§ 9 Углеводы и их роль в жизнедеятельности клетки
1. Какие вещества, относящиеся к углеводам, вам известны?
2. Какую роль играют углеводы в живом организме?
Углеводы и их классификация. Углеводы, или сахариды, входят в состав клеток всех живых организмов. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1—5% , а в некоторых растительных клетках может достигать до 90% .
Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олиго-сахариды и полисахариды.
Моносахариды (греч. monos — один) — бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.
Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза (рис. 8).
Рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Глюкоза (виноградный сахар) является мономером полисахаридов (крахмала, гликогена, целлюлозы). Она есть в клетках всех организмов. Фруктоза входит в состав олигосахаридов, например сахарозы. В свободном виде содержится в клетках растений. Галактоза также входит в состав некоторых олигосахаридов, например лактозы.
СН2ОН
н I Он нпн г 0
I н | НОН2С он
I он н , I н но I
но\{иааи-«|/ он н | | СНг0Н
н он он н
Глюкоза Фруктоза
СдН12Ое CgH12Og
О О
нон2с он НОН2С ч он
| н н | | н н |
Н ^ Y н H Ч|»1шч11111^ н
он он ОН Н
Рибоза Дезоксирибоза
С5Н10О5 С5Н10О4 Рис. 8. Моносахариды
Олигосахариды (греч. oligos — немного) образованы двумя (тогда их называют дисахариды) или несколькими моносахаридами, связанными ковалентно друг с другом с помощью гликозидной связи. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.
Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды: сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) (рис. 9).
Полисахариды (греч. poly — много) являются полимерами и состоят из неопределенно большого (до нескольких сотен или тысяч) числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др. Интересно, что крахмал, гликоген и целлюлоза, играющие важную роль в живых организмах, построены из мономеров глюкозы, но связи в их молекулах различны. Кроме того, у целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала (рис. 10).
С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус.
Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с белками (гликопротеиды) и липидами (гликолипиды).
Функции углеводов. Основная функция углеводов — энергетическая. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятель-
носн2
н I он носн2 0 он
| он Н \ |_ J гН но, |
НО ■ j | J СН2ОН
н он он н
Сахароза (глюкоза + фруктоза)
HOCH2 носн2
Н | ОН Н | ОН
I он н 1 L0J 4он н |
НО N^g;^ j ^jeei8SS§rt^ ОН
Н ОН Н ОН
Мальтоза (глюкоза + глюкоза)
Рис. 9. Дисахариды
НОСН2 НОСН2
НО I О Н | Он
| ОН Н 11 0 "он н,|
н ^^^^ H ^м^»^ он
н он н он
Лактоза (галактоза + глюкоза)
■ • •
in umtmw чмиймг ™
Гликоген
L
N N
Целлюлоза
. \* °cQXXX'r;OC Рис. 10. Схема
строения полисахаридов
ность организма. При полном расщеплении 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж.
Углеводы выполняют запасающую функцию. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.
Очень важной является структурная, или строительная, функция углеводов. Они используются в качестве строительного материала. Так, целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20—40% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка — почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.
Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов. В качестве важного компонента наружного скелета хитин встречается у отдельных групп животных, например у членистоногих.
Углеводы выполняют защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении стволов и веток растений, например слив, вишен), препятствующие проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов, являются производными моносахаридов.
|