Углеводы - Органические вещества - ХИМИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТОК

Содержание углеводов в животных клетках составляет 1 — 5%, а в клетках некоторых растений достигает 70%. Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Как следует из названия, углеводы представляют собой соединения углерода и воды. Существуют три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды, различающихеся числом мономерных звеньев.

Формула моносахаридов — С_nН₂O_n. Это бесцветные твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, но нерастворимые в неполярных растворителях, имеющие, как правило, сладкий вкус. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы (рис. 6.2). Наиболее распространены в природе гексозы (глюкоза, фруктоза, галактоза) — основные источники энергии в клетках (при полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза), входящие в состав нуклеотидов нуклеиновых кислот. В обмене веществ участвуют главным образом в форме фосфатов.

Два или несколько ковалентно связанных друг с другом с помощью гликозидной связи моносахарида образуют ди-, или олиго-, сахариды (рис. 6.3). Дисахариды также широко распространены в природе: наиболее часто встречаются сахароза (сахар, получаемый из сахарного тростника или свеклы), состоящая из глюкозы и фруктозы; мальтоза (солодовый сахар), образованная двумя молекулами глюкозы; лактоза (молочный сахар), входящая в состав молока и состоящая из галактозы и глюкозы. Дисахариды близки по своим свойствам к моносахаридам, хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Рис. 6.2. Моносахариды

Рис. 6.3. Дисахариды

Полисахариды — это биополимеры, содержат большое число моносахаридных остатков, связанных гликозидной связью, и обладают высокой молекулярной массой. Они утрачивают сладкий вкус и способность растворяться в воде. В составе организмов имеется много разнообразных полисахаридов (рис. 6.4). Наиболее широко распространены такие полимеры глюкозы, как крахмал и гликоген, используемые клетками растений и животных для запасания энергии, а также целлюлоза и хитин, обеспечивающие прочность покровных структур растений, грибов и животных. В частности, в состав клеточной стенки клеток растений входит около 20 — 40% целлюлозы. Многие полисахариды животных образуют соединения с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды). Гликолипиды участвуют в построении клеточных мембран. Гликопротеины (например, гепарин) регулируют свертывание крови, липидный обмен.

Рис. 6.4. Схема строения полисахаридов

Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с липидами и белками, формируя сложные углеводы типа гликолипидов и гликопротеинов. Большинство мембранных и секретируемых клеткой белков относится к гликопротеинам.

Функции углеводов многообразны.

• Они являются мощным и богатым источником энергии, необходимой клетке для осуществления различных форм активности. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж (для этой цели, как правило, используется глюкоза).

• Полисахариды — удобная форма накопления энергоемких моносахаридов (в виде крахмала у растений и гликогена у животных), а также незаменимый защитный и структурный компонент клеток и тканей животных, растений и микроорганизмов.

• Целлюлоза образует стенки растительных клеток, а сложный полисахарид хитин является главным структурным компонентом наружного скелета членистоногих.

• Небольшие олигосахариды, включающие 20 — 30 мономерных звеньев, входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая узнавание клеток друг другом и их взаимодействие.

Опорные точки

• Наибольшее количество углеводов содержится в растительных клетках.

• Моносахариды являются основным источником энергии для большинства живых организмов.

• Углеводы входят в состав рецепторов клетки и поверхностных антигенов, выполняя информационно-коммуникативные функции.

• Полисахарид целлюлоза входит в состав клеточных стенок прокариот и растений.

• Хитин образует наружный скелет членистоногих и клеточные оболочки грибов.