Углеводы

Синтез и содержание в живых организмах

Процесс образования углеводов принципиально различается у представителей разных царств живой природы.

• Растительные организмы: Являются первичными продуцентами. Синтез углеводов происходит непосредственно в хлоропластах в процессе фотосинтеза. Исходными субстратами для построения молекул служат углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Именно поэтому растения так богаты этими соединениями — в специализированных запасающих органах (клубнях, семенах) их концентрация может доходить до 90% от общей массы.
• Животные организмы: Не способны к самостоятельному первичному синтезу из неорганических веществ. Углеводы поступают в их организм исключительно вместе с потребляемой пищей. В клетках животных их содержание относительно невелико и составляет всего 1–5%. В кровеносном русле этот показатель еще ниже — 0,1–0,12%, что отражает строгий гомеостаз.

Простые углеводы (Моносахариды)

Моносахариды — это базовые структурные единицы (мономеры), из которых строятся более сложные цепи. Их классификация основывается на количестве атомов углерода в углеродном скелете молекулы.

1. Триозы (содержат три атома углерода). Типичный представитель — глицеральдегид, важный интермедиат клеточного метаболизма.
2. Тетрозы (четыре атома углерода). Примером служит эритроза.
3. Пентозы (пять атомов углерода). К этой группе относятся рибоза и дезоксирибоза. Они играют критически важную роль, так как входят в состав нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), а также универсального источника энергии — молекулы АТФ.
4. Гексозы (шесть атомов углерода). Наиболее известные и физиологически значимые представители — глюкоза и фруктоза.

Сложные углеводы (Полимеры)

Сложные углеводы образуются путем полимеризации моносахаридов. Отдельные звенья в таких макромолекулах надежно соединены между собой гликозидной связью. В зависимости от длины цепи выделяют две крупные группы.

Олигосахариды

Это соединения, полимерная цепь которых включает от 2 до 10 остатков моносахаридов. Физико-химические свойства олигосахаридов: они хорошо растворимы в воде и обладают выраженным сладким вкусом. Наибольшее значение в физиологии питания имеют дисахариды (состоят ровно из двух мономеров):

• Сахароза (обычный пищевой сахар) — образуется при соединении молекулы глюкозы и молекулы фруктозы.
• Мальтоза — состоит из двух молекул глюкозы.
• Лактоза — включает остатки глюкозы и галактозы.

Полисахариды

Это высокомолекулярные соединения, молекулы которых объединяют сотни и даже тысячи мономеров. В отличие от олигосахаридов, они не растворяются в воде и совершенно лишены сладкого вкуса. Пространственная структура полисахаридов может быть как линейной, так и сильно разветвленной.

По составу мономерных звеньев полисахариды делятся на:

• Гомополисахариды — построены из одинаковых моносахаридных остатков. К ним относятся крахмал, гликоген и целлюлоза.
• Гетерополисахариды — состоят из мономеров разного типа. Классическим примером служит гепарин.

Биологические функции

В живых системах углеводы выполняют широкий спектр жизненно важных задач, обеспечивая как энергетические, так и пластические потребности клеток.

• Энергетическая функция: Это основной «топливный» ресурс. При окислении всего 1 грамма углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии, необходимой для протекания биохимических реакций.
• Запасающая функция: Избыток моносахаридов депонируется в виде полимеров. У растений главным запасным углеводом является крахмал, а у животных — гликоген.
• Структурная (строительная) функция: Углеводы формируют прочный каркас. Они образуют клеточную стенку у растений, бактерий и грибов.
• Компонентная (составная) функция: Углеводные остатки (в частности, пентозы) являются неотъемлемой частью важнейших молекул: ДНК, РНК, АТФ, а также коферментов ФАД, $НАД^+$ и $НАДФ^+$.
• Защитная функция: Углеводы участвуют в построении рецепторов тканевой совместимости на поверхности мембран. Кроме того, они формируют хитиновый покров, который служит надежным экзоскелетом и защитой для членистоногих.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизм формирования гликозидной связи
• Пространственная структура линейных и разветвленных полисахаридов
• Роль гепарина как гетерополисахарида в организме
• Углеводные компоненты рецепторов тканевой совместимости
• Коферменты ФАД, НАД+ и НАДФ+: структура и углеводный остаток

Другие темы раздела «Химический состав клетки»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.