До вуглеводів належать моносахариди, олігосахариди й полісахариди.

Моносахариди - добре розчинні у воді речовини, мають солодкий смак. Розглянемо будову молекули моносахаридів на прикладі глюкози. Її молекулярна формула C6H12O6 (рис. 15).

Рис. 15. Будова молекули глюкози: а - структурна формула; б - масштабна модель

Моносахариди класифікують за кількостю атомів Карбону в їхніх молекулах. Найбільш важливими для живої природи є пентози (сполуки з п'ятьма атомами Карбону) та гексози (сполуки з шістьма атомами Карбону). Поширеними гексозами окрім глюкози є фруктоза та галактоза. З пентоз поширені рибоза та дезоксирибоза, залишки яких входять до складу мономерів нуклеїнових кислот. Моносахариди здатні сполучатися між собою за допомогою -ОН- груп. При цьому утворюється хімічний зв'язок між двома залишками моносахаридів через атом Оксигену (-О-) (рис.16).

Олігосахариди та полісахариди складаються із залишків моносахаридів. Олігосахариди - полімерні вуглеводи, у яких 2-10 моносахаридних ланок з'єднані ковалентними зв'язками. Наприклад, дисахариди утворені двома залишками моносахаридів. У природі поширені такі дисахариди: звичайний харчовий цукор - сахароза (складається із залишків глюкози й фруктози) та молочний цукор - лактоза (складається із залишків глюкози й галактози).

У результаті взаємодії моносахаридів можуть формуватися ланцюжки в сотні й тисячі залишків - полісахариди. Ці сполуки погано розчинні у воді та не мають солодкого смаку. У природі поширені полісахариди, утворені із залишків глюкози: целюлоза, глікоген і крохмаль (пригадайте, це гомо- чи гетерополімери). Інший поширений у природі полісахарид - хітин складається з нітрогеновмісних похідних глюкози.

Функції вуглеводів досить різноманітні. Енергетична функція зумовлена тим, що внаслідок повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,6 кДж енергії. Частина цієї енергії забезпечує функціонування організму, а частина виділяється у вигляді теплоти. Найбільша кількість енергії вивільняється внаслідок окиснення вуглеводів киснем, проте розщеплення вуглеводів із виділенням енергії може відбуватися й за його відсутності.

Рис. 16. Схема утворення полісахаридів на прикладі целюлози (зображено фрагмент молекули)

Залишки яких моносахаридів утворюють целюлозу?

Скільки молекул води виділяється внаслідок утворення ковалентного зв'язку між двома залишками моносахаридів?

Це важливо для організмів, які існують в умовах нестачі або відсутності кисню (пригадайте таких тварин).

Полісахариди можуть накопичуватися в клітинах, тобто виконувати резервну функцію. У клітинах тварин і грибів накопичується глікоген, у клітинах рослин - крохмаль. Будівельна (структурна) функція вуглеводів полягає в тому, що полісахариди входять до складу певних структур. Так, хітин формує зовнішній скелет членистоногих і міститься в клітинній стінці грибів, а целюлоза - у клітинній стінці рослин. Вуглеводи, пов'язані з білками та ліпідами, розташовуються ззовні плазматичної мембрани тваринної клітини та клітинної стінки бактерій. Особливі сполуки вуглеводів з білками (мукополісахариди) виконують в організмах хребетних тварин і людини функцію мастила - вони входять до складу рідини, що змащує поверхні суглобів.

Ланцюги полісахаридів можуть лінійно розташовуватися в просторі або ж розгалужуватися, що пов'язано з їхніми функціями. Ланцюги полісахаридів, які входять до складу структур клітини або організму, з'єднуються численними зв'язками між собою, що забезпечує міцність та хімічну стійкість цих речовин. Натомість більшість полісахаридів, що є резервними речовинами тваринних і рослинних клітин, мають численні розгалужені ланцюги, унаслідок чого в клітині ці молекули швидко розщеплюються до глюкози в багатьох точках одночасно (рис. 17).

Будова, властивості та біологічна роль ліпідів. До складу кожної клітини організму входять ліпіди. Ліпіди - це похідні жирних кислот і багатоатомних спиртів або альдегідів. Жирними кислотами є органічні кислоти з ланцюгом від чотирьох атомів Карбону, зазвичай нерозгалуженим. Деякі ліпіди мають дещо іншу будову, але також погано розчиняються у воді. Ліпіди гідрофобні, але добре розчиняються в неполярних розчинниках: бензені, хлороформі, ацетоні.

Рис. 17. Полісахариди

Поясніть взаємозв'язок будови та функцій зображених полісахаридів.

Велику групу ліпідів становлять жири. Жири - естери трьохатомного спирту гліцеролу й трьох залишків нерозгалужених жирних кислот. Одна з найважливіших функцій жирів - енергетична. У разі повного розщеплення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії - удвічі більше ніж за повного розщеплення аналогічної кількості вуглеводів або білків. Резервна функція полягає в тому, що жири містяться в цитоплазмі клітин у вигляді включень - у клітинах жирової тканини, насінні соняшнику тощо. Запаси жирів можуть використовуватись організмами як резервні поживні речовини та як джерело метаболічної води (при окисненні 1 г жирів утворюється майже 1,1 мл води). Накопичуючись у підшкірній жировій клітковині тварин, жири захищають організм від дії різких змін температури, виконуючи теплоізоляційну функцію. Ця функція жирів зумовлена їх низькою теплопровідністю (рис. 18). Запаси жирів в організмі можуть виконувати й захисну функцію. Зокрема вони захищають внутрішні органи від механічних ушкоджень. Подібними до жирів за будовою сполуками є воски, шар яких вкриває листки та плоди наземних рослин, поверхню хітинового скелета багатьох членистоногих, запобігаючи надлишковому випаровуванню води з поверхні тіла (рис. 19). Окрему групу ліпідів утворюють стероїди. Найважливішим стероїдом організму тварин є холестерин - складова клітинних мембран, а також є попередником для синтезу вітаміну D, гормонів надниркових і статевих залоз. Серед ліпідів є сполуки, що утворені в результаті взаємодії молекул простих ліпідів з іншими речовинами. До них належать ліпопротеїди (сполуки ліпідів і білків), гліколіпіди (ліпідів і вуглеводів), фосфоліпіди (містять залишки ортофосфатної кислоти). Фосфоліпіди є основою біологічних мембран і виконують будівельну функцію.

Рис. 18. Накопичення жирів в організмі тварин

Верблюд

Нерпа

Як розподіляються жирові відкладення в тілах верблюда та нерпи? Поясніть відмінності, виходячи з функцій ліпідів та умов середовища, у яких мешкають тварини.

Рис. 19. Восковий захисний шар

Плоди й листки сливи

Жук-носоріг

Наведіть інші приклади рослин і тварин, воскові утвори яких є пристосуванням до умов середовища.

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

• 1. Дайте означення понять вуглеводи й ліпіди.
• 2. Наведіть приклади моносахаридів, олігосахаридів і полісахаридів.
• 3. Які речовини належать до ліпідів?
• 4. Поясніть біологічну роль вуглеводів.
• 5. Обґрунтуйте взаємозв'язок властивостей жирів та їх функцій.