Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Углеводы

Органические соединения с общей формулой Cn(H2O)n называются углеводами, в зависимости от строения их подразделяют на простые и сложные. Углеводы — это многоатомные спирты, которые имеют двойную связь кислорода с углеродом и способны образовывать биополимеры. Сахара (моносахариды и олигосахариды) играют важную роль в обмене веществ, поскольку является источником энергии, а сложные углеводы — полисахариды — биологические полимеры, в организмах животных и растений выполняют структурную, защитную функции и способны откладываться про запас.

Простые углеводы, или моносахариды

Основой простых углеводов — моносахаридов (от греч. monos — один, единственный; sacchar — сахар), которые встречаются в клетках животных и растений, является углеродная цепь от 3 до 7 атомов, к которым присоединяются атомы водорода, кислорода и гидроксильные группы. При этом один из атомов углерода имеет двойную связь с атомом кислорода. Итак, моносахариды — это сложные многоатомные спирты. В состав простых углеводов, так же, как и в состав жиров входят только углерод, водород и кислород в соотношении (1C:2H:1O).

Для молекул моносахаридов присуща полярность, они растворяются в воде, а в твердом состоянии имеют вид кристаллов. Обычными шести-атомными моносахаридами, часто встречающимися в живых организмах является глюкоза и фруктоза.

Структурная формула глюкозы и фруктозы

По своему химическому составу эти два вещества одинаковы и имеют молекулярную формулу C6H12O6. Это означает, что эти два соединения являются изомерами (от греч. изос — одинаковый и мерос — часть), то есть различаются по характеру связей атомов в молекуле, имея при этом одинаковый состав атомов. Формулы глюкозы и фруктозы разные — в глюкозы двойная связь с атомом кислорода, образованная на первом атоме углеродной цепи, а в фруктозы — на втором.

Ключевую роль в метаболизме животных и растений играет глюкоза, которую еще называют виноградным сахаром. Именно этот углевод образуется у растений вследствие фотосинтеза и является первичным источником энергии в клетках животных и растений.

Глюкоза — важнейший компонент крови человека. Недостаточное количество этого углевода в крови приводит к нарушению деятельности мозга, обморокам и даже может привести к смерти. Кроме того, глюкоза — это исходный продукт для многих веществ, а потому является главным веществом биологического синтеза.

Фруктоза, или фруктовый сахар, также имеет большое значение для метаболизма растений и в свободном виде содержится в листьях и плодах. Это самый сладкий из сахаров. Фруктоза составляет более 50% всех веществ пчелиного меда и, как и глюкоза, является компонентом более сложных соединений, необходимых для клетки.

Сложные углеводы, или полисахариды

В определенных условиях моносахариды способны сочетаться друг с другом, выделяя при этом молекулу воды. Поэтому сложные углеводы, в отличие от простых, имеют другую общую формулу Cn(H2O)n-1. Олигоссахариды (от греч. олиго — малый и sacchar — сахар) могут содержать от двух до четырех остатков молекул моносахаридов. Самым распространенным олигосахаридом являются сахароза (тростниковый сахар), состоящий из остатков фруктозы и глюкозы. Это и есть наш бытовой сахар.

Молекула сахарозы

В естественном виде сахароза содержится только в растениях, где исполняет функцию транспортировки молекул моносахаридов. Кроме сахарозы в тканях растений содержатся и другие дисахариды, в частности — мальтоза, состоящий из двух молекул глюкозы.

В молоке млекопитающих содержится лактоза, в состав которой входят глюкоза и еще один моносахарид — галактоза, который также является изомером глюкозы. Все указанные дисахариды имеют ту же молекулярную формулу — C12H22O11 но у них разные физические и химические свойства.

Моно- и олигосахариды, имеющих общее название сахара, характеризуются сладким вкусом, растворяются в воде и способны в сухом состоянии кристаллизоваться.

Особую группу углеводов составляют полисахариды (от греч. поли — много и sacchar — сахар). Это одна из разновидностей биологических полимеров, мономерами которых являются различные моносахариды. Остатки моносахаридов в такой молекуле собраны в одну длинную разветвленную цепь. Полисахариды имеют совсем другие физические свойства, чем сахара. Они не способны растворяться в воде и в сухом виде напоминают порошок. Молекулярная масса полисахаридов может достигать тысяч и даже миллионов. Поэтому их относят к группе биологических макромолекул.

Молекула крахмала

Функции углеводов

Функции, выполняемые углеводами в организмах живых существ, весьма разнообразны, мы рассмотрим лишь самые главные из них:

Энергетическая функция

Углеводы — это универсальный и важный источник энергии в клетке. Любая функция любого организма так или иначе связана с окислением углеводов в CO2 и H2O. В результате полного расщепления 1 г любого углевода выделяется 17,6 кДж энергии.

Запасающая функция

Глюкоза хорошо растворяется в воде и легко проникает сквозь клеточную мембрану, поэтому накопить ее в клетке невозможно. Избыток глюкозы в клетке превращается в нерастворимые в воде полисахариды, которые в твердом состоянии откладываются в цитоплазме. У растений основным резервным углеводом является крахмал, образованный из остатков молекул глюкозы. Недостаток глюкозы в организме при необходимости восполняется путем гидролиза крахмала.

У животных основным резервным углеводом является полисахарид гликоген. Он, как и крахмал, состоит из молекул глюкозы, но имеет более разветвленную строение и лучше растворяется в воде.

Опорная (структурная) функция

Клетки растений покрывает твердая оболочка, построенная из полисахарида целлюлозы, или клетчатки. Она так же, как и резервные углеводы — крахмал и гликоген, построена из молекул глюкозы, которые, однако, имеют другую пространственную организацию молекул. Благодаря этому связи между такими молекулами глюкозы значительно крепче. Целлюлоза не только не растворяется в воде, но и не переваривается большинством животных, то есть не распадается до молекул глюкозы. Способность переваривать целлюлозу присуща бактериям и грибам, благодаря которым происходит разложение отмерших растений.

Хитин, который образует наружный скелет насекомых и клеточную оболочку грибов, также относится к группе опорных полисахаридов. Он состоит из особых моносахаридов, содержащих атомы азота, и имеет кристаллическую структуру, а потому является веществом более химически инертным, чем целлюлоза.

Иммунная функция

Полисахариды построены не только из остатков моносахаридов, но и из других молекул, в частности остатков серной кислоты и могут образовывать комплексы с белками. Эти соединения углеводов с белками играют ключевую роль в сочетании клеток друг с другом и в распознавании организмом собственных клеток. Установлено, что молекулы полисахаридов как бы наполовину встроены в наружную клеточную мембрану — наружу выступают только отдельные группы атомов. Набор и характер этих групп специфический для каждой особи. Именно благодаря этому клетки любого организма легко «определяют» постороннюю клетку, например бактерию, которая попала в него.

Защитная функция

Некоторые полисахариды, имеющие сложное строение, защищают организм от внешних воздействий. К ним относится камедь — прозрачная смолистое вещество янтарного цвета, которая выделяется из трещин ветвей и зеленых плодов вишен и абрикосов. Животные также имеют свои защитные полисахариды.

Особые углеводы — пектины, входящие в состав клеточной стенки растений, они накапливаются в большом количестве в плодах крыжовника или яблоках. Пектины способны образовывать прочные соединения с атомами тяжелых металлов. Это их свойство широко используют в медицине для выведения из организма атомов свинца или ртути, которые являются ядовитыми для многих животных.

 

Будьте первым, кто оставит комментарий!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *