крахмал, сахароза, пектиновые вещества, агар). Их превращения при спиртовом брожении лежат в основе процессов получения этилового спирта, пивоварения, хлебопечения; др. типы брожения позволяют получить глицерин, молочную, лимонную, глюконовую кислоты и др. вещества. Глюкоза, аскорбиновая кислота, сердечные гликозиды, углеводсодержащие антибиотики, гепарин широко применяются в медицине. Целлюлоза служит основой текстильной промышленности, получения искусственного целлюлозного волокна, бумаги, пластмасс (см. Этролы), взрывчатых веществ (см. Нитраты целлюлозы) и др.

Важнейшие вопросы химии и биохимии У.— усовершенствование методов установления строения и синтеза природных У., выяснение связи между их структурой и функцией в организме, а также путей биосинтеза — разрабатываются химическими и биохимическими научными центрами наряду с др. актуальными проблемами органической химии, биохимии и молекулярной биологии. Исследованиям только в области У. посвящены специализированные международные издания: ежегодник «Advances in Carbohydrate chemistry and biochemistry» (c 1945) и журнал «Carbohydrate research» (c 1965). см. также статьи Брожение, Соединения природные, Углеводный обмен, Фотосинтез.

Лит.: Химия углеводов, М., 1967; Методы химии углеводов, пер. с англ., М., 1967; Гликопротеины [т. 1—2], пер. с англ., М., 1969; Carbohydrates, ed. by G. О. AspinalI, L. — Baltimore, [1973]; Industrial gums, eds. R. L. Whistler and J. N. Bemiller, 2 ed., N. Y. — L., 1973.

А. И. Усов.

Рис. к ст. Углеводы.

УГЛЕВО́ДЫ, -ов, ед. углевод, -а, муж. Органические соединения, содержащие углерод, кислород и водород.

| прил. углеводный, -ая, -ое и углеводистый, -ая, -ое.

-ов, мн. (ед. углево́д, -а, м.).

Многочисленная и широко распространенная группа органических соединений, состоящих из углерода, кислорода и водорода, необходимых для жизнедеятельности животных и растительных организмов.

мн.

Группа органических соединений, состоящих из углерода, кислорода и водорода, необходимых для жизнедеятельности животных и растительных организмов.

УГЛЕВОДЫ - обширная группа природных органических соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(H2O)n (т. е. углерод вода, отсюда название). Различают моно-, олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы - гликопротеиды, гликолипиды, гликозиды и др. Углеводы - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные продукты биосинтеза других веществ в растениях. Составляют существенную часть пищевого рациона человека и многих животных. Подвергаясь окислительным превращениям, обеспечивают все живые клетки энергией (глюкоза и ее запасные формы - крахмал, гликоген). Входят в состав клеточных оболочек и других структур, участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет). Применяются в пищевой (глюкоза, крахмал, пектиновые вещества), текстильной и бумажной (целлюлоза), микробиологической (получение спиртов, кислот и других веществ сбраживанием углеводов) и других отраслях промышленности. Используются в медицине (гепарин, сердечные гликозиды, некоторые антибиотики).

УГЛЕВОДЫ, группа природных органических соединений, химическая структура которых отвечает формуле (CъH2O)n (т.е. углерод+вода; отсюда название). Различают моно-, олиго- и полисахариды, а также сложные углеводы - гликопротеины, гликолипиды, гликозиды и другие углеводы - первичные продукты фотосинтеза и основные исходные соединения для биосинтеза других веществ в растениях. Составляют существенную часть пищевого рациона человека и многих животных (основные источники - фрукты и овощи). В результате распада углеводов в организмах образуется энергия, необходимая для их жизнедеятельности. Входят в состав клеточных оболочек и других структур, участвуют в защитных реакциях организма (иммунитет). Применяются в пищевой (глюкоза, крахмал, пектиновые вещества), текстильной и бумажной (целлюлоза), микробиологической (получение спиртов, кислот и других веществ сбраживанием углеводов) и других отраслях промышленности. Используются в медицине (гепарин, сердечные гликозиды, глюкоза и др.).

органические соединения, состоящие из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О), причем водород и кислород находятся в таких количественных отношениях, как и в воде (Н2О). Широко распространены в раст., являются важнейшей составной частью пищевых продуктов, имеют большое применение в технике. У. разделяются на три группы: 1) моносахариды, или глюкозы,-виноградный сахар, молочный сахар, плодовый сахар, галактоза и др.; 2) дисахариды- свекловичный (тростниковый) сахар; 3) полисахариды-крахмал, клетчатка, инулин (в клубнях земляной груши), гликоген (в печени), декстрины и др. У. 1-й и 2-й групп растворимы в воде, сладки на вкус; полисахариды в воде нерастворимы.

УГЛЕВОДЫ, органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, которые входит в состав многих пищевых продуктов. Количества атомов водорода и кислорода соотносятся как 2:1, как в воде (Н₂О). Простейшими углеводами являются сахара, у которых обычно 5-6 атомов углерода в каждой молекуле. Глюкоза и фруктоза, разновидности сахара, встречающиеся в природе, являются МОНОСАХАРИДАМИ; у них одна и та же формула, С₆Н₁₂О₆, но разное строение. При потере воды их молекулы соединяются и образуют сахарозу (C₁₂H₂₂O₁₁) - ДИСАХАРИД, который также встречается в природе, в сахарном тростнике и сахарной свекле. Крахмал и ЦЕЛЛЮЛОЗА являются ПОЛИСАХАРИДАМИ - это углеводы, состоящие из сотен молекул глюкозы, связанных вместе. см. также САХАРИД.

IУглево́ды (синонимы: глициды, глюциды, сахариды, сахара)

обширный, наиболее распространенный на Земле класс органических соединений, входящих в состав клеток всех организмов и абсолютно необходимых для их жизнедеятельности. Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза. Во всех живых клетках У. и их производные играют роль пластического и структурного материала, поставщика энергии, субстратов и регуляторов жизненно важных биохимических процессов. Качественное или количественное изменение содержания различных У. в крови, моче и других биологических жидкостях человека является информативным диагностическим признаком нарушений углеводного обмена, носящих наследственный характер или развившихся вторично вследствие различных патологических состояний. В питании человека У. являются одной из основных групп пищевых веществ наряду с белками и жирами (см. Питание). Термин «углеводы» (углерод + вода) был предложен в 1844 г. Шмидтом (С. Schmidt), т.к. формулы известных в то время представителей этого класса веществ соответствовали общей формуле Cn (Н₂О) _m, однако позже оказалось, что подобную формулу могут иметь не только У., но и, например, молочная кислота. Кроме того, к У. стали относить различные, сходные по свойствам их производные с иной общей формулой.

Класс У. включает самые разнообразные соединения от низкомолекулярных веществ до высокомолекулярных полимеров. Условно У. делят на три большие группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Отдельно рассматривают группу смешанных биополимеров, молекулы которых содержат наряду с олигосахаридной или полисахаридной цепью белковые, липидные и другие компоненты (см. Гликоконъюгаты). К моносахаридам (монозам, или простым сахарам) относят полиоксиальдегиды (альдозы, или альдосахара) и полиоксикетоны (кетозы, или кетосахара). По числу углеродных атомов моносахариды делят на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы, нонозы. Наиболее распространены в природе и важны для человека гексозы и пентозы. По взаимному пространственному расположению водорода и гидроксильной группы у последнего асимметричного углеродного атома в молекуле все моносахариды относят к D- или L-ряду (вращают плоскость поляризованного луча света соответственно вправо или влево). Моносахариды, распространенные в природе как в свободном виде, так и входящие в состав многочисленных соединений, относятся главным образом к D-ряду; моносахариды в твердом состоянии находятся в виде циклических полуацеталей — пятичленных (фураноз) или шестичленных (пираноз). Моносахариды существуют в виде α- и β-изомеров, различающихся по конфигурации асимметричного центра у карбонильного углерода. В растворе между этими формами устанавливается подвижное равновесие, кроме того, в нем присутствует наиболее реакционно-способная ациклическая форма моносахарида. Циклы моносахаридов могут приобретать различные геометрические формы, называемые конформациями. К моносахаридам относятся также дезоксисахара (гидроксильная группа замещена водородом), аминосахара (содержат аминогруппу), уроновые, альдоновые и сахарные кислоты (содержат карбоксильные группы), многоатомные спирты, эфиры моносахаридов, гликозиды, сиаловые кислоты и др.

К олигосахаридам относят соединения, молекулы которых построены из остатков циклических форм моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Число остатков моносахаридов в молекулах олигосахаридов не превышает 10. Олигосахариды делятся на ди-, три-, тетрасахариды и т.д. по числу входящих в них остатков моносахаридов. Если молекула олигосахарида построена из остатков одного и того же моносахарида, то его называют гомоолигосахаридом; если же такая молекула построена из остатков разных моносахаридов — гетероолигосахаридом. Олигосахариды бывают линейными, разветвленными, циклическими, редуцирующими (обладающими способностью к химической реакции восстановления) и нередуцирующими; они различаются также по типу связи между остатками моносахаридов. Ранее олигосахариды и моносахариды иногда объединяли под общим названием «сахара». В гликозидах моносахаридная или олигосахаридная часть молекулы соединяется с низкомолекулярным неуглеводным компонентом через серу (S-гликозиды), кислород (О-гликозиды) или азот (N-гликозиды).

Полисахариды (полиозы, гликаны) — высокомолекулярные соединения, содержат в составе своей молекулы десятки и даже тысячи циклических моносахаридных звеньев, соединенных гликозидными связями, некоторые полисахариды содержат также остатки серной, фосфорной и жирных кислот. Полисахариды делят на гомо- и гетерополисахариды, линейные и разветвленные. Кроме того, они различаются и типом связи между моносахаридными остатками. Олигосахариды и полисахариды, построенные только из моносахаридов, часто называют просто сахаридами.

Многие моносахариды легко растворимы в воде и полярных растворителях, легко кристаллизуются, имеют сладкий вкус, оптически активны и обладают восстанавливающей способностью. Ациклические моносахариды при восстановлении образуют полиспирты (полиолы), при окислении — кислоты (уроновые, альдоновые и сахарные). При воздействии на моносахариды кислот или щелочей происходит взаимопревращение альдосахаров в кетосахара и обратно (эпимеризация). В более жестких условиях из моносахаридов под действием кислот образуются фурфуролы, а при сильном защелачивании моносахариды деградируют с разрывом углерод-углеродных связей. Большинство полисахаридов — аморфные вещества, труднорастворимые или не растворимые в воде и органических растворителях (при растворении в воде образуют коллоиды, не растворимые в воде набухают). Полисахариды не кристаллизуются, практически не обладают восстанавливающей способностью. Олигосахариды по своим свойствам занимают промежуточное положение между моносахаридами и полисахаридами. Они растворимы в воде, способны к кристаллизации, многие обладают сладким вкусом. Под действием кислот олигосахариды и полисахариды гидролизуются до моносахаридов.

Самыми важными для организма человека моносахаридами являются: из пентоз — рибоза, дезоксирибоза и ксилоза, из гексоз — наряду с глюкозой альдогексозы галактоза (цереброза) и манноза, кетогексоза фруктоза (или фруктовый сахар), дезоксигексоза фукоза, гексозамины (глюкозамин и галактозамин), из сиаловых кислот — нейраминовая кислота. Все эти моносахариды, за исключением фруктозы, являются компонентами различных смешанных биополимеров. Дисахариды: сахароза (тростниковый сахар, глюкофруктозил) и лактоза (молочный сахар, глюкогалактозид) являются важными компонентами пищи человека. Большое значение для человека имеют гомополисахариды, построенные из остатков глюкозы, такие, как резервный полисахарид гликоген, один из основных пищевых У. — крахмал, структурный растительный полисахарид — целлюлоза, или клетчатка. Крахмал, сахароза, лактоза, декстрины и другие У. превращаются в организме в глюкозу (см. Углеводный обмен), которая затем, окисляясь анаэробным путем (см. Гликолиз) и аэробным путем (см. Дыхание), снабжает энергией все живые клетки организма. Однако роль У. не сводится только к покрытию энергетических потребностей. Промежуточные продукты обмена У. используются для синтеза других необходимых классов веществ, в частности липидов, нуклеиновых кислот. Чрезвычайно важна резервная функция У. (полисахариды гликоген и крахмал), опорная функция (полисахариды целлюлоза и хитин, гликопротеиды, гликолипопротеиды и др.) и высокоспециализированные функции углеводсодержащих смешанных биополимеров и полисахаридов (коферментов, витаминов, антикоагулянтов, антибиотиков, специфических групповых веществ). Велика роль У. в процессе оплодотворения, в иммунных реакциях, при маркировке и транспорте гликопротеидов и т.д.

В органах и тканях человека содержится около 2% У. (в пересчете на сухую массу ткани). В основном это гликоген печени и мышц. Содержание глюкозы в крови в норме составляет 50—95 мг/100 мл или 2,8—5,3 ммоль/л. Кроме глюкозы, в крови содержатся фруктоза (0,5—5 мг/100 мл), пентозы (1,8—3,3 мг/100 мл), следы альдогексоз (галактозы, маннозы), дисахаридов (лактозы, сахарозы, мальтозы — солодового сахара), различных полисахаридов. В крови взрослых содержание гликогена составляет 7—15 мг/100 мл, у детей — около 20 мг/100 мл. В цереброспинальной жидкости содержится ²/₃—³/₄ количества У. крови (в основном глюкозы), т.е. 40—70 мг/100 мл. С мочой взрослого человека за сутки в норме выделяется 16—132 мг глюкозы или 3—15 мг/100 мл; в моче обнаружены следовые количества различных пентоз (ксилозы, арабинозы, рибозы), гексоз (рамнозы, фруктозы), дисахаридов (лактозы, сахарозы) и др. У детей, особенно у новорожденных и недоношенных, при питании молоком возрастает содержание в моче лактозы (до 120 мг/100 мл), глюкозы (до 25 мг/100 мл), галактозы (до 25 мг/100 мл) и фруктозы (до 70 мг/100 мл). У взрослых, практически здоровых людей с мочой за сутки выделяется 65,8—193,4 мг гликозаминопротеогликанов и 2,7—7,5 мг кислых гликозаминогликанов (хондроитинсульфатов А и С). В моче в норме содержится 1—11 мг/100 мл гликопротеидов.

Стойкие изменения содержания У. в тканях и биологических жидкостях, а также изменение активности ферментов, участвующих в их превращениях, являются важнейшими биохимическими диагностическими тестами нарушений углеводного обмена. Таковы, например, повышение концентрации глюкозы в крови и моче при сахарном диабете (см. Диабет сахарный), увеличение содержания в крови галактозы при галактоземии, в моче — фруктозы, сахарозы, пентоз и др. при различных видах мелитурий (Мелитурия) (фруктозурии, сахарозурии, пентозурий и др.). При диффузных болезнях соединительной ткани и гликогенозах (Гликогенозы) концентрация гликогена в крови может подниматься до 100 мг/100 мл и выше, а при остром гепатите (Гепатиты) снижаться ниже нормы. При менингитах в цереброспинальной жидкости снижается концентрация глюкозы; при энцефалитах и сахарном диабете она повышается. При нарушениях обмена гликозаминогликанов — мукополисахаридозах (Мукополисахаридозы) в моче больных повышается концентрация различных кислых мукополисахаридов, в. т. ч. и хондроитинсульфатов.

При нарушениях углеводного обмена содержание отдельных сахаров обычно определяют в наиболее доступном биологическом материале — крови и моче больного. Методы определения У. в зависимости от своего назначения можно разделить на качественные пробы, количественные методы, методы идентификации сахаров, а также развивающиеся в последнее время полуколичественные экспресс-методы определения сахаров с использованием готовых форм реактивов и автоматизированные количественные методы с использованием автоанализаторов. Качественные пробы на сахара предназначены для обнаружения в моче повышенного содержания глюкозы или других моносахаридов. Большинство проб основано на способности моносахаридов при окислении восстанавливать ряд веществ. Так, в пробе Бенедикта (Фелинга, Гайнеса и др.) глюкоза восстанавливает при нагревании в щелочной среде гидрат окиси меди синего цвета и закись меди красного цвета, в пробе Ниландера нитрат висмута — в черный металлический висмут. Все эти пробы легко могут быть проведены в любой лаборатории, однако они не позволяют получить количественной оценки и очень неспецифичны, т.к. дают положительный результат с любым веществом, обладающим восстанавливающей способностью. Количественные методы определения сахаров в биологических жидкостях весьма разнообразны. Их можно разделить на поляриметрические, титриметрические, химические колориметрические и ферментативные колориметрические методы. Растворы сахаров оптически активны и могут вращать плоскость поляризованного луча света, причем угол вращения пропорционален концентрации сахара в растворе. Изменяя в поляриметре угол вращения обесцвеченной прозрачной пробы мочи, можно определить содержание в ней глюкозы. Метод этот малоспецифичен и неточен, т.к. различные сахара имеют разные величины удельного вращения (а в моче могут присутствовать несколько сахаров); результаты измерения искажаются также присутствием в пробе других оптически активных веществ.

Титриметрические методы основаны на определении восстанавливающей способности глюкозы. Например, в методе Хагедорна — Йенсена глюкоза безбелкового фильтрата крови восстанавливает в щелочной среде красную кровяную соль до желтой кровяной соли; избыток красной кровяной соли измеряют йодометрическим титрованием и т. о. определяют концентрацию глюкозы. Этот метод трудоемок и малоспецифичен, т.к. наряду с глюкозой определяются все восстанавливающие вещества. Последующие модификации этого метода (в частности, метод Фудзиты — Иватаке) сводились к попыткам удалить из пробы крови вместе с белками некоторые восстанавливающие вещества (мочевую кислоту, глутатион и др.). Одним из первых были модифицированы в колориметрические различные редуктометрические методы определения сахаров. Так, в методе Крецелиуса — Зейферта под действием глюкозы в щелочной среде пикриновая кислота восстанавливается до коричнево-красной пикраминовой кислоты, а в методе Нельсона — Шомодьи медь из медно-тартронового реактива восстанавливалась до закисного гидрооксида меди, который в реакции с арсеномолибдатом аммония давал синюю окраску. Интенсивность окраски определяли колориметрически, а расчет глюкозы вели по стандартной кривой. Эти методы были неспецифичны и давали большую ошибку при определении. Еще менее точными оказались методы, основанные на осмолении редуцирующих сахаров при кипячении со щелочью (метод Альтгаузена и его модификации).

Большая группа колориметрических методов основана на получении из сахаров при нагревании с минеральными кислотами фурфуролов, которые реагируют затем с различными циклическими соединениями (антроном, фенолом, α-нафтолом и др.) с образованием цветных комплексов. Интенсивность окраски соответствует количеству образовавшегося фурфурола, т.е. концентрации сахара в исследуемой пробе. Точность этих методов в большой степени зависит от качества кислоты и температурного режима. Было показано, что при нагревании в слабокислой среде альдосахара (глюкоза, галактоза и др.) способны непосредственно соединяться с циклическими аминами (анилином, о-толуидином, дифениламином и др.) с образованием цветных продуктов конденсации. Это свойство было использовано для разработки методов определения глюкозы, среди которых наиболее распространен и унифицирован о-толуидиновый метод определения альдосахаров в крови и в моче.

Наиболее специфичными и перспективными методами определения сахаров считаются методы, основанные на использовании чистых ферментов. Так, глюкозу в биологических жидкостях определяют с помощью фермента глюкозооксидазы. Этот фермент окисляет глюкозу до глюконовой кислоты, при этом в реакции образуется перекись водорода; ее расщепляют ферментом пероксидазой, и образовавшийся в реакции атомарный кислород окисляет какой-либо краситель до окрашенной формы. Интенсивность окраски пропорциональна содержанию в пробе глюкозы. Метод унифицирован и широко распространен во многих клинико-диагностических лабораториях Для определения глюкозы были разработаны также методы с использованием фермента гексокиназы, которая при участии аденозинтрифосфата превращает глюкозу в глюкозо-6-фосфат; в реакции образуется также аденозиндифосфат. Далее определяют глюкозо-6-фосфат с помощью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы или содержание аденозиндифосфата с помощью пируваткиназы и лактатдегидрогеназы. Гексокиназные методы точны и специфичны, но используются редко из-за дефицита и высокой стоимости чистых ферментов. Специфическое определение галактозы в крови больных с галактоземией проводилось с помощью галактозооксидазы — фермента по своему действию близкого к глюкозооксидазе.

Проблема идентификации сахаров в биологических жидкостях возникла вследствие необходимости диагностировать различные мелитурии, болезни накопления, а также с целью установления строения олигосахаридов. Первые методы идентификации были качественными пробами на определенные виды сахаров. Они основывались на образовании различных видов озазоновых и гидразоновых кристаллов моносахаридов, на сбраживании сахаров различными микроорганизмами, на различной способности моносахаридов образовывать фурфуролы. Пентозы в моче обнаруживали пробами с флороглюцином, орцином, бензидином и др.; фруктозу — резорциновым, тиобарбитуровым и другими методами; галактозу и лактозу — по образованию белой слизевой кислоты в присутствии азотной кислоты; дезоксисахара (фукозу, дезоксирибозу и др.) — методами Дише по дифениламиновой реакции в кислой среде; сиаловые кислоты после их гидролитического отщепления от гликопротеидов определяли по реакции Гесса с серной и уксусной кислотами или по реакции с тиобарбитуровой кислотой; сахарозу — по кислотному или ферментативному гидролизу и образованию глюкозы и фруктозы. Все ферментативные методы определения сахаров являются также и методами их идентификации. Однако качественно и количественно охарактеризовать весь состав сахаров в исследуемой пробе биологической жидкости стало возможным только при использовании электрофоретического разделения боратных комплексов сахаров или различных видов хроматографии (Хроматография) (на бумаге, в тонком слое силикагеля, колоночной, газожидкостной и др.). При идентификации олигосахаридов и полисахаридов их сначала выделяют в чистом виде, затем определяют их мономерный состав после полного кислотного гидролиза, степень полимеризации и молекулярную массу и далее устанавливают типы гликозидных связей после частичного кислотного или ферментативного гидролиза.

Экспресс-методы определения в биологических жидкостях различных компонентов (в т.ч. сахаров) характеризуются большой чувствительностью, точностью, быстротой и простотой исполнения. Для их выполнения не требуется специального оборудования. Первоначально были разработаны таблеточные редуктометрические экспресс-методы для определения сахаров в моче. Окраску мочи через 1—2 мин после добавления таблеточных реактивов сравнивали с цветной шкалой и по ней определяли концентрацию редуцирующих сахаров в пробе. Позднее были предложены различные варианты тест-бумажек для ферментативного определения глюкозы в моче (например, «Глюкотест») и в крови (например, «Глюкозан») с использованием глюкозооксидазного метода. Эти экспресс-методы отличаются высокой специфичностью. Для проведения анализа достаточно полоску фильтровальной бумаги, пропитанную реактивами и ферментами, смочить мочой или каплей крови и сравнить развившуюся через 1—2 мин окраску с приложенной цветной шкалой. Концентрацию глюкозы в пробе определяют по совпадающему цвету на шкале. Интенсивность окраски полоски (и концентрация глюкозы в пробе) может быть определена точнее с помощью специального отражательного фотоэлектроколо-риметра. Тест-бумажки стали выпускать в различных комбинациях с другими экспресс-методами (например, полоски Multistix фирмы Ames), благодаря чему исследователь получил возможность за 1—2 мин определить до 10 компонентов мочи. Были выпущены также тест-бумажки для определения галактозы в моче с помощью фермента галактозооксидазы. Использование экспресс-методов особенно перспективно для диагностики сахарного диабета и галактоземии, контроля за ходом лечения (больной может самостоятельно определить концентрацию сахара), для использования в экстренных случаях (например при подозрении на гипогликемическую кому) и в местностях, удаленных от клинико-диагностических лабораторий. Разработка новых экспресс-методов в настоящее время ведется многими научными центрами и фирмами.

Значительным достижением в развитии лабораторной техники явились разработка и внедрение в практику работы крупных лабораторных центров автоматических анализаторов. Многие количественные методы определения сахаров (редуктометрические, о-толуидиновый, глюкозооксидазный) были модифицированы для автоанализаторов, в результате чего клиники получили возможность в течение короткого времени с минимальными затратами и высокой точностью проводить большие серии определений концентрации сахаров в биологических жидкостях больных.

Библиогр.: Биохимические методы исследования в клинике, под ред. А.А. Покровского, с. 216, 234, М., 1969; Кочетков Н.К. и др. Химия углеводов, М., 1967; Лабораторные методы исследования в клинике, под ред. В.В. Меньшикова, с. 230, М., 1987; Мецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 1—2, М., 1980; Степаненко Б.Н. Химия и биохимия углеводов (полисахариды), М., 1978; Тодоров И. Клинические лабораторные исследования в педиатрии, пер. с болг., с. 545, 945, София, 1968.

природные органические соединения, представляющие собой альдегидо- и кетоноспирты или продукты их конденсации; присутствуют в свободном виде и в соединениях или комплексах с белками и липидами во всех органах и тканях и являются одним из основных питательных веществ.

Углево́ды неусвоя́емые (син. У. трудноусвояемые) — высокомолекулярные У. в составе продуктов растительного происхождения (например, клетчатка), слабо поддающиеся расщеплению при воздействии пищеварительных соков.

Углево́ды рафини́рованные — легкоусвояемые У., извлеченные из растительного сырья и очищенные от сопутствующих (балластных) веществ для употребления в пищу.

Углево́ды трудноусвоя́емые — см. Углеводы неусвояемые.

Углево́ды усвоя́емые — У. в составе продуктов питания, эффективно перевариваемые и используемые организмом, например крахмал, гликоген, сахароза.

УГЛЕВОДЫ

сахара, алифатич. полиоксикарбонильные соединения и их многочисл. (в т. ч. полимерные) производные, компоненты всех без исключения живых организмов. У. делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Большинство природных У.— производные циклич. форм моносахаридов. В растениях моносахариды являются первичными продуктами фотосинтеза и используются далее для биосинтеза гликозидов, полисахаридов, аминокислот, жирных к-т, полифенолов и др. В этих превращениях участвуют, как правило, фосфорилированные производные сахаров, важнейшие из к-рых — нуклеозид-дифосфатсахара. У. запасаются как энергетич. резерв в виде крахмала или гликогена; освобождение энергии происходит либо в результате гидролиза (фосфоролиза) резервных полисахаридов с последующим расщеплением освобождающихся моносахаридов, либо в анаэробных условиях (брожение, гликолиз), либо окислит, путём. В виде гликозидов в растениях и у животных осуществляется транспорт разл. метаболитов. Нек-рые углеводные полимеры служат опорным материалом жёстких клеточных стенок (целлюлоза, хитин, пептидогликаны) или выполняют функции цементирующего материала в межклеточном пространстве (пектины, мукополисахариды). Гидрофильные полисахариды способствуют поддержанию водного баланса клеток. Особенно важную роль играют углеводные цепи сложных У. (липополисахаридов, гликолипидов, гликопротеидов) в образовании специфич. клеточных поверхностей и мембран и, следовательно, в таких высокоспецифичных явлениях клеточного взаимодействия, как оплодотворение, «узнавание» клеток при тканевой дифференцировке и отторжении чужеродной ткани и т. д. У. применяют в пищевой (сахароза, крахмал, пектины), целлюлозно-бумажной, текстильной, химич. пром-сти (целлюлоза и её производные), медицине (глюкоза, аскорбиновая к-та, нек-рые антибиотики, сердечные гликозиды, гепарин).

(сахара), класс органических соединений, присутствующих во всех живых клетках. По химической природе углеводы – полиоксикарбонильные соединения: их углеродный скелет несёт какую-либо карбонильную группу (альдегидную, кетонную, карбоксильную) и несколько гидроксильных групп. Общую формулу многих углеводов можно представить в виде C_m (H₂O)_n, т.е. углерод + вода (отсюда название – углеводы). Кроме того, существует множество углеводов, включающих различные группы (напр., аминогруппу NH₂). У простых углеводов – моносахаридов – углеродная цепь может содержать 3 углеродных атома (триозы), 4 (тетрозы), 5 (пентозы), 6 (гексозы) и т.д. Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Гексозы глюкоза, фруктоза и галактоза играют важную роль в обеспечении всех организмов энергией. В растениях моносахариды образуются в процессе фотосинтеза и служат также исходными веществами для биосинтеза более сложных углеводов, аминокислот и других соединений.

При объединении нескольких молекул моносахаридов образуются олигосахариды (дисахариды, трисахариды и т.д.), из которых широко распространены дисахариды сахароза и лактоза.

Из циклических форм моносахаридов построены длинные цепи полисахаридов. Наряду с белками и нуклеиновыми кислотами эти углеводы являются важнейшими биополимерами.

Разнообразные функции в организмах выполняют продукты конденсации циклических форм моно– и олигосахаридов с различными соединениями – гликозиды, а также комплексы углеводов с белками (гликопротеиды), липидами (гликолипиды) и другие сложные углеводы. Для животных и человека углеводы, подобно белкам и жирам, служат незаменимыми компонентами пищи, обеспечивая прежде всего потребность организма в энергии.

(сахара), обширная группа полигидроксикарбо-нильных соед., входящих в состав всех живых организмов; к У. относят также мн. производные, получаемые при хим. Mодификации этих соед. путем окисления, восстановления или введения разл. заместителей.

Термин "углеводы" возник потому, что первые известные представители У. по составу отвечали ф-ле mH_2nO_n (угле-род+вода); впоследствии были обнаружены природные У. с др. элементным составом.

Классификация и распространение. У. принято делить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.