Вуглеводи — це сполуки, у яких співвідношення С, Н, О здебільшого відповідають формулі (СН2О)n, де n дорівнює трьом і більше. Проте є вуглеводи, в яких співвідношення зазначених елементів дещо інше, а деякі містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру. У клітинах тварин і грибів вуглеводи містяться у незначній кількості (близько 1 % сухої маси, у клітинах печінки та м’язів - до 5 %), а в рослинних клітинах їхній вміст значно більший (до 60-90 %).

• Будова і властивості вуглеводів. Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди.

Моносахариди здебільшого мають загальну формулу CnH2nOn. Вони можуть містити від 3 до 10 атомів Карбону: тріози (3 атоми Карбону), тетрози (4), пентози (5), гексози (6) і так далі до декози (10). У природі найпоширеніші гексози та пентози. Прикладами гексоз є глюкоза, фруктоза (мал. 8.1). Ці сполуки надають солодкого смаку плодам, меду, а глюкоза є дуже важливою складовою метаболізму. До пентоз, наприклад, належать рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу відповідно рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК) кислот. Моносахариди добре розчиняються у воді.

Олігосахариди - полімерні вуглеводи, в яких 2-10 моносахаридних ланок з’єднані ковалентними (глікозидними) зв’язками. Зокрема, дисахариди утворені сполученням залишків двох молекул моносахаридів. Приклади дисахаридів: мальтоза (солодовий цукор) - складається з двох залишків глюкози; сахароза (буряковий або тростинний цукор) - складається із залишків глюкози і фруктози; лактоза (молочний цукор) - складається з глюкози та галактози; трегалоза (грибний цукор) - складається з двох залишків глюкози (мал. 8.2). Вони мають солодкий смак і добре розчиняються у воді.

Мал. 8.1. Моносахариди глюкоза (1) і фруктоза (2): а - хімічна формула; б - просторова модель

Мал. 8.2. Дисахариди: 1 - мальтоза; 2 - сахароза; 3 - лактоза

Полісахариди — це біополімери, молекулярна маса деяких з них може сягати кількох мільйонів. Полісахариди відрізняються один від одного не тільки складом мономерів, а й довжиною та ступенем розгалуженості ланцюгів. Одні полісахариди складаються із залишків одного й того самого моносахариду, інші - різних.

Приклади полісахаридів: крохмаль, целюлоза, глікоген, пектин, лігнін, хітин та ін. (мал. 8.3, 8.4). Вони майже не розчиняються у воді і не мають солодкого присмаку.

Вуглеводи можуть вступати у зв’язок з іншими сполуками. Такі вуглеводи називають складними. Приклади: глікопротеїди (сполуки вуглеводів з білками), гліколіпіди (сполуки вуглеводів з ліпідами).

• Функції вуглеводів досить різноманітні (енергетична, резервна, будівельна, транспортна, захисна).

Енергетична функція. При розщепленні 1 г полісахаридів або олігосахаридів до моносахаридів виділяється 17,6 кДж теплової енергії. Вуглеводи відіграють провідну роль в енергетичному обміні: вони здатні як до окиснення, так і до розщеплення у безкисневих умовах. Це надзвичайно важливо для організмів, які мешкають в умовах дефіциту кисню (наприклад, паразити внутрішніх органів людини і тварин) або за його повної відсутності (анаероби, як-от дріжджі, деякі види бактерій).

Резервна функція. Полісахариди можуть відкладатись у клітинах про запас, найчастіше у вигляді зерен. У клітинах рослин накопичується крохмаль, тварин і грибів - глікоген (мал. 8.3). Ці запасні сполуки є резервом поживних речовин.

Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, нітрогеновмісний полісахарид хітин міститься у зовнішньому скелеті членистоногих і клітинній стінці грибів; клітинні стінки рослин утворені з целюлози (мал. 8.4).

До складу надмембранних структур клітин тварин (глікокаліксу) і прокаріотів (клітинної стінки) входять вуглеводи, пов’язані з білками та ліпідами. Ці сполуки забезпечують з’єднання клітин між собою.

Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила, входячи до складу рідини, що змащує суглобові поверхні.

Мал. 8.3. Крохмаль у клітинах бульби картоплі (1); глікоген у клітинах печінки (2)

Мал. 8.4. Целюлоза у складі клітинних стінок рослин (1); хітин у складі зовнішніх покривів членистоногих (2)

Захисна функція. Полісахариди пектини здатні зв’язувати деякі токсини та радіонукліди, запобігаючи потраплянню їх у кров. Мукополісахарид гепарин запобігає зсіданню крові, підвищує проникність судин, стійкість організму до нестачі кисню (гіпоксії), впливу вірусів і токсинів, знижує рівень концентрації цукру у крові.

Ключові терміни та поняття. Моносахариди, олігосахариди, полісахариди.

Коротко про головне

• Вуглеводи — це сполуки Карбону, що здебільшого відповідають формулі (СН2О)n, де n дорівнює трьом і більше. Деякі вуглеводи містять також атоми Нітрогену, Фосфору чи Сульфуру.
• Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на моносахариди, олігосахариди та полісахариди.
• Вуглеводи можуть вступати у зв’язок з іншими сполуками (глікопротеїди - сполуки вуглеводів з білками, гліколіпіди - сполуки вуглеводів з ліпідами).
• Функції вуглеводів: енергетична, резервна, будівельна (структурна), транспортна і захисна.

Запитання для самоконтролю

1. Які речовини відносять до вуглеводів? 2. Які ви знаєте основні класи вуглеводів? Які їхні властивості? 3. Які вуглеводи називають простими, а які - складними? 4. Які основні функції вуглеводів в організмах різних істот? 5. Що спільного у фізико-хімічних властивостях і функціях вуглеводів і ліпідів та чим відрізняються ці сполуки?

Поміркуйте

Чому паразити внутрішніх органів тварин і людини часто запасають велику кількість глікогену, на відміну від тих, які мешкають на покривах хазяїна?