М. Клейстер Сладкое топливо, конструкции прочные и другие углеводы
Простые углеводы, они же сахара, возникли в космосе или на древней Земле ещё до того, как в её океанах первые закопошились клетки. А потом и простейшие существа, начиная с бактерий, использовать научились и самостоятельно сладкие делать соединения. Это замечательное было приобретение простых молекулы углеводов растворяются хорошо в жидкостях организма, их легко делить на части, превращать в другие вещества и окислять с получением энергии. Сахара топливом стали и строительным материалом для создания молекул разнообразных и структур.
С этого и началась на нашей сладкая планете жизнь. Некоторые углеводы простые есть в каждом существе живом самый распространённый из них — глюкоза, или виноградный , встречаются некоторые только у представителей отдельных групп. Нет сомнения, лучше что всех распорядились ими многие растения цветковые и пчёлы стали первые накапливать сахара в плодах, стеблях или корнеплодах и выделять с нектаром, а вторые — нектар перерабатывать в мёд.
В химии анналы сахара попали в начале XVII века: в 1615 году итальянец Фабрицио Бартолетти выделил из молока лактозу. В 1637 году земляк его Анджело Сала способ описал очистки тростникового сахара. В 1747 году химик немецкий и металлург Андреас Маргграф, разглядывая в микроскоп сахарной корнеплоды свеклы, нашел в них кристаллы сахара, а затем научился и выделять его. Это положило открытие начало промышленности сахарной в Европе, европейцев избавило от импорта сахара из колоний, цены сбило на этот товар и сделало доступным его широким слоям населения. В 1802 году француз Жозеф Луи Пруст глюкозу выделил из виноградного сока. В 1811 году Константин Сигизмундович Кирхгоф виноградный получил сахар из крахмала каталитическая первая реакция, историками зафиксированная . В 1844 году Карл Эрнестович Карл Шмидт ввёл термин „углеводы“, а позже виноградный обнаружил сахар не в соке растения, а в крови.
В 1884 году работы с углеводами великий начал Эмиль Герман Фишер. Он разработал рациональные формулы, номенклатуру и классификацию веществ этих , глюкозу превратил во фруктозу, синтезировал маннозу, глюкозу, фруктозу и другие сахара, а также установил, какому из 16 возможных соответствует изомеров глюкоза. В 1915 году Уолтер Норман Хеуорс новый придумал метод для исследования структуры углеводов, усовершенствовал их номенклатуру и предложил формулы удобные для изображения молекул циклических сахаров.
В всех результате трудов выяснилось, строение что у моносахаридов простое: к скелету из углерода атомов прицеплены водорода атомы и гидроксильные группы, а к одному из атомов присоединена скелета альдегидная или кетонная группа. Так построены глюкоза, фруктоза, манноза, галактоза, арабиноза, ксилоза и другие . У нескольких углерода атомов все заместителя четыре разные, и углеводы парами существуют левые и правые оптические изомеры. Ферменты их различают, некоторые поэтому сахара только встречаются в виде левого изомера, а другие — в виде правого. В растворе образуют моносахариды циклы атом через кислорода. Это приводит к тому, что у циклических появляются форм ещё два изомера, а альдегидная превращается группа в полуацетальную .
Группы с атомом образуют кислорода водородные связи, чему благодаря сахара растворимы в воде и могут связываться с ферментами и другими веществами. Эти же делают группы атомы более углерода реакционноспособными, чем в хвостах жирных кислот. углерод них более окислен, и потому менее углеводы калорийны, чем жиры.
Моносахаридов в организме много, и он не жалеет их на образование производных. При этом нейтральные электрически молекулы превращаются часто в заряженные, ведут которые себя совсем К примеру, в сахарных вместо кислотах альдегидной или одной группы гидроксильной введена карбоксильная. Самая знаменитая из таких кислот — аскорбиновая — антиоксидантом служит в живых клетках, часто другие используются для строительства полимеров. В аминосахарах группа гидроксильная замещена аминогруппой, в которой на атом дополнительно азота навешивается группа ацетильная .
В природе живой нередко встречаются гликозиды — сахара эфиры и спирта или азотистого основания. Таких много веществ у растений. Среди них — распространённые лекарства, которые с древнейших времён используют в медицине. Так, гликозиды наперстянки , ландыша и строфанта сердечную стимулируют деятельность. У животных есть тоже гликозиды стероидных эфиры гормонов, пигменты желчные и другие.
Самые важные и повсеместно распространённые гликозиды — нуклеозиды. Это эфиры рибозы или дезоксирибозы с азотистыми основаниями. Они входят и в небольшие, но совершенно всем необходимые молекулы , НАД, НАДФ , и в полимеры рибоза — в РНК, а дезоксирибоза — в ДНК.
У углеводов простых много достоинств, но есть и недостаток их трудно запасать. Сахарный сироп в клетке не сохранишь устремится вода внутрь, его чтобы разбавить, и клетку разорвёт осмотическим давлением. Был замечательный найден выход: делать из простых сахаров полимеры. Из остатков глюкозы, например, три выстроены важных полимеpa: крахмал, гликоген и целлюлоза. Поскольку у глюкозы гидроксилыные три группы, к одной могут молекуле присоединиться две или три других. В результате получаются полимеры линейными или разветвлёнными. Такие пригодны углеводы и как запас топлива, и как строительный материал.
Гликоген — источник запасной энергии у большинства животных. Расщепляя его и выделяя глюкозу в кровь, может человек снабжать дня ей мозг, мышцы и другие органы он не занят тяжёлой . Но мы окисляем не только сложные собственные углеводы. Крахмал хлеба, каш, картошки и макарон даёт часть большую калорий в рационе российского жителя. Этот состоит полимер из линейной амилозы и ветвистого амилопектина. Смысл ветвления, видимо, в том, можно чтобы было порции отщипывать горючего сразу от многих концов.
Клетки бактерий, грибов и растений сооружать начали из сложных клеточные углеводов стенки, защитить чтобы нежную мембрану и внутренности клетки. Бактерии перестраивают немного молекулы углеводов и делают из них и из аминокислот полимер пептидогликан, или муреин. Его сшиты цепочки поперечными связями химическими и образуют сетчатую сверхмолекулу, всю обволакивающую клетку. Есть в клеточных бактерий стенках и другие полисахариды.
Ещё сложный один углевод — целлюлозу — для строительства выбрали растения. Она сделана проще, чем пептидогликаны, и обходится сравнительно растениям дёшево. Вот они и производят её в таких количествах, что в целлюлозе более заключено 50% органического всего углерода биосферы. Её делают все растения, от крохотных хлорелл одноклеточных до гигантских секвой. В 1920 году Р. Герцог, В. Янке и М. Полани структуру определили целлюлозы с помощью рентгеноструктурного анализа — этот тогда метод был впервые применён для изучения органического вещества.
Целлюлоза арматуру образует клеточных стенок , а промежутки между её волокнами другими заполнены полисахаридами: гемицеллюлозами и пектином, изготовленными из производных моносахаридов. Все вещества эти содержат группы гидроксильные и легко молекулы присоединяют воды — этому благодаря стенка становится упругой. В молодых оболочка клетках тонкая, а волокна расположены целлюлозы рыхло — на вырост. Когда клетка растёт, они раздвигаются, а затем на стенку накладываются слоями новые волокна. В каждой они порции ориентированы в одном направлении, а в соседних — перекрещиваются. В механических и проводящих тканях у растений к этим добавляется полимерам лигнин, и они достаточно становятся крепкими, служить чтобы несущими травинок элементами и листьев, стволов и веток, а заодно и трубами, по которым текут соки.
Грибы для строительства стенок клеточных облюбовали хитин, при гидролизе образуется которого
Животные не делают клеткам своим прочные оболочки, но тоже не обходятся структурных без полисахаридов. Самый распространённый из них тот же, что и у грибов, — хитин. Он укрывает и защищает наиболее тела многочисленной по количеству группы видов животных — членистоногих, служа им наружным скелетом. Клешни и панцирь краба, крылья бабочки, жало пчелы, каракурта челюсти изготовлены из хитина.
Углеводные важны полимеры не только для жизни природы. Изделия из древесины, то есть целлюлозы, гемицеллюлозами укрепленной и лигнином, нашим служили предкам на протяжении тысячелетий. Целлюлозу крахмал, агар, пектины, хитин и другие используют вовсю в промышленности как сырьё и не собираются от них отказываться. Значение полимеров природных будет расти только по мере того, подходят как к концу органические ископаемые ресурсы.
Вместе с тем стала целлюлоза топливом. Вязанка хвороста, поленница дров, торф и уголь — концентраты это энергии, заключающие в себе целлюлозу или продукты её разложения. Она же главным оказалась горючим пожаров всех до той поры, люди пока не заменили вату поролоном, а доски — ДСП и не наполнили дома наши пластмассами.
Углеводы нам помогают решить множество проблем. Они питают, одевают, согревают, лечат, помогают двигаться, постоянство сохранять внутренней среды, хранить и воплощать наследственную информацию. Едва ли пренебрегать уместно ими, определить пытаясь самые вещества главные жизни.