Усі вуглеводи складаються з окремих «одиниць», якими є сахариди. За здатністю догідролізунамономеривуглеводи ділятьсяна дві групи: прості та складні. Вуглеводи, що містять одну одиницю, називаютьсямоносахариди, дві одиниці –дисахариди, від двох до десяти одиниць –олігосахариди, а понад десять –полісахариди.
Моносахариди швидко підвищують вміст цукру в крові, і мають високий глікемічний індекс, тому їх ще називають швидкими вуглеводами. Вони легко розчиняються у воді та синтезуються у зелених рослинах.
Вуглеводи, що складаються з 3 або більше одиниць, називаютьсяскладними. Продукти, багаті на складні вуглеводи, поступово підвищують вміст глюкози і мають низький глікемічний індекс, тому їх ще називають повільними вуглеводами. Складні вуглеводи є продуктами поліконденсації простих цукрів (моносахаридів) і, на відміну від простих, у процесі гідролітичного розщеплення здатні розпадатися на мономери, з утворенням сотні та тисячімолекулмоносахаридів.
Стереоізомерія моносахаридів: ізомергліцеральдегідуу якого при проектуванні моделі на площину ОН-група у асиметричного атома вуглецю розташована з правого боку прийнято вважати D-гліцеральдегід, а дзеркальне відображення - L-гліцеральдегід. Всі ізомери моносахаридів діляться на D- і L-форми за подібністю розташування ОН-групи в останнього асиметричного атома вуглецю біля СН 2 ВІН-групи (кетози містять один асиметричний атом вуглецю менше, ніж альдози з тим самим числом атомів вуглецю). Природнігексози – глюкоза, фруктоза, манозаігалактоза– за стереохімічними конфігураціями відносять до сполук D-ряду.
Полісахариди – загальна назвакласу складних високомолекулярних вуглеводів,молекулияких складаються з десятків, сотень чи тисячмономерів – моносахаридів. З точки зору загальних принципівбудови в групі полісахаридів можна розрізнити гомополісахариди, синтезовані з однотипних моносахаридних одиниць і гетерополісахариди, для яких характерна наявність двох або декількох типів мономерних залишків.
https :// ru . wikipedia . org / wiki /Вуглеводи
1.6. Ліпіди - номенклатура та будова. Поліморфізм ліпідів.
Ліпіди - Велика група природних органічних сполук, що включає жири та жироподібні речовини. Молекули простих ліпідів складаються зі спирту тажирних кислотскладних – зі спирту, високомолекулярних жирних кислот та інших компонентів
Класифікація ліпідів
Прості ліпіди – це ліпіди, що включають у свою структуру вуглець (С), водень (H) та кисень (O).
Складні ліпіди – це ліпіди, що включають до своєї структури крім вуглецю (С), водню (H) та кисню (О) та інші хімічні елементи. Найчастіше: фосфор (Р), сірку (S), азот (N).
https:// ru. wikipedia. org/ wiki/Ліпіди
Література:
1) Черкасова Л. С., Мережинський М. Ф., Обмін жирів та ліпідів, Мінськ, 1961;
2) Маркман А. Л., Хімія ліпідів, ст. 12, Таш., 1963 - 70;
3) Тютюнников Би. Н., Хімія жирів, М., 1966;
4) Малер Р., Кордес До., Основи біологічної хімії, пров. з англ., М., 1970.
1.7. Біологічні мембрани Форми агрегації ліпідів. Поняття про рідко-кристалічний стан. Латеральна дифузія та фліп-флоп.
Мембрани відмежовують цитоплазму від навколишнього середовища, а також формують оболонки ядер, мітохондрій та пластид. Вони утворюють лабіринт ендо-плазматичного ретикулуму та сплощених бульбашок у вигляді стоси, що становлять комплекс Гольджі. Мембрани утворюють лізосоми, великі та дрібні вакуолі рослинних та грибних клітин, пульсуючі вакуолі найпростіших. Всі ці структури є компартментами (відсіками), призначеними для тих чи інших спеціалізованих процесів і циклів. Отже, без мембран існування клітини неможливе.
Схема будови мембрани: а – тривимірна модель; б – площинне зображення;
1 - білки, що примикають до ліпідного шару (А), занурені в нього (Б) або пронизують його наскрізь (В); 2 – шари молекул ліпідів; 3 – глікопротеїни; 4 – гліколіпіди; 5 - гідрофільний канал, що функціонує як час.
Функції біологічних мембраннаступні:
1) Відмежовують вміст клітини від зовнішнього середовища та вміст органел від цитоплазми.
2) Забезпечують транспорт речовин у клітину та з неї, з цитоплазми до органел і навпаки.
3) Виконують роль рецепторів (отримання та перетворення сигналів з навколишнього середовища, впізнавання речовин клітин тощо).
4) Є каталізаторами (забезпечення примембранних хімічних процесів).
5) Беруть участь у перетворенні енергії.
http:// sbio. info/ page. php? id=15
Латеральна дифузія – це хаотичне теплове переміщення молекул ліпідів та білків у площині мембрани. При латеральній дифузії поряд розташовані молекули ліпідів стрибком змінюються місцями, і внаслідок таких послідовних перескоків з одного місця до іншого молекула переміщається вздовж поверхні мембрани.
Переміщення молекул поверхнею мембрани клітини під час t визначено експериментально методом флуоресцентних міток – флюоресцирующих молекулярних груп. Флуоресцентні мітки роблять флюоресцирующими молекули, рух яких поверхнею клітини можна вивчати, наприклад, досліджуючи під мікроскопом швидкість розпливання поверхнею клітини флюоресцирующего плями, створеного такими молекулами.
Фліп-флоп – це дифузія молекул мембранних фосфоліпідів упоперек мембрани.
Швидкість перескоків молекул з однієї поверхні мембрани на іншу (фліп-флоп) визначена методом спінових міток у дослідах на модельних ліпідних мембранах – ліпосомах.
Частина фосфоліпідних молекул, з яких формувалися ліпосоми, мітилися приєднаними до них спіновими мітками. Ліпосоми піддавалися впливу аскорбінової кислоти, внаслідок чого неспарені електрони на молекулах пропадали: парамагнітні молекули ставали діамагнітними, що можна було виявити зменшення площі під кривою спектра ЕПР.
Таким чином, перескоки молекул з однієї поверхні бислоя в іншу (фліп-флоп) відбуваються значно повільніше, ніж перескоки при латеральної дифузії. Середній час, через який фосфоліпідна молекула робить фліп-флоп (Т ~ 1год), в десятки мільярдів разів більше середнього часу, характерного для перескоку молекули з одного місця в сусіднє в площині мембрани.
Поняття про рідко-кристалічний стан
Тверде тіло може бути яккристалічним , так іаморфним. У першому випадку є далекий порядок розташування частинок на відстанях, багато перевищують міжмолекулярні відстані (кристалічна решітка). У другому – немає далекого порядку розташування атомів і молекул.
Різниця між аморфним тіломі рідиною полягає у наявності чи відсутності далекого порядку, а характері руху частинок. Молекули рідини та твердого тіла здійснюють коливальні (іноді обертальні) рухи біля положення рівноваги. Через деякий середній час («час осілого життя») відбувається перескок молекул в інше положення рівноваги. Відмінність полягає в тому, що «час осілого життя» в рідині набагато менший, ніж у твердому стані.
Ліпідні двошарові мембрани за фізіологічних умов – рідкі, «час осілого життя» фосфоліпідної молекули в мембрані становить 10 −7 – 10 −8 с.
Молекули в мембрані розташовані не безладно, в їхньому розташуванні спостерігається далекий порядок. Фосфоліпідні молекули знаходяться в подвійному шарі, а їх гідрофобні хвости приблизно паралельні одна одній. Існує порядок і в орієнтації полярних гідрофільних голів.
Фізіологічний стан, при якому є далекий порядок у взаємній орієнтації та розташуванні молекул, але агрегатний стан рідкий, називаєтьсярідкокристалічним станом. Рідкі кристали можуть утворюватися не у всіх речовинах, а в речовинах з «довгих молекул» (поперечні розміри яких менші за поздовжні). Можуть існувати різні рідкокристалічні структури: нематичну (ниткоподібну), коли довгі молекули орієнтовані паралельно один одному; смектическая – молекули паралельні одне одному і розташовуються верствами; холестична – молекули розташовуються паралельно одна одній одній площині, але у різних площинах орієнтації молекул різні.
http:// www. studfiles. ru/ preview/1350293/
Література: Н.А. Лемеза, Л.В.Камлюк, Н.Д. Лісів. «Посібник з біології для вступників до ВНЗ».
1.8. Нуклеїнові кислоти. Гетероциклічні основи, нуклеозиди, нуклеотиди, номенклатура. Просторова структура нуклеїнових кислот – ДНК, РНК (тРНК, рРНК, мРНК). Рибосоми та ядро клітини. Методи визначення первинної та вторинної структури нуклеїнових кислот(Секвенування, гібридизація).
Нуклеїнові кислоти - біополімери, що містять фосфор, живих організмів, що забезпечують зберігання і передачу. спадкової інформації.
Нуклеїнові кислоти є біополімерами. Їх макромолекули складаються з ланок, що неодноразово повторюються, які представлені нуклеотидами. І їх логічно назвалиполінуклеотидами. Однією з основних характеристик нуклеїнових кислот є їх нуклеотидний склад. До складу нуклеотиду (структурної ланки нуклеїнових кислот) входятьтри складові:
– Азотиста основа. Може бути піримідинове та пуринове. У нуклеїнових кислотах містяться основи 4-х різних видів: два з них відносяться до класу пуринів та два – до класу піримідинів.
– Залишок фосфорної кислоти.
– Моносахарид - рибоза або 2-дезоксирибозу. Цукор, що входить до складу нуклеотиду, містить п'ять атомів вуглецю, тобто. є пентозу. Залежно від виду пентози, що є в нуклеотиді, розрізняють два види нуклеїнових кислот– рибонуклеїнові кислоти (РНК), які містять рибозу, тадезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), містять дизоксирибозу.
Нуклеотид за своєю суттю – це фосфорний ефір нуклеозиду.До складу нуклеозиду входять два компоненти: моносахарид (рибоза або дезоксирибоза) та азотна підстава.
http :// sbio . info / page . php ? id =11
Азотисті підстави – гетероциклічніорганічні сполуки, похідніпіримідинуіпурина, що входять до складунуклеїнових кислот. Для скороченого позначення користуються великими латинськими літерами. До азотистих основ відносятьаденін(A),гуанін(G),цитозин(C), які входять до складу ДНК, так і РНК.Тімін(T) входить до складу тільки ДНК, аурацил(U) зустрічається лише у РНК.
Вуглеводи
Переходячи до розгляду органічних речовин, не можна не відзначити значення вуглецю для життя. Вступаючи в хімічні реакції, вуглець утворює міцні ковалентні зв'язки, узагальнюючи чотири електрони. Атоми вуглецю, з'єднуючись між собою, здатні утворювати стабільні ланцюги та кільця, що служать скелетами макромолекул. Вуглець може утворювати кратні ковалентні зв'язки з іншими вуглецевими атомами, а також з азотом і киснем. Всі ці властивості забезпечують унікальну різноманітність органічних молекул.
Макромолекули, що становлять близько 90% маси зневодненої клітини, синтезуються з простих молекул, званих мономерами. Існують три основні типи макромолекул: полісахариди, білки та нуклеїнові кислоти; мономерами для них є, відповідно, моносахариди, амінокислоти та нуклеотиди.
Вуглеводами називають речовини із загальною формулою C x (H 2 O) y , де x та y – натуральні числа. Назва «вуглеводи» свідчить, що у молекулах водень і кисень перебувають у тому ж відношенні, що у воді.
У тварин клітинах міститься не велика кількістьвуглеводів, а рослинних – майже 70 % від загальної кількості органічних речовин.
Моносахариди грають роль проміжних продуктів у процесах дихання та фотосинтезу, беруть участь у синтезі нуклеїнових кислот, коферментів, АТФ та полісахаридів, служать, що вивільняється при окисленні в процесі дихання. Похідні моносахаридів – цукрові спирти, цукрові кислоти, дезоксицукри та аміносахара – мають важливе значенняу процесі дихання, а також використовуються при синтезі ліпідів, ДНК та інших макромолекул.
Дисахариди утворюються внаслідок реакції конденсації між двома моносахаридами. Іноді вони використовуються як запасні поживні речовини. Найбільш поширеними з них є мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза) та сахароза (глюкоза + фруктоза). міститься лише у молоці.
(тростинний цукор) найбільш поширена в рослинах; це і є той самий «цукор», який ми вживаємо в їжу. Целюлоза є також полімером глюкози. У ній укладено близько 50% вуглецю, що міститься у рослинах. зазагальній масі на Землі целюлоза посідає перше місце середорганічних сполук
. Форма молекули (довгі ланцюги з виступаючими назовні -OH-групами) забезпечує міцне зчеплення між сусідніми ланцюгами. При всій своїй міцності макрофібрили, що складаються з таких ланцюгів, легко пропускають воду і розчинені в ній речовини і тому є ідеальним будівельним матеріалом для стінок рослинної клітини. Целюлоза – цінне джерело глюкози, проте її розщеплення необхідний фермент целюлаза, порівняно рідко що у природі. Тому в їжу целюлозу вживають лише деякі тварини (наприклад, жуйні). Велике та промислове значення целюлози – з цієї речовини виготовляють бавовняні тканини та папір.Хімічні властивості клітин, що входять до складу живих організмів, залежать передусім від кількості атомів вуглецю, що становлять до 50% сухої маси. Атоми карбону знаходяться в основних органічних речовинах: білках, нуклеїнових кислотах, ліпідах та вуглеводах. Доостанній групі
відносяться сполуки карбону і води, відповідні формулі (CH 2 O) n де n дорівнює або більше трьох. Крім вуглецю, гідрогену та оксигену, до складу молекул можуть входити атоми фосфору, азоту, сірки. У цій статті ми вивчимо роль вуглеводів в організмі людини, а також особливості їхньої будови, властивостей та функцій.
Дану групу сполук у біохімії поділяють на три класи: прості цукру (моносахариди), полімерні сполуки з глікозидним зв'язком - олігосахариди та біополімери з великою молекулярною масою - полісахариди. Речовини вищезгаданих класів зустрічаються у різних видах клітин. Наприклад, крохмаль і глюкоза є в рослинних структурах, глікоген – у гепатоцитах людини та клітинних стінках грибів, хітин – у зовнішньому скелеті членистоногих. Усі перелічені речовини - це вуглеводи. Роль вуглеводів у організмі універсальна. Вони є основним постачальником енергії для життєвих проявів бактерій, тварин і людини.
Моносахариди
Мають загальну формулу C n H 2 n O n і поділяються на групи залежно кількості атомів карбону в молекулі: тріози, тетрози, пентози тощо. В складі клітинних органелі цитоплазмі прості цукру мають дві просторові конфігурації: циклічну та лінійну. У першому випадку атоми вуглецю з'єднуються один з одним ковалентними сигма-зв'язками та утворюють замкнуті цикли, у другому випадку вуглецевий скелет не замкнений і може мати розгалуження. Щоб визначити, яка роль вуглеводів в організмі, розглянемо найпоширеніші з них – пентози та гексози.
Ізоміри: глюкоза та фруктоза
Вони мають однакову молекулярну формулу C 6 H 12 O 6 але різні структурні видимолекул. Раніше ми вже називали головну роль вуглеводів у живому організмі – енергетичну. Вищезгадані речовини розщеплюються клітиною. В результаті відбувається виділення енергії (17,6 кДж із одного грама глюкози). Крім цього синтезується 36 молекул АТФ. Розпад глюкози відбувається на мембранах (кристах) мітохондрій і є ланцюгом ферментативних реакцій- Цикл Кребса. Він є найважливішою ланкою дисиміляції, що протікає у всіх клітинах гетеротрофних еукаріотичних організмів.
Глюкоза утворюється також у міоцитах ссавців унаслідок розщеплення у м'язовій тканині запасу глікогену. Надалі вона використовується як речовина, що легко розпадається, оскільки забезпечення клітин енергією - це основна роль вуглеводів в організмі. Рослини є фототрофами і самостійно утворюють глюкозу у процесі фотосинтезу. Ці реакції називають циклом Кальвіна. Вихідною речовиною служить вуглекислий газ, а акцептором - риболезодіфосфат. Синтез глюкози відбувається у матриксі хлоропластів. Фруктоза, маючи таку молекулярну формулу, як і глюкоза, містить у молекулі функціональну групу кетонів. Вона солодша, ніж глюкоза, і знаходиться в меді, а також соку ягід та фруктів. Таким чином, біологічна рольвуглеводів в організмі полягає перш за все у використанні їх як швидкого джерелаодержання енергії.
Роль пентоз у спадковості
Зупинимося ще одній групі моносахаридів - рибозе і дезоксирибозе. Їхня унікальність полягає в тому, що вони входять до складу полімерів - нуклеїнових кислот. Для всіх організмів, включаючи неклітинні форми життя, ДНК та РНК є головними носіями спадкової інформації. Рибоза входить до молекул РНК, а дезоксирибозу міститься в нуклеотидах ДНК. Отже, біологічна роль вуглеводів в людини полягає в тому, що вони беруть участь в утворенні одиниць спадковості - генів і хромосом.
Прикладами пентоз, що містять альдегідну групута поширених у рослинному світі, є ксилоза (міститься в стеблах і насінні), альфа-арабіноза (перебуває в камеді кісточкових плодових дерев). Таким чином, поширення та біологічна роль вуглеводів в організмі вищих рослиндосить великі.
Що таке олігосахариди
Якщо залишки молекул моносахаридів, наприклад, таких як глюкоза або фруктоза, пов'язані ковалентними зв'язкамито утворюються олігосахариди - полімерні вуглеводи. Роль вуглеводів в організмі як рослин, і тварин різноманітна. Особливо це стосується дисахаридів. Найбільш поширені серед них сахароза, лактоза, мальтоза та трегалозу. Так, сахароза, інакше звана очеретяним або міститься в рослинах у вигляді розчину і запасається в їх коренеплодах або стеблах. В результаті гідролізу утворюються молекули глюкози та фруктози. має тваринне походження. У деяких людей спостерігається непереносимість цієї речовини, пов'язана з гіпосекрецією ферменту лактази, який розщеплює молочний цукор на галактозу та глюкозу. Роль вуглеводів життєдіяльності організму різноманітна. Наприклад, дисахарид трегалозу, що складається з двох залишків глюкози, входить до складу гемолімфи ракоподібних, павуків, комах. Також він зустрічається у клітинах грибів та деяких водоростей.
Ще один дисахарид - мальтоза, або солодовий цукор, міститься в зернівках жита або ячменю при їх проростанні, є молекулою, що складається з двох залишків глюкози. Вона утворюється внаслідок розпаду рослинного чи тваринного крохмалю. У тонкому кишечнику людини та ссавців мальтоза розщеплюється під дією ферменту – мальтази. За його відсутності в панкреатичному соку виникає патологія, обумовлена непереносимістю продуктів харчування глікогену або рослинного крохмалю. У цьому випадку використовують спеціальну дієту і додають до раціону харчування сам фермент.
Складні вуглеводи у природі
Вони поширені дуже широко, особливо у рослинному світі, є біополімерами та мають велику молекулярну масу. Наприклад, у крохмалі вона дорівнює 800 000, а целюлозі - 1 600 000. Полісахариди відрізняються між собою складом мономерів, ступенем полімеризації, а також довжиною ланцюгів. На відміну від простих цукрів та олігосахаридів, які добре розчиняються у воді та мають солодкуватий смак, полісахариди гідрофобні та несмакові. Розглянемо роль вуглеводів в організмі людини на прикладі глікогену – тваринного крохмалю. Він синтезується з глюкози та резервується в гепатоцитах і клітинах скелетних м'язів, де його вміст у два рази вищий, ніж у печінці. До утворення глікогену здатні також підшкірна жирова клітковина, нейроцити та макрофаги. Інший полісахарид – рослинний крохмаль, є продуктом фотосинтезу та утворюється у зелених пластидах.
З самого початку людської цивілізаціїОсновними постачальниками крохмалю були цінні сільськогосподарські культури: рис, картопля, кукурудза. Вони досі є основою харчового раціону переважної більшості жителів Землі. Саме тому такі цінні вуглеводи. Роль вуглеводів в організмі полягає, як ми бачимо, в їх застосуванні як енергоємні органічні речовини, що швидко засвоюються.
Існує група полісахаридів, мономерами яких залишки гіалуронової кислоти. Вони називаються пектинами і є структурними речовинами клітин рослин. Особливо багаті на них шкірка яблук, жом буряків. Клітинні речовини пектини регулюють внутрішньоклітинний тиск – тургор. У кондитерській промисловості вони використовуються як желеутворюючі речовини та загусники при виробництві високоякісних сортів зефіру та мармеладу. У дієтичному харчуванні застосовуються як біологічно активні речовинидобре виводять токсини з товстого кишечника.
Що таке гліколіпіди
Це цікава група комплексних сполук вуглеводів і жирів, що знаходяться в нервової тканини. З неї складається головний і спинний мозокссавців. Гліколіпіди зустрічаються також у складі клітинних мембран. Наприклад, у бактерій вони беруть участь у частині цих сполук є антигенами (речовини, що виявляють групи крові системи Ландштейнера АБ0). У клітинах тварин, рослин та людини, крім гліколіпідів, присутні і самостійні молекулижирів. Вони виконують насамперед енергетичну функцію. При розщепленні одного грама жиру виділяється 38,9 кДж енергії. Для ліпідів характерна також структурна функція (входять до складу клітинних мембран). Таким чином, ці функції виконують вуглеводи та жири. Їхня роль в організмі винятково велика.
Роль вуглеводів та ліпідів в організмі
У клітинах людини та тварин можуть спостерігатися взаємні перетворення полісахаридів та жирів, що відбуваються внаслідок обміну речовин. Вченими-дієтологами встановлено, що надмірне споживання крохмалистої їжі призводить до накопичення жиру. Якщо людина має порушення з боку підшлункової залози щодо виділення амілази або веде малорухливий спосіб життя, його вага може сильно збільшитися. Варто пам'ятати, що багата на вуглеводи їжа розщеплюється в основному в дванадцятипалій кишцідо глюкози. Вона всмоктується капілярами ворсинок тонкого кишечника і депонується у печінці та м'язах у вигляді глікогену. Чим інтенсивніший обмін речовин в організмі, тим активніше він розщеплюється до глюкози. Потім вона використовується клітинами як основний енергетичний матеріал. Дана інформаціяслужить відповіддю питанням у тому, яку роль грає вуглеводи організмі людини.
Значення глікопротеїдів
Сполуки цієї групи речовин представлені комплексом вуглевод + білок. Їх ще називають глікокон'югатами. Це антитіла, гормони, мембранні структури. Найновішими біохімічними дослідженнями встановлено: якщо глікопротеїди починають змінювати свою нативну (природну) структуру, це призводить до розвитку найскладніших захворювань, як астма, ревматоїдний артрит, рак. Роль глікокон'югатів у метаболізмі клітини велика. Так, інтерферони пригнічують розмноження вірусів, імуноглобуліни захищають організм від патогенних агентів. Білки крові також належать до цієї групи речовин. Вони забезпечують захисні та буферні властивості. Всі перелічені функції підтверджує той факт, що фізіологічна роль вуглеводів в організмі різноманітна і надзвичайно важлива.
Де і як утворюються вуглеводи
Основні постачальники простих і складних цукрів – це зелені рослини: водорості, вищі спорові, голонасінні та квіткові. Усі вони містять у клітинах пігмент хлорофіл. Він входить до складу тилакоїдів – структур хлоропластів. Російський учений К. А Тімірязєв вивчив процес фотосинтезу, у результаті якого утворюються вуглеводи. Роль вуглеводів в організмі рослини полягає у накопиченні крохмалю в плодах, насінні та цибулинах, тобто у вегетативних органах. Механізм фотосинтезу досить складний і складається із серії ферментативних реакцій, що протікають як на світлі, так і у темряві. Глюкоза синтезується з Вуглекислий газпід впливом ферментів. Гетеротрофні організми використовують зелені рослини як джерело їжі та енергії. Таким чином, саме рослини є першою ланкою у всіх і називаються продуцентами.
У клітинах гетеротрофних організмів вуглеводи синтезуються на каналах гладкої (агранулярної) ендоплазматичної мережі. Потім вони використовуються як енергетичний та будівельний матеріал. У рослинних клітинах вуглеводи додатково утворюються в комплексі Гольджі, а потім йдуть на формування целюлозної клітинної стінки. У процесі травлення хребетних тварин сполуки, багаті на вуглеводи, частково розщеплюються в ротової порожнинита шлунку. Основні ж реакції дисиміляції відбуваються у дванадцятипалій кишці. У неї виділяється підшлунковий сік, що містить фермент амілазу, що розщеплює крохмаль до глюкози. Як вже було сказано раніше, глюкоза всмоктується в кров у тонкому кишечнику і розноситься по всіх клітинах. Тут вона використовується як джерело енергії та структурна речовина. Це пояснює, яку роль організмі грають вуглеводи.
Надмембранні комплекси гетеротрофних клітин
Вони характерні для тварин та грибів. Хімічний складі молекулярна організаціяцих структур представлені такими сполуками, як ліпіди, білки та вуглеводи. Роль вуглеводів в організмі - це участь і побудові мембран. У клітинах людини та тварин є особливий структурний компонент, званий глікокаліксом. Цей тонкий поверхневий шар складається з гліколіпідів та глікопротеїдів, пов'язаних з цитоплазматичною мембраною. Він забезпечує безпосередній зв'язок клітин з зовнішнім середовищем. Тут же відбувається сприйняття подразнень та позаклітинне травлення. Завдяки своїй вуглеводній оболонці клітини злипаються одна з одною, утворюючи тканини. Це називається адгезією. Додамо також, що «хвости» вуглеводних молекул знаходяться над поверхнею клітини та направлені в міжтканину рідину.
Інша група гетеротрофних організмів – гриби, також має поверхневий апарат, званий клітинною стінкою. До неї входять складні цукри - хітин, глікоген. Деякі види грибів містять розчинні вуглеводи, наприклад трегалозу, звану грибним цукром.
У одноклітинних тварин, таких як інфузорії, поверхневий шар - пелікула, також містить комплекси олігосахаридів з білками та ліпідами. У деяких найпростіших пелікула досить тонка і не заважає зміні форми тіла. А в інших вона товщає і стає міцною, як панцир, виконуючи захисну функцію.
Клітинна стінка рослин
Вона також містить велику кількість вуглеводів, особливо целюлози, зібраної у вигляді пучків волокон. Ці структури формують каркас, занурений у колоїдний матрикс. Він складається в основному з оліго- та полісахаридів. Клітинні стінки рослинних клітинможуть здеревнішати. І тут проміжки між пучками целюлози заповнюються іншим вуглеводом - лигнином. Він посилює опорні функції клітинної оболонки. Часто, особливо у багаторічних деревних рослин, зовнішній шар, що складається з целюлози, покривається жироподібною речовиною - суберином. Він перешкоджає попаданню всередину рослинних тканин води, тому клітини, що знаходяться нижче, швидко відмирають і покриваються шаром пробки.
Підсумовуючи вищесказане, бачимо, що у клітинній стінці рослин тісно взаємопов'язані вуглеводи і жири. Їх роль в організмі фототрофів важко недооцінити, тому що гліколіпідні комплекси забезпечують опорну та захисну функції. Вивчимо різноманітність вуглеводів, притаманних організмів царства Дробянки. До нього належать прокаріоти, зокрема бактерії. Їхня клітинна стінка містить вуглевод - муреїн. Залежно від будови поверхневого апарату бактерії поділяють на грампозитивні та грамнегативні.
Будова другої групи складніша. Ці бактерії мають два шари: пластичний та ригідний. Перший містить мукополісахариди, наприклад муреїн. Його молекули мають вигляд великих сітчастих структур, що утворюють капсулу навколо бактеріальної клітини. Другий шар складається з пептидоглікану - з'єднання полісахаридів та білків.
Ліполісахариди клітинної стінки дозволяють бактеріям міцно прикріплюватися до різних субстратів, наприклад, до зубної емалі або до мембрани еукаріотичних клітин. Крім цього, гліколіпіди сприяють злипанню бактеріальних клітин між собою. Таким шляхом утворюються, наприклад, ланцюжки стрептококів, грона стафілококів, більше того, деякі види прокаріотів мають додаткову слизову оболонку - пеплос. Вона містить у своєму складі полісахариди та легко руйнується під дією жорсткого радіаційного випромінюванняабо при контакті з деякими хімічними речовинаминаприклад антибіотиками.
Загальна характеристика, будова та властивості вуглеводів.
Вуглеводи – це багатоатомні спирти, які містять у своєму складі, крім спиртових груп, альдегідну чи кетогрупу.
Залежно від типу групи у складі молекули розрізняють альдози та кетози.
Вуглеводи дуже поширені у природі, особливо у рослинному світі, де становлять 70 – 80 % маси сухої речовини клітин. У тваринному організмі з їхньої частку припадає лише близько 2 % маси тіла, проте тут їх роль щонайменше важлива.
Вуглеводи здатні відкладатися у вигляді крохмалю в рослинах та глікогену в організмі тварин та людини. Ці запаси витрачаються при необхідності. В організмі людини вуглеводи відкладаються в основному в печінці та м'язах, які є його депо.
Серед інших компонентів організму вищих тварин і людини частку вуглеводів припадає 0,5% маси тіла. Проте вуглеводи мають велике значеннядля організму. Ці речовини разом із білками у формі протеогліканівлежать в основі сполучної тканини. Вуглеводовмісні білки (глікопротеїни та мукопротеїни) – складова частинаслизів організму (захисна, обволікаюча функції), транспортних білків плазми та імунологічно активних з'єднань(групоспецифічні речовини крові). Частина вуглеводів виконує функції запасного палива для отримання організмів енергії.
Функції вуглеводів:
Енергетична – вуглеводи є одним із основних джерел енергії для організму, забезпечуючи не менше 60% енерговитрат. Для діяльності мозку, клітин крові, мозкової речовини нирок практично вся енергія постачається за рахунок окиснення глюкози. При повному розпаді 1 г вуглеводів виділяється 4,1 ккал/моль(17,15 кДж/моль) енергії.
Пластична - Вуглеводи або їх похідні виявляються у всіх клітинах організму. Вони входять до складу біологічних мембран та органоїдів клітин, беруть участь в утворенні ферментів, нуклеопротеїдів тощо. У рослинах вуглеводи служать переважно опорним матеріалом.
Захисна - В'язкі секрети (слиз), що виділяється різними залозами, багаті вуглеводами або їх похідними (мукополісахаридами та ін). Вони захищають внутрішні стінки порожнистих органів шлунково-кишкового тракту, повітроносних шляхів від механічних та хімічних впливів, проникнення патогенних мікробів.
Регуляторна – їжа людини містить значну кількість клітковини, груба структура якої викликає механічне подразнення слизової оболонки шлунка та кишечника, беручи участь таким чином у регуляції акту перистальтики.
Специфічна - Окремі вуглеводи виконують в організмі спеціальні функції: беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності груп крові і т.д.
Функціональне значення вуглеводів визначає необхідність забезпечення організму цими поживними речовинами. Добова потреба у вуглеводах в людини становить середньому 400 – 450 р з урахуванням віку, роду праці, статі та інших чинників.
Елементарний склад. Вуглеводи складаються з наступних хімічних елементів: вуглецю, водню та кисню. Більшість вуглеводів має загальну формулу З n (H 2 O ) n . Однак серед вуглеводів зустрічаються речовини, що не відповідають наведеній формулі, наприклад рамноза С 6 Н 12 Про 5 та ін. У той же час відомі речовини, склад яких відповідає загальній формулі вуглеводів, але за властивостями вони не належать до них (оцтова кислота С 2 12 Про 2). Тому назва «вуглеводи» досить умовна і не завжди відповідає хімічної структурицих речовин.
Вуглеводи– це органічні речовини, які є альдегідами або кетони багатоатомних спиртів.
Моносахариди
Моносахариди – це багатоатомні аліфатичні спирти, що містять у своєму складі альдегідну групу (альдози) або кетогрупу (кетози).
Моносахариди є тверді, кристалічні речовини, розчинні у воді і солодкі на смак. У певних умовах вони легко окислюються, внаслідок чого альдегідоспирти перетворюються на кислоти, внаслідок чого альдегідоспирти перетворюються на кислоти, а при відновленні – на відповідні спирти.
Хімічні властивості моносахаридів :
Окислення до моно-, дикарбонових та глікуронових кислот;
Відновлення до спиртів;
Утворення складних ефірів;
Утворення глікозидів;
Бродіння: спиртове, молочнокисле, лимоннокисле та маслянокисле.
Моносахариди, які не можуть бути гідролізовані на простіші цукру. Тип моносахариду залежить від довжини вуглеводневого ланцюга. Залежно кількості атомів вуглецю їх поділяють на тріози, тетрози, пентози, гексози.
Тріози: гліцериновий альдегід та діоксиацетон, вони є проміжними продуктами розпаду глюкози та беруть участь у синтезі жирів. обидві тріози можна отримати зі спирту гліцеролу шляхом його дегідрування або гідрування.
Тетрози:еритрозу – бере активну участь у процесах обміну речовин.
Пентози: рибоза та дезоксирибозу – складові нуклеїнових кислот, рибульозу та ксилульозу – проміжні продукти окислення глюкози.
Гексози: вони найбільш широко представлені в тваринному та рослинному світі та відіграють велику роль в обмінних процесах. До них відносяться глюкоза, галактоза, фруктоза та ін.
Глюкоза (виноградний цукор) . Є основним вуглеводом рослин та тварин. Важлива роль глюкози пояснюється тим, що вона є основним джерелом енергії, становить основу багатьох оліго- та полісахаридів, бере участь у підтримці осмотичного тиску. Транспорт глюкози в клітини регулюється у багатьох тканинах гормоном підшлункової залози – інсуліном. У клітці в ході багатостадійних хімічних реакційглюкоза перетворюються на інші речовини (проміжні продукти, що утворюються при розпаді глюкози, використовуються для синтезу амінокислот і жирів), які в кінцевому підсумку окислюються до вуглекислого газу і води, при цьому виділяється енергія, використовувана організмом для забезпечення життєдіяльності. За рівнем глюкози в крові зазвичай судять про стан вуглеводного обміну в організмі. При зниженні рівня глюкози в крові або її високій концентрації та неможливості використання, як це відбувається при діабеті, настає сонливість, може настати втрата свідомості (гіпоглікемічна кома). Швидкість надходження глюкози в тканини мозку та печінки не залежить від інсуліну та визначається лише концентрацією її в крові. Ці тканини називаються інсулінонезалежними. Без присутності інсуліну глюкоза не надійде в клітину і не буде використана як паливо.
Галактоза. Просторовий ізомер глюкози, що відрізняється розташуванням ОН-групи у четвертого атома вуглецю. Входить до складу лактози, деяких полісахаридів та гліколіпідів. Галактоза може ізомеризуватися в глюкозу (у печінці, молочній залозі).
Фруктоза (Плодовий цукор). У великій кількості перебуває у рослинах, особливо у плодах. Багато її у фруктах, цукрових буряках, меді. Легко ізомеризується в глюкозу. Шлях розпаду фруктози коротший і енергетично вигідний, ніж глюкози. На відміну від глюкози, вона може без участі інсуліну проникати з крові в клітини тканин. З цієї причини фруктоза рекомендується як найбільш безпечне джерело вуглеводів для хворих на діабет. Частина фруктози потрапляє в клітини печінки, які перетворюють її на більш універсальне "паливо" - глюкозу, тому фруктоза теж здатна підвищувати рівень цукру в крові, хоча і значно меншою мірою, ніж інші прості цукру.
за хімічної будовиглюкоза та галактоза є альдегідоспиртами, фруктоза – кетоноспиртом. Відмінності в структурі глюкози та фруктози характеризують і відмінності та деякі їх властивості. Глюкоза відновлює метали з їх оксидів, фруктоза такою властивістю не має. Фруктоза приблизно 2 разу повільніше всмоктується з кишечника проти глюкозою.
При окисненні шостого вуглецевого атома в молекулі гексоз утворюються гексуронові (уронові) кислоти : з глюкози - глюкуронова, з галактози - галактуронова.
Глюкуронова кислота бере активну участь в обмінних процесах в організмі, наприклад в знешкодженні токсичних продуктів, входить до складу мукополісахаридів і т. д. Функція її полягає в тому, що вона з'єднується в органі. низмі з речовинами, погано розчинними у воді. В результаті речовина, що зв'язується стає водорозчинною і виводиться з сечею. Такий шлях виведення особливо важливий на водоймі.розчинних стероїдних гормонів, продуктів їхнього розпаду, а також виділення продуктів розпаду лікарських речовин.Без взаємодії з глюкуроновою кислотою порушуються подальший розпад та виділення з організму жовчних пігментів.
Моносахариди можуть мати аміногрупу .
При заміні в молекулі гексоз ОН-групи другого вуглецевого атома на аміногрупу утворюються аміносахара - гексозаміни: з глюкози синтезуєтьсяглюкозамін,ізгалактози - галактозамін, які входять до складу клітинних оболонок і борошно-полісахаридів як у вільному вигляді, так і у поєднанні з оцтовою кислотою.
Аміносахарами називаються моносахариди, які намісці ОН-групи несуть аміногрупу (- N Н 2).
Аміносахара є найважливішою складовою глікозаміногліканів.
Моносахариди утворюють ефіри . ВІН-група молекули моносахариду; як усяка спиртова група може взаємодіяти з кислотою. У проміжному обмініефіри цукрів мають велике значення. Щоб включитичіться в обмін речовин, цукор повинен статифосфорним ефіром. У цьому фосфорилируются кінцеві вуглецеві атоми. У гексоз – це С-1 та С-6, у пентоз – С-1 та С-5 тощо. Більше двох ОН-груп фосфорилювання не піддається. Тому основну роль грають моно-і дифосфати цукрів. У назвіфосфорного ефіру зазвичай вказують на позицію ефірного зв'язку.
Олігосахариди
Олігосахариди мають у своєму складі два і більшемоносахариду. Вони зустрічаються в клітинах та біологічних рідинах, як у вільному вигляді, так і у поєднанні з білками. Для організму мають велике значення дисахариди: сахароза, мальтоза, лактоза та ін. Ці вуглеводи виконують енергетичну функцію. Передбачається, що, входячи до складу клітин, вони беруть участь у процесі «розпізнавання» клітин.
Сахароза(буряковий або очеретяний цукор). Складається з молекул глюкози та фруктози. Вона є є рослинним продуктом найважливішим компонентом їжі, має найбільш солодкий смак у порівнянні з іншими дисахаридами і глюкозою.
Вміст сахарози у цукрі становить 95%. Цукор швидко розщеплюється в шлунково-кишковому тракті, глюкоза і фруктоза всмоктуються в кров і є джерелом енергії і найбільш важливим попередником глікогену і жирів. Його часто називають "носієм порожніх калорій", тому що цукор - це чистий вуглевод, він не містить інших поживних речовин, таких як, наприклад, вітаміни, мінеральні солі.
Лактоза(молочний цукор)складається з глюкози та галактози, синтезується в молочних залозах у період лактації.У шлунково-кишковому тракті розщеплюється під впливом ферменту лактази. Дефіцит цього ферменту в деяких людей призводить до непереносимості молока. Дефіцит цього ферменту спостерігається приблизно у 40% дорослого населення. Нерозщеплена лактоза служить гарним поживною речовиноюдля кишкової мікрофлори При цьому можливе рясне газоутворення, живіт "пучить". У кисломолочних продуктах більша частиналактози зброджена до молочної кислоти, тому люди з лактазною недостатністю можуть переносити кисломолочні продукти без неприємних наслідків. Крім того, молочнокислі бактерії в кисломолочних продуктах пригнічують діяльність кишкової мікрофлори та знижують несприятливі дії лактози.
Мальтоза складається з двох молекул глюкози і є основним структурним компонентом крохмалю та глікогену.
Полісахариди
Полісахариди - Високомолекулярні вуглеводи,що складаються з великої кількості моносахаридів. Вони мають гідрофільні властивості і при розчиненні у воді утворюють колоїдні розчини.
Полісахариди поділяються на гомо-і ґетеРополісахариди.
Гомополісахариди. Мають у складі моноцукрові тільки одного виду. Гак, крохмаль та глікоген построєни тільки з молекул глюкози, інулін – фруктози. Гомополісахариди мають дуже розгалужений ну структуру і являють собою суміш двох полімерів - амілози та амілопектину. Амілоза складається з 60-300 залишків глюкози, з'єднаних в чи ланцюг за допомогою кисневого містка,утвореного між першим вуглецевим атомом однієї молекули та четвертим вуглецевим атомом іншої (зв'язок 1,4).
Амілозарозчинна у гарячій воді і дає з йодом синє фарбування.
Амілопектін - розгалужений полімер, що складається як з нерозгалужених ланцюгів (зв'язок 1,4), так і розгалужених, які утворюються за рахунок зв'язків між першим вуглецевим атомом однієї молекули глюкози і шостим вуглецевим атомом іншого припомощика кисневого містка (зв'язок 1,6).
Представниками гомополісахаридів є крохмаль, клітковина та глікоген.
Крохмаль(полісахарид рослин)- Складається з декількох тисяч залишків глюкози, 10-20% яких представлено амілозою, а 80-90% амілопектином. Крохмаль нерозчинний у холодній воді, а гарячої утворює колоїдний розчин, званий у побуті крохмальним клейстером. Перед крохмалю припадає до 80% вуглеводів, що споживаються з їжею. Джерелом крохмалю служать рослинні продукти, переважно злакові: крупи, борошно, хліб, і навіть картопля. Найбільше крохмалю містять крупи (від 60% у гречаній крупі (ядриці) і до 70% - у рисовій).
Клітковина, або целюлоза,- найпоширеніший землі вуглевод рослин, що утворюється у кількості приблизно 50 кг кожного жителя Землі. Клітковина є лінійний полісахарид, що складається з 1000 і більше залишків глюкози. В організмі клітковина бере участь у активації моторики шлунка та кишечника, стимулює виділення травних соків, створює відчуття ситості.
Глікоген(Тваринний крохмаль)є основним запасним вуглеводом організму людини. Він складається приблизно з 30 000 залишків глюкози, які утворюють розгалужену структуру. У найбільш значній кількості глікоген накопичується в печінці та м'язовій тканині, у тому числі у м'язі серця. Функція м'язового глікогену полягає в тому, що він є доступним джерелом глюкози, що використовується в енергетичних процесах у самому м'язі. Глікоген печінки використовується для підтримки фізіологічних концентрацій глюкози в крові, насамперед у проміжках між їдою. Через 12-18 год після їди запас глікогену в печінці майже повністю виснажується. Вміст м'язового глікогену помітно знижується лише після тривалої та напруженої фізичної роботи. При нестачі глюкози він швидко розщеплюється та відновлює її нормальний рівень у крові. У клітинах глікоген пов'язаний з білком цитоплазми та частково – з внутрішньоклітинними мембранами.
Гетерополісахариди (Глікозамінглікани або мукополісахариди) (приставка «муко-» вказує, що вони вперше були отримані з муцину). Складаються з різного виду моносахаридів (глюкози, галактози) та їх похідних (аміносахарів, гексуронових кислот). У їх складі виявлені й інші речовини: азотисті основи, органічні кислотита деякі інші.
Глікозамінглікани є желеподібні, липкі речовини. Вони виконують різні функції,в тому числі структурну, захисну, регуляторну та ін. Глікозамінглікани, наприклад, складають основну масу міжклітинної речовини тканин, входять до складу шкіри, хрящів, синовіальної рідини, склоподібного тіла ока. В організмі вони зустрічаються в комплексі з білками (протеоглікани та глікопротсиди) та жирами (гліколіпіди), у яких частку полісахаридів припадає основна частина молекули (до 90% і більше). Для організму мають значення такі.
Гіалуронова кислота- основна частина міжклітинної речовини, свого роду «біологічний цемент», що сполучає клітини, заповнюючи весь міжклітинний простір. Вона також виконує роль біологічного фільтра, який затримує мікроби та перешкоджає їх проникненню в клітину, бере участь в обміні води в організмі.
Слід зазначити, що гіалуронова кислота розпадається під дією специфічного ферменту гіалуронідази. При цьому порушується структура міжклітинної речовини, в її складі утворюються тріщини, що призводить до збільшення його проникності для води та інших речовин. Це має важливе значення в процесі запліднення яйцеклітини сперматозоїдами, які багаті на цей фермент. Гіалуронідазу містять також і деякі бактерії, що суттєво полегшує їх проникнення в клітину.
X ондроїтинсульфати- хондроїтинсерні кислоти, служать структурними компонентами хрящів, зв'язок, клапанів серця, пупкового канатика та ін. Вони сприяють відкладенню кальцію в кістках.
Гепаринутворюється в опасистих клітинах, які зустрічаються в легенях, печінці та інших органах, і виділяється ними в кров та міжклітинне середовище. У крові він зв'язується з білками та перешкоджає згортанню крові, виконуючи функцію антикоагулянту. Крім того, гепарин має протизапальну дію, впливає на обмін калію та натрію, виконує антигіпоксичну функцію.
Особливу групу глікозамінгліканів представляють сполуки, що мають у своєму складі нейрамінові кислоти та похідні вуглеводів. З'єднання нейрамінової кислоти з оцтовою називаються опаловими кислотами. клітинних оболонках, слині та інших біологічних рідинах.
§ 1. КЛАСИФІКАЦІЯ І ФУНКЦІЇ ВУГЛЕВОДІВ
Ще в давнину людство познайомилося з вуглеводами і навчилося використовувати їх у своїй повсякденному житті. Бавовна, льон, деревина, крохмаль, мед, тростинний цукор - це лише деякі з вуглеводів, які відіграли важливу роль у розвиток цивілізації. Вуглеводи відносяться до найбільш поширених у природі органічних сполук. Вони є невід'ємними компонентами клітин будь-яких організмів, у тому числі бактерій, рослин та тварин. У рослинах частку вуглеводів припадає 80 – 90 % сухої маси, в тварин – близько 2 % маси тіла. Їх синтез із вуглекислого газу та води здійснюється зеленими рослинами з використанням енергії сонячного світла (фотосинтез ). Сумарне стехіометричне рівняння цього процесу має вигляд:
Потім глюкоза та інші найпростіші вуглеводи перетворюються на більш складні вуглеводи, наприклад, крохмаль та целюлозу. Рослини використовують ці вуглеводи для вивільнення енергії у процесі дихання. Цей процес по суті оборотний процесу фотосинтезу:
Цікаво знати! Зелені рослини та бактерії в процесі фотосинтезу щорічно поглинають із атмосфери приблизно 200 млрд. т вуглекислого газу. При цьому відбувається вивільнення в атмосферу близько 130 млрд т кисню і синтезується 50 млрд т органічних сполук вуглецю, в основному вуглеводів.
Тварини не здатні з вуглекислого газу та води синтезувати вуглеводи. Споживаючи вуглеводи з їжею, тварини витрачають накопичену у яких енергію підтримки процесів життєдіяльності. Високим змістомвуглеводів характеризуються такі види нашої їжі, як хлібобулочні вироби, картопля, крупи та ін.
Назва «вуглеводи» є історичною. Перші представники цих речовин описувалися сумарною формулоюЗ m H 2 n O n або C m (H 2 O) n . Інша назва вуглеводів – цукру - Пояснюється солодким смаком найпростіших вуглеводів. За своєю хімічною структурою вуглеводи – складна та різноманітна група сполук. Серед них зустрічаються як достатньо прості з'єднанняз молекулярною масою близько 200, так і гігантські полімери, молекулярна масаяких сягає кількох мільйонів. Поряд з атомами вуглецю, водню та кисню до складу вуглеводів можуть входити атоми фосфору, азоту, сірки та, рідше, інших елементів.
Класифікація вуглеводів
Усі відомі вуглеводи можна поділити на дві великі групи – прості вуглеводи і складні вуглеводи. Окрему групу складають вуглеводсодержащие змішані полімери, наприклад, глікопротеїни– комплекс із молекулою білка, гліколіпіди –комплекс з ліпідом та ін.
Прості вуглеводи (моносахариди, або монози) є полігідроксикарбонільними сполуками, не здатними при гідролізі утворювати простіші вуглеводні молекули. Якщо моносахариди містять альдегідну групу, вони відносяться до класу альдоз (альдегідоспиртів), якщо кетонну – до класу кетоз (кетоспиртів). Залежно від числа вуглецевих атомів у молекулі моносахаридів розрізняють тріози (З 3), тетрози (З 4), пентози (З 5), гексози (З 6) і т.д.:
Найчастіше у природі зустрічаються пентози та гексози.
Складнівуглеводи ( полісахариди, або поліози) є полімери, побудовані з залишків моносахаридів. Вони за гідролізу утворюють прості вуглеводи. Залежно від ступеня полімеризації їх поділяють на низькомолекулярні ( олігосахариди, ступінь полімеризації яких, як правило, менше 10) високомолекулярні. Олігосахариди – цукроподібні вуглеводи, розчинні у воді та солодкі на смак. Їх за здатністю відновлювати іони металів (Cu 2+ , Ag +) ділять на відновлюючіі невідновлювальні. Полісахариди в залежності від складу можна розділити на дві групи: гомополісахаридиі гетерополісахариди. Гомополісахариди побудовані з моносахаридних залишків одного типу, а гетерополісахариди – із залишків різних моносахаридів.
Сказане з прикладами найпоширеніших представників кожної групи вуглеводів можна подати у вигляді наступної схеми:
Функції вуглеводів
Біологічні функції полісахаридів дуже різноманітні.
Енергетична та запасаюча функція
У вуглеводах міститься переважна більшість калорій, споживаних людиною з їжею. Основним вуглеводом, що надходить з їжею, є крохмаль. Він міститься в хлібобулочні вироби, картоплі, у складі круп. У раціоні людини присутні також глікоген (у печінці та м'ясі), сахароза (як добавок до різних страв), фруктоза (у фруктах та меді), лактоза (у молоці). Полісахариди, перш ніж засвоїтись організмом, мають бути гідролізовані за допомогою травних ферментів до моносахаридів. Тільки у такому вигляді вони всмоктуються у кров. З потоком крові моносахариди надходять до органів і тканин, де використовуються для синтезу власних вуглеводів або інших речовин, або піддаються розщепленню з метою вилучення з них енергії.
Енергія, що звільняється в результаті розщеплення глюкози, накопичується у вигляді АТФ. Розрізняють два процеси розпаду глюкози: анаеробний (без кисню) і аеробний (у присутності кисню). Внаслідок анаеробного процесу утворюється молочна кислота.
яка при важких фізичних навантаженьнакопичується у м'язах та викликає біль.
В результаті аеробного процесу глюкоза окислюється до оксиду вуглецю (IV) і води:
Внаслідок аеробного розпаду глюкози звільняється значно більше енергії, ніж у результаті анаеробного. Загалом при окисленні 1 г вуглеводів виділяється 16,9 кДж енергії.
Глюкоза може піддаватися спиртовому бродінню. Цей процес здійснюється дріжджами в анаеробних умовах:
Спиртове бродіння широко використовується у промисловості для вин та етилового спирту.
Людина навчилася використовувати не тільки спиртове бродіння, але й знайшла застосування молочнокислого бродіння, наприклад, для отримання молочнокислих продуктів та квашення овочів.
В організмі людини та тварин немає ферментів, здатних гідролізувати целюлозу, проте целюлоза є основним компонентом їжі для багатьох тварин, зокрема, для жуйних. У шлунку цих тварин у великих кількостяхмістяться бактерії та найпростіші, що продукують фермент целюлазу, що каталізує гідроліз целюлози до глюкози Остання може піддаватися подальшим перетворенням, у яких утворюються масляна, оцтова, пропионовая кислоти, здатні всмоктуватися в кров жуйних.
Вуглеводи виконують запасну функцію. Так, крохмаль, сахароза, глюкоза у рослин та глікогену тварин є енергетичним резервом клітин.
Структурна, опорна та захисна функції
Целюлоза у рослин та хітіну безхребетних та у грибах виконують опорну та захисну функції. Полісахариди утворюють капсулу у мікроорганізмів, зміцнюючи цим мембрану. Ліполісахариди бактерій та глікопротеїни поверхні тварин клітин забезпечують вибірковість міжклітинної взаємодії та імунологічних реакцій організму. Рибоза є будівельним матеріалом для РНК, а дезоксирибозу – для ДНК.
Захисну функцію виконує гепарин. Цей вуглевод, будучи інгібітором зсідання крові, запобігає утворенню тромбів. Він міститься в крові та сполучній тканині ссавців. Клітинні стінки бактерій, утворені полісахаридами, скріплені короткими ланцюжками амінокислотними, захищають бактеріальні клітини від несприятливих впливів. Вуглеводи беруть участь у ракоподібних і комах у побудову зовнішнього скелета, що виконує захисну функцію.
Регуляторна функція
Клітковина посилює перистальтику кишечника, покращуючи цим травлення.
Цікава можливість використання вуглеводів як джерело рідкого палива – етанолу. З давніх пірвикористовували деревину для обігріву житла та приготування їжі. У сучасному суспільствіцей вид палива витісняється іншими видами – нафтою та вугіллям, дешевшими та зручнішими у використанні. Однак рослинна сировина, незважаючи на деякі незручності у використанні, на відміну від нафти та вугілля є відновлюваним джерелом енергії. Але його застосування у двигунах внутрішнього згорянняутруднено. Для цього краще використовувати рідке паливо або газ. З низькосортної деревини, соломи або іншої сировини, що містять целюлозу або крохмаль, можна отримати рідке паливо - етиловий спирт. Для цього необхідно спочатку гідролізувати целюлозу або крохмаль і отримати глюкозу:
а потім отриману глюкозу піддати спиртовому бродінню та отримати етиловий спирт. Після очищення його можна використовувати у вигляді палива у двигунах внутрішнього згоряння. Слід зазначити, що у Бразилії з цією метою щорічно з цукрової тростини, сорго та маніока отримують мільярди літрів спирту та використовують його у двигунах внутрішнього згоряння.