Органические соединения живых систем. Углеводы

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...