Строение и функции углеводов: значение, целлюлоза и хитин

Строение и функции углеводов

Особенности строения углеводов

Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?

Углеводы в клетке или сахара представляют одну из наиболее важных групп органических веществ в живых организмах. Это первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза прочих веществ у растений (аминокислот, органических кислот). Углеводы можно найти и в клетках других организмов.

Больше всего углеводов в растительных клетках: здесь их количество может достигать 85-90% от массы сухого вещества. В клетках животных углеводов всего 1-2%.

Структура углеводов такова, что в составе углеводов есть углеводород, кислород, водород. Интересно, что почти все углеводы имеют такое же соотношение водорода и кислорода, что и молекула воды. Именно это и дало им название.

По своему строению все углеводы делятся на простые и сложные или моносахариды и полисахариды. Функции простых углеводов в клетке и сложных разные.

Количество атомов углеводорода определяет такие варианты моносахаридов как:

• триозы (3С — три атома углерода в цепи);
• тетрозы (4С);
• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Многие функции моносахаридов определены тем, что они могут включать 5 и более атомов углеводорода, растворяясь в воде, и приобретать кольцевую структуру.

В естественных условиях наиболее распространены пентозы, среди которых рибоза, рибулёза и дезоксирибоза, и гексозы — фруктоза, глюкоза и галактоза.

За счет превращений моносахаридов клетки получают необходимую энергию, происходит биосинтез большинства органических веществ, обеспечивается обезвреживание и выведение из организма ядовитых веществ.

К слову, ядовитые вещества могут образовываться в процессе метаболизма (обмена веществ) и в процессе распада белков.

Образование дисахаридов и полисахаридов связано с соединением двух и более моносахаридов вроде глюкозы, ксилозы, галактозы, арабинозы или манозы.

В результате соединения двух молекул моносахаридов происходит образование молекулы дисахарида и выделение воды. Среди представителей этой группу можно выделить сахарозу (тростниковый сахар), лактоза (молочный сахар) и мальтоза (солодовый сахар).

Дисахариды и моносахариды по своим функциям и свойствам довольно схожи. Они отлично растворяются в воде и отличаются сладковатым вкусом. Чем больше мономеров, тем меньше растворимость полисахаридов и менее сладкий вкус. Среди полисахаридов выделяются крахмал, целлюлоза, инулин, хитин, гликоген.

Полисахариды, такие как целлюлоза, гликоген и крахмал, строятся на глюкозных мономерах, однако имеют разные связи в молекулах. Характер ветвления полимерных цепей тоже различается. Для цепей целлюлозы не характерно ветвление, а для цепей гликогена — да, при этом, сильнее, чем у крахмала.

Значение углеводов

Поговорим о биологическом значении углеводов с учетом строения и функций углеводов.

Ферментативное расщепление и окисление — свойства углеводов, которые приводят к высвобождению энергии, используемой клеткой.

Говоря о функциях полисахаридов (основных функциях углеводов) стоит отметить, что они выступают в качестве легко мобилизуемых запасных продуктов и источников энергии (к примеру, гликоген и крахмал), а также строительного материала (вроде хитина и целлюлозы).

Перечислим функции углеводов.

Полисахариды являются удобными запасными веществами по нескольким причинам (биологические функции углеводов):

• они не оказывают на клетку осмотического или химического воздействия благодаря своей нерастворимости в воде, что позволяет им дольше храниться в живой клетке;
• твердое обезвоженное состояние полисахаридов способствует увеличению полезной массы запасных веществ — благодаря экономии их объема. Это так называемая строительная функция углеводов;
• уменьшается вероятность использования этих продуктов разнообразными микроорганизмами и грибами. Они не могут заглатывать пищу, а всасывают питательные вещества всей поверхностью тела;
• запасные полисахариды легко превращаются в простые сахара путем гидролиза.

В клетках и в организме углеводам отводится ряд функций. Во-первых, они накапливаются в качестве запасных питательных веществ. Гликоген накапливается в клетках печени и мышцах, а крахмал — в клубнях и корневищах растений.

Также отметим энергетическую функцию углеводов в клетках, поскольку при окислении молекул углеводов освобождается энергия: 1 грамм углеводов дает 17,6 кДж энергии.

Каково значение углеводов в клетках растений? Структурная функция подразумевает наличие в растительных клетках целлюлозной оболочки, выполняющей роль внешнего скелета.

В животных клетках углеводы входят в состав гликокаликса.

Целлюлоза и хитин

В среднем она составляет от 26 до 40% материала клеточной стенки. Однако есть примеры, где целлюлоза — единственная составляющая: это хлопчатник.

Некоторые бактерии, животные и грибы употребляют целлюлозу в пищу. Тем не менее в желудочно-кишечном тракте большинства животных и у всех людей отсутствует фермент целлюлаза, который может расщепить целлюлозу до глюкозы. Поэтому целлюлозу они не усваивают.

При этом, свою роль в питании целлюлоза все же играет, являясь элементом, который придает пище объем и грубую консистенцию, что положительно сказывается на стимуляции перистальтики кишечника.

Хитин — составляющий элемент клеточной стенки некоторых протистов и грибов. Ему отводится опорная функция. Некоторые животные, в частности, членистоногие, обладают внешним скелетом, в состав которого входит и хитин.

Это основная информация на тему строения углеводов, а также функций углеводов в клетке.