Органические соединения живых систем. Углеводы

Органические соединения живых систем

Общая характеристика органических соединений. Химические свойства живых организмов сильно зависят от углерода, доля которого составляет более 50% их сухой массы. Углерод, как и другие органогенные элементы, может образовывать ковалентные связи. Атом углерода может сочетаться с атомами водорода, кислорода, азота, но важное значение имеет способность атомов углерода образовывать устойчивые связи между собой.

К углеродных скелетов могут присоединяться другие группы атомов. Вещества, имеющие скелеты из ковалентно связанных атомов углерода, называют органическими соединениями.

Почти всю сухое вещество клеток составляют белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. Это, как правило, относительно крупные структуры с высокой молекулярной массой. Поэтому их еще называют макромолекулами. Так, молекулярная масса большинства белков составляет от 5 000 до 1 000 000, а в некоторых нуклеиновых кислот она достигает нескольких миллиардов.

Молекулярная масса измеряется в Дальтона. Эту единицу назван так в честь английского ученого Дальтона, который сформулировал атомную теорию строения материи. Один дальтон (1дА) равен 1,67 • 10 -24 г, т.е. 1 / 12 атомной массы изотопа углерода (12С).

Размеры липидов значительно меньше (молекулярная масса - 50-1 500), однако они могут объединяться между собой, образуя сложные структуры из тысяч молекул.

Макромолекулы (биополимеры) построены из простых молекул (мономеров). Молекулы белков состоят из остатков аминокислот; молекулы нуклеиновых кислот - из нуклеотидов, а сложных углеводов (полисахаридов) - из моносахаридов. Липиды образованные из сравнительно небольшого количества различных органических молекул.

Особую группу органических соединений составляют биологически активные вещества: ферменты, гормоны, витамины и т.д.. Они разнообразны по строению и способны влиять на обмен веществ и энергии в целом или на отдельные звенья этих процессов. Среди биологически активных веществ есть определенное количество и неорганических соединений (некоторые лекарственные препараты, яды, углекислый газ, избыток которого в крови влияет на активность дыхательного центра в продолговатом мозге и др.).

Углеводы, их строение, свойства и функции. Название «углеводы» происходит от того, что большинство веществ этого класса являются соединениями углерода и воды и соответствуют формуле (СН20) n, где n равно 3 или больше. Однако есть углеводы, в которых соотношение упомянутых элементов несколько иное, а некоторые из них содержат также атомы азота, фосфора или серы.

В животных клетках углеводы присутствуют в незначительном количестве (около 1% сухой массы, в клетках печени и мышц - до 5%), в растительных их значительно больше (в листьях, семенах, плодах - почти 70%, а в клубнях картофеля - до 90%).

Углеводы делятся на три основных класса: моносахариды, оли-госахариды и полисахариды.

Моносахариды, или простые сахара, имеют общую формулу CnH2nOn. По числу атомов углерода их делят на триозы (3 атомы), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и т.д. до декоз (10). Моносахариды могут существовать в двух формах-линейной, когда углеводный цепь открыт, и циклической, когда он замкнут.

В природе наиболее распространены гексозы, а именно глюкоза и фруктоза. Сладкий вкус ягод, меда зависит от содержания в них этих соединений.

Из пентоз известны рибоза и дезоксирибоза, входящих в состав соответственно рибонуклеиновых (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот. Олигосахариды - полимерные углеводы, в которых моносахаридных звенья соединены ковалентной (гликозидной) связью. Среди олигосахаридов распространенные дисахариды, образующиеся благодаря сочетанию двух молекул моносахаридов. Например свекловичный (или тростниковый) сахар - сахароза (состоит из остатков глюкозы и фруктозы); молочный - лактоза (из остатков глюкозы и галактозы); солодовый-мальтоза (только из остатков глюкозы); грибной - трегалоза (состоит из двух остатков глюкозы и содержится в гемолимфе членистоногих, в грибах, многих водорослях).

Дисахариды имеют приятный сладкий вкус, они, как и моносахариды, хорошо растворяются в воде.

Большинство углеводов в организмах составляют полисахариды-биомолекулы с высокой степенью полимеризации. Молекулярная масса некоторых из них может достигать нескольких миллионов. Полисахариды отличаются друг от друга не только составом мономеров, но и длиной и степенью разветвленности цепей (рис.5). Полисахариды почти не растворяются в воде и не имеют сладкого вкуса.

Один из самых распространенных полисахаридов - крахмал - состоит из остатков глюкозы. Он синтезируется в клетках растений и откладывается в листьях, семенах, клубнях и т.д. в виде зерен. Много крахмала является в семенах риса и клубнях картофеля. В клеточных стенках растений содержится целлюлоза - крепкий, волокнистый, нерастворимый в воде полисахарид. Преимущественно из целлюлозы состоят древесина, пробка, хлопок.

У грибов, животных и человека резервным полисахаридом является гликоген, который у животных откладывается преимущественно в мышцах, а у позвоночных-еще и в печени.

Среди структурных полисахаридов известный также хитин. Он входит в состав клеточных стенок грибов и некоторых зеленых водорослей, а также углу ли членистоногих и некоторых образований беспозвоночных животных.

Функции углеводов. В живых организмах углеводы выполняют две основные функции - энергетическую и строительную.

Энергетическая функция. Полисахариды и олигосахариды расщепляются до моносахаридов с последующим окислением до С02 и Н2О. При полном разложении грамма этих веществ высвобождается 17,6 кДж энергии. Крахмал и гликоген, откладываясь в клетках, являются резервом глюкозы, а следовательно и энергии. У позвоночных животных глюкоза, всасываясь из кишечника в кровь, окисляется с высвобождением энергии, а ее избыток откладывается в клетках печени и мышцах в виде гликогена. Во время интенсивного труда, нервного напряжения, при голодании усиливается расщепление гликогена в печени и мышцах. У членистоногих основную роль в обеспечении энергией играет дисахарид трегелоза.

Углеводы, в отличие от липидов и белков, способны также и к без-кислородного расщепления, что имеет исключительно важное значение для организмов, живущих в условиях дефицита кислорода (например, паразиты внутренних органов человека и животных). Строительная, или структурная, функция углеводов состоит в том, что они входят в состав опорных элементов. Так, вам уже известно, что хитин является главным компонентом наружного скелета членистоногих и клеточной стенки грибов. Клеточные стенки растений, образованные из целлюлозы, защищают клетки и поддерживают их форму.

В надмембранный структурах животных клеток есть олигосахаридных цепи. Они сочетаются с белками и липидами. Эти вещества обеспечивают сцепление между клетками.

выводы

Органические соединения - это основные химические вещества живых организмов. Они образуются благодаря способности атомов углерода соединяться между собой ковалентными связями в цепи и присоединять атомы кислорода, водорода и азота.

Основные классы органических соединений живых организмов - белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. Органические соединения могут быть мономерных, если они состоят из небольшого количества атомов углерода и других элементов и детали их строения не повторяются в пределах молекулы. Соединяясь между собой, мономеры образуют биополимеры.

Углеводы - это соединения, основная часть которых состоит из углерода, водорода и кислорода. Некоторые из углеводов имеют в своем составе еще атомы азота, фосфора или серы. Среди углеводов различают моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Углеводы выполняют преимущественно энергетическую и строительную (структурную) функции.

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+