Углеводы

Углеводами (сахарами или сахаридами) называют органические соединения с общей формулой (СН₂О)_n или С_n(H₂O)_m, хотя данное соотношение не всегда выполняется так строго (например, рибоза имеет состав С₅Н₁₀О₅, а молекула дезоксирибозы имеет на один атом кислорода меньше). По своей химической природе они относятся к альдегидоспиртам или кетоспиртам. В зависимости от числа входящих в молекулу сахаров углеродных атомов (3, 4, 5, 6 и т.д.) они подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д. В клетках живых организмах встречаются как моносахариды, так и ди-, олиго- и полисахариды.

Среди моносахаридов важное значение в живых организмах имеют пентозы и гексозы. Например, такие пентозы, как рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеотидов, РНК и ДНК. Глюкоза, фруктоза и галактоза — наиболее распространенные в организмах гексозы. Глюкоза является основным источником энергии для человека и многих животных, а фруктоза и галактоза, содержатся соответственно в продуктах растительного происхождения и молоке млекопитающих. Триозы и тетрозы (например, глицериновый альдегид) образуются, как правило, в различных процессах обмена веществ в качестве промежуточных продуктов.

Молекулы глюкозы и галактиозы

Из дисахаридов наиболее распространены сахароза, лактоза и мальтоза. Сахароза или фруктовый сахар состоит из остатков глюкозы и фруктозы, лактоза (молочный сахар) — это остатки глюкозы и галактозы, а мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков глюкозы и образуется в результате расщепления крахмала и гликогена ферментами-амилазами.

Молекула сахарозы состоит из остатков глюкозы и фруктозы

Олигосахариды, образованны сахарами и их производными. Они входят в состав гликолипидов и гликопротеинов, участвующих, например, в формировании гликокаликса животных клеток.

Полисахариды представляют собой гомополимеры, состоящие из повторяющихся мономеров молекул глюкозы или ее производных. Эти мономеры соединены ковалентными связями между 1 и 4 (а у разветвленных полисахаридов еще между 1 и 6) атомами углерода. В растительных клетках стенки состоят из линейного полисахарида целлюлозы или клетчатки. В ней молекулы глюкозы соединяются бета-1,4-связью. Для расщепления этой связи нужны специальные ферменты. Целлюлозу могут расщеплять многие бактерии, грибы и одноклеточные микроорганизмы, поэтому они имеют большое значение в процессе разложения растительных остатков. В рубце жвачных животных обитают некоторые из подобных бактерий и микроорганизмов, что позволяет им усваивать целлюлозу. У человека и других животных ни в желудке, ни в кишечнике в нет таких ферментов, которые могут расщеплять целлюлозу, поэтому пища, содержащая клетчатку, у них полностью не усваивается. Частично расщеплять целлюлозу может кишечная палочка и некоторые другие бактерии, которые обитают у человека в толстом кишечнике.

Гликоген –разветвленный полисахарид.Четыре красных мономера в (б) соответствуют четырем молекулам глюкозы в (а)

К широко распространенным структурным полисахаридам относится хитин. Это линейный полимер, состоящий из остатков производного глюкозы (N-ацетил-D-глюкозамина), соединенных бета-1,4-связью. Функции хитина в организме — структурная и защитная. У членистоногих и некоторых беспозвоночных хитин составляет основу наружного скелета. Кроме того, он входит в состав клеточных стенкок грибов и некоторых зеленых водорослей. С белками, пигментами и солями кальция хитин образует очень прочные комплексы, представляющие собой высокоупорядоченные надмолекулярные структуры, нерастворимые в воде.

Основной запасной растительный полисахарид — это крахмал, а основной запасной полисахарид грибов и животных — гликоген. Это разветвленные полимеры, сходные по своей структуре. Гликоген имеет более разветвленную структуру, а в состав крахмала входят и линейные неразветвленные молекулы. Молекулы глюкозы в них связаны альфа-1,4-связями. Пищеварительные ферменты животных (амилазы) легко расщепляют эти связи, образуя при этом дисахарида мальтозы, которая в свою очередь расщепляется ферментом мальтазой. Образующаяся глюкоза в кишечнике всасывается в кровь и разносится по всему организму, попадая в клетки, где используется либо для получения энергии (в процессах гликолиза и окислительного фосфорилирования), либо откладывается в запас в виде гликогена. При расщеплении глюкозы во время гликолиза или брожения (анаэробные условия) или в митохондриях (полное аэробное окисление) выделяется большого количества энергии (17,6 кДж/г). Подобные процессы проходят и в организме человека, поэтому в его рационе углеводы занимают значительное место. Утилизация углеводов в организме практически полностью покрывает его энергозатраты.

 Таким образом, углеводы в живых организмах выполняют структурную и защитную (целлюлоза, хитин), запасную (гликоген, крахмал) и энергетическую (моно-, ди- и полисахариды) функции.

Перейти к оглавлению.