Углеводы.

Более подробное знакомство с молекулярным уровнем организации начнём с углеводов. Почему с них? Ну, давайте предположим, потому, что некоторые из них приносят удовольствие в нашу жизнь. Дело в том, что часть из них сладкая на вкус.

Рассматриваемые сегодня углеводы состоят из атомов трёх химических элементов. И их можно представить общей формулой Сn(H₂O)m, где n и m равны трём и более. Из формулы видно, что соотношение водорода и кислорода в молекулах углеводов (2: 1) такое же, как и в молекуле воды – нашей главной носительнице жизни. Из-за такой особенности строения молекул углеводы и получили своё название. Правда, существуют углеводы с иным соотношением элементов, а некоторые могут содержать атомы азота, серы или фосфора.

В зависимости от строения углеводы делятся на три класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Познакомимся с ними подробнее.

Моносахариды – бесцветные кристаллические вещества. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус. Но этот класс углеводов также неоднороден. Внутри класса моносахаридов выделяют группы. В основе разделения на группы лежит количество атомов углерода в молекуле. Важнейшими для биологов являются молекулы, которые имеют пять атомов углерода (С₅) – пентозы и шесть (С₆) – гексозы. Названия этих групп пришли к нам также их греческого языка.

Какие же молекулы к каким группам относятся. Наибольшее значение для живых организмов имеют такие пентозы, как рибоза и дезоксирибоза. Не пугайтесь второго названия, если среди вас есть пугливые. Посмотрите внимательно на молекулы этих веществ.

К гексозам относится глюкоза. А ещё фруктоза и галактоза.

Глюкоза является основным источником энергии для клеток живых организмов. У нас с вами она всегда присутствует в крови в неизменной концентрации.

Фруктозу мы встречаем в вакуолях клеток растений. Поэтому с удовольствием употребляем в пищу ягоды, фрукты. Также фруктоза придаёт сладкий вкус мёду.

Следующий класс углеводов – олигосахариды. От греческого ὀ λ ί γ ο ς – немногий.

Олигосахариды построены по принципу полимеров, о которых мы также говорили на прошлом уроке. Но отличаются тем, что повторяющихся звеньев содержат небольшое количество. От двух до десяти. Мономерами олигосахаридов являются, в свою очередь, моносахариды. Либо одинаковые, либо разные.

По физическим свойствам олигосахариды близки к моносахаридам. Так как они имеют также относительно небольшую молекулу, все олигосахариды обладают кристаллическим строением, хорошо растворимы в воде и сладкие на вкус.

Если в состав олигосахаридов входит два остатка моносахаридов, они называются дисахаридами. Это наверняка хорошо известная вам сахароза, потому что вы употребляете её в пищу несколько раз в день, если не на диете. Сахароза ещё называется тростниковым или свекловичным сахаром.

И нам с вами осталось сделать всего один шажок по миру углеводов. Рассмотрим последнюю группу – полисахариды.

Приставка поли- сразу всё объясняет. Перед нами вещества - полимеры. В состав полисахаридов может входить до нескольких тысяч остатков моносахаридов.

С изменением длины молекулы изменяются и физические свойства этих углеводов. Они нерастворимы в воде, а соответственно, и не имеют сладкого вкуса.

При образовании полисахаридов моносахариды соединяются в цепочки. Это понятно. Но эти цепочки могут выглядеть по-разному. У целлюлозы и хитина структура линейная, неразветвлённая.

А вот гликоген имеет разветвлённую структуру.

Всем нам известный крахмал представляет собой смесь полисахаридов. Примерно 80% по массе он состоит из разветвлённого амилопектина и на 20% из линейного полисахарида амилозы.

Какую роль играют полисахариды в живых организмах.

Давайте начнём с целлюлозы. Во-первых, все оболочки клеток растений состоят из целлюлозы. Она прочная и волокнистая. Тем самым идеально подходит для защиты клеток и придаёт им форму, как экзоскелет у членистоногих. Использует уникальные свойства целлюлозы и человек. Из неё изготавливают бумагу, на которой вы сейчас пишите, если ещё не перешли на планшеты, а также ткани, пластмассы и даже порох.

Значит, целлюлоза защищает клетки растений. Но мы знаем, что и клетки грибов имеют клеточную оболочку. И она тоже прочная. Ведь не зря грибы считаются тяжёлой пищей для человека. Так вот в клеточной оболочке грибов, а также в покровах членистоногих животных и некоторых протистов содержится похожее на целлюлозу вещество. Посмотрите. Похоже на целлюлозу. Но есть и различие. Как мы видим, в состав хитина входят ещё и атомы азота.

Итак, целлюлоза и хитин служат в основном для защиты.

Идём дальше. Следующие два важнейших полисахарида служат запасным питательным веществом для живых организмов. Если традиционно начинать с растений, то они накапливают крахмал. При приготовлении любимых драников можно на дне ёмкости с тёртым картофелем обнаружить плотный слой белого вещества. Это и будет крахмал, который выпал из повреждённых клеток клубней картофеля.

А уже у нас в организме при запасе питательных веществ мономеры крахмала – а это всё та же глюкоза - перестраиваются и образуют сходное вещество – гликоген. Цепи гликогена сильнее разветвлены, чем у крахмала, а откладывается он в виде гранул в печени и мышцах.

Вот таким у нас получилось первое путешествие по молекулярному уровню живого на Земле. Мы познакомились с углеводами.

А теперь давайте ещё раз обозначим функции углеводов и тем самым соберём вместе части нашего урока.

Итак, можно выделить три основные функции углеводов в клетке. Это структурная, энергетическая и запасающая.

Структурная – это когда углеводы используются как строительный материал. Мы говорили об оболочках клеток. Поэтому основные действующие лица здесь целлюлоза и хитин.

Далее – энергетическая. Безусловный лидер здесь глюкоза. При этом нужно отметить, что все более сложные углеводы можно назвать источниками энергии. Но, только если они расщепятся до глюкозы. Запомните также, что при окислении 1 г углеводов высвобождается 17. 6 кДж энергии.

И осталась запасающая функция. Какие углеводы подходят здесь? Правильно. Крахмал и гликоген. Обратите внимание. Живым организмам выгоднее сохранять питательные вещества в форме полимеров. Эти молекулы нерастворимы в воде, не оказывают влияния на осмотическое давление в клетке и практически недоступны для разложения бактериями. Соединили молекулы глюкозы в цепи, положили на склад и можем быть уверены в завтрашнем дне.

Но чтобы включить завтра крахмал и гликоген в энергетический обмен, то есть получить из них запасённую энергию, живым организмам нужно, наоборот, разделить эти полимеры до мономеров – глюкозы. Что и происходит, например, в пищеварительном тракте животных.