А.Д. МИКИТЮК
с.ш. No 589, г. Москва

Вещества, из которых состоят растения

В земной коре встречается около 100 химических элементов, но для жизни необходимы только 16 из них (табл. 1). Наиболее распространены в живых организмах четыре элемента: водород, углерод, кислород и азот. На их долю приходится более 99% как массы, так и числа атомов, входящих в состав всех живых организмов.
Какие вещества растений образованы этими элементами? Больше всего в растениях содержится воды H₂O – от 60 до 95% общей массы организма. Кроме того, в растениях имеются «строительные блоки» – простые органические соединения, из которых строятся биомакромолекулы (табл. 2).
Таким образом, из сравнительно небольшого числа видов молекул получаются все макромолекулы и структуры живых клеток.
Макромолекулы представляют собой полимеры, построенные из многих повторяющихся единиц. Звенья, из которых состоят макромолекулы, называют мономерами. Существует три типа макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты (рис. 1). Мономерами для них служат соответственно моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды (табл. 3).

Рис. 1. Полимерные макромолекулы:
а — полисахарид (разветвленный); б — фрагмент двойной спирали ДНК (полинуклеотид);
в — полипептид (фрагмент молекулы миоглобина)

Углеводы

Углеводы являются основным питательным и опорным материалом растительных клеток и тканей. В молекулах большинства углеводов водород и кислород присутствуют в том же соотношении, что и в молекуле воды (например, глюкоза С₆Н₁₂О₆ или С₆(Н₂О)₆). Все углеводы – полифункциональные соединения. К ним относятся моносахариды – полигидроксиальдегиды (альдозы), полигидроксикетоны (кетозы) и полисахариды (крахмал, целлюлоза и др.) (см. табл.4).

Углеводы – один из важнейших классов природных веществ, содержащихся в растениях. На их долю приходится до 90% сухого вещества растений.

Углеводы являются главными продуктами фотосинтеза в зеленых растениях:

У многих растений углеводы в большом количестве накапливаются в виде сахара и крахмала в корнях, клубнях и семенах и используются затем в качестве запасных питательных веществ.

Рис. 2. Растения, из которых получают сахар в промышленности:
а — сахарная свекла; б — сахарный тростник

Полисахариды удобны в качестве запасных питательных веществ по ряду причин. Во-первых, большие размеры молекул делают их практически нерастворимыми в воде. Поэтому полисахариды не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического влияния. Во-вторых, цепи полисахаридов могут компактно свертываться и при необходимости легко превращаться в сахара путем гидролиза:

Стенки клеток растений и растительные волокна состоят главным образом из целлюлозы. В плодах и ягодах также преобладают углеводы. Углеводы – это крахмал, клетчатка (целлюлоза), сахара, пектиновые вещества и многие другие соединения растительного происхождения (рис. 3). В процессе распада углеводов организмы получают основную часть энергии, которая необходима для поддержания жизни и биосинтеза других сложных соединений.

Рис. 3. Растительные продукты – поставщики крахмала и целлюлозы:
а — картофель; б — кукуруза; в — зерно; г — хлопчатник; д — древесина

Вопросы

1. В чем различие между молекулярной и структурной формулами соединений?
2. Напишите структурные формулы линейного и циклического изомеров глюкозы С₆Н₁₂О₆.
3. Каковы молекулярные формулы моносахаридов, различающихся числом атомов углерода в молекуле: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и гептозы (7С)?
4. Какова валентность элементов С, Н и О в их соединениях?
5. Сколько гидроксильных групп имеется в линейной и циклической формах углеводов: а) рибозы; б) глюкозы?
6. Укажите, какие из следующих сахаров представляют собой пентозы, а какие – гексозы.

Продолжение следует