Углеводы - это соединения, в которых соотношение атомов С, Н, О в основном отвечает формуле (СН2О)n, где n равно трем и более. Однако есть углеводы, в которых соотношение упомянутых химических элементов несколько иное, а некоторые содержат также атомы азота, фосфора или серы. В клетках животных и грибов углеводы содержатся в незначительных количествах (около 1 % сухой массы, в клетках печени и мышц - до 5 %), а в растительных клетках их значительно больше (до 60-90 %).

• Строение и свойства углеводов. В зависимости от количества мономеров, которые входят в состав молекул, углеводы разделяют на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды имеют общую формулу CnH2nOn. Они могут содержать от 3 до 10 атомов углерода: триозы (3 атома углерода), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и так далее до дексоз (10). В природе наиболее распространены гексозы и пентозы. Примерами гексоз являются глюкоза, фруктоза и др. (рис. 8.1). Эти соединения придают сладкий вкус плодам, меду, а глюкоза является очень важным соединением для осуществления метаболизма. К пентозам относятся, например, рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав рибонуклеиновых (РНК) и дезоксирибонуклеиновой (ДНК) кислот. Моносахариды хорошо растворяются в воде.

Олигосахариды - полимерные углеводы, у которых 2-10 моносахаридных звеньев соединены ковалентными (гликозидными) связями. В частности, дисахариды образованы соединением остатков двух молекул моносахаридов. Примеры дисахаридов: мальтоза (солодовый сахар) - состоит из двух остатков глюкозы; сахароза (свекольный или тростниковый сахар) - состоит из остатков глюкозы и фруктозы; лактоза (молочный сахар) - состоит из глюкозы и галактозы; трегалоза (грибной сахар) - состоит из двух остатков глюкозы (рис. 8.2). Они имеют сладкий вкус и хорошо растворяются в воде.

Рис. 8.1. Моносахариды глюкоза (1) и фруктоза (2): а - химическая формула; б - пространственная модель

Рис. 8.2. Дисахариды: 1 - мальтоза; 2 - сахароза; 3 - лактоза

Полисахариды - это биополимеры, молекулярная масса некоторых из них может достигать нескольких миллионов. Полисахариды отличаются друг от друга не только составом мономеров, но также длиной и степенью разветвленности цепей. Одни полисахариды состоят из остатков одного и того же моносахарида, другие - разных. Примеры полисахаридов: крахмал, целлюлоза, гликоген, пектин, лигнин, хитин и др. (рис. 8.3, 8.4). Они почти не растворяются в воде и не имеют сладкого привкуса.

Углеводы могут вступать в связь с другими соединениями. Такие углеводы называют сложными. Примеры: гликопротеиды (соединения углеводов с белками), гликолипиды (соединения углеводов с липидами).

• Функции углеводов достаточно разнообразны: энергетическая, резервная, строительная, защитная.

Энергетическая функция. При расщеплении 1 г полисахаридов или олигосахаридов до моносахаридов выделяется 17,6 кДж тепловой энергии. Углеводы играют ведущую роль в энергетическом обмене: они способны как к окислению, так и к расщеплению (гликолизу) в бескислородных условиях. Это чрезвычайно важно для организмов, которые обитают в условиях дефицита кислорода (например, паразиты внутренних органов человека и животных) или при его полном отсутствии (анаэробы, например дрожжи, некоторые виды бактерий).

Резервная функция. Полисахариды могут откладываться в клетках, чаще всего в виде зерен. В клетках растений накапливается крахмал, животных и грибов - гликоген (рис. 8.3). Эти запасные соединения являются резервом питательных веществ и энергии.

Строительная (структурная) функция углеводов заключается в том, что полисахариды входят в состав определенных структур. Так, азотсодержащий полисахарид хитин входит в состав наружного скелета членистоногих и клеточной стенки грибов; клеточные стенки растений образованы из целлюлозы (рис. 8.4).

В состав надмембранных структур клеток животных (гликокаликса) и прокариот (клеточной стенки) входят углеводы, связанные с белками и липидами. Они обеспечивают прочное соединение клеток между собой.

Рис. 8.3. Крахмал в клетках клубней картофеля (1); гликоген в клетках печени (2)

Рис. 8.4. Целлюлоза в составе клеточных стенок растений (1); хитин в составе покровов членистоногих (2)

Особые соединения углеводов с белками (мукополисахариды) выполняют в организмах позвоночных животных и человека функцию смазки, входя в состав жидкости, которая смазывает суставные поверхности.

Защитная функция. Полисахариды пектины способны связывать некоторые токсины и радионуклиды, предупреждая попадание их в кровь. Мукополисахарид гепарин предотвращает свертывание крови, повышает проницаемость сосудов, устойчивость организма к недостатку кислорода (гипоксии), а также влиянию вирусов и токсинов, снижает уровень концентрации сахара в крови.

Ключевые термины и понятия. Моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды.

Кратко о главном

• Углеводы - это соединения углерода, которые в основном отвечают формуле (СН2О)n, где n равняется трем и более. Углеводы делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
• Функции углеводов: энергетическая, резервная, строительная (структурная) и защитная.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие соединения называют углеводами? 2. Какие вы знаете основные классы углеводов? Каковы их свойства? 3. Какие углеводы называют простыми и сложными? 4. Какие основные функции углеводов в организмах?

Подумайте

1. Что общего в физико-химических свойствах и функциях углеводов и липидов и чем эти соединения отличаются друг от друга? 2. Почему паразиты внутренних органов животных и человека часто запасают больше гликогена по сравнению с теми, которые обитают на покровах хозяина?