Распространение в природе и биологическая роль

Углеводы – вещества, широко распространенные в природе и играющие очень большую роль в процессах жизнедеятельности живых организмов. Углеводы являются важными питательными веществами для человека и животных. Из углеводов, входящих в состав оболочек растительных клеток, путем химической переработки изготовляют различные ткани, бумагу, искусственные волокна, взрывчатые вещества и т.д. К углеводам относятся сахара: виноградный, плодовый и т.д., а также крахмал, целлюлоза и др.

Название углеводы возникло в связи с тем, что сначала были известны лишь те представители этого класса, которые по составу как бы являются соединениями углерода с водой, отвечающие общей формуле С_n(Н₂О)_m

(где n = 3, 4,5 и т.д.)

Понятие о фотосинтезе

Первоначальный синтез углеводов происходит за счет световой энергии из углекислого газа и воды в зеленом листе растений при активном участии зеленого пигмента хлорофилла. Процесс этот, названный фотосинтезом, является основным источником образования органических соединений на земле, а также единственным источником кислорода на нашей планете:

свет

6СО₂ + 6Н₂О С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

хлорофилл

В дальнейшем молекулы глюкозы, выделяя воду, переходят в крахмал

n С₆Н₁₂О₆ → (С₆Н₁₀О₅)_n + nH₂О

Крахмал легко открывть в листьях с помощью йодной пробы.

Великий русский ученый-физиолог К.А.Тимирязев много сделал в разъяснении сущности фотосинтеза и роли хлорофилла в этом процессе, от которого зависят все проявления жизни на нашей планете.

В дальнейшем образовавшийся в листе крахмал под влиянием ферментов снова распадается до простейшего сахара – глюкозы, а глюкоза как растворимый в воде углевод разносится растительным соком по всему растению и служит тем основным материалом, из которого растение синтезирует все, что необходимо для жизни (жиры, белки и т.д.) В то же время является и источником энергии, необходимой для поддержания жизни. Растение дышит, при этом глюкоза снова окисляется до СО₂ и Н₂О. В растении непрерывно совершаются два процесса: ассимиляция и диссимиляция углеводов.

Опыты академика А.Л.Курсанова с меченым углеродом показали, что в углеродном питании растений большое участие принимают не только листья, но и корни, поглощающие углекислоту из почвы и передающие ее в листья и другие зеленые части растений.

Сахар, образовавшийся в листьях при ассимиляции СО₂ из атмосферы, движется к корням, в корнях растений он подвергается распаду до

О О

// //

СН₃ – С – С

\

ОН

пировиноградной кислоты,

которая под влиянием фермента улавливает почвенную углекислоту, превращаясь в

НООС – С – СН₂ – СООН щавелево-уксусную кислоту

||

О

и она легко восстанавливается до яблочной кислоты

НООС – СН – СН₂ – СООН

|

ОН

Образовавшиеся в корнях органические кислоты, несущие почвенную углекислоту, поднимаются вверх, здесь под действием декарбоксилирующих ферментов почвенная углекислота освобождается и служит добавочным источником для синтеза углеводов. Часть образовавшихся сахаров вновь направляется в корни, чтобы заново совершить круговорот и доставить в листья новые порции углекислоты.

Классификация углеводов

По числу углеводных остатков, атомов углерода, по характеру карбонильной группы, по типу циклической связи атомов, по степени сложности и способности к реакции гидролиза (расщеплению под действием воды) углеводы подразделяются на две большие группы.

Рис. 1Классификация сахаров (углеводов)

1. Простые углеводы(моносахариды или монозы) не способны к реакции гидролиза. Они при кипячении с разбавленными кислотами не гидролизуются, т.е. не распадаются на более простые соединения. К этой группе относятся: глюкоза, фруктоза, галактоза и другие.

2. Сложные углеводы (полисахариды или полиозы) – гидролизуются до простых сахаров. Они состоят из нескольких остатков молекул моносахаридов, связанных между собой. Сложные сахара при кипячении с разбавленными кислотами присоединяют воду и расщепляются на простые сахара. В зависимости от числа моносахаридов, образующихся при гидролизе одной молекулы сложного сахара, различают: дисахариды (сахароза, мальтоза, трегалоза, лактоза, целлобиоза), трисахариды (раффиноза), полисахариды (крахмал, клетчатка, гликоген).

Полисахариды, в свою очередь, разделяются на две группы:

а) низкомолекулярные, представителем которых является свекловичный сахар;

б) высокомолекулярные , например, крахмал и целлюлоза.