Какие свойства у углеводов
Углеводные соединения, также как белки и жиры, относятся к макронутриентам (от латинского nutria — «питание»). Эти соединения органического происхождения обеспечивают полноценную жизнедеятельность, выполняют необходимые для человека функции.
Функции углеводов:
- Энергетическая функция. Энергию человек получает с продуктами питания. Около половины необходимого энергопотребления человек получает с продуктами, богатыми углеводными соединениями. Мозг энергетически полностью питается углеводами. Окисляясь, один грамм углеводов выделяет около 18 КДж энергии.
- Строительная функция. Нуклеотиды, нуклеиновые кислоты содержат углеводные соединения: рибозу, дезоксирибозу. В структуре клеточных мембран присутствуют углеводы. Глюкоза, в процессе окисления (гликолиза), превращается в глюкуроновую кислоту, глюкозамин, другие продукты окисления. Они являются компонентами полисахаридов, сложных белков. Так реализуется строительная функция углеводов.
- Накопительная функция. Скелетные мышцы, печень, другие ткани запасают гликоген – углеводный продукт.
- Защитная функция. Иммунная система содержит высокомолекулярные углеводные вещества, которые называются сложными. Они блокируют проникновение бактерий, вирусов, оберегают от механических влияний.
- Осмотическая функция. Углеводы способны регулировать осмотическое давление. Уровень осмотического давления крови зависит от количественных показателей глюкозы.
- Рецепторная функция. Клеточные рецепторы гликопротеиды содержат углеводные соединения.
- Опорная. У растений и некоторых животных углеводные соединения являются опорным (скелетным) материалом.
- Регуляторная. Клетчатка способна регулировать перистальтику.
- Генетическая. Углеводные соединения являются компонентами ДНК, РНК.
- Специфическая. Влияют на нервные импульсы, образование антител.
Биологические функции углеводов определяют их необходимость для того, чтобы человек жил полноценной жизнью.
Что такое углеводы
Углеводами называют вещества органического происхождения. Они состоят из карбонильных и гидроксильных групп. Углеродные гидраты дали название классу углеводных соединений. Большая часть органических веществ нашей планеты в массовом соотношении состоит из углеводных соединений.
Состав углеводов
Строение углеводов неоднородно. Углеводные соединения состоят из углерода, водорода, кислорода. Общая формула углеводов выглядит так: Cn(H2O)m. Кислород с углеродом образуют карбонильные группы, кислород с водородом – гидроксильные. Одна молекула содержит водород и кислород в соотношении два к одному.
Отдельные элементы, из которых состоят углеводы, называются сахаридами. Гидролизная способность на низкомолекулярные вещества у углеводных соединений разная. Поэтому они делятся на простые и сложные по составу, а по усвояемости бывают быстрыми и медленными углеводами.
Свойства углеводов
- Твердые прозрачные кристаллы белого цвета, большинство из них имеет сладкий вкус.
- Имеют низкую температуру плавления, кипения.
- Способность углеводных соединений растворяться в воде зависит от массы, строения. Вещества с меньшей массой и простой структурой растворяются в воде лучше, чем углеводные соединения с большой массой и разветвленной структурой.
- Чем проще углеводное соединение, тем оно слаще.
- Моносахариды способны сбраживаться под воздействием микроорганизмов: дрожжей, молочных бактерий и других веществ.
- Углеводные соединения обладают гидрофильностью, то есть способностью к связыванию воды. Отсюда их высокая гигроскопичность, которая лежит в основе негативных изменений качества пищи.
- Охлаждение полисахаридов расщепляет их на моносахариды.
- Помогают синтезировать нуклеиновые кислоты.
- Повышают уровень глюкозы в крови.
- Помогают организму утилизировать жир.
- Входят в состав клеток, тканей, межклеточных жидкостей.
- Негативно влияют на эмаль зубов, провоцируют появление кариеса.
Виды углеводов
Классификация углеводов зависит от их способности к разложению в водной среде и образованию новых веществ – к гидролизу. Углеводы бывают:
- Простыми – называются моносахаридами.
- Сложными:
- дисахаридные соединения,
- олигосахаридные соединения,
- полисахаридные соединения.
Моносахаридами называются простейшие углеводные соединения, состоящие из одной единицы и не способные образовывать еще более простые вещества. Синтез их производится зелеными растениями. Они легко соединяются с водой.
Самым популярным моносахаридом является глюкоза (C6H12O6). Большой процент глюкозы в винограде, виноградном соке, меде. Фруктоза, глюкозный изомер, тоже принадлежит к моносахаридам. При необходимости, чтобы получить хорошую порцию глюкозы нужно питаться яблоками, цитрусовыми, персиками, арбузами, сухофруктами, соками, компотами, вареньем, медом.
Это быстрые углеводы, имеющие повышенный индекс гликемии, стремительно повышающие уровень сахара в крови. Моносахариды способны дать скорую, но непродолжительную энергию.
Дисахаридами называются сложные вещества органического происхождения, двумолекулярные, расщепляющиеся в момент гидролизного процесса. Это различные сахара. Один из распространенных дисахаридов: мальтоза или солодовый сахар (C12H22O11), являющийся составным пивным, квасным элементом. Дисахаридом сахарозой – пищевым сахаром – наполнены сахара, изделия из муки, соки, компоты, варенье. Дисахаридом лактозой – молочным сахаром – молочные продукты.
Олигосахаридами называются углеводные соединения со сложной структурой, синтезированные более чем из двух (до 10) моносахаридных остатков. Самым часто встречаемым природным олигосахаридом является рафиноза (C18H32O16). Рафинозу формируют глюкозные, фруктозные и галактозные элементы. Она содержится в бобах, белокочанной и брюссельской капусте, брокколи, цельных злаках.
Полисахаридами называются сложноструктурные высокомолекулярные углеводные соединения, в структуре молекул которых от десяти до ста и нескольких тысяч моносахаридных единиц. Хорошо известный полисахарид – крахмал, (C₆H₁0O5)n. Крахмала много в мучных изделиях, крупах, картофеле. Самый полезный полисахарид клетчатка содержится в грече, перловке, овсянке, отрубях пшеницы и ржи, хлебе из грубо молотой муки, фруктах, овощах. Полисахарид гликоген, накапливающийся в печени, мышцах, является для человека энергетическим ресурсом.
Сложные углеводы характеризуются пониженным индексом гликемии, за счет этого повышение глюкозы в крови происходит постепенно. Полезные углеводы способны дать длительный энергетический запас.
Какую роль в организме выполняют углеводы
Значение углеводов очень важно для людей.
- Основная функция углеводов – питать в энергетическом плане. В процессе распада углеводных соединений выделяемая энергия затрачивается для главных процессов метаболизма клеток. Окисление одного грамма вещества дает четыре калории или почти 18 КДж.
- Строительство клеточных мембран, выработка нуклеиновых кислот, ферментов, нуклеотидов не обходятся без углеводных соединений.
- Выполняют функцию антикоагулянтов – веществ, угнетающих активность свертываемости крови, препятствующие образованию тромбов.
- Являются компонентом слизи, защищающей органы желудочно-кишечного тракта, органы дыхания, мочеполовые органы от вирусов, бактерий, физических воздействий.
- Пищеварительные ферменты стимулируются благодаря углеводным соединениям, что способствует улучшению пищеварительных процессов, активизации работы желудочной перистальтики.
- Без углеводных веществ не могут происходить обменные процессы в организме.
Перечисленные свойства объясняют, для чего нужны углеводы человеку.
В каких продуктах содержатся углеводы
Таблица углеводов даст возможность понять, какое количество вещества содержат продукты, которые человек употребляет в пищу.
Продукты, богатые углеводами
| Наименование продукта | Массовая доля углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Сахарный песок | 99 |
| Карамельные, леденцовые конфеты | 96 |
| Мед | 81 |
| Пастила, зефир | 81 |
| Мармелад | 79 |
| Пряники | 74 |
| Печенье | 69-74 |
| Клубничное варенье | 74 |
| Мука рисовая | 80 |
| Крупа рисовая | 74 |
| Мука кукурузная | 72 |
| Крупа кукурузная | 71 |
| Баранки сушки | 71 |
| Крупа манная | 70 |
| Мука гречневая | 70 |
| Мука пшеничная | 65-70 |
| Макароны | 68-70 |
| Малиновое варенье | 70 |
| Финики | 70 |
| Крупа пшеничная | 68 |
| Крупа перловая | 67 |
| Пшено | 66 |
| Сухари | 67 |
| Мука ржаная | 62-66 |
| Отруби из овса | 66 |
| Изюм | 66 |
| Крупа ячневая | 65 |
| Толокно | 65 |
| Пирожное | 49-63 |
| Вафли | 62 |
| Рис | 62 |
| Геркулес | 62 |
| Греча | 57-60 |
| Конфеты шоколадные | 60 |
| Зерно пшеницы | 57-59 |
| Груши сушеные | 62 |
| Яблоки сушеные | 59 |
| Инжир сушеный | 58 |
| Персик сушеный | 58 |
| Чернослив | 57 |
| Молоко сгущенное | 55-57 |
| Зерно ячменя | 56 |
| Зерно ржи | 56 |
| Зерно овса | 55 |
| Булочки сдобные | 55 |
| Халва | 54 |
| Урюк | 53 |
| Курага | 51 |
| Батон | 51 |
| Молочный шоколад | 50 |
| Горький шоколад | 48 |
| Хлеб | 33-49 |
| Горох | 48 |
| Фасоль | 47 |
| Чечевица, нут, маш | 46 |
| Сухое молоко | 39-50 |
| Алкогольные напитки | 20-35 |
| Сырки в шоколадной глазури | 32 |
| Оладьи | 31 |
| Чеснок | 30 |
| Фисташки | 27 |
| Картошка жареная | 23 |
| Кешью | 22 |
| Шиповник | 22 |
| Бананы | 21 |
| Мороженое | 19-20 |
| Кукуруза сладкая | 19 |
| Сырники | 18 |
| Имбирь | 18 |
| Соя | 17 |
| Отруби из пшеницы | 16 |
| Сок персиковый, виноградный | 16 |
| Виноград, хурма, манго, фейхоа | 15 |
| Каши | 15-20 |
Продукты, содержащие углеводы
Молочные
| Наименование продукта | Массовая доля углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Ацидофилин | 4 |
| Варенец | 4 |
| Йогурт | 8-14 |
| Кефир | 4 |
| Кумыс | 5-6 |
| Молоко | 5 |
| Пахта | 5 |
| Простокваша | 4 |
| Ряженка | 4 |
| Сливки | 4 |
| Сметана | 3-4 |
| Творог | 3 |
| Сыр Адыгейский | 2 |
| Сыр Пармезан | 1 |
| Сыр Сулугуни | 0.5 |
| Сыр Фета | 4 |
| Сыр Гауда | 2 |
| Сыр плавленый | 2-4 |
| Масло сливочное | 1 |
Орехи, семечки
| Продукт | Содержание углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Арахис | 10 |
| Грецкий орех | 11 |
| Орех кедра | 13 |
| Кешью | 23 |
| Миндаль | 13 |
| Фисташки | 27 |
| Фундук | 9 |
| Подсолнечник | 10 |
| Кунжут | 12 |
Фрукты, овощи
| Продукт | Содержание углеводов (в граммах) на 100 грамм продукта |
|---|---|
| Айва | 10 |
| Абрикос | 9 |
| Алыча | 8 |
| Ананас | 11 |
| Авокадо | 2 |
| Апельсин | 8 |
| Арбуз | 6 |
| Баклажан | 5 |
| Банан | 21 |
| Брусника | 8 |
| Брюква | 8 |
| Базилик | 3 |
| Виноград | 15 |
| Вишня | 11 |
| Голубика | 7 |
| Гранат | 14 |
| Груша | 10 |
| Грейпфрут | 7 |
| Дыня | 7 |
| Ежевика | 4 |
| Земляника | 8 |
| Инжир свежий | 12 |
| Кабачки | 5 |
| Капуста белокочанная | 5 |
| Капуста брокколи | 7 |
| Капуста брюссельская | 3 |
| Капуста кольраби | 8 |
| Капуста краснокочанная | 5 |
| Капуста пекинская | 2 |
| Капуста савойская | 6 |
| Капуста цветная | 4 |
| Картофель | 16 |
| Киви | 8 |
| Кинза | 4 |
| Клюква | 4 |
| Кресс-салат | 6 |
| Крыжовник | 9 |
| Лимон | 3 |
| Зеленый лук | 3 |
| Репчатый лук | 8 |
| Лук порей | 6 |
| Малина | 8 |
| Манго | 15 |
| Мандарин | 8 |
| Морковь | 7 |
| Морошка | 7 |
| Морская капуста | 3 |
| Нектарин | 11 |
| Облепиха | 6 |
| Огурец | 3 |
| Папайя | 11 |
| Корень пастернака | 9 |
| Болгарский перец | 5 |
| Персик | 10 |
| Петрушка | 8 |
| Помело | 10 |
| Помидоры | 4 |
| Ревень | 3 |
| Редис | 3 |
| Редька | 7 |
| Репа | 6 |
| Красная рябина | 9 |
| Черноплодная рябина | 11 |
| Салат | 2 |
| Свекла | 9 |
| Зелень сельдерея | 2 |
| Корень сельдерея | 7 |
| Слива | 10 |
| Смородина | 7-8 |
| Спаржа | 3 |
| Топинамбур | 13 |
| Тыква | 4 |
| Укроп | 6 |
| Хрен | 11 |
| Хурма | 15 |
| Черешня | 11 |
| Черника | 8 |
| Чеснок | 30 |
| Шиповник | 22 |
| Шпинат | 2 |
| Щавель | 3 |
| Яблоки | 10 |
Знание, где содержатся углеводы, какова их массовая доля, поможет избежать значительного и быстрого скачка глюкозы в крови, приобретения лишних калорий.
Не менее важную роль играет умение различать, в каких продуктах содержатся быстроусвояемые и медленные углеводные вещества. Простые углеводы – это какие продукты? Это продукты с высоким содержанием моносахаридов.
Для человека пользу представляют продукты, включающие сложные углеводные соединения.
Продукты без углеводов
В полезное меню следует включать медленные углеводные соединения, то есть те, которые усваиваются постепенно.
Каши лучше готовить из круп, не подвергавшихся обработке, использовать для этого не молоко, а воду. Есть без сахара.
Не стоит отказываться от отрубей, мюсли, потому что они усваиваются медленно, улучшают работу пищеварительной системы.
Горох, фасоль, нут, чечевица содержат медленные углеводные соединения, поэтому их можно смело включить в пищевой рацион.
Отсутствие сладкого вкуса поможет определить продукты, имеющие низкий гликемический индекс.
Меню для здоровья должно включать продукты с низким содержанием углеводов. Это овощные, фруктовые, молочные продукты, зелень, орехи.
Кроме продуктов с низким содержанием углеводных соединений есть продукты, которые их не содержат совсем.
- Мясные: курица, индейка, кролик, телячья, свиная, баранья вырезка.
- Ливер: печень, почки, сердце.
- Рыба: речная, морская нежирных сортов.
- Морепродукты: креветки, крабы, кальмары.
- Растительное масло: подсолнечное, оливковое, кунжутное.
- Грибы. Незначительное количество содержат только белые грибы, подберезовики: не более 1-2 грамм на 100 грамм продукта.
- Сыр: Рокфор, Бри, Чеддер, Пармезан, Тильзитер и другие.
- Алкогольные напитки: водка, коньяк, джин, бренди, ром.
Норма углеводов в день
Суточная норма углеводов зависит от пола, возраста, жизненного образа человека.
В день мужчине весом 50 кг требуется 160 грамм – для снижения веса, 215 грамм – для сохранения веса, 275 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 60 кг требуется 165 грамм – для снижения веса, 230 грамм – для сохранения веса, 290 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 70 кг требуется 175 грамм – для снижения веса, 250 грамм – для сохранения веса, 300 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день мужчине весом 80 кг требуется 185 грамм – для снижения веса, 260 грамм – для сохранения веса, 320 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 50 кг требуется 120 грамм – для снижения веса, 150 грамм – для сохранения веса, 200 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 60 кг требуется 150 грамм – для снижения веса, 190 грамм – для сохранения веса, 245 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 70 кг требуется 170 грамм – для снижения веса, 200 грамм – для сохранения веса, 260 грамм – для увеличения мышечной массы.
В день для женщин весом 80 кг требуется 150 грамм – для снижения веса, 220 грамм – для сохранения веса, 240 грамм – для увеличения мышечной массы.
Углеводные нормы в сутки можно высчитать. Для этого от показателей роста нужно вычесть 100, а потом полученный результат умножить на 3,5.
Недостаточное или избыточное потребление углеводных соединений нанесут вред человеку.
При избытке углеводных соединений, поглощаемых организмом, происходит резкий выброс инсулина в кровь, откладываются избыточные жиры. Это может спровоцировать сахарный диабет, ожирение, а затем и другие проблемы со здоровьем.
Ограниченное поступление углеводных соединений истощает запасы гликогена, происходит ожирение печени, что приводит к ее дисфункции. Повышается утомляемость, слабость, снижается физические и интеллектуальные способности. Нехватка поставщиков энергетических запасов приводит к быстрому расщеплению жиров, из-за чего вырабатываются вредные катены. Катены способны окислить организм, вызвать кетоацидотическую кому.
Источник
Углеводы представляют собой соединения с общей формулой $mathrm{C_nH_{2m}O_m}$ или $mathrm{C_n(H_2O)_m}$, то есть условно состоящие из углерода и воды — отсюда их название. Содержание углеводов в живых клетках различно. В животных клетках содержание углеводов колеблется от 1 до 5 %. В растениях содержание углеводов заметно выше — до 70 % в некоторых запасающих органах, например в клубнях картофеля. Кроме высокого содержания углеводов для растений характерно и большее их разнообразие.
классификация углеводов
Углеводы делятся на две группы — простые углеводы, или моносахариды, и сложные углеводы, которые, в свою очередь, включают в себя дисахариды, олигосахариды и полисахариды.
моносахариды
Простые углеводы, как правило, представляют собой многоатомные спирты, содержащие ОН-группу у каждого атома углерода, кроме одного, несущего альдегидную или кетогруппу. Это видно на примере глюкозы, которая имеет 6 атомов углерода, при этом первый — в составе альдегидной группы, а остальные несут ОН-группы.
Наиболее распространенными моносахаридами являются глюкоза, или виноградный сахар, и фруктоза, или фруктовый сахар. Они являются изомерами и имеют одну и ту же общую формулу $mathrm{C_6H_{12}O_6}$.
Пентозы и гексозы способны замыкаться в 5- или 6-членные кольца, переходя в циклическую форму.
Линейная и циклическая формы глюкозы
Длина углеродной цепи в моносахаридах, встречающихся в живых организмах, колеблется от 3 до 8 атомов, хотя большинство из них содержит 3, 5 или 6 атомов углерода. В зависимости от количества атомов углерода моносахариды разделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы. Моносахариды хорошо растворимы в воде, образуют кристаллы и имеют сладкий вкус.
Большое биологическое значение имеют пентозы рибоза и дезоксирибоза, которые входят в состав РНК и ДНК соответственно.
Структура глюкозы и других гексоз
Многообразие моносахаридов связано в основном с оптической изомерией (см. тему «Хиральность и оптическая изомерия биомолекул»). Так, глюкоза, манноза и галактоза имеют одну и ту же брутто-формулу $mathrm{C_6H_{12}O_6}$, но отличаются расположением функциональных групп в пространстве. Розовым на рисунке выделены группы с отличающейся от глюкозы ориентацией.
Альдегидная или кетонная группа обычно взаимодействует с одной из спиртовых групп молекулы, образуя циклическую форму. Процесс циклизации глюкозы показан на рисунке. Циклическую форму изображают стандартным способом, в виде плоского кольца. Устойчивы 5-членные и 6-членные циклы. Обратите внимание, что одним из атомов в кольце является кислород, а один из углеродных атомов (6-й) оказывается вне кольца. Глюкоза в основном присутствует в растворе в виде 6-членного кольца.
При изображении циклических сахаров ОН-группы в D-ориентации (те, что смотрят вправо в линейной формуле) оказываются под плоскостью кольца, а ОН-группы в L-ориентации (влево в линейной формуле) — над плоскостью кольца, то есть линейную формулу нужно повернуть вправо, как показано в анимации.
Фруктоза замыкается в 5-членное кольцо, т. к. имеет кетогруппу, расположенную при 2-м атоме, которая взаимодействует с гидроксильной группой при 5-м атоме. Линейная и циклическая формулы фруктозы:
альфа- и бета-изомеры сахаров
При циклизации моносахаридов возникает оптическая изомерия по тому атому углерода, который содержался в составе альдегидной или кетогруппы (они не имеют оптической изомерии, т. к. в них атом С не тетраэдрический — есть двойная связь, и заместителя всего три). После замыкания в цикл этот С становится тетраэдрическим, и при нем появляется ОН-группа (у глюкозы это атом 1, у фруктозы — 2). Данная ОН-группа называется гликозидным гидроксилом. В какой оптической конфигурации — D или L — этот гидроксил будет находиться? Это происходит случайным образом, поэтому возможны оба варианта, и эти изомеры превращаются друг в друга через линейную форму. Изомер, в котором ОН-группа оказывается в D-ориентации и, соответственно, под плоскостью кольца, называется $alpha$-изомером. Изомер, в котором та же группа оказывается в L-ориентации и над плоскостью кольца — $beta$-изомером. Между собой эти изомеры называются $alpha$- и $beta$-аномерами. Процесс взаимного перехода этих форм друг в друга называется муторотацией.
В свободном моносахариде они переходят друг в друга, но при образовании связи фиксируется тот или иной вариант, то есть различают $alpha$- и $beta$-связи в олиго- и полисахаридах.
Структура дезоксирибозы и рибозы
Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием одного кислорода при 2-м атоме С («дез» — без, «окси» — указывает на кислород). Атомы этих сахаров в составе ДНК и РНК нумеруют со штрихами, чтобы в нуклеотидах была сквозная нумерация атомов (без штрихов нумеруют атомы в другой части нуклеотида — азотистом основании).
дисахариды
Молекулы моносахаридов могут образовывать связи между собой с потерей молекулы воды. В результате образуются олиго- и полисахариды. К олигосахаридам относят растворимые в воде полимеры моносахаридов.
Дисахариды широко распространены в живой природе.
Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар), представляющая собой соединение глюкозы и фруктозы, играет важную роль в растениях, где она служит транспортируемой формой углеводов во флоэме. Кроме того, она часто накапливается в качестве запасного вещества. Особенно много ее в сахарном тростнике и свекле, откуда ее получают для использования в пищу.
Другой важный дисахарид — лактоза (или молочный сахар) содержащаяся в молоке млекопитающих. Она состоит из остатков глюкозы и галактозы.
Мальтоза, образованная двумя остатками глюкозы, образуется при расщеплении крахмала и гликогена в пищеварительном тракте животных или при прорастании семян растений.
В природе встречается много других дисахаридов, кроме того, известны олигосахариды, содержащие 3 и 4 остатка моносахаридов.
При описании структуры ди- и полисахаридов существенным является:
полисахариды
Полисахариды нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Так как к одному остатку моносахарида может быть присоединено несколько других остатков, полисахариды могут иметь разветвленную структуру. В живых организмах наиболее широко распространены полимеры глюкозы — крахмал, гликоген и целлюлоза.
Одними из важнейших полисахаридов являются полимеры из остатков глюкозы — крахмал, гликоген и целлюлоза.
Крахмал состоит только из остатков глюкозы. В состав крахмала входят два компонента — линейный компонент, называемый амилозой, и разветвленный — амилопектин. Амилоза имеет спиральную пространственную структуру. Внутрь спирали способны встраиваться молекулы йода, поэтому качественная реакция на крахмал — образование синего йодкрахмального комплекса. Молекулы амилозы и амилопектина содержат несколько тысяч остатков глюкозы. Крахмал служит основным запасным веществом у растений.
У животных и грибов резервную (запасающую) функцию выполняет гликоген — полисахарид, похожий на амилопектин, но отличающийся большей разветвленностью. Крахмал и гликоген накапливаются в клетках в виде гранул.
Целлюлоза представляет собой линейный неветвящийся полимер, содержащий примерно 10 000 остатков глюкозы. Молекулы целлюлозы располагаются параллельно друг другу и образуют между собой множество водородных связей. Таким образом формируются прочные пучки молекул — мицеллы, которые объединяются в волокна (микрофибриллы). Такое строение придает целлюлозе высокую механическую прочность. Целлюзоза встречается в основном у растений, где составляет основу клеточных стенок. Помимо растений целлюлоза обнаружена у оомицетов (группа, которую обычно относили к грибам) и у асцидий. Целлюлоза — самое распространенное на земле органическое вещество.
Близок по строению к целлюлозе хитин. В нем мономерной единицей является N-ацетилглюкозамин — азотсодержащий моносахарид, производное глюкозы. Хитин служит основой клеточных стенок грибов и образует наружный скелет у членистоногих.
Клеточную стенку бактерий образует соединение муреин (от лат. murum — стена). Оно состоит из полисахаридных цепочек, сшитых между собой пептидными мостиками. Поэтому его еще называют пептидогликаном (гликаны — другое название сложных углеводов). Полисахаридные цепочки муреина образованы двумя чередующимися остатками азотсодержащих моносахаридов. Пептидные мостики муреина содержат D-изомеры аминокислот, что является редкостью в живом мире.
Крахмал.
Крахмал включает в себя два компонента: линейный (неветвящийся) — амилозу — и ветвящийся — амилопектин. Цепочки амилозы состоят из остатков глюкозы, соединенных $alpha$-(1-4)-связями. Так как в случае $alpha$-связи каждый следующий мономер поворачивается относительно предыдущего на один и тот же (тетраэдрический) угол, возникает спиральная структура.
Амилопектин включает в себя цепочки, подобные амилозе, которые дополнительно ветвятся за счет $alpha$-(1-6)-связей.
Гликоген.
Устроен подобно амилопектину, с большой частотой ветвления. Пространственная структура напоминает плоскую ветвящуюся спираль.
Центром организации гликогеновой гранулы служит белок гликогенин (на рисунке цветной).
Целлюлоза.
Неветвящийся (линейный) полимер из остатков глюкозы. Остатки глюкозы соединены между собой $beta$-(1-4)-связями. Поскольку $beta$-связь находится над плоскостью глюкозного кольца, а ОН-группа при 4-м атоме глюкозы смотрит вниз (в D-конфигурации), то каждый следующий остаток глюкозы переворачивается «вверх ногами». В результате образуется не спиральная пространственная структура, как в крахмале и гликогене, а линейная.
Часто структуру целлюлозы изображают так, но данная форма записи связи не отражает реального расположения мономеров в пространстве.
Линейные цепочки целлюлозы взаимодействуют друг с другом (за счет образования водородных связей между ОН-группами) и образуют пучки, из которых строится клеточная стенка растений и некоторых других организмов.
Хитин. Линейный $beta$-(1-4)-полимер азотсодержащего моносахарида N-ацетилглюкозамина (производное глюкозы с модификацией у 2-го атома С).
Муреин.
функции углеводов
Функции углеводов в живых организмах многообразны.
Углеводы являются первичными продуктами фотосинтеза, на основе их углеродного скелета образуются практически все другие вещества в клетках автотрофов. Гетеротрофы потребляют эти вещества в качестве пищи.
Энергетическая функция: углеводы являются наиболее удобным источником энергии. Основные пути получения энергии у всех живых организмов рассчитаны на использование глюкозы и фруктозы.
Структурная функция: полисахариды, например целлюлоза и хитин, входят в состав клеточных стенок, хитинового панциря членистоногих. Также полисахариды являются неотъемлемыми компонентами соединительной ткани животных (хрящи, сухожилия и др.).
Запасающая (резервная) функция. Важнейшие резервные углеводы — крахмал (у растений) и гликоген (у животных и грибов).
Транспортная функция: в форме углеводов осуществляется основной транспорт веществ в многоклеточных организмах, например в крови животных (глюкоза) или в флоэме высших растений (сахароза).
Остатки олигосахаридов, находящиеся на поверхности клеток в составе гликопротеинов и гликолипидов, играют важную роль в межклеточном взаимодействии и адгезии — организации клеток в ткани.
Источник