Углеводы

Углеводы обычно делят на три основные класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Биологические функции углеводов в растениях

1. Запасная

У растений углеводы в большом количестве накапливаются в корнях (сахарная свекла, морковь), клубнях (картофель, топинамбур) и семенах (рис, пшеница) и используются в качестве запасных веществ.

2. Энергетическая

Углеводы – это главные продукты фотосинтеза, в них накапливается энергия солнечного света. В процессе распада углеводов организмы получают основную часть энергии.

3. Структурная

Клеточные стенки растений состоят главным образом из углеводов (целлюлозы, гемицеллюлозы и пектинов).

4. Транспортная

Углеводы транспортируются по растению в виде сахарозы. Сахароза – главный транспортный материал высших растений.

5. Метаболическая

Углеводы участвуют в построении разнообразных биологических молекул. В результате превращения углеводов клетка получает промежуточные соединения для синтеза других соединений.

Моносахариды

Моносахариды обычно имеют общую формулу (СН₂О)n. Моносахариды содержат от 3 до 7 углеводных атомов. По числу углеродных атомов они делятся на:

триозы (3) – глицериновый альдегид, фосфоглицериновый альдегид (ФГА);

тетрозы (4);

пентозы (5) – рибоза, дезоксорибоза, дифосфатрибулоза;

гексозы (6) – фруктоза, глюкоза;

Гептозы (7).

Моносахариды с пятью и более углеродными атомами могут существовать не только в линейной, но и в циклической форме.

Примеры моносахаридов:

D-глюкоза (виноградный сахар) является важнейшим источником энергии, входит в состав крахмала, сахарозы и целлюлозы. Лишь небольшая часть молекул существует в виде открытой цепи, 99% молекул существует в циклической форме.

D-фруктоза (плодовый сахар) содержится в плодах. Мед содержит равные количества фруктозы и глюкозы. Фруктоза входит в состав сахарозы и полисахарида инулина. Фруктоза слаще глюкозы и сахарозы.

D-галактоза является составной частью молочного сахара.

Олигосахариды

Олигосахариды построены из нескольких молекул моносахаридов (от 2 до 10). Наиболее распространенными в природе олигосахаридами являются дисахариды, состоящие из двух молекул моносахаридов.

Примеры олигосахаридов:

Сахароза, или тростниковый сахар построена из D-глюкозы и D-фруктозы, ее больше всего содержится в сахарной свекле и сахарном тростнике. Углеводы транспортируются по растению в виде сахарозы.

Мальтоза, или солодовый сахар состоит из двух D-глюкоз. Мальтоза образуется при расщеплении крахмала.

Лактоза, или молочный сахар – важнейший углеводный компонент молока млекопитающих. Она состоит из D-галактозы и D-глюкозы. В коровьем молоке до 4,5% лактозы, а в женском молоке – до 7,5%.

Трисахарид рафиноза состоит из галактозы, глюкозы и фруктозы. Рафиноза содержится в сахарной свекле (около 1%). При хранении свеклы ее содержание возрастает.

Полисахариды

Полисахариды представляют собой биополимеры, мономерами которых служат моносахариды. Их в зависимости от строения можно разделить на гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из остатков одного моносахарида. Из глюкозы состоят крахмал, гликоген и целлюлоза, из фруктозы – инулин. Гетерополисахариды состоят из остатков различных моносахаридов. Примером могут служить гемицеллюлозы, входящие в состав клеточной стенки.

Примеры полисахаридов:

Крахмал – основной запасной полисахарид растений, он состоит из моносахарида глюкозы. Он образуется при фотосинтезе. Крахмал содержится в хлоропластах листьев, плодах, семенах и клубнях. Особенно велико содержание крахмала в зерновых культурах (до 75% от сухой массы) и клубнях картофеля (около 65%). Крахмал откладывается в форме гранул в специальных органеллах клетки – амилопластах. Крахмал состоит из растворимого крахмала – амилозы и амилопектина. Амилоза состоит из неразветвленных цепей, включающих 200-300 остатков глюкозы. Цепи образуют спираль, в которой на один виток приходится 6-8 остатков глюкозы. При взаимодействии с йодом амилоза дает темно-синюю окраску. Амилопектин имеет разветвленную структуру и может включать сотни тысяч остатков глюкозы. Амилопектин окрашивается йодом в красно-коричневый цвет.

Инулин – запасной полисахарид некоторых растений из семейства Сложноцветных (топинамбур, одуванчик, цикорий, георгин), он состоит из фруктозы. Используется как заменитель крахмала в питании диабетиков.

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее широко распространенный полисахарид растений. Каждая молекула целлюлозы – это длинная неразветвленная цепь глюкозных остатков. Основные источники получения целлюлозы – волокно хлопчатника, лен, конопля, джут, солома, древесина. Молекула целлюлозы содержит не менее 10 тысяч остатков глюкозы. Природная целлюлоза обладает большой механической прочностью, устойчива к химическому и ферментативному гидролизу. В клеточных стенках растений целлюлоза составляет около 50%, а в хлопковом волокне – 98%. Промышленное значение целлюлозы огромно, из нее изготавливают хлопчатобумажные ткани и бумагу.

ЛИПИДЫ

Липидами называют нерастворимые в воде и растворимые в органических растворителях вещества биологического происхождения. Липиды - это производные жирных кислот и производные производных жирных кислот. К липидам относятся жиры, воска и полярные липиды (фосфолипиды и гликолипиды). Все липиды гидрофобны - нерастворимы в воде, а в органических растворителях (эфире, ацетоне, бензоле, хлороформе, спирте) они хорошо растворяются. Это обусловлено наличием в их молекулах большого количества неполярных углеводородных радикалов.