Вуглеводи й карбогідрати: у чому різниця

До карбогідратів належать не тільки вуглеводи, а й похідні від них продукти, які окрім основних компонентів можуть містити інші елементи

Визначення термінів «вуглеводи» та «карбогідрати» нині стало актуальним у зв’язку з застосуванням останнього у нових стандартах та у перекладах міжнародних стандартів.

Тож з’ясуємо, що це і чи є між ними різниця.

Вуглеводи: класифікація, будова, функції, поширення у природі

Більшість вуглеводів мають емпіричну формулу C_n(H₂O)_m, звідки й походить їхня назва («вуглець» + «вода»).

Вуглеводи – це клас біохімічних сполук, які складаються з:

вуглецю (карбону, С);
водню (гідрогену, Н);
кисню (оксигену, О).

Вуглеводи класифікують за хімічною структурою й здатністю до гідролізу з утворенням простіших сполук.

Вуглеводи – це полігідроксиальдегіди, або полігідроксикетони, або ж молекули, які можуть гідролізуватися до них. За своєю структурою вуглеводи поділяють на прості й складні.

Розглянемо їх більш докладно.

1

Прості вуглеводи

Це моноцукриди (моносахариди) або монози, що не піддаються гідролізу, солодкі на смак, добре розчиняються у воді, але не розчиняються у неполярних розчинниках (уайт-спіриті, сольвенті, бензолі тощо).

Молекули моноцукридів мають нерозгалужений карбоновий скелет, що містить від 3 до 9 атомів вуглецю (карбону, С).

Найпростіші моноцукриди складаються з:

3 атомів вуглецю (С);
6 атомів водню (Н);
3 атомів кисню (О).

Найпростіші моноцукриди С₃(Н₂О)₃:

Гліцеральдегід (гліцераль) Дигідроксиацетон

До моноцукридів належать:

глюкоза (C₆H₁₂O₆);
фруктоза (C₆H₁₂O₆);
галактоза (C₆H₁₂O₆);

Моноцукриди є основними будівельними блоками для складних вуглеводів.

2

Складні вуглеводи

Це вид за розгалуженістю структури поділяють на:

олігоцукриди (олігосахариди);
поліцукриди (полісахариди) (схема 1).

Олігоцукриди містять від 2 до 19 моноцукридних ланок, з яких найпоширеніші – дицукриди (дисахариди), що складаються з 2 моноцукридних ланок.

Дицукриди бувають:

відновлювальні;
невідновлювальні.

Дицукриди мають солодкий присмак. Як і моноцукриди, добре розчинні у воді. Глікозидний зв’язок олігоцукридів легко піддається гідролізу в кислотному середовищі (не в лужному), при цьому вони розпадаються на складові – моноцукриди.

Приклади дицукридів:

сахароза (столовий цукор, C₁₂H₂₂O₁₁) складається із моноцукридів глюкози та фруктози;
лактоза (молочний цукор, C₁₂H₂₂O₁₁) складається із моноцукридів глюкози та галактози.

Олігоцукриди виконують важливі функції в клітинних розпізнавальних процесах.

Функціональні властивості моно- та олігоцукридів:

гідрофільність
- одна з основних фізичних властивостей вуглеводів; вони взаємодіють з водою за допомогою водневих зв’язків, що призводить до сольватації або розчинення цукрів
зв’язування ароматичних речовин
- вуглеводи сприяють збереженню кольору та летких ароматичних сполук; сутність цього процесу полягає у заміні взаємодії «цукор – вода» на взаємодію «цукор – ароматична речовина»
утворення продуктів неферментативного потемніння й харчового аромату
- відбувається під час теплового оброблення, так звана карамелізація
солодкість
- приємне відчуття у роті, що виникає у разі споживання простих цукрів

Поліцукриди – складні високомолекулярні сполуки: довгі ланцюги моноцукридів, які містять від кількох сотень до кількох тисяч моноцукридних залишків.

Поліцукриди під каталітичним впливом кислот чи ферментів піддаються гідролізу з утворенням простіших поліцукридів, потім – дицукридів, і зрештою – багатьох (сотні й тисячі) молекул моноцукридів.

Головними представниками поліцукридів є крохмаль і целюлоза.

Молекули крохмалю й целюлози побудовані з ланок -С₆Н₁₀О₅-. Вони є залишками шестичленних циклічних форм молекул глюкози, які втратили молекулу води, тому і крохмаль, і целюлоза мають одну хімічну формулу (С₆Н₁₀О₅)_n.

Різниця властивостей цих поліцукридів обумовлена просторовою ізомерією моноцукридних молекул:

крохмаль побудований із ланок α-форми глюкози;
целюлоза – β-форми.

Функції, які виконують поліцукриди у харчових продуктах, пов’язані з їхніми структурно-функціональними властивостями, такими як:

молекулярна архітектура;
розмір;
міжмолекулярні взаємодії, зумовлені наявністю водневих зв’язків.

Саме завдяки поліцукридам створюється потрібна структура харчового продукту.

Поліцукриди виконують важливу роль у забезпеченні необхідної текстури харчових продуктів:

твердості;
крихкості;
щільності;
згущування;
в’язкості;
липкості;
гелеутворювальної здатності.

Поліцукриди також виконують структурні та енергетичні функції, зокрема:

крохмаль (C₆H₁₀O₅)n є запасним вуглеводом у рослин;
глікоген (C₆H₁₀O₅)n є запасним вуглеводом у тварин.

Вуглеводи дуже розповсюджені у природі (складають 3/4 біологічного світу) й зустрічаються у вільній або зв’язаній формі у будь-якій клітині:

рослинній;
тваринній;
бактеріальній.

Найбільш розповсюджений вуглевод – це целюлоза, структурний компонент деревини.

Головний харчовий вуглевод – це крохмаль.

Вуглеводам у харчуванні людини відводиться надзвичайно важлива роль (близько 60–80% калорійності раціону). Вони є головним джерелом енергії для організму, що є необхідною для життєдіяльності всіх клітин, тканин та органів, особливо мозку, серця та м’язів.

У результаті біологічного окиснення вуглеводів, а також жирів і меншою мірою білків, в організмі вивільнюється енергія, яка акумулюється у виді аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ): з 1 г вуглеводів утворюється до 16,7 кДж (4 ккал) енергії за добової потреби у їхньому споживанні 300–330 г.

З погляду харчової цінності вуглеводи поділяються на засвоювані та незасвоювані (таблиця 1).

Таблиця 1. Класифікація вуглеводів за можливістю засвоєння

Засвоювані вуглеводи	Незасвоювані вуглеводи
моноцукриди	целюлоза
олігоцукриди	геміцелюлоза
крохмаль	інулін
глікоген	пектин

Незасвоювані вуглеводи (харчові волокна):

стимулюють моторну функцію кишківника;
перешкоджають всмоктуванню холестерину;
нормалізують склад мікрофлори;
впливають на ліпідний обмін;
адсорбують жовчні кислоти;
сприяють зниженню рівня токсичних речовин.

З вуглеводів людина засвоює переважно поліцукриди:

крохмаль, що міститься у рослинній їжі;
глікоген, що міститься у їжі тваринного походження.

Карбогідрати

Карбогідрати, С_n(H₂О)_mR – ширший термін, який охоплює всі класи сполук, що містять вуглець, водень та кисень.

Карбогідрати можуть бути вуглеводами, але окрім вуглецю, водню й кисню можуть містити ще й інші елементи:

азот (N);
фосфор (P);
сірку (S);
аміногрупи;
карбоксильні групи.

Крім найпростіших цукрів у природі поширені також їхні похідні, у яких гідроксильні або карбонільні групи окиснені чи заміщені на інші функціональні групи.

Наприклад, у разі окиснення альдегідної групи альдоз утворюються альдонові кислоти, такі як глюконова кислота (похідна глюкози).

Продуктом окиснення гідроксильної групи до карбоксильної на протилежному кінці молекули є уронові кислоти, такі як глюкуронова і галактуронова.

Хітин – похідний продукт вуглеводу, який містить атом азоту (С₈Н₁₃NO₅)_n.

Поширені у природі фосфоцукри, які є проміжними продуктами синтезу й розщеплення більшості моносахаридів.

Фосфорилювання відбувається, щоб активувати цукри для наступних хімічних реакцій, а також щоб затримати їх всередині клітини, оскільки плазматичні мембрани переважно не мають переносників для фосфорильованих форм.

У аміноцукрів на аміногрупу заміщується одна з гідроксильних груп, найчастіше поблизу C₂, як у глюкозаміну, галактозаміну й манозаміну. Майже завжди ця аміногрупа конденсується з оцтовою кислотою, як у N-ацетилглюкозаміну.

N-ацетилглюкозамін входить до складу багатьох структурних поліцукридів, наприклад, у клітинній стінці бактерій.

N-ацетилнейрамінова кислота є 9-карбоновим кислотним похідним продуктом N-ацетилманозаміну і компонентом деяких гліколіпідів і глікопротеїнів у тварин.

Ще одна група похідних моноцукридів – дезоксицукри, в яких одну з гідроксильних груп заміщено на атом гідрогену (Н). Найпоширенішою сполукою цього класу є β-2-d-дезоксирибоза, що входить до складу ДНК.

L-фукоза і L-рамноза є похідними L-галактози й L-манози, відповідно. Першу з них виявлено в гліколіпідах і глікопротеїнах, другу – в рослинних поліцукридах.

Висновки експерта

Отже, до карбогідратів належать не тільки вуглеводи, а і їхні похідні продукти, які окрім основних компонентів можуть містити інші елементи. Відповідно, вони більш різноманітні за своїми хімічними властивостями й функціями.

Вуглеводи є підкласом карбогідратів і складаються виключно з:

вуглецю;
водню;
кисню.