2.2.2. Органические вещества

Клетки содержат множество разнообразных органических соединений: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др.

Основу органических веществ составляют атомы углерода, способные вступать другом в прочные ковалентные связи и образовывать разнообразные по форме каркасы органических молекул. В зависимости от молекулярной массы и структуры различают малые низкомолекулярные органические молекулы – мономеры – и более крупные, высокомолекулярные макромолекулы – полимеры. Мономеры служат строительными блоками для полимеров. Свойства биополимеров зависят от числа, состава и порядка расположения составляющих их мономеров.

2.2.2.1. Углеводы

Углеводы представляют собой соединения углерода и воды; их формула C_n(H₂O)_m. Содержание углеводов в животных клетках составляет 1–5%, а в некоторых клетках растений достигает 70%.

Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды, различающиеся числом мономерных звеньев.

Моносахариды – бесцветные, твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, но нерастворимые в неполярных растворителях, имеющие, как правило, сладкий вкус. В зависимости от числа атомов углерода различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, и гептозы. Наиболее распространены в природе гексозы (глюкоза, фруктоза) – основные источники энергии в клетках (при полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза), входящие в состав нуклеиновых кислот.

Два или несколько ковалентно связанных друг с другом с помощью гликозидной связи моносахарида образуют ди- или олигосахариды. Дисахариды также широко распространены в природе: наиболее часто встречаются мальтоза, или солодовый сахар, состоящий из двух молекул глюкозы; лактоза, входящая в состав молока и состоящая из галактозы и глюкозы; сахароза, или свекловичный сахар, включающий глюкозу и фруктозу. Дисахариды, как и моносахариды, растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

Полисахариды содержат большое число моносахаридных остатков и обладают высокой молекулярной массой. Они утрачивают сладкий вкус и способность растворяться в воде. Полисахариды – это биополимеры. В составе живых организмов имеется много разнообразных полисахаридов. Наиболее широко распространены такие полимеры глюкозы, как крахмал и гликоген, используемые клетками растений и животных для запасания энергии, а также целлюлоза и хитин, – обеспечивающие прочность покровных структур растений, грибов и животных.

Некоторые углеводы способны образовывать комплексы с липидами и белками. Формируя сложные углеводы типа гликолипидов и гликопротеинов. Большинство мембранных и декретируемых клеткой белков относится к гликопротеинам.

Биологическое значение углеводов состоит в том, что они являются мощным и богатым источником энергии, необходимой клетке для осуществления различных форм активности. Полисахариды – удобная форма накопления энергоемких моносахаридов, а также незаменимый защитный и структурный компонент клеток и тканей животных, растений и микроорганизмов. Некоторые полисахариды входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая узнавание клеток друг другом и их взаимодействие.