Современное состояние химии углеводов

Другим большим разделом химии углеводов является химия полисахаридов. Полисахариды представляют собой полимеры моносахаридов, точнее продукты их поликонденсации, и их молекулы образуют цепи, состоящие из моносахаридных звеньев, связанных друг с другом через атом кислорода. Полисахариды - типичные высокомолекулярные вещества, и этот раздел химии углеводов по принципиальным и методическим подходам сходен с другими разделами химии полимеров. В частности, уже само понятие индивидуального вещества в данном случае теряет смысл и часто заменяется понятием фракции, содержащей идентичное по строению, но различающееся по молекулярному весу семейство полимергомологов. Это накладывает свой отпечаток на методы выделения и разделения полисахаридов. Далее, понятие структуры полисахарида и методы ее установления также сходны с соответствующими понятиями и методами высокомолекулярной химии.

Установление строения полисахаридов - исключительно сложная задача, так как полифункциональные мономерные звенья моносахаридов могут соединяться между собой многими способами, и число мыслимых вариантов структуры очень быстро возрастает с увеличением степени полимеризации, достигая уже для относительно низкомолекулярных полисахаридов подлинно астрономических величин. При решении вопроса о структуре полисахарида помимо строения мономера и типа межмономерной связи нужно определять также и последовательность мономеров в цепи (для биополимеров это является центральной задачей), а также их взаимное расположение в пространстве. Последнее обстоятельство следует отметить особо, поскольку физические и биологические свойства полимеров в значительной мере определяются формой их макромолекулы, т. е. вторичной и высшими структурами. Поэтому в химии полисахаридов наряду с обычными органохимическими подходами большое значение приобретают физико-химические методы, применяемые в химии полимеров для выяснения размеров и формы макромолекулы.

Среди всех других классов углеводов именно полисахариды привлекают сейчас наиболее пристальное внимание биохимиков и других специалистов, связанных с проблемами биологии. Это объясняется тем, что структура полисахаридных цепей во многих случаях определяет биологическую специфичность, как, например, в случае полисахаридов микроорганизмов. По этой причине химия полисахаридов тесно связана с химией смешанных биополимеров, имеющих в своем составе полисахаридные цепи наряду с пептидными и липидными фрагментами. Этот новый раздел химии углеводов сейчас бурно развивается, и краткое его рассмотрение также включено в книгу.

Наряду с моносахаридами и полисахаридами имеется еще один промежуточный класс углеводов, получивший название олигосахаридов. Олигосахариды содержат небольшие цепи, состоящие из нескольких моно- сахаридных звеньев, построенные по тому же типу, что и цепи полисахаридов. Естественно, что разделение олигосахаридов и полисахаридов достаточно условно. Обычно соединения, содержащие 2-5 звеньев, принято называть низшими олигосахаридами, а соединения, содержащие от шести до десяти звеньев,- высшими олигосахаридами, что отличает их от полисахаридов, имеющих большее число моносахаридных звеньев.

Химия олигосахаридов занимает важное место во всем комплексе проблем, связанных с исследованием углеводов. Дело в том, что олигосахариды являются низкомолекулярными соединениями, к которым применимы обычные методы органической химии; в частности, олигосахариды, по крайней мере, их низшие представители, могут быть получены синтетически, а их структура может быть выяснена с полной достоверностью во всех деталях. В то же время олигосахариды несут элемент структуры полисахарида. Они имеют гликозидную связь между моносахаридными звеньями, обладают многими химическими, а подчас и биологическими свойствами, напоминающими полисахариды, и поэтому могут рассматриваться как упрощенные модели полисахаридов. Сочетание этих двух моментов придает большую значимость этой области химии углеводов, характеризует ее своеобразие и оправдывает выделение ее в особый раздел.