Физиология и биохимия растительной клетки

Общая характеристика класса углеводов и их роль в жизнедеятельности растений

Углеводы – это группа органических веществ с общей формулой (СН2О)n, т.е. в их состав входят только кислород, углерод и водород. Углеводы имеют намного более простое строение, чем белки. Углеводы делятся на 3 больших класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды – это простые углеводы, не имеющие полимерного строения. Молекулы моносахаридов могут содержать разное число атомов углерода: 3 (триозы), 4 (тетрозы), 5 (пентозы), 6 (гексозы), 7 (гексозы), из них растениях наиболее распространены триозы, пентозы и гексозы.

Триозы имеют общую формулу С3Н6О3; триоз существует всего две – глицеральдегид и дигидроксиацетон. Эти сахара являются промежуточными продуктами в процессе гликолиза при дыхании.

Пентозы имеют общую формулу С5Н10О5. Из пентоз наиболее важны рибоза и дезоксирибоза, т.к. они входят в состав нуклеиновых кислот: дезоксирибоза – в состав ДНК, рибоза – в состав РНК, а также некоторых других важных веществ – НАД, НАДФ, ФАД и АТФ.

Гексозы имеют общую формулу С6Н12О6. Из гексоз в растении наиболее распространены глюкоза и в меньшей степени – фруктоза. Глюкоза и фруктоза имеют в клетке различные важные функции. Они служат для клетки источником энергии, которая высвобождается при их окислении в ходе дыхания. Из глюкозы и фруктозы образуется самый распространенный дисахарид – сахароза. Глюкоза служит мономером для образования самых распространенных растительных полисахаридов – крахмала и глюкозы. В сочных плодах глюкоза и фруктоза служат запасными веществами.

Дисахариды – это сахара, молекулы которых образуются из 2 молекул моносахаридов в результате реакции конденсации, т.е. соединения молекул моносахаридов с выделением воды. Например, молекула дисахарида сахарозы состоит из остатка глюкозы и остатка фруктозы:

С6Н12О6 + С6Н12О6 → С12Н22О11 + Н2О

Сахароза обладает интересным свойством: она так же хорошо растворима в воде, как глюкоза, но химически намного менее активна. Поэтому углеводы транспортируются по флоэме именно в виде сахарозы: благодаря ее высокой растворимости ее можно транспортировать в виде достаточно концентрированного раствора, а благодаря своей химической инертности она не вступает по пути ни в какие реакции. У некоторых растений сахароза служит запасным веществом – например, у моркови, сахарной свеклы и сахарного тростника.

Полисахариды – это полимеры, образующиеся путем конденсации множества молекул моносахаридов. В растениях полисахариды выполняют 2 функции – структурную и запасающую.

1.Структурные полисахариды- полисахариды удобны для использования в качестве структурных веществ по 2 причинам:

— они имеют длинные прочные молекулы

— полисахариды химически малоактивны, поэтому образующиеся из них структуры устойчивы к различным внешним воздействиям.

Существует 2 основных вида структурных полисахаридов – целлюлоза и гемицеллюлозы. Целлюлоза образуется из остатков β-глюкозы; она имеет очень длинные разветвленные молекулы, нерастворимые в воде и устойчивые к различным химическим воздействиям. Целлюлоза содержится в клеточной стенке и играет в ней роль жесткой прочной арматуры. Гемицеллюлозы образуются из остатков различных моносахаридов – арабинозы, маннозы, ксилозы и т.д. Гемицеллюлозы входят в состав матрикса клеточной стенки.

2.Запасные полисахариды — полисахариды удобны для использования в качестве запасных веществ по 2 причинам:

— большой размер молекул полисахаридов делает их нерастворимыми в воде, а значит – они не оказывают на клетку химического или осмотического воздействия;

— полисахариды легко превратить в моносахариды путем гидролиза

Главным запасным полисахаридом растений является крахмал. Крахмал – это полимер α-глюкозы. Собственно говоря, крахмал – это смесь 2 полисахаридов: амилозы, имеющей линейные молекулы, и амилопектина, имеющего разветвленные молекулы. При необходимости крахмал легко гидролизуется до глюкозы. Именно крахмал является запасным веществом у большинства растений – зерновых, кукурузы, картофеля и т.д. В клетках крахмал содержится в виде крахмальных зерен в хлоропластах или цитоплазме.

Основные функции углеводов в растениях

1.Пластическая. Углеводы образуются в растениях в процессе фотосинтеза и служат исходным сырьем для синтеза всех других органических веществ;

2.Структурная. Эту роль выполняют целлюлоза или клетчатка, пектиновые вещества, гемицеллюлоза;

3.Запасающая. Запасные питательные вещества: крахмал, инулин, сахароза…

4.Защитная. Сахароза у зимующих растений – основное защитное питательное вещество.

5.Энергетическая. Углеводы – основной субстрат дыхания. При окислении 1 г. углеводов выделяется 17 кДж энергии.

Углеводы составляют до 85-90% веществ, слагающих растительный организм. Углеводы относятся к первичным продуктам синтеза, образуются в процессе фотосинтеза и служат основным питательным и главным опорным материалом для растительных клеток и тканей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *