Углеводы разделяются на простые и сложные. Простые углеводы называются иначе моносахаридами, сложные — полисахаридами. Полисахариды представляют полимеры, в которых роль мономеров играют моносахариды.

Моносахариды. Для того чтобы иметь представление о химическом строении моносахаридов, приводим структурную формулу одного из них:

O H OH OH OH OH

C – C – C – C – C – CH2OH

H H H H

Названия моносахаридов имеют окончания «оза». Корнем слова служит число С-атомов в молекуле или какое-нибудь свойство моносахарида. Таким образом, названия «триоза», «тетроза», «пентоза», «гексоза» и т. д. указывают на число атомов углерода в молекуле моносахарида, а название «глюкоза» — на сладкий вкус этого моносахарида («гликос» — сладкий, греч:), «фруктоза» — на содержание этого моносахарида в фруктах («фруктус» — плоды, лат.).

Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде, почти все они обладают приятным сладким вкусом.

Самые распространенные моносахариды — гексозы, пентозы и триозы. Из гексоз особенно важны глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза и фруктоза содержатся во многих продуктах в свободном состоянии. Сладкий вкус многих фруктов и ягод, а также меда зависит от присутствия в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза содержится также в крови (0,1%). Глюкоза, фруктоза и галактоза входят в состав многих ди- и полисахаридов. Из пентоз важны рибоза и дезоксирибоза. Обе в свободном состоянии не встречаются. Они входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ.

Полисахариды. Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех — трисахарид, из многих — полисахарид. Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо растворимы в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.

Из дисахаридов всем известен пищевой сахар, называемый часто также тростниковым сахаром, свекловичным сахаром или сахарозой. Сахароза образована из молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Широко распространен молочный сахар, содержащийся в молоке всех млекопитающих. Молочный сахар образован из молекулы глюкозы и молекулы галактозы. Из полисахаридов Мономер крахмала — глюкоза. В отличие от обычных полимеров, в которых мономерные звенья следуют друг за другом и образуют вытянутую цепь, крахмал представляет собой ветвистый полимер. Со структурой крахмала сходна структура гликогена, содержащегося в печени и мышцах животных. Мономером гликогена, как и крахмала, служит глюкоза.

Самый распространенный в природе углевод — клетчатка (целлюлоза). Древесина — почти чистая целлюлоза. По своей структуре целлюлоза — это обычный вытянутый в длинную цепь полимер. Мономер целлюлозы — глюкоза: каждая молекула целлюлозы состоит примерно из 150—200 молекул глюкозы.

Биологическая роль углеводов. Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Любая деятельность — движение, секреция, биосинтез, свечение и т. д. — нуждается в затрате энергии. Углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и окислению и превращаются в простейшие продукты: СО2 и Н2О. В ходе этого процесса освобождается энергия. При полном расщеплении и окислении 1 г углеводов освобождается 17,6 кдж (4,2 ккал).

Кроме энергетической роли, углеводы выполняют и строительную функцию: из углевода клетчатки состоят стенки растительных клеток.

3. Жиры и липоиды

Содержание жира в клетках обычно невелико и составляет 5—15% от массы сухого вещества. Существуют, однако, клетки, жира в которых почти 90%. Эти клетки содержатся в жировой ткани. У животных жировая ткань находится под кожей и в сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитающих животных, причем у некоторых из них содержание жира в молоке достигает 40% (у самки дельфина). У ряда растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, грецкого ореха.

Наиболее примечательным свойством жира является его резко выраженный гидрофобный характер, т. е. неспособность растворяться в воде. Для растворения жира применяются неводные растворители: бензин, эфир, ацетон.

С химической стороны жиры представляют собой соединения глицерина (трехатомного спирта) с высокомолекулярными органическими кислотами. Остаток глицерина, содержащийся в жире, обладает гидрофильными свойствами, остатки же высокомолекулярных жирных кислот — 3 длинные углеводородные цепи — резко гидрофобны. Если на поверхность воды нанести каплю жира, она растекается по ней, образуя тончайший слой. Установлено, что в таком слое жира к поверхности воды обращены гидрофильные остатки глицерина, а из воды частоколом торчат вверх углеводородные цепи. Таким образом, расположение молекул жира в водной среде самопроизвольно упорядочивается и определяется молекулярной структурой жира.

Кроме жира, в клетке обычно присутствует довольно большое число веществ, обладающих, как и жиры, сильно гидрофобными свойствами. Эти вещества называются липоидами («липос» — жир, «эйдос» — вид, греч.).

По химической структуре некоторые липоиды сходны с жиром. К таким липоидам относятся, например, фосфатиды. Фосфатиды обнаружены во всех клетках. Особенно много их содержится в желтке яйца, в клетках мозговой ткани.

Биологическая роль жира многообразна. Прежде всего, должно быть отмечено его значение как источника энергии. Жиры, как и углеводы, способны расщепляться в клетке до простых продуктов (СО2 и Н2О), и в ходе этого процесса освобождается большое количество энергии 38,9 кдж (9,3 ккал) на 1 г жира. Единственной пищей новорожденных у млекопитающих является молоко. Энергоемкость молока определяется главным образом содержанием в нем жира. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в случае необходимости. Это имеет значение для животных, приспособившихся к длительному лишению пищи, например для впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, лишенную' источников питания (верблюды в пустыне). Высокое содержание жира в семенах необходимо для обеспечения энергией развивающегося растения, пока в нем не укрепится и не начнет функционировать корневая система.

Кроме энергетической функции, жиры и липоиды выполняют структурные и защитные функции. Жиры и липоиды нерастворимы в воде. Тончайший их слой входит в состав клеточных мембран. Это создает препятствие для смешивания содержимого клетки с окружающей средой, а также содержимого отдельных частей клетки между собой.