Ботаніка - Неведомська Є.О. - 4. Органічні сполуки: вуглеводи

До складу органічних сполук, як вже зазначалося, входять чотири хімічні елементи - органогени: оксиген, гідроген, карбон, нітроген. Органічними сполуками у клітині є ліпіди, вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти.

Ліпіди - це сполуки високомолекулярних жирних кислот і трьохатомного спирту - гліцерину. Ліпіди відносно невеликі молекули.

Ліпіди нерозчинні у воді (гідрофобні). У воді вони збираються краплями або утворюють емульсії. Емульсія - це колоїдна система, що містить дуже дрібні крапельки нерозчинної у ній речовини. Однак ліпіди розчинні в неполярних речовинах: ефірі, бензолі, ацетоні, хлороформі та інших органічних розчинниках. Деякі з ліпідів мають і полярні, і неполярні ділянки. Такі ліпіди особливо легко утворюють емульсії завдяки взаємодії полярних ділянок з водою.

До ліпідів належать:

а) найпоширеніші серед ліпідів - жири - це сполуки, які складаються із залишків гліцеролу (спирту, що має три гідроксильні групи) та трьох жирних кислот; до складу жирів входять карбон, гідроген, оксиген у співвідношенні 1С : 2Н : 1О; неполярні і тому нерозчинні у воді (гідрофобні); маючи меншу від води густину, вони здатні утворювати краплі, що плавають на поверхні води; жирів багато в клітинах плодів та насіння певних видів рослин (соняшника, волоського горіха, маслини та ін.);

б) фосфоліпіди, які відрізняються від жирів тим, що одна з трьох гідроксильних груп гліцеролу зв' язана в них не з жирною кислотою, а з залишком фосфорної кислоти; у свою чергу, цей залишок зв' язаний з якоюсь іншою полярною речовиною, яка може мати карбоксильну (-СООН), гідроксильну (-ОН) групи або аміногрупу (-№і₂);

в) воски, які рослини використовують як водовідштовхувальні та захисні речовини, що запобігають висиханню;

г) стероїди, які є важливими компонентами вітаміну Б, деяких гормонів;

д) ліпопротеїди - сполуки, які складаються з білків і ліпідів; входять до складу багатьох клітинних структур і значною мірою зумовлюють їхню міцність та стабільність;

е) гліколіпіди - сполуки, які складаються з вуглеводів і ліпідів; входять до складу багатьох клітинних структур і значною мірою зумовлюють їхню міцність та стабільність.

Функції ліпідів:

а) енергетична - у разі повного окиснення 1 г жирів виділяється 38,9 кДж енергії, тобто майже удвічі більше, ніж при повному розщепленні такої самої кількості вуглеводів; отже, жири - є додатковим джерелом енергії у клітині; крім того, при окисненні 1 г жирів утворюється 1,1 г води;

б) будівельна - є основою клітинних мембран;

в) регуляторна - ліпіди входять до складу гормонів, які беруть участь у регуляції життєвих функцій організму.

У різних клітинах і тканинах вони розподілені нерівномірно. У покривних тканинах кількість ліпідів не перевищує 2-3%. У насінні рослин вміст ліпідів може становити 29-57%.

4. Органічні сполуки: вуглеводи

Вуглеводи - це група органічних сполук, загальна формула яких (СН₂О)_П, або С_П(Н₂О)_П , де n - будь-яке ціле число від 3 та більше. За загальною формулою на один атом карбону припадає одна молекула води (звідси назва цієї групи органічних сполук).

Вуглеводи переважно мають велику молекулярну масу, тому їх називають макромолекулами (від грецьк. makros - великий). Такі високомолекулярні органічні сполуки, молекули яких складаються з великої кількості однакових чи різних за хімічною будовою ланок, що повторюються, називають біополімерами (від грецьк. bios - життя, poly - багато, meros - частка). Прості молекули, із залишків яких складаються біополімери, називають мономерами (від грецьк. monos - один, meros - частка). Залежно від кількості мономерів, що входять до складу молекул, вуглеводи поділяють на три основні класи: моносахариди, або прості цукри; олігосахариди, полісахариди.

Моносахариди, або прості цукри, - це сполуки із загальною формулою (СН₂О)_П , де n - будь-яке ціле число від 3 до 10 (тріози - 3 атоми карбону; тетрози - 4; пентози - 5, гексози - 6 і так далі до декоз - 10). Отже, до складу моносахаридів, так само як і до складу жирів, входять лише карбон, гідроген і оксиген у співвідношенні 1С : 2Н : 1О. У моносахаридів один з атомів карбону має подвійний зв'язок з атомом оксигену. Всі моносахариди мають гідроксильні (-ОН) та інші полярні групи і тому легко розчиняються у воді.

Моносахариди солодкі на смак і добре кристалізуються. У природі найпоширеніші пентози (рибоза і дезоксирибоза, які входять до складу нуклеїнових кислот) і гексози - глюкоза (виноградний цукор) і фруктоза (плодовий цукор). Глюкоза - це головне джерело енергії в клітині. За своїм елементним складом глюкоза і фруктоза абсолютно однакові і мають молекулярну формулу С₆Н₁₂О₆. Але їхні структурні формули - різні: у глюкози подвійний зв' язок з атомом оксигену міститься на першому атомі карбону, а у фруктози - на другому. Речовини, які мають однакові молекулярні формули, але різняться порядком зв'язків, називаються ізомерами (від грецьк. іsos - однаковий і meros - частина).

Олігосахариди - сполуки, в яких кілька залишків молекул моносахаридів з'єднані між собою ковалентними зв'язками. Які ділянки молекул моносахаридів можуть забезпечити їх з'єднання при полімеризації? Гідроксильні групи (-ОН) двох моносахаридів здатні взаємодіяти одна з одною. При цьому виділяється молекула води і між залишками моносахаридів утворюється ковалентний зв'язок. Таким чином, в олігосахаридів співвідношення між карбоном, гідрогеном і оксигеном таке: 1_n : 2 _n_₂ : 1 _n-1. Серед олігосахаридів найпоширеніші дисахариди, які утворюються внаслідок сполучення залишків двох молекул моносахаридів. Усі дисахариди мають ту саму молекулярну формулу С12Н22О11, але в них різні фізичні та хімічні властивості. Наприклад, буряковий цукор - сахароза - складається із залишків глюкози і фруктози, а солодовий - мальтоза - лише із залишків двох молекул глюкози. Дисахариди мають солодкий присмак, добре розчинні у воді.

Полісахариди - молекули, молекулярна маса яких може сягати кількох мільйонів, складаються з сотень і тисяч залишків моносахаридів. Залишки молекул моносахаридів з' єднані між собою ковалентними зв' язками. Отже, полісахариди - це біополімери, мономерами яких є моносахариди. Полісахариди різняться між собою складом мономерів, довжиною та розгалуженістю ланцюгів. На відміну від моно- та оліго-сахаридів, полісахариди майже не розчиняються у воді й не мають солодкого присмаку.

Найпоширенішими полісахаридами у природі є:

а) крохмаль, який синтезується в процесі фотосинтезу в клітинах рослин і складається із залишків молекули глюкози; існує дві форми крохмалю: амілоза, яка має нерозгалужені ланцюги і у водному розчині під дією йоду набуває синього кольору, та амілопектин, у якого розгалужені ланцюги і який зафарбовується в червоний колір;

б) целюлоза, яка побудована з молекул глюкози; між ними міцні зв' язки; міститься у клітинних стінках рослин;

в) хітин, який входить до складу клітинних стінок деяких зелених водоростей.

Функції вуглеводів:

а) енергетична (за повного розщеплення 1 г вуглеводів вивільняється 17,2 кДж енергії); вуглеводи - це універсальне і важливе джерело енергії в клітині; важлива роль вуглеводів у енергетичному балансі живих істот пов' язана із здатністю розщеплюватись як за участі кисню, так і без нього;

б) будівельна (входять до складу опорних елементів клітин організмів);

в) запасання поживних речовин (резервний полісахарид у рослин - крохмаль, утворений із залишків молекул глюкози);

г) захисна (у рослин - камедь - прозора смолиста речовина бурштинового кольору, яка виділяється з тріщин гілок і зелених плодів вишень та абрикос, захищає від проникнення бактерій і вірусів);

д) регуляторна (рослинна їжа складається з клітковини, яка викликає механічне подразнення шлунка і кишечнику).