Што такое вугляводы, ролю вугляводаў у арганізме чалавека

Хімічныя ўласцівасці клетак, якія ўваходзяць у склад жывых арганізмаў, залежаць перш за ўсё ад колькасці атамаў вугляроду, якія складаюць да 50% сухой масы. Атамы карбону знаходзяцца ў галоўных арганічных рэчывах: вавёрках, нуклеінавых кіслотах, ліпідах і вугляводах. Да апошняй групы ставяцца злучэння карбону і вады, адпаведныя формуле (CH ₂ O) _n, дзе n роўна або больш трох. Акрамя вугляроду, гидрогена і оксигена, у склад малекул могуць уваходзіць атамы фосфару, азоту, серы. У дадзеным артыкуле мы вывучым ролю вугляводаў у арганізме чалавека, а таксама асаблівасці іх будовы, уласцівасцяў і функцый.

класіфікацыя

Дадзеную групу злучэнняў у біяхіміі падзяляюць на тры класа: простыя цукру (моносахариды), палімерныя злучэння з гликозидной сувяззю - алігацукрыды і біяпалімераў з вялікай малекулярнай масай - поліцукрыды. Рэчывы вышэйназваных класаў сустракаюцца ў розных відах клетак. Напрыклад, крухмал і глюкоза маюцца ў раслінных структурах, глікаген - ў гепатацытаў чалавека і клеткавых сценках грыбоў, хітын - у вонкавай шкілеце членістаногіх. Усе вышэйпералічаныя рэчывы - гэта вугляводы. Ролю вугляводаў у арганізме універсальная. Яны - асноўны пастаўшчык энергіі для жыццёвых праяў клетак раслін, бактэрый, жывёл і чалавека.

Моносахариды

Маюць агульную формулу _C n H _{2 n} O _n і дзеляцца на групы ў залежнасці ад колькасці атамаў карбону ў малекуле: триозы, тетрозы, пентозы і гэтак далей. У складзе клеткавых арганэл і цытаплазме простыя цукру маюць дзве прасторавыя канфігурацыі: цыклічную і лінейную. У першым выпадку атамы вугляроду злучаюцца адзін з адным кавалентная сігма-сувязямі і ўтвараюць замкнёныя цыклы, у другім выпадку вугляродны шкілет не замкнёны і можа мець разгалінаваная. Каб вызначыць, якая роля вугляводаў у арганізме, разгледзім найбольш распаўсюджаныя з іх - пентозы і гексозы.

Ізамерыя: глюкоза і фруктоза

Яны маюць аднолькавую малекулярную формулу C ₆ H ₁₂ O _6, але розныя структурныя віды малекул. Раней мы ўжо называлі галоўную ролю вугляводаў у жывым арганізме - энергетычную. Вышэйназваныя рэчывы расшчапляюцца клеткай. У выніку адбываецца вылучэнне энергіі (17,6 кДж з аднаго грама глюкозы). Акрамя гэтага, сінтэзуецца 36 малекул АТФ. Распад глюкозы адбываецца на мембранах (Крыста) мітахондрый і ўяўляе сабой ланцуг ферментатыўных рэакцый - Цыкл Кребса. Ён з'яўляецца найважнейшым звяном дысіміляцыя, якая працякае ва ўсіх без выключэння клетках гетеротрофных эукарыятычнай арганізмаў.

Глюкоза утворыцца таксама ў миоцитах млекакормячых з прычыны расшчаплення ў мышачнай тканіны запасу глікагену. У далейшым яна выкарыстоўваецца як лёгка распадаецца рэчыва, так як забеспячэнне клетак энергіяй - гэта асноўная роля вугляводаў у арганізме. Расліны з'яўляюцца фототрофами і самастойна ўтвараюць глюкозу ў працэсе фотасінтэзу. Гэтыя рэакцыі называюцца цыклам Кальвіна. Зыходным рэчывам служыць вуглякіслы газ, а акцептором - риболёзодифосфат. Сінтэз глюкозы адбываецца ў матрікса хларапластаў. Фруктоза, маючы такую ж малекулярную формулу, як і глюкоза, утрымлівае ў малекуле функцыянальную групу кетонаў. Яна больш салодкая, чым глюкоза, і знаходзіцца ў мёдзе, а таксама соку ягад і садавіны. Такім чынам, біялагічная ролю вугляводаў у арганізме заключаецца перш за ўсё ў выкарыстанні іх у якасці хуткага крыніцы атрымання энергіі.

Ролю пентозы ў спадчыннасці

Спынімся яшчэ на адной групе моносахаридов - рыбоза і дезоксирибозе. Іх унікальнасць заключаецца ў тым, што яны ўваходзяць у склад палімераў - нуклеінавых кіслот. Для ўсіх арганізмаў, уключаючы неклеточные формы жыцця, ДНК і РНК з'яўляюцца галоўнымі носьбітамі спадчыннай інфармацыі. Рыбоза ўваходзіць у малекулы РНК, а дезоксирибоза змяшчаецца ў нуклеатыдаў ДНК. Такім чынам, біялагічная ролю вугляводаў у арганізме чалавека складаецца ў тым, што яны ўдзельнічаюць у адукацыі адзінак спадчыннасці - генаў і храмасом.

Прыкладамі пентозы, якія змяшчаюць альдегидную групу і распаўсюджаных у раслінным свеце, з'яўляюцца ксілозы (змяшчаецца ў сцеблах і насенні), альфа-арабиноза (знаходзіцца ў камедзі костачкавых пладовых дрэў). Такім чынам, распаўсюджванне і біялагічная ролю вугляводаў у арганізме вышэйшых раслін досыць вялікія.

Што такое алігацукрыды

Калі рэшткі малекул моносахаридов, напрыклад, такіх як глюкоза або фруктоза, звязаныя кавалентная сувязь, то ўтворацца алігацукрыды - палімерныя вугляводы. Ролю вугляводаў у арганізме як раслін, так і жывёл разнастайная. Асабліва гэта тычыцца дисахаридов. Найбольш распаўсюджаныя сярод іх цукроза, лактоза, мальтозу і трегалозы. Так, цукроза, інакш званая трысняговым або бураковым цукрам, змяшчаецца ў раслінах у выглядзе раствора і запасіцца ў іх карняплодах або сцеблах. У выніку гідролізу утвараюцца малекулы глюкозы і фруктозы. Малочны цукар, лактоза, мае жывёла паходжанне. У некаторых людзей назіраецца непераноснасць гэтага рэчыва, звязаная з гипосекрецией фермента лактазы, які расшчапляе малочны цукар на галактозу і глюкозу. Ролю вугляводаў жыццядзейнасці арганізма разнастайная. Напрыклад, дисахарид трегалозы, які складаецца з двух рэшткаў глюкозы, уваходзіць у склад гемолимфы ракападобных, павукоў, насякомых. Таксама ён сустракаецца ў клетках грыбоў і некаторых водарасцяў.

Яшчэ адзін дисахарид - мальтозу, або саладовы цукар, змяшчаецца ў зерновка жыта ці ячменю пры іх прарастанні, уяўляе сабой малекулу, якая складаецца з двух рэшткаў глюкозы. Яна утвараецца ў выніку распаду расліннага або жывёльнага крухмалу. У тонкім кішачніку чалавека і млекакормячых мальтозу расшчапляецца пад дзеяннем фермента - мальтазы. Пры яго адсутнасці ў панкрэатычны соку ўзнікае паталогія, абумоўленая непераноснасцю у прадуктах харчавання глікагену або расліннага крухмалу. У гэтым выпадку выкарыстоўваюць спецыяльную дыету і дадаюць у рацыён харчавання сам фермент.

Складаныя вугляводы ў прыродзе

Яны распаўсюджаныя вельмі шырока, асабліва ў раслінным свеце, з'яўляюцца біяпалімераў і маюць вялікую малекулярную масу. Напрыклад, у крухмале яна роўная 800 000, а ў цэлюлозе - за 1 600 000. Поліцукрыды адрозніваюцца паміж сабой складам мономеров, ступенню полімерызацыі, а таксама даўжынёй ланцугоў. У адрозненне ад простых цукроў і алігацукрыды, якія добра раствараюцца ў вадзе і маюць саладкавы густ, поліцукрыды гідрафобныя і безгустоўныя. Разгледзім ролю вугляводаў у арганізме чалавека на прыкладзе глікагену - жывёльнага крухмалу. Ён сінтэзуецца з глюкозы і рэзервуецца ў гепатацытаў і клетках шкілетных цягліц, дзе яго ўтрыманне ў два разы вышэй, чым у печані. Да адукацыі глікагену здольныя таксама падскурная тлушчавая абалоніна, нейроциты і макрофагов. Іншы поліцукрыд - раслінны крухмал, з'яўляецца прадуктам фотасінтэзу і утвараецца ў зялёных Пластыды.

З самага пачатку чалавечай цывілізацыі галоўнымі пастаўшчыкамі крухмалу былі каштоўныя сельскагаспадарчыя культуры: рыс, бульба, кукуруза. Яны да гэтага часу з'яўляюцца асновай харчовай рацыёну пераважнай большасці жыхароў Зямлі. Менавіта таму так каштоўныя вугляводы. Ролю вугляводаў у арганізме складаецца, як мы бачым, у іх прымяненні ў якасці энергаёмістых і хутка засваяльных арганічных рэчываў.

Існуе група поліцукрыдаў, мономеров якіх з'яўляюцца рэшткі гіалуроновой кіслаты. Яны называюцца пекціну і з'яўляюцца структурнымі рэчывамі клетак раслін. Асабліва багатыя імі лупіна яблыкаў, жом буракоў. Клеткавыя рэчывы пекціну рэгулююць ўнутрыклеткавае ціск - тургор. У кандытарскай прамысловасці яны выкарыстоўваюцца як желеобразующие рэчывы і загушчальнікі пры вытворчасці высакаякасных гатункаў зефіру і мармеладу. У дыетычным харчаванні прымяняюцца як біялагічна актыўныя рэчывы, добра якія выводзяць таксіны з тоўстага кішачніка.

Што такое гликолипиды

Гэта цікавая група комплексных злучэнняў вугляводаў і тлушчаў, якія знаходзяцца ў нервовай тканіны. З яе складаецца галаўны і спінны мозг млекакормячых. Гликолипиды сустракаюцца таксама ў складзе клеткавых мембран. Напрыклад, у бактэрый яны ўдзельнічаюць у міжцэлевых кантактах. Частка гэтых злучэнняў з'яўляецца антыгенамі (рэчывы, што выяўляюць групы крыві сістэмы Ландштэйнера АБ0). У клетках жывёл, раслін і чалавека, акрамя гликолипидов, прысутнічаюць і самастойныя малекулы тлушчаў. Яны выконваюць перш за ўсё энергетычную функцыю. Пры расшчапленні аднаго грама тлушчу вылучаецца 38,9 кДж энергіі. Для ліпідаў характэрная таксама структурная функцыя (ўваходзяць у склад клеткавых мембран). Такім чынам, гэтыя функцыі выконваюць вугляводы і тлушчы. Іх ролю ў арганізме выключна вялікая.

Ролю вугляводаў і ліпідаў у арганізме

У клетках чалавека і жывёл могуць назірацца ўзаемныя ператварэння поліцукрыдаў і тлушчаў, якія адбываюцца ў выніку абмену рэчываў. Навукоўцамі-дыетолагамі ўстаноўлена, што залішняе спажыванне крухмалістыя ежы прыводзіць да назапашвання тлушчу. Калі чалавек мае парушэнні з боку падстраўнікавай залозы ў плане вылучэння амілаза або вядзе маларухомы лад жыцця, яго вага можа моцна павялічыцца. Варта памятаць, што багатая вугляводамі ежа расшчапляецца ў асноўным у дванаццаціперснай кішцы да глюкозы. Яна ўсмоктваецца капілярамі варсінак тонкага кішачніка і депонируется ў печані і цягліцах у выглядзе глікагену. Чым больш інтэнсіўны абмен рэчываў у арганізме, тым больш актыўна ён расшчапляецца да глюкозы. Затым яна выкарыстоўваецца клеткамі як асноўны энергетычны матэрыял. Дадзеная інфармацыя служыць адказам на пытанне пра тое, якую ролю адыгрывае вугляводы арганізме чалавека.

значэнне гликопротеидов

Злучэння гэтай групы рэчываў прадстаўлены комплексам вуглявод + бялок. Іх яшчэ называюць гликоконъюгатами. Гэта антыцелы, гармоны, мембранныя структуры. Найноўшымі біяхімічнымі даследаваннямі ўстаноўлена: калі гликопротеиды пачынаюць змяняць сваю натыўнымі (прыродную) структуру, гэта прыводзіць да развіцця такіх складаных захворванняў, як астма, рэўматоідны артрыт, рак. Ролю гликоконъюгатов ў метабалізме клеткі вялікая. Так, інтэрфероны душаць размнажэнне вірусаў, імунаглабуліны абараняюць арганізм ад патагенных агентаў. Вавёркі крыві таксама ставяцца да гэтай групы рэчываў. Яны забяспечваюць ахоўныя і буферныя ўласцівасці. Усе вышэйпералічаныя функцыі пацвярджае той факт, што фізіялагічная роля вугляводаў у арганізме разнастайная і надзвычай важная.

Дзе і як утвараюцца вугляводы

Асноўныя пастаўшчыкі простых і складаных цукроў - гэта зялёныя расліны: Водарасці, вышэйшыя Спорава, голанасенных і кветкавыя. Усе яны ўтрымліваюць у клетках пігмент хларафіл. Ён уваходзіць у склад тилакоидов - структур хларапластаў. Расійскі вучоны К. А Ціміразеў вывучыў працэс фотасінтэзу, у выніку якога ўтворацца вугляводы. Ролю вугляводаў у арганізме расліны заключаецца ў назапашванні крухмалу ў плёне, насенні і цыбулінах, гэта значыць у вегетатыўных органах. Механізм фотасінтэзу досыць складзены і складаецца з серыі ферментатыўных рэакцый, якія праходзяць як на святла, так і ў цемры. Глюкоза сінтэзуецца з вуглякіслага газу пад дзеяннем ферментаў. Гетеротрофные арганізмы выкарыстоўваюць зялёныя расліны ў якасці крыніцы ежы і энергіі. Такім чынам, менавіта расліны з'яўляюцца першым звяном ва ўсіх трафічных ланцугах і называюцца прадуцэнтаў.

У клетках гетеротрофных арганізмаў вугляводы сінтэзуюцца на каналах гладкай (агранулярной) Эндаплазматычная сеткі. Затым яны выкарыстоўваюцца як энергетычны і будаўнічы матэрыял. У раслінных клетках вугляводы дадаткова ўтвараюцца ў комплексе Гольджы, а затым ідуць на фарміраванне цэлюлознай клеткавай сценкі. У працэсе стрававання пазваночных жывёл злучэння, багатыя вугляводамі, часткова расшчапляюцца ў ротавай паражніны і страўніку. Асноўныя ж рэакцыі дысіміляцыя адбываюцца ў дванаццаціперснай кішцы. У яе вылучаецца падстраўнікавай сок, які змяшчае фермент амілазу, расшчапляюць крухмал да глюкозы. Як ужо было раней сказана, глюкоза ўсмоктваецца ў кроў у тонкім кішачніку і разносіцца па ўсіх клетках. Тут яна выкарыстоўваецца як крыніца энергіі і структурнае рэчыва. Гэта тлумачыць, якую ролю ў арганізме гуляюць вугляводы.

Надмембранные комплексы гетеротрофных клетак

Яны характэрныя для жывёл і грыбоў. Хімічны склад і малекулярная арганізацыя гэтых структур прадстаўлены такімі злучэннямі, як ліпіды, вавёркі і вугляводы. Ролю вугляводаў у арганізме - гэта ўдзел у энергетычным абмене і пабудове мембран. У клетках чалавека і жывёл ёсць асаблівы структурны кампанент, званы гликокаликсом. Гэты тонкі павярхоўны пласт складаецца з гликолипидов і гликопротеидов, звязаных з цытаплазматычнай мембранай. Ён забяспечвае непасрэдную сувязь клетак з навакольным асяроддзем. Тут жа адбываецца ўспрыманне раздражненняў і пазаклеткавай страваванне. Дзякуючы сваёй вугляводнай абалонцы клеткі зліпаюцца адзін з адным, утвараючы тканіны. Гэта з'ява называецца адгезіяй. Дадамо таксама, што «хвасты» вугляводных малекул знаходзяцца над паверхняй клеткі і накіраваныя ў межтканевой вадкасць.

Іншая група гетеротрофных арганізмаў - грыбы, таксама мае павярхоўны апарат, званы клеткавай сценкай. У яе ўваходзяць складаныя цукру - хітын, глікаген. Некаторыя віды грыбоў ўтрымліваюць таксама растваральныя вугляводы, напрыклад трегалозы, званую грыбным цукрам.

У аднаклетачных жывёл, такіх як інфузорыі, павярхоўны пласт - пелликула, таксама змяшчае комплексы алігацукрыды з вавёркамі і ліпідамі. У некаторых найпростых пелликула досыць тонкая і не перашкаджае змене формы цела. А ў іншых яна патаўшчаецца і становіцца трывалай, як панцыр, выконваючы ахоўную функцыю.

Клеткавая сценка раслін

Яна таксама змяшчае вялікую колькасць вугляводаў, асабліва цэлюлозы, сабранай у выглядзе пучкоў валокнаў. Гэтыя структуры фармуюць каркас, заглыблены ў калоіднай матрікса. Ён складаецца ў асноўным з олиго- і поліцукрыдаў. Клеткавыя сценкі раслінных клетак могуць одревесневать. У гэтым выпадку прамежкі паміж пучкамі цэлюлозы запаўняюцца іншым вугляводам - лігнінам. Ён ўзмацняе апорныя функцыі клеткавай абалонкі. Часта, асабліва ў шматгадовых драўняных раслін, вонкавы пласт, які складаецца з цэлюлозы, пакрываецца жироподобным рэчывам - суберином. Ён перашкаджае трапленню ўнутр раслінных тканін вады, таму ніжэйлеглыя клеткі хутка адміраюць і пакрываюцца пластом коркі.

Сумуючы вышэйсказанае, мы бачым, што ў клеткавай сценкі раслін цесна ўзаемазвязаны вугляводы і тлушчы. Іх ролю ў арганізме фототрофов цяжка недаацаніць, так як гликолипидные комплексы забяспечваюць апорную і ахоўную функцыі. Вывучым разнастайнасць вугляводаў, характэрных для арганізмаў царства Дробянки. Да яго ставяцца пракарыёты, у прыватнасці бактэрыі. Іх клеткавая сценка ўтрымлівае вуглявод - муреин. У залежнасці ад будынка павярхоўнага апарата бактэрыі падзяляюць на грамположительные і грамотріцательных.

Будынак другой групы больш складанае. Гэтыя бактэрыі маюць два пласта: пластычны і рыгіднасць. Першы змяшчае мукополисахариды, напрыклад муреин. Яго малекулы маюць від буйных сеткаватых структур, якія ўтвараюць капсулу вакол бактэрыяльнай клеткі. Другі пласт складаецца з пептидогликана - злучэнні поліцукрыдаў і бялкоў.

Липополисахариды клеткавай сценкі дазваляюць бактэрыям трывала прымацоўвацца да розных субстратаў, напрыклад, да зубной эмалі або да мембране эукарыятычнай клетак. Акрамя гэтага, гликолипиды спрыяюць зліпанню бактэрыяльных клетак паміж сабой. Такім шляхам ўтвараюцца, напрыклад, ланцужкі стрэптакокаў, гронкі стафілакокаў, больш за тое, некаторыя віды пракарыёт маюць дадатковую слізістую абалонку - пеплос. Яна змяшчае ў сваім складзе поліцукрыды і лёгка руйнуецца пад дзеяннем жорсткага радыяцыйнага выпраменьвання або пры кантакце з некаторымі хімічнымі рэчывамі, напрыклад антыбіётыкамі.