Углеводы, их строение и функции

1. Углеводы, их строение и функции

1. Классификация углеводов
2. Моносахариды
3. Линейная и циклическая формы глюкозы
4. Дисахариды
5. Полисахариды
6. Функции углеводов

2.

• Углеводы представляют собой соединения с общей
формулой Cn(H2O)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.

3.

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. Наиболее распространенными моносахаридами
являются глюкоза, или виноградный сахар, и фруктоза, или
фруктовый сахар. Они являются изомерами и имеют одну и
ту же общую формулу C6H12O6 .

4.

5.

• Изомер, в котором ОН-группа оказывается в D-ориентации
и, соответственно, под плоскостью кольца, называется αизомером. Изомер, в котором та же группа оказывается в Lориентации и над плоскостью кольца — β-изомером.
Между собой эти изомеры называются α- и β-аномерами.
Процесс взаимного перехода этих форм друг в друга
называется муторотацией.

6.

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.
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.

7.

• 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).

8.

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:
1.Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар)
2.Лактоза (или молочный сахар)
3.Мальтоза

9.

При описании структуры ди- и полисахаридов
существенным является:
• из остатков каких моносахаридов построен сложный
углевод;
• номера углеродных атомов этих моносахаридов, между
которыми имеется связь (например, (1-4, 1-6, 1-1-связи);
• в какой конфигурации—α или β— находятся
моносахариды (или один из них, если у другого данная ОНгруппа осталась свободной).
1. Сахароза. Состоит из остатков глюкозы и фруктозы,
связанных (1,1)-связью, при этом глюкоза находится в α конфигурации, а фруктоза — в β –конфигурации.
2. Лактоза. Состоит из остатков галактозы и глюкозы,
галактоза слева, находится в β -конфигурации,
3. Мальтоза. Состоит из 2 остатков глюкозы, которая
находится в α -конфигурации

10.

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.
• Крахмал состоит только из остатков глюкозы. В состав крахмала
входят два компонента — линейный компонент, называемый
амилозой, и разветвленный — амилопектин.
• У животных и грибов резервную (запасающую) функцию
выполняет гликоген — полисахарид, похожий на амилопектин, но
отличающийся большей разветвленностью.

11.

• 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).
• Близок по строению к целлюлозе хитин. В нем мономерной
единицей является N-ацетилглюкозамин — азотсодержащий
моносахарид, производное глюкозы.
• 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).

12.

13.

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.

14.

• 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.