ВУГЛЕВОДИ: ВЛАСТИВОСТІ ТА РОЛЬ.

ВУГЛЕВОДИ: ВЛАСТИВОСТІ ТА РОЛЬ

Основні поняття й ключові терміни: ВУГЛЕВОДИ. Моносахариди. Дисахариди. Полісахариди.

Пригадайте! Що таке малі молекули і макромолекули?

Поміркуйте!

Вуглеводи є невід’ємною хімічною складовою частиною клітин усіх без винятку організмів планети Земля. Але особливо багато цих сполук міститься в рослинних клітинах - близько 80%, в той час, як у тваринних клітинах - лише близько 2 %. На вашу думку, чому?

ЗМІСТ

Які властивості вуглеводів?

Перші досліджені вуглеводи мали солодкий смак, тому їх ще часто називають сахаридами, або цукрами. Це важливий компонент організмів, джерело їхньої енергії та будівельний матеріал.

У живій природі вуглеводи є найпоширенішими за масою органічними сполуками. Їхня загальна формула - С_n(Н₂О)_m, звідки й вихідна назва вуглеводів (вуглець і вода). Деякі вуглеводи можуть також містити Нітроген (наприклад, хітин), Сульфур (наприклад, пектини), Фосфор тощо. Утворюються вуглеводи у клітинах автотрофних організмів (рослин, ціанобактерій, залізобактерій) з неорганічних сполук в процесі фотосинтезу і хемосинтезу. Гетеротрофні організми (тварини, гриби) утворюють вуглеводи з готових органічних речовин, що надходять з їжею. У живих клітинах з вуглеводів синтезуються амінокислоти, жирні кислоти, вітаміни. Вуглеводи можуть перетворюватися на ліпіди. Отже, без перебільшення, вуглеводи називають основою життя.

Всім відомі такі вуглеводи, як глюкоза й сахароза (іл. 9). Для них характерними є розчинність, здатність до кристалізації та солодкий смак. Але із збільшенням молекулярної маси вуглеводів ці властивості послаблюються і зникають, як-то у крохмалю.

Іл. 9. Найпоширеніші вуглеводи: 1 - моносахарид глюкоза; 2 - дисахарид сахароза; 3 - полісахарид крохмаль

Вуглеводи здатні до безкисневого й кисневого розщеплення, що зумовлює їх провідну роль у забезпеченні усіх клітин енергією. Понад ²/₃ енергетичних потреб організму задовольняється внаслідок використання вуглеводів. Продуктами повного розщеплення вуглеводів є СО₂ і Н₂О.

Отже, ВУГЛЕВОДИ (цукри) - органічні сполуки, до складу яких входять Карбон, Гідроген та Оксиген.

Як класифікують вуглеводи?

Вуглеводи за хімічним складом можуть бути простими і складними. Прості вуглеводи утворені відповідно до загальної формули С_n(Н₂О)_m. А складні вуглеводи виникають внаслідок взаємодії молекул простих вуглеводів з молекулами ліпідів, білків, сульфатною кислотою тощо (наприклад, гліколіпіди, глікопротеїди). Але найчастіше вуглеводи, залежно від здатності до гідролізу, поділяють на три класи: моно-, оліго- та полісахариди.

Моносахариди (від грец. монос - один) - це група вуглеводів, молекули яких у своєму складі містять від 3 до 10 атомів Карбону. Це найпростіші вуглеводи, вони не зазнають гідролізу. За фізичними властивостями - це білі кристалічні речовини, солодкі на смак (найсолодшою є фруктоза, що в 5 разів солодша за глюкозу), добре розчинні у воді.

У біохімії вуглеводів уже описано більш як 50 різних природних моносахаридів. Найважливіше значення в живій природі мають пентози (молекули містять 5 атомів Карбону) і гексози (6 атомів Карбону). Із пентоз відомі рибоза і дезоксирибоза, що входять до складу рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнових (ДНК) кислот. У природі найпоширенішими гексозами є глюкоза (виноградний цукор) і фруктоза (фруктовий цукор), від умісту яких залежить солодкий смак ягід, меду.

Олігосахариди (від грец. олігос - малий) - полімерні вуглеводи, в яких декілька залишків моносахаридів з’єднані ковалентними зв’язками. Загальна хімічна формула дисахаридів - С₁₂H₂₂O₁₁. Під час нагрівання з водою чи під дією ферментів зазнають гідролізу і розкладаються на дві молекули моносахаридів. Найбільше значення в живій природі мають дисахариди, які утворюються завдяки сполученню двох молекул моносахаридів. Наприклад, буряковий цукор - сахароза, молочний цукор - лактоза, солодовий цукор - мальтоза. Дисахариди, як і моносахариди, мають приємний солодкий смак, дещо слабше розчиняються у воді й кристалізуються.

Полісахариди (грец. полі - численний) - полімерні вуглеводи, побудовані з багатьох залишків моносахаридів. Ці сполуки під каталітичним впливом кислот чи ферментів-амілаз зазнають гідролізу з утворенням багатьох моносахаридів. Молекулярна маса деяких полісахаридів може досягати кількох мільйонів. Вони утворюють лінійні (наприклад, целюлоза, або клітковина) та розгалужені (наприклад, глікоген) ланцюги. Полісахариди не кристалізуються, несолодкі на смак, серед них є нерозчинні у воді (наприклад, целюлоза, хітин, крохмаль), деякі здатні утворювати гелі (наприклад, агар, пектини), а окремі - гідрофільні речовини (наприклад, глікоген). Залежно від функцій полісахариди поділяють на структурні, резервні та захисні.

Отже, вуглеводи можуть класифікувати за хімічним складом, здатністю до гідролізу та функціями.

Яка біологічна роль вуглеводів?

Основними функціями вуглеводів у життєдіяльності організмів є структурна (будівельна), енергетична, трофічна, резервна, захисна, рецепторна та регуляторна.

Структурна функція. Полісахариди утворюють покриви членистоногих, клітинні стінки грибів (хітин) (іл. 10), рослин (целюлоза), бактерій (муреїн), мембрани тваринних клітин (гліколіпіди і глікопротеїди). Молекули моносахаридів беруть участь у побудові нуклеотидів РНК і ДНК (рибоза і дезоксирибоза), оліго- й полісахаридів (глюкоза, галактоза).

Іл. 10. Клітинні стінки грибів і екзоскелет раків містять хітин

Енергетична функція. Вуглеводи є основним джерелом енергії для клітин. Під час окиснення 1 г вуглеводів виділяється 17,6 кДж енергії. Це дещо менше, аніж під час розкладу жирів, але розщеплення вуглеводів відбувається швидше.

Резервна функція. Вуглеводи відкладаються про запас і поступово споживаються в процесі обміну: у тварин і грибів (глікоген), у рослин (крохмаль, ламінарин, інулін).

Захисна функція. Вуглеводи використовуються для загоювання і захисту ран в рослин (камеді й слиз), для склеювання часточок їжі в грудочки в складі слини (муцин), як інгібітори зсідання крові (гепарин), для зв’язування й видалення з організму радіонукділів (пектини).

Рецепторна функція. Гліколіпіди й глікопротеїди беруть участь у побудові клітинних мембран і сприйнятті клітиною подразнень, розпізнаванні й міжклітинній взаємодії тощо.

Регуляторна функція. За участю вуглеводів клітинного соку здійснюються осморегуляторні процеси, що підтримують напружений (тургорний) стан рослинних клітин.

Отже, вуглеводи є складовою частиною усіх клітин і забезпечують життєво важливі функції усіх організмів.

Д/З Дайте відповіді на запитання письмово

1. Що таке вуглеводи?

2. Наведіть приклади вуглеводів.

3. Що таке моносахариди, дисахариди, полісахариди?