Органічні речовини. Структура та функції вуглеводів

Усі хімічні сполуки поділяють на неорганічні (мінеральні) та органічні. Чим вони відрізняються? До складу органічних сполук входять чотири хімічні елементи, які називають органогенними: Гідроген, Оксиген, Нітроген і Карбон. Останній з них значною мірою зумовлює хімічні властивості організмів. Як і інші органогенні хімічні елементи, Карбон здатний утворювати міцні ковалентні зв'язки (мал. 3). Атом Карбону може зв'язуватись з атомами Гідрогену, Нітрогену, Оксигену.

Мал. 3. Хімічні зв'язки, які утворює атом Карбону: одинарні (1), подвійний (2)

До складу клітини входять органічні сполуки: вуглеводи, білки, ліпіди, нуклеїнові кислоти тощо. Вони переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами (від грец. макрос - великий). Так, молекулярна маса більшості білків становить 5000-1000000, а у деяких нуклеїнових кислот вона сягає декількох мільярдів дальтон (один дальтон відповідає 1/12 атомної маси ізотопу карбону ¹²С, тобто 1,67 • 10^-24 г).

Високомолекулярні органічні сполуки -білки, нуклеїнові кислоти, складні вуглеводи (полісахариди), молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами (від грец. біос та поліс - численний). Такі макромолекули мають високу молекулярну масу - 10³-10⁹ дальтон. Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами (від грец. монос - один, поодинокий). Мономерами білків е залишки амінокислот, нуклеїнових кислот -нуклеотиди, полісахаридів - моносахариди.

Молекулярна маса ліпідів значно менша - 50-1500 дальтон. Але вони можуть об'єднуватись між собою, утворюючи складні структури з тисяч молекул.

Особлива група органічних сполук - це біологічно активні речовини.

Вони впливають на процеси обміну речовин і перетворення енергії в організмах живих істот. Серед них е органічні (ферменти, гормони, вітаміни тощо) та неорганічні (вуглекислий газ та ін.) сполуки.

У клітинах різних груп організмів вміст певних органічних сполук різний. Наприклад, у клітинах тварин переважають білки і ліпіди, а рослин -вуглеводи. Однак у клітинах різних типів певні органічні сполуки виконують подібні функції.

Що таке вуглеводи? Які їхні властивості? Хімічний склад вуглеводів відповідає формулі (СН₂O)_n, де п дорівнює трьом та більше. Але існують вуглеводи, в яких співвідношення вказаних у формулі хімічних елементів інше. До того ж, деякі з цих сполук містять атоми Нітрогену, Фосфору або Сульфуру.

У клітинах тварин і людини вміст вуглеводів незначний. Натомість у клітинах рослин їх значно більше (наприклад, у листках, насінні, плодах - майже 70%, у бульбах картоплі - до 90%).

Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди, або прості цукри, залежно від кількості атомів Карбону, поділяють на тріози (3 атоми), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декоз (10). У природі найпоширеніші гексози, а саме глюкоза і фруктоза. Солодкий присмак ягід, фруктів, меду залежить від вмісту в них цих сполук. Серед пентоз важливе значення мають рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот та аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ).

Олігосахариди - сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв'язками. Серед них найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів (мал. 4). Наприклад, буряковий (або тростинний) цукор - сахароза - складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий - мальтоза - лише з залишків глюкози тощо. Дисахариди мають солодкий присмак. Вони, як і моносахариди, добре розчинні у воді.

Мал. 4. Схема будови молекул моносахариду (1) і дисахариду (2)

Полісахариди - молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів.

Полісахариди розрізняються між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та олігосахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку.
Один із найпоширеніших полісахаридів - крохмаль. Він синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків глюкози. Крохмаль у значній кількості відкладається в клітинах рослин насамперед листків, насіння, бульб тощо. У клітинних стінках рослин міститься полісахарид целюлоза - міцний, волокнистий, нерозчинний у воді. Деревина, кора, бавовна складаються переважно з целюлози.

У грибів, тварин і людини запасним полісахаридом є глікоген. Він відкладається здебільшого в м'язах і клітинах печінки. До складу клітинних стінок деяких грибів і зелених водоростей, кутикули членистоногих входить полісахарид - хітин.

Які функції вуглеводів у живих організмах?

Основні функції вуглеводів у живих організмах - енергетична та будівельна.

Енергетична функція вуглеводів полягає у здатності розщеплюватися з виділенням енергії. За повного розщеплення 1 г цих сполук вивільняється 17,2 кДж енергії. Кінцеві продукти окиснення вуглеводів - С0₂ і Н₂0. Важлива роль вуглеводів у енергетичному балансі живих істот пов'язана із здатнітю розщеплюватись як за участі кисню, так і без нього. Це має особливе значення для організмів, які мешкають в умовах нестачі кисню (наприклад, червів, які паразитують у кишечнику тварин і людини).

Полісахариди (крохмаль, глікоген) як запасні сполуки можуть відкладатись у клітинах у вигляді зерен. Вони є резервом основної енергетичної сполуки живих істот - глюкози. У членистоногих енергетичну функцію виконує дисахарид трегалоза.

Будівельна, або структурна, функція вуглеводів полягає в тому, що ці сполуки входять до складу опорних елементів клітин організмів. Як ми вже згадували, хітин є компонентом зовнішнього скелета членистоногих та клітинних стінок деяких грибів і водоростей. Клітинні стінки рослин, які містять целюлозу, захищають вміст клітин і підтримують їхню форму.

Вивчення структури і функцій високомолекулярних вуглеводів дещо відставало у порівнянні із дослідженням білків і нуклеїнових кислот із кількох причин. По-перше, сполуки цього класу переважно гетерогенні як за розміром, так і за складом, що ускладнює хімічні і фізичні характеристики. По-друге, оскільки структура складних вуглеводів не закодована безпосередньо генетично, а утворюється внаслідок серії ферментативних реакцій, генетичний аналіз у цьому випадку значно складніший і менш інформативний, ніж, наприклад, при дослідженні білків. Крім того, оскільки полісахариди переважно виконують пасивні ролі в клітинах, важко розробити надійні методи дослідження їхньої біологічної активності.

Поиск по сайту: