Көмірсулар

Көмірсулар

Көмірсулар

Өсімдіктердің құрғақ затының көп бөлігін, яғни оның 85—90 процентін углеводтар құрайды. Молекуласының күрделілік дәре-жесіне қарай олар моносахаридтерге, олигосахаридтер мен поли-сахаридтерге бөлінеді. Гидролизге ұшырамайтын карапайым углеводтар моносахаридтерге жатады. Моносахаридтер қалдықта-рының шағын мөлшерінен тұратын қанттар олигосахаридтерге жатады, олар тиісінше ди-, три-, тетрасахаридтер деп аталады. Полисахаридтердің молекуласы моносахаридтердің көптеген мөл-шерінің қалдықтарынан тұрады, мұның үстіне олардың полимер-лену дәрежесі әр түрлі болады. Өсімдіктерде көп кездесетін угле-водтың түрлерін жекелей қарастырып көрейік.

Моносахаридтер. Моносахаридтер молекуладағы көміртек атомдарының мөлшеріне қарай ажыратылады да, осыған орай триоза, тетроза, пентоза және т. с. с. болып аталады. Өсімдіктерде неғұрлым жиі кездесетін триоза — глицерин альдегиді және диок-сиацетон; тетроза — D-эритроза, D — эритруллоза; пентоза — L-арабиноза, D -ксилулоза, D -рибоза, D -рибулоза, D -дезоксирибоза; гексоза — D -глюкоза, D -фруктоза, D -манноза, L-галактоза, L-сорбоза, L-рамноза; гептоза — D -седогептулоза, D -манногептулоза. Бұл моносахаридтердің кепшілігі есімдіктерде бос күйінде болмайды, бірақ полисахаридтер мен басқа да қосылыстардың құрамына кіреді. Өсімдіктер клеткасында айтарлықтай мөлшерде жинақталатын.

D – глюкоза  мен D -фруктоза бұл қағидаға бағынбайды. Мо-носхаридтердің жалпы қасиеттері арасында стереоизомерлік, фосфор қышқылдарымен әрекеттесе эфир түзушілік, альдегид және спирт топтарын тотықтыру арқылы уран және қышқылдарын түзушілік қаситтерінің биологиялық зор маңызы бар. Егер моносахаоидтің құрамында ассиметриялы көміртек атомы бар болса онда ол моносахарид әр түрлі стереоизомерлер түрінде кездесуі мүмкін. Ассиметриялы көміртек атомының барлық валенттіліктері атомдардың әр түрлі топтарымен алмастырылады. Ол топтар көміртек атомының айналасындағы кеңістікте түрліше орналасуы мүмкін. Мұндай жағдайларда белгілі бір қосылыстың өзі бірнеше вариант түзеді. Мысалы: D (+)глицерин L (-) глицерин альдегиді альдегиді

Химнялық  құрамы жөнінен бірдей, бірақ ассиметриялы көмір-тек айналасындағы топтардың  кеңістікте орналасуы жөнінен айыр-машылығы бар заттар стереоизомерлер деп аталады. Ассиметриялы көміртек жұлдызшамен белгіленеді. Стереоизомерлердің негізгі айырмашылықтары мынада: олардың ерітінділері арқылы полярланған сәулені өткізгенде, олар сәуленің поляризация бағы-тын оңға немесе солға қарай бұрады.

Бірінші деңгейлік  спирт тобына жақын орналасқан С атомының топтары D -глицерин альдегиді секілді орналасқан барлық моноса-харидтер D -қатарына жатқызылады. Табиғатта негізінен D –қатарының моносахаридтері таралған, ал L- қатарының моносахаридтері өте сирек кездеседі. Бұру бағыты плюс және минус таңбаларымен, оңға қарай бұру ( + ) және солға қарай бұру (—) таңбаларымен белгіленеді. Оңға қарай бұру бағыты оның О-қатарына жататындығымен әрқашан да сәйкес келе бермейді. Мысалы: .С-сүт қышқылы сәулені солға қарай бұрады. D(- ) сүт ңышңылы Х( -) сүт қышқылы D және L-стереоизомерлері энантиоморфалар деп аталады, олар бір-бірінің айнадағыдай шағылысқан бейнесі болып табылады.

Моносахарлар  тізбек түрінде болумен қатар, циклді.формалар түрінде де кездеседі. Карбонил көміртек атомы гидроксилдердің бірімен эрекеттеседі, осының нәтижесінде циклді полуацетал түзіледі. Полуацетальды байланыс төртінші немесе бесінші көміртекпен де түзілуі мүмкін. Бұл жағдайда құрамында 4 немесе 5 көміртек атомы бар шеңбер түзіледі. Егер шеңберде 5 көміртек атомы болса, ол пираноза деп аталады, 4 көміртек атомы болса фураноза деп аталады. Себебі олар 4 көміртек атомды фуран және 5 көміртек атомды пиран шеңберлерінің туындысы болып табылады. Циклді форма түзуде тағы бір көміртек атомы ассиметриялы болып шығады, бұдан пайда болатын стереоизомерлер аномерлер деп аталады да, грек алфавитінің а және р әріптерімен белгіленеді. Мысалы: а- D -глюкоза, в- D -глюкоза. а- D -глюкоза в- D -глюкоза Бұл формаланрды белгілеу үшін перспективтік формулалар қолай-лы келеді. Олар былайша жазылады: фруктофүраноза Моносахаридтердің а және в формаларында белгілі бір мән бар. Олар өсімдіктерде кең тараған ферменттерге қарағанда күрт ерекшеленетін тиісті туындылар түзеді. Ол туындыларды гликозидтер деп атайды.

Өсімдіктердің түрлі углеводтарының алмасуында тағы да бір стереоизомерлер маңызды роль атқарады. Оларды эпимерлер деп атайды. Мысалы: глюкозаның эпимері галактоза. Олардың төртінші көміртек атомының кеңістігінде Н және ОН топтары әркелкі орналасқан. Сол сияқты рибулезаның эпимері ксилулоза және т.с. с. Эпимерлер бір-бірінен бір ғана көміртектің конфигурациясымен ерекшеленеді.

Қышқылдармен  әрекеттесе отырып моносахаридтер күрдел эфирлер түзеді, олардың кейбіреулері зат алмасуында маңыздь роль атқарады. Мәселен, глюкоза-1-фосфат, фруктоза 1-6-дифосфат тыныс алу және фотосинтез процестеріне қатысады.

Моносахаридтердін, тотығуы кезінде реакция жағдайларына қарай әр түрлі өнімдер түзіледі. Егер D -глюкозаның альдегид тобы тотықса, альдон қышқылы түзіледі. Мысалы, глюкоза глюкон қышқылын түзеді D –глюкон қант галакгурон қышқылы қышқылы қышқылы

Моносахаридтердің бірінші деңгейлік спирт тобы СН2 ОН ғана тотықса урон қышқылы түзіледі. Глюкозадан — глюкурон, манно-задан — маннурон, галактозадан — галактурон қышқылы түзіледі. Урон қышқылы өсімдіктерде оңай түзіледі де, сілемей мен полисахаридтердің құрамына кіреді, оларды полиуронидтер деп атайды. Өсімдіктерде неғұрлым кең таралған моносахаридтерге D -рибо-за, 2 дезокси- D -рибоза, D -ксилоза, D -глюкоза, D -фруктозалар жатады. Дисахаридтер мен полисахаридтер. Сахароза дегеніміз гликозидтік байланыс арқылы қосылған а- D -глюкоза мен в- D -фруктозадан тұратын дисахарид. Оның зор практикалық маңызы бар, табиғатта өте кең таралған дисахаридтердің бірі. Сондай-ақ ол өнеркәсіпте қызылша мен қант қамысының шырынынан алынады. Углеводтар өсімдіктердің бойында сахароза түрінде қозғалады Деген мәліметтер бар. Ол өсімдіктердің жапырағында, сабағында, тамырында, тұқымында, жемістерде, жидектер мен түйнектерде кездеседі. Оның формуласы мынадай:

Сахароза  р-фруктофуранозидаза ферментінің  әсерімен а- D -глюкоза а- D -фруктозаға ыдырайды. Бірқатар басқа ферменттер әсерімен оның биосинтезі жүзеге асады. Микроорганизмдерден са-харозофосфорилаза ферменті табылған. Ал жоғары сатыдағы өсім-діктерде сахарозаның биосинтезі глюкозаның қалдығын тасымал-даушы сахарозасинтетаза және сахарозофосфатсинтетаза фермент-терінің жәрдемімен жүреді. Өсімдіктерде басқа да дисахаридтер кездеседі. Ол мальтоза, целлобиоза, лактоза. Олардың зат алмасуда, клетканың органоидтарын құруда зор маңызы бар.

Крахмал. Төменгі  сатыдағы өсімдік — балдырлардан бастап, жоғары сатыдағы қос жарнақтыларға дейінгі барлық өсімдіктерде фотосинтез процесі нәтижесінде түзілген углеводтар өте тез арада крахмалға айналады. Ол, жапырақ мезофилінің клеткаларында жиналады да, ассимиляциялық крахмал деп аталады. Өз кезегінде ол тез арада басқа заттарға немесе крахмал қорына айналады. Ассимиляциялық крахмалдың басқа да заттарға айналуы өсімдіктер жапырағында, тұқымында, жемістерінде, сабағы мен тамырында өтеді. Мұндай өсімдіктердің жапырағы «крахмалды” жапырақ деп аталады. Астық тұқымдас өсімдіктердің жапырағында ассими-ляциялық крахмал жоққа тән болады. Фотосинтез процесінің өнім-дері оларда қарапайым углеводтар түрінде жиналады, сондықтан астық тұқымдастардың жапырақтары «қантты” жапырақ деп аталады, ал крахмал олардың арнаулы органдарында түзіледі. Жапырақ қынабы мен тұқымдар осындай органдар болып табы-лады. Гүлдеу кезеңінен бастап пісіп жетілудің соңына дейін мұнда крахмал жедел синтезделеді. Арпа, қара бидай және күріш дәнде-рінің толысу сатысында крахмалдың түзілуі жоғарғы жапырақтар мен масақтың ассимиляциялық қабілетіне байланысты. Төменгі жапырақтардағы фотосинтез дәнде крахмалдың жиналуына әсер етпейді деуге болады.

Крахмал қоры әр түрлі пішінді крахмал дәндері түрінде сақ-талады. Крахмал дәндерінің ең ірісін картоптан, ал ең ұсағын қа-рамық пен күріштен байқауға болады. Крахмал дәндерінің формасы әр өсімдіктің өзіне тән болады да, ұнның қандай өсімдіктен дайындалғанын, онда белгілі бір қоспалардың бар-жоғын анықтауға мүмкіндік береді. Крахмал дәндері жай және күрделі болып келуі мүмкін. Олардың құрылысында бірнеше қабат бар екендігі жақсы байқалады. Оны электрондық микроскоппен жүргізілген зерттеулер растап отыр. Крахмал дәнінің бірнеше қабатты болып келуін оларды сумен және жарықпен қамтамасыз ету жағдайлары тәулік ішінде ауысып отыруының салдары деп санайды. Бұл жорамалдың дұрыстығын анықтау үшін өсімдіктерді тәулік бойы үздіксіз жарық түсіп тұратын жағдайға қойып, олармен тәжірибе жасалды. Бұл тәжірибенің нәтижесінде бидайдың крахмал дәнде-рінің қабаттылығы жойылып кетті, ал картоп пен темекінің крах-мал дәндерінің қабаттылығы сақталып қалды. Тәулік ішінде крах-малдың бір қос қабаты түзіледі. Осы мәліметтің негізінде зерттеу-шілер: түзуші ферменттердің активтілігі тәуліктік ырғақтылыққа байланысты, сол себептен бір тәулікте түзілген крахмал бір қабат болып қалыптасады деген пікір айтады.

Әр түрлі өсімдіктерден алынған крахмалдың құрамы да түрлше. Ол амилоза мен амилопектин деп аталатын екі компоненттен құралады, ал бұл екеуінің құрамында түрлі мөлшерде а- D -глюко-заның қалдықтары бар. Амилозаның құрамында а- D -глюкоза қал-дықтары өзара тек 1,4 байланыспен жалғасқан. Бір қалдықтың бірінші көміртегі гликозидтік байланыс арқылы басқа глюкозаның төртінші көміртегімен жалғасуын 1,4 байланыс деп атайды.

Глюкоза қалдықтарының  өзара осылайша қосылу тәртібінің нәтижесінде  олар амилозаның тармақталмаған түзу тізбегін түзеді. милозаға қарағанда амилопектинде глюкоза қалдықтары өзара 1,4байланыспен ғана емес, сондай-ақ 1,6 байланыспен де жалғасады, сондықтан тармақталған тізбек салынады: Амиактың құрамында а- D -глюкозаның 50-ден 1500-ге дейінгі, ал амилопектинде — 2000-нан 20 000-ға дейінгі қалдықтары болады. Әр түрлі өсімдіктерден алынған крахмалдың ондағы амилоза мен амилопектиннің арақатынасы жөнінен айырмашылығы бар. Картоп түйнегі мен сабағынан алынған крахмалдың құрамындағы амилоза мен амилопектиннің үлесі әр түрлі. Арпаның, жүгері мен күріштің балауызды деп аталатын кейбір сорттарында тек қана амилопектин болады. Амиломаис жүгерісі мен бұршақ крахмалында, керісінше, амилоза көп кездеседі.

Тұқым, түйнек және пиязшық өніп шығар кезде крахмал қорына ферменттер әсер етіп, оны мальтоза мен глюкозаға дейін ыды-ратады. Крахмал гидролизі кезінде жай углеводтардың бұл фор-малары ферменттердің жәрдемімен сахарозаға айналады. Глюкоза мен сахароза өсімдіктердің өніп келе жатқан ұрығына ағып келіп, мұнда тыныс алу және құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Өскін өсуі үшін оған энергия мен жаңа клеткалар құруға қажетті жаңа заттар керек. Ферменттердің жэрдемімен углеводтарды амин қышқылдарына, белоктарға және басқа да өсуге қажетті заттарға айналдыру жөнінде бірқатар реакциялар жүзеге асырылады.

Крахмал гидролизіне а жэне в-амилаза, фосфорилаза фермент-тері, R-фермент қатысады. Дән, жемістер мен түйнектер пісіп жетілер кезде тасымалдаушы ферменттер аркылы крахмал молекула-сы түзіледі. Ол фосфорилаза, D -және D -ферменттері.

Целлюлоза өте кең таралған полисахарид, ол клетка қабықшасы-ның негізін құрайды. Оның молекуласы 1,4 байланыспен өзара жалғасқан в- D -глюкозаның қалдықтарынан құралған. Целлюлоза молекуласындағы глюкоза қалдықтарының мөлшері 6000-нан 8000-ға дейін өзгеріп тұруы мүмкін. Оның молекуласы бос күйінде кездеспейді. Целлюлозаның 2000 молекуласы бірігіп, түзу шоқтар түзеді. Бұл шоктар клетка қабықшасының микрофибрилдері болып табылады. Ал микрофибрилдер өз кезегінде макрофибрилдерге бі-ріккен. Өсімдіктер клеткасында целлюлоза аденозиндифосфатглю-козаның (АБРГ) қатысуымен синтезделеді. Плазмалемманың сыртқы беті мен Гольджи көпіршіктері целлюлоза биосинтезін жүзеге асыратын орын болып табылады. Өсімдіктерде маннан, кси-лан, арабан деп аталвтын полисахаридтер де кездеседі.

Көмірсулар және липидтер. 
 
Жасушаның органикалық заттары. 
Тірі жасушаның құрамында өлі табиғатта кездесетін көптеген органикалық қосылыстар болады. Ондай қосылыстарға: көмірсулар, липидтер, ақуыздар, нуклин қышқылдары және т. б. органикалық қосылыстар жатады. Органикалық қосылыстар дегеніміз – құрамына көміртегі немесе оның қосылыстары кіретіг, сондай-ақ ауада және оттегінде жана алатын заттар. 
Тірі жасушадағы органикалық заттардың барлығы биополимерлерге жатады. Полимер молекуласы қарапайым заттардан құралады, оларды мономерлер деп атайды. Егер “А” әріпі бар мономер болса, онда мынадай тізбектеп А-А-А-А-А-А-А-…А полимер молекуласы, яғни көптеген мономерлерден биополимер молекуласы түзіледі. Ондай полимерлерге: крахмал, глткоген, ақуыз, нуклеин қышқылдарын жатқызуға болады. 
Көміртегі, су және ондағы еритін әртүрлі тұздар тіршілікке қажетті химиялық өзгерістердің ортасы болып табылады. Тіршіліктің өзі құрамында негізгі элемент көміртегі болатын көптеген ірі молекулалардың өзара әрекеттесуінің нәтижесі. Ертеде мұндай молекулалар тек тірі ағзаларда ғана түзіледі деп есептегендіктен, оларды органикалық заттар деп атаған. Тек көміртегінің кейбір қосылыстары, мысалы, көміртегі (ІV) оксиді көмір қышқылы және оның тұздары т. б. бейорганикалық қосылыстарға жатады. 
Енді осы органикалық заттардың негізін құрайтын көміртегі атомдарының өзара байланысына назар аударайық. Әрбір көміртегі атомы төрт ковалентті байланыс арқылы бір-бірімен қосылып, ұзын тізбектер түзумен қатар тармақталған қысқа тізбектер түзеді: 
– С – С – С – С – С – – С – С – С – С – С – 
– С – 
– С – 
 
Кей жағдайда көміртегі атомдары өзара сақина тәрізденіп қосылады да тұйықталған қосылыстар түзеді. 
 
C C 
= С С = 
C C 
 
Осы көміртегі тізбектері мен сақиналар органикалық қосылыстардың қаңқасын құрайды. Көміртегі әртүрлі және тұрақты қосылыстар түзіп, тірі ағзада болатын молекулалардың сан алуандығын қамтамасыз ететін бірден-бір элемент. 
Көмірсулардың құрылымы. 
Көмірсулар құрамына көміртегі, сутегі және оттегі атомдары кіреді. Жасушалар құрамында күрделі органикалық қосылыстар 1% мөлшерінде болады. Көмірсулардың қарапайымы – моносахаридтер. Моносахаридке жүзім қанты – глюкоза, жеміс шырынында және балда көп мөлшерде кездесетін фруктоза, нуклин қышқылдары мен АТФ-ның құрамына кіретін рибоза мен дезоксирибоза т. б. жатады. Моносахаридтер – суда жақсы еритін жағымды, тәтті дәмі бар түссіз заттар. 
Моносахаридтердің екі молекуласының байланысуынан дисахарид түзіледі. Оның мысалы ретінде қызылша қанты – сахарозаның глюкоза мен фруктозаның қосылысы екенін көруге болады. 
Бірнеше моносахарид молекулаларынан полисахарид (грекше “поли” – көп) түзіледі. Ендеше, полисахаридтер полимер қатарына жатады. Олардың мономерлері моносахаридтер. Бұлар суда ерімейтін, дәмсіз органикалық қосылыстар. Ең кең таралған полтсахаридтерге крахмал, гликоген түрінде бауыр және бұлшықет жасушаларына 5% мөлшерде қорға жиналады. Ал ағзаға энергия қоры – глюкоза қажет болса, олар қайтадан мономерлерге, яғни глюкозаға ыдырайды. 
Өсімдік жасушаларында крахмал мен жасунық кездеседі. Крахмал гликоген сияқты көп мөлшерде картоп түйінінің т. б. өсімдік жасушаларында қорға жиналады, оның мөлшері 70%-ке дейін болады. Өсімдіктерге беріктік, тірек қасиет беретін талшықтар (ағаш сүрегі), т. б. жасунықтан тұрады. Жасунықтың құрамында глюкозаның 150–200 молекуласы болады. 
Көмірсуларының биологиялық рөлі. 
1. Көмірсулар жасушаның барлық тіршілік әрекетінде қозғалысқа, секрецияға, биосинтезге бөлінуге, т. б. жұмсалатын энергияның көзі болып табылады. Жасушаларда үздіксіз жүретін тотығу реакцияларының нәтижесінде көмірсулар қарапайым заттарға дейін толық (СО2 және Н2О) ыдырайды. Көмірсулардың бір грамм молекуласы ыдырағанда 17,6 кДж энергия босап шығады. 
2. Көмірсулар құрылыс материалының қызметін атқарады. Барлық өсімдік жасушаларының қабырғалары жасунықтан тұрады. 
Липидтердің құрылымы. 
Құрамындағы элементтердің арақатынасына және құрамына байланысты липидтер алуан түрлі болып келеді. Барлық липидтерге тән жалпы қасиет – олардың полярлы еместігі. Сондықтан да липидтер полярлы емес сұйықтарда, мысалы, бензинде, эфирде, хлороформда жақсы ериді, ал суда мүлде ерімейді. Липидтердің ішіндегі ең көп тарағаны және белгілісі – майлар. Майлар өзара эфирлік байланыспен қосылатын глицирин мен май қышқылынан тұрады. Олардың қатарына бәрімізге белгілі жануар және өсімдік майлары, маргарин және т. б. жатады. Майлардың бір-бірінен айырмашылығы олардың құрамына кіретін май қышқылдарының табиғи сипатында. Май қышқылдары қаныққан және қанықпаған болып екіге бөлінеді. Жануар майларының құрамында қаныққан қышқылдар көп. Жасушаларда майдың мөлшері құрғақ зат массасының 5-10%-ті шамасында болады. Алайда, құрамының 90%-ке жуығы майдан тұратын жасушалар да бар. Мысалы, жануарлардың тері астындағы май қабаты, кеуде бездері, түйенің өркеші осындай жасушалардан тұрады. Май сүттің құрамында да болады. 
Липидтерге сонымен қатар май тәрізді заттар: холестерин, лецитин, майда еритін А, Д дәрумендері (витаминдер), кейбір гармондар жатады. 
Лепидтердің биологиялық ролі: 
1. Лепидтердің суда ерімейтін қасиеті, олардың құрылыс материалдары қызметін атқаруына мүмкіндік береді. 
2. Лепидтер энергия көзі. Ма й жасушада көміртегі оксиді мен суға дейін ыдырайды, оның әр грамы молекуласынан 38,9 кг/Дж энергия бөлінеді. 
3. Май, су көзі. 1 кг май тотыққанда (ыдырағанда) одан 1,1 кг-да су түзіледі. Қыста ұзақ ұйқыға кететін, сол сияқты сусыз шөлді жерлерде тіршілік ететін жануарлар ағзасындағы тотыға отырып ыдыраған майдың суын пайдаланады. 
4. Лепидтер қорғаныштық қызмет атқарады. Май жылуды нашар өткізетіндіктен, тері астында қалың май қабатын түзіп, дене температурасын тұрақты сақтауға мүмкіндік береді. Мысалы, киттің тері астындағы май қабатының қалыңдығы 1 метрге дейін жетеді, бұл оның поляр теңіздеріндегі суық суда тіршілік етуіне мүмкіндік береді. 
5. Лепидтер – қорға жиналған заттар ролін атқарады. Жануарлар мен өсімдіктер әртүрлі мөлшерлерде жиналған май қорын тіршілік барысында біртіндеп жұмсайтын. 
Биологиялық молекулалардың пайда болуы. Тірі ағзаларда әртүрлі кіші органикалық молекулалар пайда болады. Оларды мономерлер (“моно” бір) деп атайды. Мономерлер қосылып, ірі молекулалар – полимерлерді (“поли” көп) немесе макромолекуланы (“макро” үлкен) құрайды. Ондай органикалық қосылыстар: жүн, каучук, жібек және мақта адамға бұрыннан белгілі. 
ХХ ғасырдан бастап химиктер жасанды монимер – пластмассаны ала бастады. Ағза өсімдік текті және жануар текті азық-түліктің құрамынан энергиясы мол полимерлер қабылдайды. Олар әртүрлі ферменттердің әсерінен мономерлерге дейін ыдырайды. Ол мономерлерден сол ағзаға тән полимер молекулалары синтезделеді. 
Барлық тірі ағзалар органикалық қосылыстар төрт түрінен тұрады. Олар көмірсулар, лепидтер және ақуыз бен нуклин қышқылдары.