Все органические вещества клетки делят на три физиологические группы:
1. Запасные – нейтральные вещества, не входящие в структурные элементы клетки и являющиеся материалом для использования и образования конституционных веществ и участия в обмене (крахмальные зерна, липидные капли, алейроновые зерна).
2. Конституционные – входящие в состав клеточных структур и не расходующиеся (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины и структурный белок – в составе клеточной стенки; белки и липиды – в составе биомембран и др.).
3. Регуляторные – обеспечивающие регуляцию обмена веществ и контроль за жизненными процессами (гены-регуляторы ДНК, фитогормоны, витамины, белки-ферменты).
Между структурой и функцией химических веществ клетки существует прямая взаимосвязь. Например, моносахарид глюкоза является дыхательным субстратом, растворима в воде, сладкая на вкус; линейный полисахарид глюкозы – целлюлоза (10 000 остатков глюкозы), вещество прочное на разрыв, выполняющее конституционную функцию в составе клеточной стенки, не сладкое; разветвленный полимер глюкозы – крахмал является запасным веществом растений.
Углеводы – Сх(Н2О)у
Самые распространенные в природе органические вещества. Являются альдегидами или кетонами и содержат несколько групп ОН-, определяющих химические свойства углеводов. Они могут легко окисляться и являются мощными восстановителями (например, альдегиды). Углеводы подразделяются на три главных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды (СН2О)n, где n – от 3 до 7
Моносахариды - это простые сахара. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле среди моносахаридов различают триозы (ЗС), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С). В природе наиболее часто встречаются пентозы и гексозы. Все относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам.
Триозы – С3Н6О3, например глицеральдегид, дигидроксиацетон
Играют роль промежуточных продуктов в процессе дыхания (гликолиз), фотосинтезе (ФГК – фосфоглицериновая кислота и ФГА - фосфоглицериновый альдегид в цикле Кальвина (темновая фаза фотосинтеза)) и других процессах углеводного обмена
Глицеральдегид ® Глицерол ® Триацилглицеролы (липиды)
ТетрозыС4Н8О4
Встречаются в природе редко, главным образом у бактерий
ПентозыС5Н10О5, например рибоза, рибулоза
Участвуют в синтезе нуклеиновых кислот; рибоза входит в состав РНК, дезоксирибоза - в состав ДНК.
Участвуют в синтезе некоторых коферментов, например НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД и ФМН.
Участвуют в синтезе АМФ, АДФ и АТФ.
Участвуют в синтезе полисахаридов, называемых пентозанами.
Рибулозодифосфат (РДФ) играет роль акцептора СО2 при фотосинтезе (цикл Кальвина)
Гексозы С6Н12О6 , например глюкоза, фруктоза, галактоза, манноза
Служат источником энергии, высвобождаемой при окислении в процессе дыхания; глюкоза - обычный дыхательный субстрат и наиболее распространенный моносахарид.
Участвуют в синтезе дисахаридов; моносахаридные единицы, связываясь друг с другом, образуют более крупные молекулы; соединения, в молекулу которых входит от 2 до 10 моносахаридов, называются олигосахаридами; среди олигосахаридов наиболее распространены дисахариды, состоящие из двух моносахаридов
Участвуют в синтезе полисахаридов, называемых гексозанами, в этой роли особенно важна глюкоза
Гептозы С7Н14О7
Промежуточные продукты пентозофосфатного пути дыхательного обмена
Сахарные спирты
Например, глицерол, используемый при синтезе липидов. Сахарные спирты служат иногда запасной формой углеводов; такую функцию выполняет, например, маннитол у красных водорослей и в некоторых плодах.
Сахарные кислоты
Сахарные кислоты играют важную роль в качестве промежуточных продуктов углеводного обмена. Некоторые из них, например глюкуроновая кислота, входят в состав полисахаридов, из которых состоят смолы, слизи и материал клеточных стенок. Витамин С (аскорбиновая кислота) представляет собой сахарную кислоту производное гексозы
Дезоксисахара, например дезоксирибоза
Участвует в синтезе ДНК
Аминосахара, например-глюкозамин
Участвует в синтезе хитина у грибов
Дисахариды – олигосахариды (обычно С12Н22О11)
Образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами. Наиболее важными в жизни растений являются:
