Свойства и функции углеводы: Свойства и строение углеводов. Функции углеводов

Содержание

Углеводы – источники энергии. Значение и функции: глюкозы, сахарозы, гликогена, крахмала, целлюлозы, хитина. Свойства липидов и их функции. Разнообразие липидов: жиры, масла, фосфолипиды, воск.

Раздел долгосрочного плана:

8.1В Молекулярная биология и

биохимия (3 часа)

Школа: КГУ «СОШ им. А.Тихоненко»

Дата:

ФИО учителя: Саркулова Нуршат Толегеновна

Класс: 8

количество отсутствующих:

присутствующих: 7

Тема урока

Углеводы – источники энергии. Значение и функции: глюкозы, сахарозы, гликогена, крахмала, целлюлозы, хитина. Свойства липидов и их функции. Разнообразие липидов: жиры, масла, фосфолипиды, воск.

Цели обучения

8.4.1.2 описывать свойства и биологические функции

углеводов и липидов

Цели урока

Учащиеся могут:

-описывать значение углеводов и липидов;

-определять функции углеводов и липидов;

-классифицировать углеводы и липиды;

Критерии успеха

Учащиеся:

описывают свойства углеводов и липидов;

определяют значение углеводов и липидов;

классифицируют углеводы и липиды по различным группам;

анализируют функции углеводов и липидов;

Языковые цели

Лексика и терминология, специфичная для предмета: моносахариды, липиды, углеводы, крахмал, глюкоза

Полезные выражения для диалогов и письма:

Углеводы – это…

Гликоген – это ….

Целлюлоза – основной структурный углевод…

Жиры содержатся в …

Липиды содержатся в…

Привитие ценностей

Непрерывное образование;

доброжелательное сотрудничество в классе;

уважение к себе и другим;

самостоятельность, трудолюбие;

необходимость совместной работы и планирование деятельности обеспечивает толерантность, дружелюбное отношение и трудолюбие учащихся.

Межпредметные связи

Химия 7 класс 7.4 Химические элементы и соединения в организме человека

Предшествующие знания

7.4.1.3 (1 четверть 13 урок) органические вещества: белки, жиры, углеводы в продуктах питания

Ход урока

Запланированные этапы урока

Виды упражнений, запланированных на уроке:

Ресурсы

Начало урока

Психологический настрой к уроку.

Актуализация знаний.

Задание №1. «Органические вещества»

Метод «Верно-неверно»

Дифференциация по темпу

1. В составе живого больше органического вещества.

2. Основными органическими веществами являются белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты.

3. В состав всех органических веществ входят углерод, водород, кислород.

4. Жиры и белки – это неорганические вещества

5. Глюкоза – простой углевод

6. Полимеры – это длинные цепи молекул, состоящие из мономеров

7. Нерегулярные полимеры – крахмал и целлюлоза

8. Жиры — основной источник энергии в живом организме.

9. Гликоген – углевод животных.

10. Фосфолипиды составляют основу клеточных мембран.

Дескриптор:

— выделяют из предложенных выражений верные;

— определяют неверные выражения

ФО: взаимооценивание

— Какие утверждения вызвали у вас затруднения при выборе? Почему?

Ученики комментируют свои ответы.

— Как вы думаете какова тема нашего урока?

— К утверждениям, которые вызвали у вас затруднения мы вернемся после изучения данной темы.

Середина урока

Деление на минигруппы.

Задание №2. Работа в группах.

Заполнение таблицы «Углеводы» и «Липиды» с использованием учебника, раздаточных материалов и ресурсов Интернета.

Дифференциация по ресурсам;

Дескрипторы:

— определяют строение углеводов и липидов;

— перечисляют свойства углеводов и липидов;

-классифицируют углеводы и липиды;

-анализируют функции углеводов и липидов.

ФО «Правило бутерброда»

СКАФФОЛДИНГ

Задание №3. Задания формативного оценивания «Свойства и функции углеводов и липидов»

Дифференциация по уровню задания

Критерий оценивания: характеризует свойства и биологические функции углеводов и липидов.

А. 1) Напишите, для каких животных характерны данные полисахариды: ЦЕЛЛЮЛОЗА, ГЛИКОГЕН, КРАХМАЛ

В. Напишите какие функции выполняют предложенные полисахариды: ЦЕЛЛЮЛОЗА, ГЛИКОГЕН, КРАХМАЛ

С. Объясните связь строения полисахаридов крахмала и целлюлозы с выполняемой функцией используя данный рисунок:

Р ассмотрите изображения:

А. Назовите функции липидов у представленных животных:

С . Объясните взаимосвязь строения липидов с выполняемой функцией

Дескрипторы:

— определяет свойства и функции предложенных углеводов

— объясняет связь строения и функции углеводов

— раскрывает связь строения и функции липидов

ФО: Взаимооценивание

Проект учебника по биологии для 8 класса §4

Раздаточный материал

Интернет-ресурс

Сборник заданий формативного оценивания стр. 8-9


Конец урока

Обратная связь.

Метод «Ответы с места» по изученной теме.

Назовите 10 фактов по изученной теме, которые вы узнали сегодня на уроке и не знали до сих пор.

Дескриптор:

— называют факты, полученные на уроке;

— обобщают полученные знания.

ФО: две звезды и одно пожелание

Делают выводы по теме

— Теперь, ребята, давайте вернемся к выражениям, которые вызвали у вас затруднения в начале урока.

Учащиеся читают утверждения, происходит обмен мнениями учителя с учениками.

Метод «Билет для выхода из класса».

Раздаю ученикам бумаги, на которых представлены вопросы, касающиеся их обучения. Они должны ответить на вопросы и отдать эти бумаги до того времени, когда можно будет выходить из класса.

Дифференциация – каким способом вы хотите больше оказывать поддержку? Какие задания вы даете ученикам более способным по сравнению с другими?

Оценивание – как Вы планируете проверять уровень освоения материала учащимися?

Охрана здоровья и соблюдение техники безопасности

По темпу

По источникам информации

По уровню задания

После выполнения каждого задания проводится формативное оценивание: взаимооценивание, «Правило бутерброда», Две звезды, одно пожелание

Повторение правил техники безопасности поведения на уроке;

Использование на уроке здоровьесберегающих технологий

План урока по теме: Углеводы

3. Объяснение учителем

4. (П)  заполняют таблицу по учебнику:

Полисахариды (углеводы)

характеристика

 

 

 

 

 

 

Оценивание: учителем и классом

 

5.Закрепление (углеводы).

1.      Работа с карточкой, заполнить схему

Дискрипторы:

1.      Записывают формулу глюкозу и углеводов

2.      Заполняют схему углеводов

3.      Определяют, как образуется сахароза и лактоза.

 

6.Метод:мозговой штурм

Посмотрите внимательно на картинку, что вы здесь видите

1.       На каке виды можно разделить жиры?

2.      Какие вы знаете растения, из которых изготавляют масла?

3.      Как вы думаете все ли жиры полезны?

 

7. (П) Для того, что опредить какие функции выполняют жиры, я вам предлагаю решить кроссворд

Дескрипторы:

Определяют функции жиров

Оценивание:в парах

 

 

Издивидуальная работа (дифференцированные задания) работа с учебником

Выполните задания

1.      Ответьте на вопрос теста

 

Функция, которую жиры не выполняют:

A.    энергетическая

B.     запасающая

C.     каталитическая

D.    защитная

 

2.      Установите соответствие   

 

фосфолипиды

Запасной источник энергии

жиры

Группа жироподобных веществ

воски

наличие остатка фосфорной кислоты

 

3.       Выберите правильные утверждения

 

·      Липиды хорошо растворимы в воде

·      Липиды хорошо растворимы в органических растворителях

·      Простые липиды включают производные ортофосфорной кислоты

·      Жиры делятся на насыщенные и ненасыщенные

 

 

как их классифицируют по свойствам, строение

Общее понятие об углеводах

Углеводы — класс органических соединений, к которому относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, а также полисахариды (крахмал, целлюлоза, пектины). С точки зрения биологии и биохимии — это биологически активные вещества, содержащиеся в 80% живых клеток растений и необходимые человеку для функционирования. С точки зрения химии — соединения, состоящие из нескольких карбонильных и гидроксильных групп.

Фруктоза была впервые выделена из «медовой воды» в 1792 году, глюкозу открыли чуть позже, в 1802 году. Химия полисахаридов получила развитие после того, как в 1811 году впервые был осуществлен гидролиз крахмала.

Химическое строение

Все углеводы отвечают единой химической характеристике: они состоят только из углерода, кислорода и водорода, при этом соотношение атомов водорода и кислорода в них такое же, как в молекулах воды. 

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Простые углеводы, моносахариды — органические соединения, содержащие в своей структуре гидроксильные и карбонильные группы: альдегидоспирты, кетоспирты.

Сложные углеводы — это дисахариды с двумя моносахаридными фрагментами и полисахариды, в молекулах которых таких фрагментов больше двух. Поскольку многие из них на вкус сладкие, этот класс веществ называют еще и сахарами. Кроме классификации по количеству структурных единиц, существует классификация по числу атомов углерода в молекуле.

Молекулы моносахаридов состоят из нескольких гидроксильных групп и одной карбонильной.  Самый известный моносахарид — глюкоза. Название происходит от греческого слова «гликис», «сладкий». Глюкоза принадлежит к классу альдегидоспиртов. Особенность строения глюкозы в том, что она существует в виде двух оптических изомеров, молекулы которых зеркально отображают друг друга: D- и L-форма. Интересно, что в природных соединениях обнаружен только D-изомер глюкозы, в отличие от аминокислот, которые встречаются в природе только в L-форме. Исследуя глюкозу, ученые, в частности Эмиль Герман Фишер, пришли к выводу, что большая часть ее молекул в природе существует в форме не альдегидоспирта, а полуацеталей — циклических производных, образующихся при взаимодействии альдегидной группы молекулы с гидроксильной у пятого атома углерода. Полуацетали D- или L- глюкозы встречаются в двух изомерных формах, различающихся взаимным расположением заместителей, например α-D-глюкоза и β-D-глюкоза. Их называют аномерами. Исследования показали, что в кристаллической D-глюкозе молекулы находятся только в виде полуацеталей, а в растворе D-глюкозы в виде альдегидоспирта содержится около 36% полуацеталя в α-форме и 64% в β-форме.

Из водного раствора D-глюкоза всегда кристаллизуется в виде α-изомера, в то время как из горячего уксуснокислого раствора выделяется β-изомер.

Подобно глюкозе, изомерная ей фруктоза легко образует циклические полуацетали, только состоят они преимущественно из пятичленных циклов. Крахмал, образующийся из глюкозы — энергетический резерв растений, быстро перерабатывающийся в легко усваиваемый моносахарид. В состав крахмала входят амилоза и амилопектин. 

Функции углеводов в организме человека

Попадая в организм, дисахариды(например, сахароза и лактоза) и полисахариды (крахмал и проч.) под действием специальных ферментов гидролизуются с образованием глюкозы и фруктозы. Организм перерабатывает глюкозу и фруктозу, превращая их в углекислоту и воду, и таким образом получает энергию для всех идущих в нем процессов.

Классификация по свойствам

Строительная функция углеводов

Мукополисахариды, соединения углеводов с белками, являются важной составляющей суставной смазки у животных и человека.

Рибоза и дезоксирибоза входят в состав РНК и ДНК.

Энергетическая функция углеводов

В организме любого животного должно постоянно содержаться определенное количество глюкозы: например, в крови человека — около 15 граммов. При окислении 1 грамма глюкозы или сахарозы выделяется примерно 16 кДж энергии. Ежедневно человеку необходимо потреблять около 500 граммов сахаров, но эта потребность обычно удовлетворяется сложными углеводами, содержащими крахмал. Рекомендуемая максимальная доза чистой сахарозы в сутки — 75 граммов. 

Структурная функция углеводов

Часть углеводов является структурными элементами клеток и входит в состав многих сложных молекул: гормонов, ферментов, иммунных веществ. Например, гликопротеины на поверхности клеток способствуют избирательности межклеточного взаимодействия и обеспечивают иммунный ответ. Гепарин служит ингибитором свертывания крови и предотвращает возникновение тромбов.

Регуляторная функция углеводов

Клетчатка, содержащаяся в овощах и фруктах, перерабатывается только полезной микрофлорой кишечника и в процессе стимулирует его стенки, улучшая перистальтику. Кроме того, углеводы регулируют осмотическое давление крови, которое зависит от количества содержащейся в ней глюкозы.

Запасающая функция

Когда организм получает углеводы вдоволь, их избыток может откладываться. Хранить глюкозу в чистом виде живым организмам довольно обременительно: ее не слишком большие молекулы легко покидают клетки. Поэтому живые организмы составляют новые соединения из молекул глюкозы: растения запасают углеводы в виде крахмала, а животные и грибы — в виде более легко растворимого гликогена. Запасы гликогена в человеческом организме, как правило, невелики — 150–200 граммов. Основное место складирования — печень. Если углеводов в пище недостаточно или они плохо усваиваются, начинается расщепление гликогена. Так временно восполняется дефицит. Когда запасы гликогена истощаются, материалом для синтеза глюкозы становятся жиры и белки.

К какой группе органических веществ относится гликоген. Строение, свойства и функции углеводов

Органические соединения, которые являются основным источником энергии, называются углеводами. Чаще всего сахара встречаются в пище растительного происхождения. Дефицит углеводов может вызвать нарушение работы печени, а их избыток вызывает повышение уровня инсулина. Поговорим о сахарах подробнее.

Что такое углеводы?

Это органические соединения, которые содержат карбонильную группу и несколько гидроксильных. Они входят в состав тканей организмов, а также являются важным компонентом клеток. Выделяют моно -, олиго — и полисахариды, а также более сложные углеводы, такие как гликолипиды, гликозиды и другие. Углеводы являются продуктом фотосинтеза, а также основным исходным веществом биосинтеза других соединений в растениях. Благодаря большому разнообразию соединений данный класс способен играть многоплановые роли в живых организмах. Подвергаясь окислению, углеводы обеспечивают энергией все клетки. Они участвуют в становлении иммунитета, а также входят в состав многих клеточных структур.

Виды сахаров

Органические соединения делятся на две группы — простые и сложные. Углеводы первого типа — моносахариды, которые содержат карбонильную группу и представляют собой производные многоатомных спиртов. Ко второй группе принадлежат олигосахариды и полисахариды. Первые состоят их остатков моносахаридов (от двух до десяти), которые соединены гликозидной связью. Вторые могут содержать в своем составе и сотни и даже тысячи мономеров. Таблица углеводов, которые чаще всего встречаются, выглядит следующим образом:

  1. Глюкоза.
  2. Фруктоза.
  3. Галактоза.
  4. Сахароза.
  5. Лактоза.
  6. Мальтоза.
  7. Раффиноза.
  8. Крахмал.
  9. Целлюлоза.
  10. Хитин.
  11. Мурамин.
  12. Гликоген.

Список углеводов обширен. Остановимся на некоторых из них подробнее.

Простая группа углеводов

В зависимости от места, которое занимает карбонильная группа в молекуле, различают два вида моносахаридов — альдозы и кетозы. У первых функциональной группой является альдегидная, у вторых — кетонная. В зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу, складывается название моносахарида. Например, альдогексозы, альдотетрозы, кетотриозы и так далее. Эти вещества чаще всего не имеют цвета, плохо растворимы в спирте, но хорошо в воде. Простые углеводы в продуктах — твердые, не гидролизуются при переваривании. Некоторые из представителей обладают сладким вкусом.

Представители группы

Что относится к углеводам простого строения? Во-первых, это глюкоза, или альдогексоза. Она существует в двух формах — линейной и циклической. Наиболее точно описывает химические свойства глюкозы — это вторая форма. Альдогексоза содержит шесть атомов углерода. Вещество не имеет цвета, но зато сладкое на вкус. Отлично растворяется в воде. Встретить глюкозу можно практически везде. Она существует в органах растений и животных организмах, а также во фруктах. В природе альдогексоза образуется в процессе фотосинтеза.

Во-вторых, это галактоза. Вещество отличается от глюкозы расположением в пространстве гидроксильной и водородной групп у четвертого атома углерода в молекуле. Обладает сладким вкусом. Она встречается в животных и растительных организмах, а также в некоторых микроорганизмах.

И третий представитель простых углеводов — фруктоза. Вещество является самым сладким сахаром, полученным в природе. Она присутствует в овощах, фруктах, ягодах, меде. Легко усваивается организмом, быстро выводится из крови, что обуславливает ее применение больными сахарным диабетом. Фруктоза содержит мало калорий и не вызывает кариес.

Продукты, богатые простыми сахарами

  1. 90 г — кукурузный сироп.
  2. 50 г — сахара-рафинад.
  3. 40,5 г — мед.
  4. 24 г — инжир.
  5. 13 г — курага.
  6. 4 г — персики.

Суточное употребление данного вещества не должно превышать 50 г. Что касается глюкозы, то в этом случае соотношение будет немного другое:

  1. 99,9 г — сахар-рафинад.
  2. 80,3 г — мед.
  3. 69,2 г — финики.
  4. 66,9 г — перловая крупа.
  5. 61,8 г — овсяные хлопья.
  6. 60,4 г — гречка.

Чтобы рассчитать суточное употребление вещества, необходимо вес умножить на 2,6. Простые сахара обеспечивают энергией человеческий организм и помогают справляться с разными токсинами. Но нельзя забывать, что при любом употреблении должна быть мера, иначе серьезные последствия не заставят долго ждать.

Олигосахариды

Наиболее часто встречающимся видом в данной группе являются дисахариды. Что такое углеводы, содержащие несколько остатков моносахаридов? Они представляют собой гликозиды, содержащие мономеры. Моносахариды связаны между собой гликозидной связью, которая образуется в результате соединения гидроксильных групп. Исходя из строения дисахариды делятся на два виды: восстанавливающие и не восстанавливающие. К первому относится мальтоза и лактоза, а ко второму сахароза. Восстанавливающий тип обладает хорошей растворимостью и имеет сладкий вкус. Олигосахариды могут содержать более двух мономеров. Если моносахариды одинаковые, то такой углевод относится к группе гомополисахаридов, а если разные, то к гетерополисахаридов. Примером последнего типа является трисахарид раффиноза, которая содержит остатки глюкозы, фруктозы и галактозы.

Лактоза, мальтоза и сахароза

Последнее вещество хорошо растворяется, имеет сладкий вкус. Сахарный тростник и свекла являются источником получения дисахарида. В организме при гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу. Дисахарид в больших количествах содержится в сахаре-рафинаде (99,9 г на 100 г продукта), в черносливе (67,4 г), в винограде (61,5 г) и в других продуктах. При избыточном поступлении этого вещества увеличивается способность превращаться в жир практически всех пищевых веществ. Также повышается уровень холестерина в крови. Большое количество сахарозы негативно влияет на кишечную флору.

Молочный сахар, или лактоза, содержится в молоке и его производных. Углевод расщепляется до галактозы и глюкозы благодаря специальному ферменту. Если его в организме нет, то наступает непереносимость молока. Солодовый сахар или мальтоза является промежуточным продуктом распада гликогена и крахмала. В пищевых продуктах вещество встречается в солоде, патоке, меде и проросших зернах. Состав углеводов лактозы и мальтозы представлен остатками мономеров. Только в первом случае ими являются D-галактоза и D-глюкоза, а во втором вещество представлено двумя D-глюкозами. Оба углевода являются восстанавливающимися сахарами.

Полисахариды

Что такое углеводы сложные? Они отличаются друг от друга по нескольким признакам:

1. По строению мономеров, включенных в цепь.

2. По порядку нахождения моносахаридов в цепи.

3. По типу гликозидных связей, которые соединяют мономеры.

Как и у олигосахаридов, в данной группе можно выделить гомо -, и гетерополисахариды. К первой относятся целлюлоза и крахмал, а ко второй — хитин, гликоген. Полисахариды являются важным источником энергии, который образуется в результате обмена веществ. Они участвуют в иммунных процессах, а также в сцеплении клеток в тканях.

Список сложных углеводов представлен крахмалом, целлюлозой и гликогеном, их мы рассмотрим подробнее. Одним из главных поставщиков углеводов является крахмал. Это соединения, которые включают сотни тысяч остатков глюкозы. Углевод рождается и хранится в виде зернышек в хлоропластах растений. Благодаря гидролизу крахмал переходит в водорастворимые сахара, что способствует свободному перемещению по частям растения. Попадая в человеческий организм, углевод начинает распадаться уже во рту. В наибольшем количестве крахмал содержат зерна злаков, клубни и луковицы растений. В рационе на его долю приходится около 80% всего количества употребляемых углеводов. Наибольшее количество крахмала, в расчете на 100 г продукта, содержится в рисе — 78 г. Чуть меньше в макаронах и пшене — 70 и 69 г. Сто грамм ржаного хлеба включает в себя 48 г крахмала, а в той же порции картофеля его количество достигает лишь 15 г. Суточная потребность человеческого организма в данном углеводе равна 330-450 г.

Зерновые продукты также содержат клетчатку или целлюлозу. Углевод входит в состав клеточных стенок растений. Его вклад равен 40-50 %. Человек не способен переварить целлюлозу, так нет необходимого фермента, который бы осуществлял процесс гидролиза. Но мягкий тип клетчатки, например, картофеля и овощей, способен хорошо усваиваться в пищеварительном тракте. Каково содержание данного углевода в 100 г еды? Ржаные и пшеничные отруби являются самыми богатыми клетчаткой продуктами. Их содержание достигает 44 г. Какао-порошок включает 35 г питательного углевода, а сухие грибы лишь 25. Шиповник и молотый кофе содержат 22 и 21 г. Одними из самых богатых на клетчатку фруктов являются абрикос и инжир. Содержание углевода в них достигает 18 г. В сутки человеку нужно съедать целлюлозы до 35 г. Причем наибольшая потребность в углеводе наступает в возрасте от 14 до 50 лет.

В роле энергетического материала для хорошей работы мышц и органов используется полисахарид гликоген. Пищевого значения он не имеет, так как содержание его в еде крайне низкое. Углевод иногда называют животным крахмалом из-за схожести в строении. В данной форме в животных клетках хранится глюкоза (в наибольшем количестве в печени и мышцах). В печени у взрослых людей количество углевода может достигать до 120 г. Лидером по содержанию гликогена являются сахар, мед и шоколад. Также большим содержанием углевода могут «похвастаться» финики, изюм, мармелад, сладкая соломка, бананы, арбуз, хурма и инжир. Суточная норма гликогена равна 100 г в сутки. Если человек интенсивно занимается спортом или выполняет большую работу, связанную с умственной деятельностью, количество углевода должно быть увеличено. Гликоген относится к легко усваиваемым углеводам, которые хранятся про запас, что говорит о его использовании только в случае недостатка энергии от других веществ.

К полисахаридам также относятся следующие вещества:

1. Хитин. Он входит в состав роговых оболочек членистоногих, присутствует в грибах, низших растениях и в беспозвоночных животных. Вещество играет роль опорного материала, а также выполняет механические функции.

2. Мурамин. Он присутствует в качестве опорно-механического материала клеточной стенки бактерий.

3. Декстраны. Полисахариды выступают как заменители плазмы крови. Их получают путем воздействия микроорганизмов на раствор сахарозы.

4. Пектиновые вещества. Находясь вместе с органическими кислотами, могут образовывать желе и мармелад.

Белки и углеводы. Продукты. Список

Человеческий организм нуждается в определенном количестве питательных веществ каждый день. Например, углеводов необходимо употреблять в расчете 6-8 г на 1 кг массы тела. Если человек ведет активный образ жизни, то количество будет увеличиваться. Углеводы в продуктах содержатся практически всегда. Составим список их присутствия на 100 г пищи:

  1. Наибольшее количество (более 70 г) содержатся в сахаре, мюслях, мармеладе, крахмале и рисе.
  2. От 31 до 70 г — в мучных и кондитерских изделиях, в макаронах, крупах, сухофруктах, фасоли и горохе.
  3. От 16 до 30 г углеводов содержат бананы, мороженое, шиповник, картофель, томатная паста, компоты, кокос, семечки подсолнечника и орехи кешью.
  4. От 6 до 15 г — в петрушке, укропе, свекле, моркови, крыжовник, смородина, бобах, фруктах, орехах, кукурузе, пиве, семечках тыквы, сушеных грибах и так далее.
  5. До 5 г углеводов содержится в зеленом луке, томатах, кабачках, тыквах, капусте, огурцах, клюкве, в молочных продуктах, яйцах и так далее.

Питательного вещества не должно поступать в организм меньше 100 г в сутки. В противном случае клетка не будет получать положенную ей энергию. Головной мозг не сможет выполнять свои функции анализа и координации, следовательно, мышцы не будут получать команды, что в итоге приведет к кетозу.

Что такое углеводы, мы рассказали, но, помимо них, незаменимым веществом для жизни являются белки. Они представляют собой цепочку аминокислот, связанных пептидной связью. В зависимости от состава белки различаются по своим свойствам. Например, эти вещества исполняют роль строительного материала, так как каждая клетка организма включает их в свой состав. Некоторые виды белков являются ферментами и гормонами, а также источником энергии. Они оказывают влияние на развитие и рост организма, регулируют кислотно-щелочной и водный баланс.

Таблица углеводов в еде показала, что в мясе и в рыбе, а также в некоторых видах овощей их число минимально. А каково содержание белков в пище? Самым богатым продуктом является желатин пищевой, на 100 г в нем содержится 87,2 г вещества. Далее идет горчица (37,1 г) и соя (34,9 г). Соотношение белков и углеводов в суточном употреблении на 1 кг веса должно быть 0,8 г и 7 г. Для лучшего усвоения первого вещества необходимо принимать пищу, в которой он принимает легкую форму. Это касается белков, которые присутствуют в кисломолочных продуктах и в яйцах. Плохо сочетаются в одном приеме пищи белки и углеводы. Таблица по раздельному питанию показывает, каких вариаций лучше избегать:

  1. Рис с рыбой.
  2. Картофель и курица.
  3. Макароны и мясо.
  4. Бутерброды с сыром и ветчиной.
  5. Рыба в панировке.
  6. Ореховые пирожные.
  7. Омлет с ветчиной.
  8. Мучное с ягодами.
  9. Дыню и арбуз нужно есть отдельно за час до основного приема пищи.

Хорошо сочетаются:

  1. Мясо с салатом.
  2. Рыба с овощами или на гриле.
  3. Сыр и ветчина по отдельности.
  4. Орехи в целом виде.
  5. Омлет с овощами.

Правила раздельного питания основаны на знаниях законов биохимии и информации о работе ферментов и пищевых соков. Для хорошего пищеварения любой вид еды требует индивидуального набора желудочных жидкостей, определенного количества воды, щелочную или кислотную среду, а также присутствие или отсутствие энзимов. Например, кушанье, насыщенное углеводами, для лучшего переваривания требует пищеварительного сока с щелочными ферментами, которые расщепляют данные органические вещества. А вот еда, богатая белками, уже требует кислых энзимов… Соблюдая нехитрые правила соответствия продуктов, человек укрепляет свое здоровье и поддерживает постоянный вес, без помощи диет.

«Плохие» и «хорошие» углеводы

«Быстрые» (или «неправильные») вещества — соединения, которые содержат небольшое число моносахаридов. Такие углеводы способны быстро усваиваться, повышать уровень сахара в крови, а также увеличивать количество выделяемого инсулина. Последний снижает уровень сахара крови, путем превращения его в жир. Употребление углеводов после обеда для человека, который следит за своим весом, представляет наибольшую опасность. В это время организм наиболее предрасположен к увеличению жировой массы. Что именно содержит неправильные углеводы? Продукты, список которых представлен ниже:

1. Кондитерские изделия.

3. Варенье.

4. Сладкие соки и компоты.

7. Картофель.

8. Макароны.

9. Белый рис.

10. Шоколад.

В основном это продукты, не требующие долгого приготовления. После такой еды необходимо много двигаться, иначе лишний вес даст о себе знать.

«Правильные» углеводы содержат более трех простых мономеров. Они усваиваются медленно и не вызывают резкого подъема сахара. Данный вид углеводов содержит большое количество клетчатки, которая практически не переваривается. В связи с этим человек долго остается сытым, для расщепления такой пищи требуется дополнительная энергия, кроме того, происходит естественное очищение организма. Составим список сложных углеводов, а точнее, продуктов, в которых они встречаются:

  1. Хлеб с отрубями и цельнозерновой.
  2. Гречневая и овсяная каши.
  3. Зеленые овощи.
  4. Макароны из грубого помола.
  5. Грибы.
  6. Горох.
  7. Красная фасоль.
  8. Помидоры.
  9. Молочные продукты.
  10. Фрукты.
  11. Горький шоколад.
  12. Ягоды.
  13. Чечевица.

Для подержания себя в хорошей форме нужно больше есть «хороших» углеводов в продуктах и как можно меньше «плохих». Последние лучше принимать в первую половину дня. Если нужно похудеть, то лучше исключить употребление «неправильных» углеводов, так как при их использовании человек получает пищу в большем объеме. «Правильные» питательные вещества низкокалорийные, они способны надолго оставлять ощущение сытости. Это не означает полный отказ от «плохих» углеводов, а лишь только их разумное употребление.

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных. В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез ). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим. Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С m H 2 n O n или C m (H 2 O) n . Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы . Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С 3), тетрозы (С 4), пентозы (С 5), гексозы (С 6) и т.д.:


Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды , или полиозы ) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды , степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные . Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu 2+ , Ag +) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие . Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды . Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим с пищей, является крахмал. Он содержится в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.

В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:

В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.

Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях:

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.

Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.

В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу , катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.

Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

Структурная, опорная и защитная функции

Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.

Защитную функцию выполняет гепарин . Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

Регуляторная функция

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.

План:

1.Определение понятия: углеводы. Классификация.

2. Состав, физические и химические свойства углеводов.

3.Рспространение в природе. Получение. Применение.

Углеводы – органические соединения, содержащие карбонильные и гидроксильные группировки атомов, имеющие общую формулу C n (H 2 O) m , (где n и m>3).

Углеводы – вещества, имеющие первостепенное биохимическое значение, широко распространены в живой природе и играют большую роль в жизни человека. Название углеводы возникло на основании данных анализа первых известных представителей этой группы соединения. Вещества этой группы состоят из углерода, водорода и кислорода, причем соотношение чисел атомов водорода и кислорода в них такое же, как и в воде, т.е. на каждые 2 атома водорода приходится один атом кислорода. В прошлом столетии их рассматривали как гидраты углерода. Отсюда и возникло русское название углеводы, предложенное в 1844г. К.Шмидтом. Общая формула углеводов, согласно сказанному, С м Н 2п О п. При вынесении «n» за скобки получается формула С м (Н 2 О) n , которая очень наглядно отражает название «угле — воды». Изучение углеводов показало, что существуют соединения, которые по всем свойствам нужно отнести в группу углеводов, хотя они имеют состав, не точно соответствующий формуле С м H 2п О п. Тем не менее старинное название «углеводы», сохранилось до наших дней, хотя наряду с этим названием для обозначения рассматриваемой группы веществ иногда применяют и более новое название – глициды.

Углеводы можно разделить на три группы : 1) Моносахариды – углеводы, способные гидролизоваться с образованием более простых углеводов. К данной группе относятся гексозы (глюкоза и фруктоза), а также пентоза (рибоза). 2) Олигосахариды – продукты конденсации нескольких моносахаридов (например, сахароза). 3) Полисахариды – полимерные соединения, содержащие большое число молекул моносахаридов.

Моносахариды . Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а фруктоза – это кетоза.

Получение. В свободном виде в природе встречается преимущественно глюкоза. Она же является структурной единицей многих полисахаридов. Другие моносахариды в свободном состоянии встречаются редко и в основном известны как компоненты олиго- и полисахаридов. В природе глюкоза получается в результате реакции фотосинтеза: 6CO 2 + 6H 2 O ® C 6 H 12 O 6 (глюкоза) + 6O 2 Впервые глюкоза получена в 1811 году русским химиком Г.Э.Кирхгофом при гидролизе крахмала. Позже синтез моносахаридов из формальдегида в щелочной среде предложен А.М.Бутлеровым

Вспомните!

Какие вещества называют биологическими полимерами?

Это полимеры – высокомолекулярные соединения, входящие в состав живых организмов. Белки, некоторые углеводы, нуклеиновые кислоты.

Каково значение углеводов в природе?

Широко распространена в природе фруктоза — фруктовый сахар, который значительно слаще других сахаров. Этот моносахарид придаёт сладкий вкус плодам растений и мёду. Самый распространённый в природе дисахарид — сахароза, или тростниковый сахар, — состоит из глюкозы и фруктозы. Её получают из сахарного тростника или сахарной свёклы. Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии. Целлюлоза и хитин выполняют в организмах структурную и защитную функции. Целлюлоза, или клетчатка, образует стенки растительных клеток. По общей массе она занимает первое место на Земле среди всех органических соединений. По своему строению очень близок к целлюлозе хитин, который составляет основу наружного скелета членистоногих и входит в состав клеточной стенки грибов.

Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?

Гемоглобин – белок крови, транспорт газов в крови

Миозин – белок мышц, сокращение мышц

Коллаген – белок сухожилий, кож, эластичность, растяжимость

Казеин – белок молока, питательное вещество

Вопросы для повторения и задания

1. Какие химические соединения называют углеводами?

Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5% сухой массы, а в некоторых растительных (например, клуб ни картофеля) их содержание достигает 90% сухого остатка. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

2. Что такое моно- и дисахариды? Приведите примеры.

Моносахариды состоят из мономеров, низкомолекулярные органические вещества. Моносахариды рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Самый распространенный моносахарид – глюкоза. Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из основных источников энергии для животных. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Самый распространённый в природе дисахарид — сахароза, или тростниковый сахар.

3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?

4. Из каких органических соединений состоят белки?

Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала. Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи. Две полипептидные цепи, из которых состоит гормон поджелудочной железы — инсулин, содержат 21 и 30 аминокислотных остатков. Это одни из самых коротких «слов» в белковом «языке». Миоглобин — белок, связывающий кислород в мышечной ткани, состоит из 153 аминокислот. Белок коллаген, составляющий основу коллагеновых волокон соединительной ткани и обеспечивающий её прочность, состоит из трёх полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков.

5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?

Закручиваясь в виде спирали, белковая нить приобретает более высокий уровень организации — вторичную структуру. И наконец, спираль полипептида сворачивается, образуя клубок (глобулу). Именно такая третичная структура белка и является его биологически активной формой, обладающей индивидуальной специфичностью. Однако для ряда белков третичная структура не является окончательной. Вторичная структура – это полипептидная цепь, закрученная в спираль. Для более прочного взаимодействия во вторичной структуре, происходит внутримолекулярное взаимодействие с помощью –S–S– сульфидных мостиков между витками спирали. Это обеспечивает прочность данной структуры. Третичная структура – это вторичная спиральная структура закручена в глобулы – компактные комочки. Эти структуры обеспечивают максимальную прочность и большую распространенность в клетках по сравнению с другими органическими молекулами.

6. Назовите известные вам функции белков. Чем вы можете объяснить существующее многообразие функций белков?

Одна из основных функций белков – ферментативная. Ферменты – это белки-катализаторы, ускоряющие химические реакции в живых организмах. Ферментативная реакция – это химическая реакция, протекающая только при наличии фермента. Без фермента не протекает не одна реакции в живых организмах. Работа ферментов строго специфична, у каждого фермента свой субстрат, который он расщепляет. Фермент подходит к своему субстрату как «ключ к замку». Так, фермент уреаза регулирует расщепление мочевины, фермент амилаза – крахмала, а ферменты протеазы – белки. Поэтому для ферментов применяют выражение «специфичность действия».

Белки выполняют и другие разнообразные функции в организмах: структурная, транспортная, двигательная, регуляторная, защитная, энергетическая. Функции белков довольно многочисленны, так как лежат в основе многообразия проявления жизни. Это компонент биологических мембран, перенос питательных веществ, например, гемоглобин, работа мышц, гормональная функция, защита организма – работа антигенов и антител, и прочие важнейшие функции в организме.

7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?

Денатурация – это нарушения третичной пространственной структуры белковых молекул под действием различных физических, химических, механических и других факторов. Физические факторы – это температура, излучение, Химические факторы – это действие на белки любых химических веществ: растворители, кислоты, щелочи, концентрированные вещества и прочее. Механические факторы – встряхивание, давление, растяжение, скручивание и прочее.

Подумайте! Вспомните!

1. Используя знания, полученные при изучении биологии растений, объясните, почему в растительных организмах углеводов значительно больше, чем в животных.

Так как в основе жизни – питания растений лежит фотосинтез, это процесс образования сложных органических соединений углеводов из более простых неорганических углекислого газа и воды. Основной углевод синтезируемый растения для воздушного питания – глюкоза, также это может быть крахмал.

2. К каким заболеваниям может привести нарушение превращения углеводов в организме человека?

Регуляция углеводного обмена в основном осуществляется гормонами и центральной нервной системой. Глюкокортикостероиды (кортизон, гидрокортизон) тормозят скорость транспорта глюкозы в клетки тканей, инсулин ускоряет его; адреналин стимулирует процесс сахарообразования из гликогена в печени. Коре больших полушарий также принадлежит определенная роль в регуляции углеводного обмена, так как факторы психогенного характера усиливают образование сахара в печени и вызывают гипергликемию.

О состоянии углеводного обмена можно судить по содержанию сахара в крови (в норме 70-120 мг%). При сахарной нагрузке эта величина возрастает, но затем быстро достигает нормы. Нарушения углеводного обмена возникают при различных заболеваниях. Так, при недостатке инсулина наступает сахарный диабет.

Понижение активности одного из ферментов углеводного обмена — мышечной фосфорилазы — ведет к мышечной дистрофии.

3. Известно, что, если в рационе отсутствует белок, даже несмотря на достаточную калорийность пищи, у животных останавливается рост, изменяется состав крови и возникают другие патологические явления. Какова причина подобных нарушений?

В организме всего 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала, они образуют разные белковые молекулы, если не употреблять белки, например, незаменимые, которые не могут в организме образовываться самостоятельно, а должны потребляться с пищей. Таким образом, если не есть белки, не смогут образовываться многие белковые молекулы внутри самого организма и возникнуть патологические изменения. Рост контролируется ростом костных клеток, основной любой клетки является белок; гемоглобин основной белок крови, который обеспечивает перенос основных газов в организме (кислород, углекислый газ).

4. Объясните трудности, возникающие при пересадке органов, опираясь на знания специфичности белковых молекул в каждом организме.

Белки являются генетическим материалом, так как в них записана структура ДНК и РНК организма. Тем самым белки имеют генетические особенности у каждого организма, в них зашифрована информация генов, в этом заключается трудность при пересадке от чужих (неродственных) организмов, так как у них различные гены, а значит и белки.

Углеводы в продуктах питания.

Углеводы являются основным и легко доступным источником энергии для организма человека. Все углеводы представляют собой сложные молекулы состоящие из углерода(С), водорода(H) и кислорода(O), название происходит от слов «уголь» и «вода».

Из известных нам основных источников энергии, можно выделить три:

Углеводы (до 2% запасов)
— жиры (до 80% запасов)
— белки (до 18% запасов )

Углеводы являются самым быстрым топливом, которое в первую очередь используется для производства энергии, но их запасы очень малы (в среднем 2% от общего объема) т.к. для их накопления требуется много воды (для задержки 1г углеводов нужно 4г воды), а для отложения жиров вода не требуется.

Основные запасы углеводов хранятся в организме в виде гликогена (сложный углевод). Большая его масса содержится в мышцах (около 70%), остальное в печени (30%).
Все остальные функции углеводов а так же их химическое строение вы можете узнать

Углеводы в продуктах питания, классифицируются следующим образом.

Виды углеводов.

Углеводы, в простой классификации делятся на два основных класса: простые и сложные. Простые, в свою очередь состоят из моносахаридов и олигосахаридов, сложные из полисахаридов и волокнистых.

Простые углеводы.​


Моносахариды

Глюкоза («виноградный сахар», декстроза).
Глюкоза – наиболее важный из всех моносахаридов, так как она является структурной единицей большинства пищевых ди- и полисахаридов. В организме человека глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Способностью усваивать глюкозу обладают все клетки организма животных. В то же время, способностью использовать другие источники энергии — например, свободные жирные кислоты и глицерин, фруктозу или молочную кислоту — обладают не все клетки организма, а лишь некоторые их типы. В процессе обмена веществ они расщепляются на отдельные молекулы моносахаридов, которые в ходе многостадийных химических реакций превращаются в другие вещества и в конечном итоге окисляются до углекислого газа и воды – используются как «топливо» для клеток. Глюкоза – необходимый компонент обмена углеводов . При снижении ее уровня в крови или высокой концентрации и невозможности использования, как это происходит при диабете, наступает сонливость, может наступить потеря сознания (гипогликемическая кома).
Глюкоза «в чистом виде», как моносахарид, содержится в овощах и фруктах. Особенно богаты глюкозой виноград – 7,8%, черешня, вишня – 5,5%, малина – 3,9%, земляника – 2,7%, слива – 2,5%, арбуз – 2,4%. Из овощей больше всего глюкозы содержится в тыкве – 2,6%, в белокочанной капусте – 2,6%, в моркови – 2,5%.
Глюкоза обладает меньшей сладостью, чем самый известный дисахарид – сахароза. Если принять сладость сахарозы за 100 единиц, то сладость глюкозы составит 74 единицы.

Фруктоза (фруктовый сахар).
Фруктоза является одним из самых распространенных углеводов фруктов. В отличие от глюкозы она может без участия инсулина (гормон, который снижает уровень глюкозы в крови) проникать из крови в клетки тканей. По этой причине фруктоза рекомендуется в качестве наиболее безопасного источника углеводов для больных диабетом. Часть фруктозы попадает в клетки печени, которые превращают ее в более универсальное «топливо» — глюкозу, поэтому фруктоза тоже способна повышать сахара в крови, хотя и в значительно меньшей степени, чем другие простые сахара. Фруктоза легче, чем глюкоза, способна превращаться в жиры. Основным преимуществом фруктозы является то, что она в 2,5 раза слаще глюкозы и в 1,7 – сахарозы. Ее применение вместо сахара позволяет снизить общее потребление углеводов .
Основными источниками фруктозы в пище являются виноград – 7,7%, яблоки – 5,5%, груши – 5,2%, вишня, черешня – 4,5%, арбузы – 4,3%, черная смородина – 4,2%, малина – 3,9%, земляника – 2,4%, дыни – 2,0%. В овощах содержание фруктозы невелико – от 0,1% в свекле до 1,6% в белокочанной капусте. Фруктоза содержится в меде – около 3,7%. Достоверно доказано, что фруктоза, обладающая значительно более высокой сладостью, чем сахароза, не вызывает кариеса, которому способствует потребление сахара.

Галактоза (разновидность молочного сахара).
Галактоза в продуктах в свободном виде не встречается. Она образует дисахарид с глюкозой – лактозу (молочный сахар) – основной углевод молока и молочных продуктов.

Олигосахариды

Сахароза (столовый сахар).
Сахароза – это дисахарид (углевод состоящий из двух компонентов), образованный молекулами глюкозы и фруктозы. Самый распостраненный вид сахарозы это – сахар. Содержание сахарозы в сахоре – 99.5%, фактически сахар это чистая сахароза.
Сахар быстро расщепляется в желудочно-кишечном тракте, глюкоза и фруктоза всасываются в кровь и служат источником энергии и наиболее важным предшественником гликогена и жиров. Его часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли. Из растительных продуктов больше всего сахарозы содержится в свекле – 8,6%, персиках – 6,0%, дынях – 5,9%, сливах – 4,8%, мандаринах – 4,5%. В овощах, кроме свеклы, значительное содержание сахарозы отмечается в моркови – 3,5%. В остальных овощах содержание сахарозы колеблется от 0,4 до 0,7%. Кроме собственно сахара, основными источниками сахарозы в пище являются варенье, мед, кондитерские изделия, сладкие напитки, мороженое.

Лактоза (молочный сахар).
Лактоза расщепляется в желудочно-кишечном тракте до глюкозы и галактозы под действием фермента лактазы . Дефицит этого фермента у некоторых людей приводит к непереносимости молока. Нерасщепленная лактоза служит хорошим питательным веществом для кишечной микрофлоры. При этом возможно обильное газообразование, живот «пучит». В кисломолочных продуктах большая часть лактозы сброжена до молочной кислоты, поэтому люди с лактазной недостаточностью могут переносить кисломолочные продукты без неприятных последствий. Кроме того, молочнокислые бактерии в кисломолочных продуктах подавляют деятельность кишечной микрофлоры и снижают неблагоприятные действия лактозы.
Галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, превращается в печени в глюкозу. При врожденном наследственном недостатке или отсутствии фермента, превращающего галактозу в глюкозу, развивается тяжелое заболевание — галактоземия, которая ведет к умственной отсталости.
Содержание лактозы в коровьем молоке составляет 4,7%, в твороге – от 1,8% до 2,8%, в сметане – от 2,6 до 3,1%, в кефире – от 3,8 до 5,1%, в йогуртах – около 3%.

Мальтоза (солодовый сахар).
Образуется при соединении двух молекул глюкозы. Содержится в таких продуктах как: солод, мед, пиво, патока, хлебобулочные и кондитерские изделия изготовленные с добавлением патоки.

Атлетам следует избегать приема глюкозы в чистом виде и продуктов богатых простыми сахарами в больших количествах, так как они запускают процесс образования жира.

Сложные углеводы.​


Сложные углеводы состоят в основном из повторяющихся звеньев соединений глюкозы. (полимеры глюкозы)

Полисахариды

Растительные полисахариды (крахмал).
Крахмал – основной из перевариваемых полисахаридов, он представляет собой сложную цепочку, состоящую из глюкозы. На его долю приходится до 80% потребляемых с пищей углеводов. Крахмал — это сложный или «медленный» углевод, поэтому он является предпочтительным источником энергии как при наборе массы, так и при похудении. В желудочно-кишечном тракте крахмал поддается гидролизу (разложение вещества под действием воды) расщепляется на декстрины (фрагменты крахмала), а в итоге на глюкозу и уже в таком виде усваивается организмом.
Источником крахмала служат растительные продукты, в основном злаковые: крупы, мука, хлеб, а также картофель. Больше всего крахмала содержат крупы: от 60% в гречневой крупе (ядрице) до 70% — в рисовой. Из злаков меньше всего крахмала содержится в овсяной крупе и продуктах ее переработки: толокне, овсяных хлопьях «Геркулес» — 49%. Макаронные изделия содержат от 62 до 68% крахмала, хлеб из ржаной муки в зависимости от сорта – от 33% до 49%, пшеничный хлеб и другие изделия из пшеничной муки – от 35 до 51% крахмала, мука – от 56 (ржаная) до 68% (пшеничная высшего сорта). Крахмала много и в бобовых продуктах – от 40% в чечевице до 44% в горохе. А так же можно отметить не малое содержание крахмала в картофеле (15-18%).

Животные полисахариды (гликоген).
Гликоген — состоит из сильно разветвленных цепочек молекул глюкозы. После приема пищи в кровь начинает поступать большое количество глюкозы и организм человека запасает излишки этой глюкозы в виде гликогена. Когда уровень глюкозы в крови начинает снижаться (например при выполнении физических упражнений), организм с помощью ферментов расщепляет гликоген, в результате чего уровень глюкозы остается в норме и органы (в том числе, мышцы во время тренировки) получают достаточное ее количество для производства энергии. Гликоген откладывается главным образом в печени и мышцах.Он в небольших количествах содержится в животных продуктах (в печени 2-10%, в мышечной ткани – 0,3-1%). Общий запас гликогена составляет 100-120 г. В бодибилдинге имеет значение только тот гликоген, который содержится в мышечной ткани.

Волокнистые

Пищевая клетчатка (неусваиваемые, волокнистые)
Пищевая клетчатка или пищевые волокна относится к питательным веществам, которые, подобно воде и минеральным солям, не обеспечивают организм энергией, но играет огромную роль в его жизнедеятельности. Пищевая клетчатка, которая содержится главным образом в растительных продуктах с низким или очень низким содержанием сахара. Обычно она объединяется с другими питательными веществами.

Виды клетчатки.​


Целлюлоза и Гемицеллюлоза
Целлюлоза присутствует в непросеянной пшеничной муке, отрубях, капусте, молодом горохе, зеленых и восковидных бобах, брокколи, брюссельской капусте, в огуречной кожуре, перцах, яблоках, моркови.
Гемицеллюлоза содержится в отрубях, злаковых, неочищенном зерне, свекле, брюссельской капусте, зеленых побегах горчицы.
Целлюлоза и гемицеллюлоза впитывают воду, облегчая деятельность толстой кишки. В сущности, они «придают объем» отходам и быстрее продвигают их по толстому кишечнику. Это не только предотвращает возникновение запоров, но и защищает от дивертикулеза, спазматического колита, геморроя, рака толстой кишки и варикозного расширения вен.

Лигнин
Данный тип клетчатки встречается в злаковых, употребляемых на завтрак, в отрубях, лежалых овощах (при хранении овощей содержание лигнина в них увеличивается, и они хуже усваиваются), а также в баклажанах, зеленых бобах, клубнике, горохе, редисе.
Лигнин уменьшает усваиваемость других волокон. Кроме того, он связывается с желчными кислотами, способствуя снижению уровня холестерина, и ускоряет прохождение пищи через кишечник.

Камеди и Пектин
Камеди содержится в овсяной каше и других продуктах из овса, в сушеных бобах.
Пектин присутствует в яблоках, цитрусовых, моркови, цветной и кочанной капусте, сушеном горохе, зеленых бобах, картофеле, землянике, клубнике, фруктовых напитках.
Камеди и пектин влияют на процессы всасывания в желудке и тонком кишечнике. Связываясь с желчными кислотами, они уменьшают всасывание жира и снижают уровень холестерина. Задерживают опорожнение желудка и, обволакивая кишечник, замедляют всасывание сахара после приема пищи, что полезно для диабетиков, так как снижает необходимую дозу инсулина.

Зная виды углеводов, и их функции, возникает следующий вопрос –

Какие углеводы и сколько употреблять в пищу?

В большинстве продуктов основным составляющим являются углеводы, поэтому с их получением из пищи ни каких проблем возникнуть не должно, поэтому в суточном рационе большинства людей основную часть составляют именно углеводы.
У углеводов, которые попадают в наш организм с пищей, существует три пути метаболизма:

1) Гликогенез (поступившая сложностаставная углеводная пища в наш желудочно-кишечный тракт расщепляется на глюкозу, а затем запасается в виде сложных углеводов – гликогена в клетках мышц и печени, и используется как резервный источник питания, когда концентрация глюкозы в крови низкая)
2) Глюконеогенез (процесс образования в печени и корковом веществе почек (около 10%) — глюкозы, из аминокислот, молочной кислоты, глицерина)
3) Гликолиз (расщепление глюкозы и других углеводов с выделением энергии)

Метаболизм углеводов в основном определяется наличием глюкозы в кровотоке, этого важного и универсального источника энергии в организме. Наличие же глюкозы в крови, зависит от последнего приема и питательного состава пищи. То есть если вы недавно позавтракали, то концентрация глюкозы в крови будет высокой, если продолжительное время воздерживаетесь от еды – низкой. Меньше глюкозы – меньше энергии в организме, это очевидно, вот почему на голодный желудок ощущается упадок сил. В то время, когда содержание глюкозы в кровотоке низкое, а это очень хорошо наблюдается в утренние часы, после продолжительного сна, в течении которого вы ни как не поддерживали уровень имеющейся глюкозы в крови порциями углеводной пищи, запускается подпитка организма в состоянии голодания с помощью гликолиза — 75%, и на 25% с помощью глюконеогенеза, то есть расщеплением сложных запасенных углеводов, а так же аминокислот, глицерина и молочной кислоты.
Так же, не мало важное значение в регулировании концентрации глюкозы в крови оказывает гормон поджелудочной железы – инсулин . Инсулин транспортный гормон, он разносит излишки глюкозы в клетки мышц и другие ткани организма, тем самым регулируя максимальный уровень глюкозы в крови. У людей склонных к полноте, которые не следят за своей диетой, излишки поступающих с пищей углеводов в организм инсулин преобразует в жир, в основном это характерно для быстрых углеводов.
Что бы выбрать правильные углеводы из всего разнообразия пищи используется такое понятие как – гликемический индекс .

Гликемический индекс – это скорость всасывания поступаемых с пищей углеводов в кровоток и инсулиновая реакция поджелудочной железы. Он показывает влияние продуктов на уровень сахара в крови. Этот индекс измеряется по шкале от 0 до 100, зависит от видов продуктов, разные углеводы по разному усваиваются, какие то быстро, и соответственно у них будет гликемический индекс высокий, какие то медленно, эталоном быстрого всасывания, является чистая глюкоза, у нее гликемический индекс равен 100.

ГИ продукта зависит от некоторых факторов:

— Вид углеводов (простые углеводы обладают высоким ГИ, сложные – низким)
— Количество клетчатки (чем ее больше в пище, тем ниже ГИ)
— Способ обработки продуктов (например при тепловой обработке повышается ГИ)
— Содержание жиров и белков (чем больше их в пище, тем ниже ГИ)

Существуют множество различных таблиц определяющих гликемический индекс продуктов, вот одна из них:

Таблица гликемических индексов продуктов позволяет вам принимать правильные решения, выбирая, какие продукты включить в ваш дневной рацион, а какие сознательно исключить.
Принцип простой: чем выше гликемический индекс, тем реже включайте такие продукты в ваш рацион. И наоборот, чем ниже гликемический индекс, тем чаще употребляйте в пищу такие продукты.

Однако быстрые углеводы нам тоже пригодятся в таких важных приемах пищи как:

— с утра (после продолжительного сна концентрация глюкозы в крови очень низкая, и ее необходимо восполнить как можно быстрее, что бы не дать организму получать необходимую энергию для жизнедеятельности с помощью аминокислот, путем разрушения мышечных волокон)
— и после тренировки (когда затраты энергии на интенсивный физический труд значительно снижают концентрацию глюкозы в крови, после тренировки идеальный вариант принимать быстрее углеводы, для максимально быстрого восполнения их и препятствию катаболизма)

Сколько употреблять углеводов?

В бодибилдинге и фитнесе углеводы должны составлять не меньше 50% от всех питательных веществ (естественно мы не рассматриваем «сушку» или похудение).
Существует масса причин для того, чтобы нагрузить себя большим количеством углеводов, в особенности если речь идет о цельных, необработанных продуктах. Однако в первую очередь вы должны понимать, что у способности организма накапливать их существует некий предел. Представьте себе бензобак: он может вместить в себя лишь определенное количество литров бензина. Если вы попробуете влить в него больше, лишний неизбежно прольется. Как только запасы углеводов преобразовались в необходимое количество гликогена, печень начинает перерабатывать их излишки в жир, который затем хранится под кожей и в других частях тела.
Объем мышечного гликогена, который вы можете хранить, зависит от степени вашей мышечной массы. Подобно тому, как одни бензобаки бывают больше других, отличаются и мышцы у разных людей. Чем вы мускулистее, тем большее количество гликогена может хранить ваш организм.
Чтобы убедиться в том, что вы получаете правильное количество углеводов — не больше положенного, — подсчитайте свое суточное их потребление по следующей формуле. Для наращивания мышечной массы в сутки вам следует принимать —

7г углеводов на килограмм собственного веса (умножьте свой вес в килограммах на 7).

Подняв уровень потребления углеводов до необходимого, вы должны добавить дополнительную силовую нагрузку. Обильное количество углеводов при занятиях бодибилдингом обеспечит вас большей энергией, позволяющей заниматься интенсивнее и дольше и достигать лучших результатов.
Рассчитать свой дневной рацион можно подробней изучив эту статью

Изучить строение, свойства и функции. Упражнения по пройденному материалу

Массовая доля углеводов в живой природе больше, чем других органических соединений. В клетках животных и грибов углеводы содержатся в незначительном количестве (около 1% сухой массы, в клетках печени и мышц — до 5%), тогда как в растительных клетках их содержание значительно больше (60 — 90%). Углеводы образуются преимущественно в результате фотосинтеза. Гетеротрофные организмы получают углеводы из пищи или синтезируют их из других органических соединений (жиров, аминокислот и т.д.).

Углеводы — это органические соединения, в которых соотношение углерода, кислорода в основном соответствует формуле (СН 2 О) n , где n = 3 и больше. Однако есть углеводы, в которых это соотношение несколько иное, а некоторые содержат атомы азота, фосфора или серы.

К углеводам относятся моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды — хорошо растворимые в вещества, имеют сладкий вкус. Рассмотрим строение моносахаридов на примере глюкозы. Ее молекулярная формула С 6 Н 12 0 6 .

Молекула глюкозы

Моносахариды классифицируют по количеству атомов углерода в их молекулах. Наиболее важными для живой природы является пентозы (соединения с пятью атомами углерода) и гексозы (соединения с шестью атомами углерода). Распространенными гексозами, кроме глюкозы, являются фруктоза и галактоза. Из пентоз распространены рибоза и дезоксирибоза, остатки которых входят в состав мономеров нуклеиновых кислот. Моносахариды способны сочетаться между собой с помощью -ОН- групп. При этом образуется между двумя остатками моносахаридов через атом кислорода (-O-).


Схема образования полисахаридов на примере целлюлозы (фрагмент молекулы)

Олигосахариды и полисахариды состоят из остатков моносахаридов. Олигосахариды — полимерные углеводы, в которых от 2 до 10 моносахаридных звеньев соединены ковалентными связями. Например, дисахариды образованы двумя остатками моносахаридов. В природе распространены такие дисахариды: обычный пищевой сахар — сахароза (состоит из остатков глюкозы и фруктозы) и молочный сахар — лактоза (состоит из остатков глюкозы и галактозы).

В результате взаимодействия моносахаридов могут формироваться цепочки в сотни и тысячи остатков — полисахариды. Эти соединения плохо растворимые в воде и не имеют сладкого вкуса. В природе распространены полисахариды, образованные из остатков глюкозы, это целлюлоза, гликоген и крахмал. Другой распространенный в природе полисахарид — хитин состоит из азотсодержащих производных глюкозы.

Функции углеводов достаточно разнообразны. Энергетическая функция обусловлена ​​тем, что в результате полного расщепления 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Часть этой энергии обеспечивает функционирование организма, а часть выделяется в виде теплоты. Наибольшее количество энергии высвобождается в результате окисления углеводов кислородом, однако расщепление углеводов с выделением энергии может происходить и в других случаях. Это важно для организмов, которые существуют в условиях недостатка или отсутствия кислорода.

Полисахариды могут накапливаться в клетках, то есть выполнять резервную функцию. В клетках животных и грибов накапливается гликоген, в клетках растений — крахмал. Строительная (структурная) функция углеводов заключается в том, что полисахариды входят в состав определенных структур. Так, хитин формирует внешний скелет членистоногих и содержится в клеточной стенке грибов, а целлюлоза — в клеточной стенке растений. Углеводы, связанные с и липидами, располагаются снаружи плазматической мембраны животной клетки и клеточной стенки бактерий. Особые соединения углеводов с белками (мукополисахариды) выполняют в организмах позвоночных животных и человека функцию смазки — они входят в состав жидкости, смазывает поверхности суставов.

Цепи полисахаридов могут линейно располагаться в пространстве или разветвляться, что связано с их функциями. Цепи полисахаридов, которые входят в состав структур клетки или организма, соединяются многочисленными связями между собой, что обеспечивает прочность и химическую стойкость этих веществ. Однако большинство полисахаридов являются резервными веществами животных и растительных клеток, имеют многочисленные разветвленные цепи, вследствие чего в клетке эти молекулы быстро расщепляются до глюкозы во многих точках одновременно.

Строение, свойства и биологическая роль липидов

В состав каждой клетки организма входят липиды. Липиды — это производные жирных кислот и многоатомных спиртов или альдегидов. Жирными кислотами являются органические кислоты с цепью от четырех и более (до 24) атомов углерода, обычно это неразветвленная цепь. Некоторые липиды имеют несколько другое строение, но также плохо растворяются в воде.

Липиды гидрофобные, но хорошо растворяются в неполярных растворителях: бензоле, хлороформе, ацетоне.

Большую группу липидов составляют жиры. Жиры — эфиры трехатомных спирта глицерина и трех остатков неразветвленных жирных кислот. Одна из важнейших функций жиров — энергетическая. В случае полного расщепления 1 г жиров выделяется 38,9 кДж энергии — вдвое больше, чем за полного расщепления аналогичного количества углеводов или белков. Резервная функция заключается в том, что жиры содержатся в цитоплазме клеток в виде включений — в клетках жировой , семенах подсолнечника и др. Запасы жиров могут использоваться организмами как резервные питательные вещества и как источник метаболической воды (при окислении 1 г жиров образуется около 1,1 мл воды).

Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке животных, жиры защищают организм от действия резких изменений температуры, выполняя теплоизоляционную функцию. Эта функция жиров обусловлена ​​их низкой теплопроводностью. Запасы жиров в организме могут выполнять и защитную функцию. В частности, они защищают внутренние органы от механических повреждений.

Подобными жирам по строению соединениями являются воски, слой которых покрывает листья и плоды наземных растений, поверхность хитинового скелета многих членистоногих, предотвращая избыточное испарение воды с поверхности тела.

Отдельную группу липидов образуют стероиды. Важнейшим стероидом организма животных является холестерин — составляющая клеточных мембран, а также предшественник для синтеза витамина D, гормонов надпочечников и половых желез.

Среди липидов есть соединения, образованные в результате взаимодействия молекул простых липидов с другими веществами. К ним относятся липопротеиды (соединения липидов и белков), гликолипиды (липидов и углеводов), фосфолипиды (содержащие остатки ортофосфорная кислота)

В состав клеток входит множество органических соединений: углеводы, белки, липиды, нуклеиновые кислоты и другие соединения, которых нет в неживой природе. Органическими веществами называют химические соединения, в состав которых входят атомы углерода.

Атомы углерода способны вступать друг с другом в прочную ковалентную связь, образуя множество разнообразных цепочечных или кольцевых молекул.

Самыми простыми углеродсодержащими соединениями являются углеводороды — соединения, которые содержат только углерод и водород. Однако в большинстве органических, т. е. углеродных, соединений содержатся и другие элементы (кислород, азот, фосфор, сера).

Биологические полимеры (биополимеры). Биологические полимеры — это органические соединения, входящие в состав клеток живых организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Полимер (от греч. «поли» — много) — многозвеньевая цепь, в которой звеном является какое-либо относительно простое вещество — мономер. Мономеры, соединяясь между собой, образуют цепи, состоящие из тысяч мономеров. Если обозначить тип мономера определенной буквой, например А, то полимер можно изобразить в виде очень длинного сочетания мономерных звеньев: А—А—А—А—…—А. Это, например, известные вам органические вещества: крахмал, гликоген, целлюлоза и др. Биополимерами являются белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды.

Свойства биополимеров зависят от строения их молекул: от числа и разнообразия мономерных звеньев, образующих полимер.

Если соединить вместе два типа мономеров А и Б, то можно получить очень большой набор разнообразных полимеров. Строение и свойства таких полимеров будут зависеть от числа, соотношения и порядка чередования, т. е. положения мономеров в цепях. Полимер, в молекуле которого группа мономеров периодически повторяется, называют регулярным. Таковы, например, схематически изображенные полимеры с закономерным чередованием мономеров:

А Б А Б А Б А Б…

А А Б Б А А Б Б…

А Б Б А Б Б А Б Б А Б Б…

Однако значительно больше можно получить вариантов полимеров, в которых нет видимой закономерности в повторяемости мономеров. Такие полимеры называют нерегулярными. Схематически их можно изобразить так:

ААБАБББАААББАБББББААБ…

Допустим, что каждый из мономеров определяет какое-либо свойство полимера. Например, мономер А определяет высокую прочность, а мономер Б — электропроводность. Сочетая эти два мономера в разных соотношениях и по-разному чередуя их, можно получить огромное число полимерных материалов с разными свойствами. Если же взять не два типа мономеров (А и Б), а больше, то и число вариантов полимерных цепей значительно возрастет.

Оказалось, что сочетание и перестановка нескольких типов мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивает построение множества вариантов и определяет различные свойства биополимеров, входящих в состав всех организмов. Этот принцип лежит в основе многообразия жизни на нашей планете.

Углеводы и их строение. В составе клеток всех живых организмов широкое распространение имеют углеводы. Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название — углеводы). Общая формула таких углеводов С n (Н 2 0) m . Примером может служить один из самых распространенных углеводов — глюкоза, элементный состав которой С 6 Н 12 0 6 (рис. 2). Глюкоза является простым сахаром. Несколько остатков простых сахаров соединяются между собой и образуют сложные сахара. В составе молока находится молочный сахар, который состоит из остатков молекул двух простых сахаров (дисахарид). Молочный сахар — основной источник энергии для детенышей всех млекопитающих.

Тысячи остатков молекул одинаковых сахаров, соединяясь между собой, образуют биополимеры — полисахариды. В составе живых организмов имеется много разнообразных полисахаридов: у растений это крахмал (рис. 3), у животных — гликоген, тоже состоящий из тысяч молекул глюкозы, но еще более ветвистый. Крахмал и гликоген играют роль как бы аккумуляторов энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток организма. Очень богаты крахмалом картофель, зерна пшеницы, ржи, кукурузы и др.

Функции углеводов. Важнейшая функция углеводов — энергетическая. Углеводы служат основным источником энергии для организмов, питающихся органическими веществами. В пищеварительном тракте человека и животных полисахарид крахмал расщепляется особыми белками (ферментами) до мономерных звеньев — глюкозы. Глюкоза, всасываясь из кишечника в кровь, окисляется в клетках до углекислого газа и воды с освобождением энергии химических связей, а избыток ее запасается в клетках печени и мышц в виде гликогена. В периоды интенсивной мышечной работы или нервного напряжения (либо при голодании) в мышцах и печени животных расщепление гликогена усиливается. При этом образуется глюкоза, которая потребляется интенсивно работающими мышечными и нервными клетками.

Таким образом, биополимеры полисахариды — это вещества, в которых запасается используемая клетками энергия растительных и животных организмов.

В растениях в результате полимеризации глюкозы образуется не только крахмал, но и целлюлоза. Из целлюлозных волокон строится прочная основа клеточных стенок растений. Благодаря особому строению целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. По этой причине целлюлозу используют и для изготовления тканей. Ведь хлопок почти чистая целлюлоза. В кишечнике человека и большинства животных нет ферментов, способных расщеплять связи между молекулами глюкозы, входящими в состав целлюлозы. У жвачных животных целлюлозу расщепляют ферменты бактерий, постоянно обитающих в специальном отделе желудка.

Известны также сложные полисахариды, состоящие из двух типов простых сахаров, которые регулярно чередуются в длинных цепях. Такие полисахариды выполняют структурные функции в опорных тканях животных. Они входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им прочность и эластичность. Таким образом, важной функцией углеводных биополимеров является структурная функция.

Имеются полимеры сахаров, которые входят в состав клеточных мембран; они обеспечивают взаимодействие клеток одного типа, узнавание клетками друг друга. Если разделенные клетки печени смешать с клетками почек, то они самостоятельно разойдутся в две группы благодаря взаимодействию однотипных клеток: клетки почек соединятся в одну группу, а клетки печени — в другую. Утрата способности узнавать друг друга характерна для клеток злокачественных опухолей. Выяснение механизмов узнавания и взаимодействия клеток может иметь важное значение, в частности для разработки средств лечения рака.

Липиды. Липиды разнообразны по структуре. Всем им присуще, однако, одно общее свойство: все они неполярны. Поэтому они растворяются в таких неполярных жидкостях, как хлороформ, эфир, но практически нерастворимы в воде. К липидам относятся жиры и жироподобные вещества. В клетке при окислении жиров образуется большое количество энергии, которая расходуется на различные процессы. В этом заключается энергетическая функция жиров.

Жиры могут накапливаться в клетках и служить запасным питательным веществом. У некоторых животных (например, у китов, ластоногих) под кожей откладывается толстый слой подкожного жира, который благодаря низкой теплопроводности защищает их от переохлаждения, т. е. выполняет защитную функцию.

Некоторые липиды являются гормонами и принимают участие в регуляции физиологических функций организма. Липиды, содержащие остаток фосфорной кислоты (фосфолипиды), служат важнейшей составной частью клеточных мембран, т. е. они выполняют структурную функцию.

Выберите рубрику Биология Тесты по биологии Биология. Вопрос — ответ. Для подготовки к ЕНТ Учебно-методическое пособие по биологии 2008 г Учебная литература по биологии Биология-репетитор Биология. Справочные материалы Анатомия, физиология и гигиена человека Ботаника Зоология Общая биология Вымершие животные Казахстана Жизненные ресурсы человечества Действительные причины голода и нищеты на Земле и возможности их устранения Пищевые ресурсы Ресурсы энергии Книга для чтения по ботанике Книга для чтения по зоологии Птицы Казахстана. Том I География Тесты по географии Вопросы и ответы по географии Казахстана Тестовые задания, ответы по географии для поступающих в ВУЗы Тесты по географии Казахстана 2005 Информация История Казахстана Тесты по Истории Казахстана 3700 тестов по истории Казахстана Вопросы и ответы по истории Казахстана Тесты по истории Казахстана 2004 Тесты по истории Казахстана 2005 Тесты по истории Казахстана 2006 Тесты по истории Казахстана 2007 Учебники по истории Казахстана Вопросы историографии Казахстана Вопросы социально-экономического развития Советского Казахстана Ислам на территории Казахстана. Историография советского Казахстана (очерк) История Казахстана. Учебник для студентов и школьников. ВЕЛИКИЙ ШЕЛКОВЫЙ ПУТЬ НА ТЕРРИТОРИИ КАЗАХСТАНА И ДУХОВНАЯ КУЛЬТУРА В VI-XII вв. Древние государства на территории Казахстана: Уйсуны, Канглы, Хунну Казахстан в древности Казахстан в эпоху средневековья (XIII — 1 пол. XV вв.) Казахстан в составе Золотой Орды Казахстан в эпоху монгольского владычества Племенные союзы Саков и Сарматов Раннесредневековый Казахстан (VI-XII вв.) Средневековые государства на территории Казахстана в XIV-XV вв ХОЗЯЙСТВО И ГОРОДСКАЯ КУЛЬТУРА РАННЕСРЕДНЕВЕКОВОГО КАЗАХСТАНА (VI-XII вв.) Экономика и культура средневековых государств Казахстана XIII-XV вв. КНИГА ДЛЯ ЧТЕНИЯ ПО ИСТОРИИ ДРЕВНЕГО МИРА Религиозные верования. Распространение ислама Хунну: археология, происхождение культуры, этническая история Хуннский некрополь Шомбуузийн Бэльчээр в горах монгольского Алтая Школьный курс истории Казахстана Августовский переворот 19-21 августа 1991 года ИНДУСТРИАЛИЗАЦИЯ Казахско-китайские отношения в XIX веке Казахстан в годы застоя (60-80-е годы) КАЗАХСТАН В ГОДЫ ИНОСТРАННОЙ ИНТЕРВЕНЦИИ И ГРАЖДАНСКОЙ ВОЙНЫ (1918-1920 ГГ.) Казахстан в годы перестройки Казахстан в новое время КАЗАХСТАН В ПЕРИОД ГРАЖДАНСКОГО ПРОТИВОСТОЯНИЯ НАЦИОНАЛЬНО-ОСВОБОДИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ 1916 ГОДА КАЗАХСТАН В ПЕРИОД ФЕВРАЛЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОКТЯБРЬСКОГО ПЕРЕВОРОТА 1917 г. КАЗАХСТАН В СОСТАВЕ СССР Казахстан во второй половине 40-х — середине 60-х годов. Общественно-политическая жизнь КАЗАХСТАНЦЫ В ВЕЛИКОЙ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ВОЙНЕ Каменный век Палеолит (древнекаменный век) 2,5 млн.-12 тыс. до н.э. КОЛЛЕКТИВИЗАЦИЯ МЕЖДУНАРОДНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ НЕЗАВИСИМОГО КАЗАХСТАНА Национально-освободительные восстания Казахского народа в ХVIII-ХIХ вв. НЕЗАВИСИМЫЙ КАЗАХСТАН ОБЩЕСТВЕННО-ПОЛИТИЧЕСКАЯ ЖИЗНЬ В 30-е ГОДЫ. НАРАЩИВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ МОЩИ КАЗАХСТАНА. Общественно-политическое развитие независимого Казахстана Племенные союзы и ранние государства на территории Казахстана Провозглашение суверенитета Казахстана Регионы Казахстана в раннем железном веке Реформы управления Казахстаном СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В ХIХ-НАЧАЛЕ XX ВЕКА Средние века ГОСУДАРСТВА В ПЕРИОД РАСЦВЕТА СРЕДНЕВЕКОВЬЯ (Х-ХIII вв.) Казахстан в XIII-первой половине XV веков Раннесредневековые государства (VI-IX вв.) Укрепление Казахского ханства в XVI-XVII веках ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ: УСТАНОВЛЕНИЕ РЫНОЧНЫХ ОТНОШЕНИЙ История России ИСТОРИЯ ОТЕЧЕСТВА XX ВЕК 1917 ГОД НОВАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПОЛИТИКА ОТТЕПЕЛЬ ПЕРВАЯ РУССКАЯ РЕВОЛЮЦИЯ (1905-1907) ПЕРЕСТРОЙКА ПОБЕДИВШАЯ ДЕРЖАВА (1945-1953) РОССИЙСКАЯ ИМПЕРИЯ В МИРОВОЙ ПОЛИТИКЕ. ПЕРВАЯ МИРОВАЯ ВОЙНА РОССИЯ В НАЧАЛЕ XX ВЕКА Политические партии и общественные движения в начале XX века. РОССИЯ МЕЖДУ РЕВОЛЮЦИЕЙ И ВОЙНОЙ (1907-1914) СОЗДАНИЕ В СССР ТОТАЛИТАРНОГО ГОСУДАРСТВА (1928-1939) Обществознание Различные материалы по учебе Русский язык Тесты по русскому языку Вопросы и ответы по русскому языку Учебники по русскому языку Правила русского языка

Углеводы представляют собой сложные органические соединения, в их состав входят атомы углерода, кислорода и водорода.

Различают простые и сложные углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами. Сложные углеводы представляют собой полимеры, в которых моносахариды играют роль мономеров. Из двух моносахаридов образуется дисахарид, из трех — трисахарид, из многих — полисахарид.

Все моносахариды — бесцветные вещества, хорошо растворимые в воде. Почти все они обладают приятным сладким вкусом. Самые распространенные моносахариды — глюкоза, фруктоза, рибоза и дезоксирибоза. Сладкий вкус фруктов и ягод, а также меда зависит от содержания в них глюкозы и фруктозы. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот и АТФ .

Ди- и трисахариды, подобно моносахаридам, хорошо растворяются в воде, обладают сладким вкусом. С увеличением числа мономерных звеньев растворимость полисахаридов уменьшается, сладкий вкус исчезает.

Из дисахаридов важны свекловичный (или тростниковый) и молочный сахар, из полисахаридов широко распространены крахмал (у растений), гликоген (у животных), клетчатка (целлюлоза). Древесина — почти чистая целлюлоза. Мономерами этих полисахаридов является глюкоза.

Биологическая роль углеводов.

Углеводы играют роль источника энергии, необходимой для осуществления клеткой различных форм активности. Для деятельности клетки — движения, секреции, биосинтеза, свечения и т. д. — необходима энергия. Сложные по структуре, богатые энергией, углеводы подвергаются в клетке глубокому расщеплению и в результате превращаются в простые, бедные энергией соединения — оксид углерода (IV) и воду (СО 2 и Н 2 О). В ходе этого процесса освобождается энергия. При расщеплении 1 г углевода освобождается 17,6 кДж.

Кроме энергетической, углеводы выполняют и строительную функцию. Например, из целлюлозы состоят стенки растительных клеток.

Липиды.

Липиды представляют собой органические вещества, нерастворимые в воде, но растворимые в бензине, эфире, ацетоне.

Из липидов самые распространенные и известные — жиры. Содержание жира в клетках обычно невелико: 5-10% (от сухого вещества). Существуют, однако, клетки, в которых около 90% жира. У животных такие клетки находятся под кожей, в грудных железах, сальнике. Жир содержится в молоке всех млекопитающих. У некоторых растений большое количество жира сосредоточено в семенах и плодах, например у подсолнечника, конопли, грецкого ореха.

Кроме жиров в клетках присутствуют и другие липиды, например лецитин, холестерин. К липидам относятся некоторые витамины (А, D) и гормоны (например, половые).

Биологическое значение липидов велико и многообразно. Отметим прежде всего их строительную функцию. Липиды гидрофобны. Тончайший слой этих веществ входит в состав клеточных мембран. Велико значение самого распространенного из липидов — жира — как источника энергии. Жиры способны окисляться в клетке до оксида углерода (IV) и воды. В ходе расщепления жира освобождается в два раза больше энергии, чем при расщеплении углеводов. Животные и растения откладывают жир в запас и расходуют его в процессе жизнедеятельности. Высокое содержание жира в семенах необходимо для обеспечения энергией проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию.

Необходимо отметить далее значение жира как источника воды. Из 1 кг жира при его окислении образуется почти 1,1 кг воды. Это объясняет, каким образом некоторые животные способны обходиться довольно значительное время без воды. Верблюды, например, совершающие переход через безводную пустыню, могут не пить в течение 10 — 12 дней. Медведи, сурки и другие животные в спячке не пьют более двух месяцев. Необходимую для жизнедеятельности воду эти животные получают в результате окисления жира. Кроме структурной и энергетической функций, липиды выполняют защитные функции; жир обладает низкой теплопроводностью. Он откладывается под кожей, образуя у некоторых животных значительные скопления. Так, у кита толщина подкожного слоя жира достигает 1 м, что позволяет этому животному жить в холодной воде полярных морей.

Главная > Лекция

Лекция 3. Углеводы, липиды Углеводы. Углеводы, или сахариды – органические вещества, в состав которых входят углерод, кислород, водород. Химический состав углеводов характеризуется их общей формулой С m (Н 2 О) n , где m ≥ n. Углеводы составляют около 1% массы животных клетках, а в клетках печени и мышц – до 5%. Наиболее богаты углеводами растительные клетки (до 90%). Количество атомов водорода в молекулах углеводов, как правило, в два раза больше количества атомов кислорода (то есть как в молекуле воды). Отсюда и название – углеводы. Различают две группы углеводов: простые и сложные.Простые углеводы. Простые углеводы называют моносахаридами , так как они не гидролизуются при переваривании, в отличии от сложных, которые при гидролизе распадаются с образованием моносахаридов. Общая формула простых сахаров – (СН 2 О) n , где n ≥ 3.В зависимости от числа атомов углерода в молекуле моносахаридов различают: триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С), гептозы (7С). В природе наиболее широко распространены пентозы и гексозы. В

Рис. . Пентозы:

1 — рибоза; 2 — дезоксирибоза.

Ажнейшие моносахариды: из пентоз – рибоза (С 5 Н 10 О 5) и дезоксирибоза (С 5 Н 10 О 4), входящие в состав нуклеотидов ДНК, РНК и АТФ. Дезоксирибоза отличается от рибозы тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу как у рибозы. И

Рис. . Линейная и циклическая структура молекулы глюкозы.

З гексоз наиболее распространены глюкоза, фруктоза и галактоза (общая формула С 6 Н 12 О 6). Глюкоза (виноградный сахар) – это первичный источник энергии для клеток. Входит в состав сложных углеводов. Обязательный компонент крови. Снижение ее количества приводит к немедленному нарушению жизнедеятельности нервных и мышечных клеток. Находясь в клетках, регулирует осмотическое давление. Фруктоза в свободном виде встречается в плодах. Особенно много ее в меде, фруктах. Значительно слаще глюкозы и других сахаров. Входит в состав олиго- и полисахаридов, участвует в поддержании тургора растительных клеток. Галактоза – также пространственный изомер глюкозы. Вместе с глюкозой образуют важнейший дисахарид молока – лактозу , называемую молочным сахаром . Легко превращается в глюкозу. М

Рис. . Изомеры глюкозы:

1 — -изомер; 2 — -изомер.

Олекулы моносахаридов могут иметь вид прямолинейных цепочек или циклических структур (рис.). Для пентоз и гексоз – наиболее характерна именно циклическая структура, линейные молекулы встречаются очень редко. Молекулы дисахаридов и полисахаридов также образованы циклическими формами моносахаридов. Моносахариды могут быть представлены в форме - и -изомеров (рис.). Гидроксильная группа при первом атоме углерода может располагаться как под плоскостью цикла (-изомер), так и над ней (-изомер), -изомеры образуют молекулы крахмала и гликогена, -изомеры – целлюлозы.Свойства моносахаридов: низкая молекулярная масса, сладкий вкус, легко растворяются в воде, кристаллизуются, относятся к редуцирующим (восстанавливающим) сахарам.Сложные углеводы. Сложными называют углеводы, молекулы которых при гидролизе распадаются с образованием моносахаридов. Их состав выражается общей формулой Сm(H 2 O)n, где m>n. Сложные углеводы делятся на олигосахариды и полисахариды .О

Рис. . Образование дисахарида.

Лигосахариды. Олигосахаридами называют сложные углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. В зависимости от количества остатков моносахаридов, входящих в молекулы олигосахаридов, различают дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и т.д. Наиболее широко распространены в природе дисахариды. Дисахариды – олигосахариды, молекулы которых образованы двумя остатками моносахаридов. Дисахариды образуются в результате конденсации двух моносахаридов (чаще всего гексоз) (рис.). Связь, возникающую между двумя моносахаридами, называют гликозидной . Обычно она образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц – 1,4-гликозидная связь . Важнейшие дисахариды – мальтоза, лактоза, сахароза. Мальтоза (солодовый сахар) состоит из двух остатков -глюкозы. Дисахарид хорошо растворим в воде. Образуется в результате реакции конденсации двух молекул -глюкозы или ферментом мальтаза при гидролизе крахмала.Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) состоит из остатков -глюкозы и фруктозы. Легко растворим в воде. Широко распространен в растениях. Углеводы, образовавшиеся в процессе фотосинтеза, в виде сахарозы оттекают из листьев . Сахароза легко превращается в крахмал и гликоген. Играет огромную роль в питании животных и человека. В основном сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Рис. . Важнейшие дисахариды


Лактоза (молочный сахар) образована остатками галактозы и -глюкозы . Плохо растворим в воде. Входит в состав молока. Является источником энергии для детенышей млекопитающих. В свободном виде обнаружен у некоторых растений. Используется в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред.Свойства олигосахаридов: сравнительно невысокая (несколько сотен) молекулярная масса, хорошая растворимость в воде, легко кристаллизуются, обладают, как правило, сладким вкусом, могут быть как редуцирующими, так и нередуцирующими.Полисахариды. Высокомолекулярные органические вещества, биополимеры, мономерами которых являются простые углеводы. Чаще всего мономером полисахаридов является глюкоза, иногда галактоза и другие сахара. Как правило, в состав полисахаридов входит несколько сотен мономерных единиц. П

Рис.267. Образование разветвленного полисахарида.

Олисахариды образуются в результате реакции поликонденсации (рис.). Если в молекуле полисахарида присутствуют только 1,4-гликозидные связи, то образуется линейный, неразветвленный полимер (целлюлоза). Если присутствуют как 1,4, так и 1,6-гликозидные связи, полимер будет разветвленным (гликоген).1,6-гликозидная связь образуется между остатками моносахаридов, входящих в состав разных линейных цепей. Наиболее важные полисахариды – крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, муреин.Крахмал – основной резервный углевод растений. Общая формула (С 6 Н 10 О 5) n , где n- количество остатков -глюкозы. Нерастворим в холодной воде. В горячей воде образует раствор, по свойствам напоминающий коллоидный (крахмальный клейстер). Молекула крахмала примерно на 20% состоит из амилозы и на 80% из амилопектина . Линейные цепи амилозы состоят из нескольких тысяч остатков глюкозы и способны спирально свертываться, принимая более компактную форму. Амилопектин интенсивно ветвится, и за счет этого обеспечивается его компактность.

Гликоген . Основной резервный углевод животных и человека. Обнаружен также в грибах, дрожжах и зернах кукурузы. Содержится главным образом в печени (20%) и мышцах (4%). Служит источником глюкозы. Молекула сходна с молекулой амилопектина, но сильнее ветвится. Гликоген сравнительно хорошо растворим в горячей воде.Целлюлоза (клетчатка). Основной структурный углевод клеточных стенок растений. Один из самых распространенных природных полимеров: в ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы. Целлюлоза нерастворима в воде, лишь набухает в ней. Является линейным полимером -глюкозы. В отличие от крахмала, остатки глюкозы соединены в молекуле целлюлозы -гликозидными связями, что исключает ее расщепление пищеварительными соками человека, так как у человека отсутствуют ферменты, способные разрывать -гликозидные связи целлюлозы.Хитин – полисахарид, полимер аминопроизводного -глюкозы, выполняет защитную и структурную функции в клеточных стенках некоторых животных и грибов.Муреин – полисахарид, состоящий из сети полисахаридных цепей, соединенных многочисленными пептидными цепями. Образует муреиновый каркас бактериальной стенки.Свойства полисахаридов. Имеют большую молекулярную массу (обычно сотни тысяч), не дают ясно оформленных кристаллов, либо нерастворимы в воде, либо образуют растворы, напоминающие по свойствам коллоидные, сладкий вкус не характерен, относятся к нередуцирующим углеводам.Функции углеводов. Энергетическая – одна из основных функций углеводов. Углеводы (глюкоза) – основные источники энергии в животном организме. Обеспечивают до 67% суточного энергопотребления (не менее 50%). При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж, вода и углекислый газ.Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы, легко высвобождая ее по мере необходимости.Опорно-строительная. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образован панцирь членистоногих, муреин образует клеточную стенку бактерий). Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов.Рецепторная . Олигосахаридные фрагменты гликопротеинов и гликолипидов клеточных стенок выполняют рецепторную функцию, воспринимая сигналы, поступающие из внешней среды.Защитная. Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеинами). Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов.Липиды. Липиды – сборная группа органических соединений, не имеющих единой химической характеристики. Их объединяет то, что все они нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях (эфире, хлороформе, бензине). Липиды содержатся во всех клетках животных и растений. Содержание липидов в клетках составляет до 5%, но в жировой ткани может иногда достигать 90%.Различают простые и сложные липиды. Простые липиды, представляют собой двухкомпонентные вещества, являющиеся сложными эфирами высших жирных кислот и какого-либо спирта, чаще – глицерина. Сложные липиды состоят имеют многокомпонентные молекулы.Из простых липидов рассмотрим жиры и воска. Жиры широко распространены в природе. Жиры – это сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта – глицерина. В химии эту группу органических соединений принято называть триглицеридами, так как все три гидроксильные группы глицерина связаны с жирными кислотами. В составе триглицеридов обнаружено более 500 жирных кислот, молекулы которых имеют сходное строение. Как и аминокислоты, жирные кислоты имеют одинаковую для всех кислот группировку – гидрофильную карбоксильную группу (–СООН) и гидрофобный радикал, которым они отличаются друг от друга. Поэтому общая формула жирных кислот имеет вид R-CООН. Радикал представляет собой углеводородный хвост, отличающийся у разных жирных кислот количеством группировок –СН 2 . Б

Рис. . Образование молекулы триглицерида.

Ольшая часть жирных кислот содержит в «хвосте» четное число атомов углерода, от 14 до 22 (чаще всего 16 или 18). Кроме того, углеводородный хвост может содержать различное количество двойных связей. По наличию или отсутствию двойных связей в углеводородном хвосте различают насыщенные жирные кислоты , не содержащие в углеводородном хвосте двойных связей и ненасыщенные жирные кислоты, имеющие двойные связи между атомами углерода (-СН=СН-).Если в триглицеридах преобладают насыщенные жирные кислоты, то они твердые при комнатной температуре (жиры), если ненасыщенные – жидкие (масла). Плотность жиров ниже, чем у воды, поэтому в воде они всплывают и находятся на поверхности.Воска – группа простых липидов, представляющих собой сложные эфиры высших жирных кислот и высших высокомолекулярных спиртов. Встречаются как в животном, так и в растительном царстве, где выполняют главным образом защитные функции. У растений они, например, покрывают тонким слоем листья, стебли и плоды, предохраняя их от смачивания водой и проникновения микроорганизмов. От качества воскового покрытия зависят сроки хранения фруктов. Под покровом пчелиного воска хранится мед и развиваются личинки. К сложным липидам относятся фосфолипиды, г

Рис. 269. Фосфолипидная молекула

Ликолипиды, липопротеины, стероиды, стероидные гормоны, витамины А,D,E,K. Ф

Рис. . Бислой фосфолипидов
образующий мембрану

Осфолипиды – сложные эфиры многоатомных спиртов с высшими жирными кислотами, содержащие остаток фосфорной кислоты (рис.). Иногда с ней могут быть связаны добавочные группировки (азотистые основания, аминокислоты). Как правило, в молекуле фосфолипидов имеется два остатка высших жирных и один остаток фосфорной кислоты. Фосфолипиды присутствуют во всех клетках живых существ, участвуя главным образом в формировании фосфолипидного бислоя клеточных мембран – остатки фосфорной кислоты гидрофильны и всегда направлены к внешней и внутренней поверхности мембраны, а гидрофобные хвосты направлены друг к другу внутри мембраны.Гликолипиды – это углеводные производные липидов. В состав их молекул наряду с многоатомным спиртом и высшими жирными кислотами входят также углеводы. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности.Липопротеины – липидные молекулы, связанные с белками. Их очень много в мембранах, белки могут пронизывать мембрану насквозь, находится под- или над мембраной, могут быт погружены в липидный бислой на различную глубину.Липоиды – жироподобные вещества. К ним относятся стероиды (широко распространенный в животных тканях холестерин и его производные – гормоны коры надпочечников – минералокортикоиды, глюкокортикоиды, эстрадиол и тестостерон – соответственно женский и мужской половые гормоны). К липоидам относятся терпены (эфирные масла, от которых зависит запах растений), гиббереллины (ростовые вещества растений), некоторые пигменты (хлорофилл, билирубин), жирорастворимые витамины (А, D, E, K).Функции липидов.

Примеры и пояснения

Энергетическая

Основная функция триглицеридов. При расщеплении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж

Структурная

Фосфолипиды, гликолипиды и липопротеины принимают участие в образовании клеточных мембран.

Запасающая

Жиры и масла являются резервным пищевым веществом у животных и растений. Важно для животных, впадающих в холодное время года в спячку или совершающих длительные переходы через местность, где нет источников питания

Масла семян растений необходимы для обеспечения энергией проростка.

Защитная

Прослойки жира и жировые капсулы обеспечивают амортизацию внутренних органов.

Слои воска используются в качестве водоотталкивающего покрытия у растений и животных.

Теплоизоляционная

Подкожная жировая клетчатка препятствует оттоку тепла в окружающее пространство. Важно для водных млекопитающих или млекопитающих, обитающих в холодном климате.

Регуляторная

Гиббереллины регулируют рост растений.

Половой гормон тестостерон отвечает за развитие мужских вторичных половых признаков.

Половой гормон эстроген отвечает за развитие женских вторичных половых признаков, регулирует менструальный цикл.

Минералокортикоиды (альдостерон и др.) контролируют водно-солевой обмен.

Глюкокортикоиды (кортизол и др.) принимают участие в регуляции углеводного и белкового обменов.

Источник метаболической воды

При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 кг воды. Важно для обитателей пустынь.

Каталитическая

Жирорастворимые витамины A, D, E, K являются кофакторами ферментов, т. е., сами по себе эти витамины не обладают каталитической активностью, но без них ферменты не могут выполнять свои функции.

Ключевые термины и понятия 1. Простые углеводы. 2. Сложные углеводы. 2. Олигосахариды. 3. Полисахариды. 4. Виноградный сахар. 5. Солодовый сахар 6. Свекловичный сахар. 7. Молочный сахар. 8. Крахмал, гликоген, клетчатка. 9. Хитин, муреин. 10. Липиды. 11. Жиры. 12. Фосфолипиды. 13. Стероиды.Основные вопросы для повторенияЛекции

Необходимость разработки материалов по питанию для школьников продиктована удручающими данными о состоянии здоровья современных школьников, отсутствием культуры питания как составляющей здорового образа жизни.

Что такое углеводы: структура, функции и продукты питания

Простое определение углеводов: углеводы состоят из сахаров и служат основным источником энергии для организма.

Кредит изображения: fcafotodigital / E + / GettyImages

Углеводы — это один из трех макроэлементов, наряду с белком и жиром, которые вам необходимы в довольно больших количествах для поддержания вашей жизни и важных функций организма.

Они обеспечивают наиболее желаемую форму энергии для вашего тела в виде глюкозы и содержат 4 калории на грамм.Когда вы едите углеводы, ваше тело расщепляет их на глюкозу, которая попадает в ваш кровоток и обеспечивает энергией ваши клетки. Ежедневное употребление достаточного количества углеводов гарантирует, что ваше тело будет иметь доступ к достаточному количеству глюкозы для правильного функционирования.

Диетологи и представители общественного здравоохранения по-прежнему рекомендуют получать большую часть калорий из этого питательного вещества, поэтому важно научиться определять высококачественные и полезные углеводы.

Основная структура углеводов

Углеводы — это простой сахар.По данным Университета штата Орегон, углеводы состоят из элементов углерода, водорода и кислорода, обычно в два раза больше водорода, чем углерод и кислород (это основная характеристика углеводов).

В своей простейшей форме углевод представляет собой цепь молекул сахара, называемых моносахаридами. Когда эти простые сахара объединяются, вы получаете дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Углеводы делятся на две основные категории: простые углеводы и сложные углеводы.Простые углеводы — это те углеводы, которые содержат одну или две молекулы сахара, связанные вместе. Сложные углеводы — это углеводы, которые содержат три или более молекул сахара, связанных вместе. В некоторых случаях эти цепочки могут содержать сотни сахаров.

Выбранные вами свойства углеводов влияют на то, как ваше тело на них реагирует. В своем рационе вы можете есть простые или сложные углеводы.

Простые углеводы включают сахара, которые естественным образом содержатся в таких продуктах, как фрукты, овощи, молоко и молочные продукты.Вы также добавите в свой рацион много простых углеводов, если будете есть обработанные продукты и безалкогольные напитки.

Сложные углеводы содержатся в цельнозерновых продуктах, таких как хлеб и крупы. Вы также найдете их в крахмалистых овощах и бобовых, таких как бобы.

Решая, какие углеводы вы хотите есть, лучше выбирать цельные, а не рафинированные. Цельные углеводы содержат все части ядра пшеницы, включая зародыши, эндосперм и отруби.

Рафинированные углеводы проходят обширную обработку, в результате которой удаляются отруби и зародыши.По данным Министерства сельского хозяйства США, процесс очистки делает эти углеводы более стабильными при хранении и визуально привлекательными, но также удаляет важные питательные вещества, такие как клетчатка, железо и витамины группы B.

Примеры здоровой пищи с высоким содержанием сложных углеводов:

  • цельнозерновые
  • Макаронные изделия из цельнозерновой муки
  • коричневый рис
  • овес
  • фруктов
  • овощи
  • фасоль

Рафинированные углеводы включают:

  • белый хлеб
  • белая паста
  • белый рис
  • конфеты
  • фруктовый сок

Клетчатка — важный вид углеводов, содержащихся в растительной пище.Преимущества клетчатки включают в себя помощь в регулировании функции кишечника, снижение риска развития геморроя и мешков в толстой кишке, снижение уровня холестерина и контроль уровня сахара в крови.

Энергия — основная функция углеводов

Углеводы — главный источник топлива для вашего тела. Они легче всего превращаются в глюкозу, которая используется вашими клетками для получения энергии. Все системы и органы вашего тела нуждаются в глюкозе для правильного функционирования. Углеводы также защищают ваши мышцы, когда ваше тело ищет энергии.

Если вы придерживаетесь низкоуглеводной диеты, ваше тело в следующий раз превратится в жировую ткань, но затем начнет использовать ваши мышцы, если это необходимо. Избыточные углеводы, которые не используются сразу для получения энергии, сохраняются в виде гликогена. По данным Колумбийского университета, когда запасы гликогена достигают предела, избыточные углеводы откладываются в виде жира.

Хотя использование углеводов в качестве источника энергии для вашего тела важно само по себе, присутствие углеводов не позволяет организму использовать белок в организме для получения энергии.

Не все углеводы одинаковы. Когда углеводы отделяются от клетчатки, они довольно быстро перерабатываются, вызывая быстрое повышение уровня сахара в крови и уровня инсулина, согласно изданию Harvard Health Publishing.

Углеводы, которые делают это, называются высокогликемическими. Диеты с высоким гликемическим индексом связаны с диабетом и ожирением. Сложные углеводы, как правило, имеют низкий гликемический индекс, поддерживают относительно стабильный уровень сахара в крови и медленнее перевариваются. Гликемический индекс классифицирует углеводы по их влиянию на уровень сахара в крови по сравнению с простым сахаром.Еда с показателем выше 70 считается высокогликемической.

Институт медицины рекомендует, чтобы от 45 до 65 процентов ежедневных калорий поступало из углеводов. Вам нужно от 20 до 35 граммов клетчатки. Однако важно правильно выбирать углеводы.

Углеводы из обработанных пищевых продуктов, как правило, содержат лишние калории, что затрудняет контроль веса. Он рекомендует получать большую часть углеводов из основных групп продуктов, включая фрукты, овощи и цельнозерновые продукты.

Каковы физические свойства углеводов?

Простые углеводы включают отдельные сахара (моносахариды) и полимеры, олигосахариды и полисахариды. Простейшая группа из углеводов и часто называют простыми сахарами, поскольку они не могут подвергаться дальнейшему гидролизу. Бесцветное кристаллическое твердое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в неполярном растворителе.

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ

Соответственно, каковы химические свойства углеводов?

Углеводы (также называемые сахаридами) — это молекулярных соединений , состоящих всего из трех элементов: углерода, водорода и кислорода.Моносахариды (например, глюкоза) и дисахариды (например, сахароза) представляют собой относительно небольшие молекулы. Их часто называют сахарами.

Можно также спросить, каковы физические свойства моносахаридов? Физические свойства моносахаридов

  • Цвет и форма. Моносахариды — это бесцветные и кристаллические соединения.
  • Растворимость. Они хорошо растворяются в воде.
  • Вкус. У них сладкая нотка.
  • Стерео-изомерия. D-глюкоза и L-глюкоза являются зеркальным отображением друг друга.
  • Оптическая изомерия.
  • Мутаротация.

Из этого, каковы свойства и функции углеводов?

Четыре основных функции углеводов в организме — обеспечивать энергию, накапливать энергию, строить макромолекулы и сберегать белок и жир для других целей. Энергия глюкозы хранится в виде гликогена, большая часть которого находится в мышцах и печени.

Каковы физические свойства белков?

Физические свойства белков

  • Цвет и вкус.Белки бесцветны и обычно безвкусны.
  • Форма и размер. Белки имеют форму от простых кристаллоидных сферических структур до длинных фибриллярных структур.
  • Молекулярный вес.
  • Коллоидная природа.
  • Денатурация.
  • Амфотерная природа.
  • Ионно-связывающая способность.
  • Растворимость.

Строительные блоки из углеводов | Типы, свойства и функции

Строительные блоки углеводов : Основная биохимия живых организмов, таким образом, может быть понята в отношении морфологии и физиологии четырех биологических макромолекул: углеводов , белков , липидов и нуклеиновых Кислоты .

Среди этих четырех макромолекул углеводы считаются наиболее распространенными, поскольку они служат непосредственными источниками энергии для живых организмов.

Слово « углевод » происходит от двух греческих слов « carb » и « hydro », которые означают « углерод » или « уголь » и « вода » соответственно. Вероятно, это привело к тому, что при нагревании сахаров выделяются углерод и вода. В биохимических терминах их называют либо полигидроксиальдегидами , либо полигидроксикетонами .

Но что именно составляют эти сложные макромолекулы, чтобы они выполняли такие функции? В этой статье давайте рассмотрим эти углеводы и их биологические строительные блоки: моносахариды .

Строительные блоки углеводов

Физико-химические свойства моносахаридов

Моносахариды (Источник: Wikimedia)

Известно, что моносахариды представляют собой простейшую форму углеводов, и как таковые считаются их строительными блоками.

Термин «моносахарид » происходит от греческого слова « моно », что означает « один » и « сахарид », что означает « сахар » или « сладость ».

Это связано с тем, что моносахариды содержат только одно звено полигидроксиальдегида или кетона и сгруппированы по количеству атомов углерода.

  • В общем, моносахариды имеют одну и ту же химическую формулу C 6 H 12 O 6 , и, поскольку они имеют шесть атомов углерода, они также называются гексозой .
  • Моносахариды, являясь сахарами, от природы имеют сладкий вкус (фруктоза считается самым сладким среди них) и остаются в твердой форме при комнатной температуре.
  • Несмотря на очень высокую молекулярную массу, они хорошо растворимы в воде по сравнению с другими веществами с такой же молекулярной массой. Это возможно благодаря тому, что в их структуре много групп ОН.
  • Что касается химического состава, моносахариды обычно не имеют структур с открытой цепью.В этом типе образования спиртовая группа может быть легко добавлена ​​к карбонильной группе для создания пиранозного кольца, которое содержит стабильную конформацию циклического полуацеталя или гемикеталя.

Моносахариды, как правило, легко окисляются некоторыми химическими веществами. Альдегиды и кетоны в своей структуре содержат группы ОН, расположенные на углероде рядом с карбонильной группой, которые могут реагировать с ионами двухвалентной меди (Cu) реагента Бенедикта. После этой реакции произойдет образование оранжевого осадка оксида меди (I) или Cu 2 O.

Все моносахариды подвергаются этому типу реакции и называются редуцирующими сахарами . (Химическая реакция показана выше)

Три наиболее распространенных моносахарида

Существует три наиболее распространенных встречающихся в природе моносахарида: глюкоза , фруктоза и галактоза . Несмотря на одинаковую химическую формулу, они имеют разные структурные конфигурации, что делает их разными в отношении общей структуры и функций.

1. Глюкоза

Считается наиболее важным моносахаридом, глюкоза также известна как декстроза или сахар в крови. Как бы то ни было, он служит непосредственным источником энергии во время клеточного дыхания (фотосинтез).

  • Глюкоза в естественной форме содержится в растениях и животных в свободной форме. Он синтезируется в процессе, называемом глюконеогенез , из неуглеводных молекул, таких как глицерин и пируват.В то же время он также может происходить из-за расщепления гликогена в процессе, называемом гликогенолизом .

2. Фруктоза

Фруктоза, также известная как фруктовый сахар, — это натуральный сахар, который содержится во фруктах и ​​меде. В целом, он считается самым сладким среди сахаров. С химической точки зрения фруктозу также называют левулозой .

  • Следует проявлять осторожность при употреблении слишком большого количества фруктозы, поскольку это часто связано с желудочно-кишечными проблемами и каким-то образом способствует увеличению жирности крови.

3. Галактоза

И последнее, но не менее важное, это моносахарид галактоза, который является производным гидролиза дисахарида лактозы (молочного сахара). Эта лактоза, полученная из молока, является важным источником энергии для многих животных, включая человека.

  • Интересно, что организм млекопитающих может преобразовывать глюкозу в галактозу, чтобы молочные железы производили лактозу в молоке.

Гликозидная связь

Гликозидная связь (Источник: Wikimedia)

Поскольку моносахариды (и другие углеводы) имеют много групп ОН, они могут быть соединены друг с другом ковалентными связями.В частности, гликозидные связи представляют собой тип ковалентных связей, которые соединяют молекулы углеводов с другими группами, которые могут быть или не быть одного типа.

  • Как следует из названия, они связаны с гликозидами, которые представляют собой кольцевые молекулы углеводов, которые могут быть пятичленными или шестичленными.
  • Также важно отметить, что не все гликозидные связи одинаковы: они могут быть связаны либо с азотом, либо с кислородом.

И точно так же, как упоминалось выше, тот факт, что моносахариды содержат много групп ОН, означает, что возможно множество связей через гликозидные связи.Следовательно, разнообразие этих связей можно соотнести с огромным количеством моносахаридов, а их формы заставляют более сложные углеводы содержать много информации.

Полисахариды

Длинные цепи полимерных сахаридов, которые образуются с помощью гликозидных связей моносахаридов, известны как полисахариды. Будучи сложными сахарами, они играют важную роль в поддержании структурной целостности организма, а также в хранении энергии.

  • Полисахариды, состоящие из моносахаридов того же типа, называются гомополимерами.
  • Есть два наиболее распространенных типа полисахаридов в клетках животных и : гликоген и крахмал. Они описаны ниже.

1. Гликоген

У животных наиболее распространенным типом гомополимера является гликоген. Гликоген — это очень крупный полисахарид, состоящий из мономеров глюкозы, который считается формой хранения углеводов в клетках животных.

  • Его глюкозные единицы в основном связаны через α-1,4-гликозидные связи; однако примерно через каждые десять единиц используются связи через α-1,6-гликозидные связи.

2. Крахмал

С другой стороны, крахмал — это форма хранения энергии в растениях. Он бывает двух видов: амилоза и амилопектин. Эти два типа легко гидролизуются ферментом (называемым α-амилаза ), вырабатываемым слюнными железами во рту и поджелудочной железой.

  • Амилоза неразветвленного типа состоит из единиц глюкозы, связанных через α-1,4-гликозидные связи. Напротив, амилопектин относится к разветвленному типу и связан через α-1,6-гликозидные связи таким же образом, как образуется гликоген.

Тем не менее, не всегда нужно много моносахаридных единиц для образования полисахарида. Особый тип полисахарида, называемый дисахаридом , состоит всего из двух моносахаридных единиц, связанных гликозидной связью.Наиболее распространенными дисахаридами являются сахароза (глюкоза и фруктоза), лактоза (глюкоза и галактоза) и мальтоза (две глюкозы).

Функция углеводов

Как упоминалось ранее, углеводы служат непосредственными источниками энергии. У высших организмов они служат для метаболизма жиров, чтобы избежать расщепления белков для получения энергии. Помимо этого, углеводы также необходимы для метаболизма жиров. Очевидно, если организм вырабатывает достаточно энергии для своих физиологических функций, дополнительная энергия сохраняется в виде жира.

В заключение, моносахарид как углеводный строительный блок может быть связан с широким спектром стереохимий, которые необходимы для образования более сложных структур. Благодаря этим маленьким единицам живые организмы получают достаточное количество энергии, которая помогает им выжить. Действительно, мелочи имеют большое значение.

цитировать эту страницу

Список литературы

  • «Определение и значение углеводов | Словарь английского языка Коллинза ».Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Сложные углеводы образуются путем связывания моносахаридов — Биохимия — Книжная полка NCBI» . Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Пищевые тесты — тест Бенедикта на снижение содержания сахара — блестящий студент-биолог» . Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Гликогенолиз и гликогенез — Метаболизм, инсулин и другие гормоны — Диапедия, Живой учебник диабета» . По состоянию на 21 ноября 2017 г.Ссылка.
  • «Фруктоза образуется в головном мозге человека | YaleNews ». Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Инициатива открытого обучения: зарегистрируйтесь на курс» . Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «Биосинтез гликогена; Распад гликогена ». Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.
  • «PDB-101: Альфа-амилаза» . Проверено 21 ноября 2017 г. Ссылка.

Электронное обучение — Углеводы


Брат Грегори выступает перед своим классом,

На сегодняшний день предметом обсуждения является структура и функция углеводов и полисахаридов .Вы должны следовать уроку, отвечать на вопросы, а затем, при необходимости, завершить исследовательское расследование.

«Начнем …….

«Углеводы и полисахариды — одна из четырех основных групп макромолекул, которые встречаются во всех живых организмах. Эти молекулы выполняют многие жизненно важные функции, необходимые клеткам.

«Углеводы участвуют во многих клеточных процессах, таких как идентификация клеток, движение, накопление энергии и многое другое.Это сложные молекулярные структуры, которые проявляются в различных формах от простых сахаридов (сахаров) до крупных энергосодержащих полимеров, которые также можно использовать в качестве универсальных строительных материалов.

«Попадание ценных продуктов в рот и, следовательно, в наши тела, помогает нашему выживанию. Углеводы являются одним из наиболее ценных типов органических молекул в пище. продукты в рот.

«Сладкие продукты доставляют нам удовольствие, поэтому мы ищем и потребляем их больше, чем почти любые другие виды. Углеводы с их высоким содержанием энергии дают нам топливо, необходимое для работы нашего тела.

Из чего ты сделан?

Узнайте, сколько углерода
содержится в вашем теле — прямо сейчас!

«Одним из основных типов атомов (элементов), присутствующих в молекулярных структурах всех углеводов, является углерод.Эти атомы прошли очень долгий путь. Все атомы углерода в человеческом теле были созданы в умирающих звездах.

«Сегодня чистый элементарный углерод широко встречается на нашей планете и может быть найден в 3-5 аллотропных формах, в зависимости от того, как их считать.

«Аллотропия — это когда элемент (тип стабильного атома) существует в двух или более вариантах. Составляющие атомы различаются либо способом, которым они организованы в твердые тела (кристаллы), либо количеством атомов, обнаруженных в основной молекулярной структуре (ах). .

Продолжая этот урок, проверьте себя, отвечая на некоторые из этих вопросов типа «правда / ложь».

С чего все начинается

«Образование углеводов начинается с преобразования« световой энергии »в« химическую энергию »(которая хранится в ковалентных связях связанных атомов).Специализированные солнечные рецепторы в растительных клетках улавливают свет, преобразуют его в «энергию электронов», а затем, наконец, связывают энергию, поскольку атомы углерода, водорода и кислорода соединяются вместе, образуя сложные органические молекулы.

«Одной из первых стабильных органических молекул, созданных таким образом, является углевод. Это очень распространенный тип органических молекул, обнаруженных в той или иной форме во всех живых организмах. Они выполняют множество функций, но одна очень важная функция заключается в том, чтобы действовать как «запас энергии» для топлива клетки или существа.

«Все молекулы углеводов, большие или маленькие, имеют одну из двух различных химически реактивных групп как часть своей структуры. Альдегиды и кетоны — это молекулы углерода, кислорода и водорода, которые содержат реактивную группу, называемую карбонильной группой, обычно обозначаемой C = O

«Атом углерода в карбонильной группе все еще может образовывать две дополнительные ковалентные связи. Если эти атомы углерода соединены с двумя другими атомами углерода, то образующееся соединение является кетоном, но если этот углерод соединен с водородом, то соединение альдегид.

«Без сомнения, наиболее распространенным и распространенным углеводом является глюкоза, которую производят, хранят и затем используют все растения. Она также потребляется, хранится и используется многими животными в качестве источника углерода и энергии.

«Глюкоза — это моносахарид (« единичный сахар »), который содержит углерод, водород и кислород в количествах, соответствующих общей углеводной формуле Cnh3nOn, но это мало что говорит нам о его химических, физических и структурных свойствах.

«Они были разработаны путем воздействия на глюкозу ряда химических реагентов, наблюдения за тем, что произошло, и последующего вывода кое-что об исходной молекуле глюкозы из наблюдаемых изменений.

«Есть две разные формы молекулы глюкозы, которые кристаллизовались из двух разных версий молекулы. Обе имеют одинаковые химические свойства, но единственный способ объяснить их другие различия — это нарисовать молекулу в форме кольца.

«Расположение атомов, присоединенных к первому атому углерода (C1), может принимать две разные конфигурации. Это объясняет, почему каждая из двух форм глюкозы по-разному вращает поляризованный свет.

«Глюкоза — хороший пример органической молекулы, которая имеет одну простую молекулярную формулу (C6h22O6), но, как можно доказать, имеет несколько различных структурных формул.

Форма глюкозы — кольцо и лодочка

«Немецкий химик Эмиль Фишер показал, что молекула, такая как глюкоза, может иметь одни и те же атомы, связанные одинаковыми связями с одними и теми же соседними атомами, и при этом иметь очень разные физические, биологические и химические свойства в зависимости от того, как были связаны связи и атомы. расположены в трехмерном пространстве.

«Эти разные версии одной и той же молекулы называются стереоизомерами.

«Хиральные объекты обладают свойством« маневренности »или двумя версиями, которые не идентичны во всех отношениях, даже если они могут быть предназначены для выполнения одной и той же работы или в основном иметь одинаковые свойства (например, клюшки для гольфа).

«Тест хирального объекта заключается в том, чтобы увидеть, можете ли вы наложить исходный объект на его зеркальное отображение.Если вы не можете наложить объект на его зеркальное отображение, это хиральный объект (например, рука или обувь).

«Молекулы глюкозы образуют кольца. Первый атом углерода (C1), который представляет собой альдегидную группу (-CHO), соединяется с пятым атомом углерода (C5), образуя 6-членное кольцо (называемое пиранозой). Атомы в этой циклической молекуле затем располагаются в пространстве, чтобы минимизировать напряжение каждой ковалентной связи.

«В этой форме молекула глюкозы наиболее стабильна, когда она находится в форме стула или конформации.

Полисахариды — соединение глюкозы

«Глюкоза — реактивная молекула. ​​В присутствии кислоты она будет соединяться с любой другой молекулой, которая имеет спиртовую (-ОН) группу как часть своей структуры. Получающаяся в результате более крупная молекула называется гликозидом.

«Молекулы моносахаридов имеют ряд реакционноспособных групп спирта (-ОН) как часть их структуры, поэтому две молекулы моносахарида могут реагировать указанным выше способом с образованием« двойного сахарида »или дисахарида.

«Полисахариды — это очень большие биологические молекулы с высокой молекулярной массой, которые представляют собой почти чистые углеводы.

«Они построены животными и растениями из более простых моносахаридных молекул путем соединения большого количества более простых молекул с помощью гликозидных связей (-O-). В некоторых из самых больших полисахаридных структур может быть соединено 10 000 отдельных единиц.

«Существует большое разнообразие форм полисахаридов; они могут различаться типом сахара, связями между сахарами и сложностью общей молекулы.

«Существует три основных и общих типа полисахаридов, целлюлозы, крахмала и гликогена, все они образуются путем соединения молекул глюкозы различными способами.

«Целлюлоза — это полимер моносахаридов глюкозы, который растения используют в качестве основного строительного материала.Нити целлюлозы связаны водородными связями в жгуты большой прочности и гибкости. Они используются растениями, чтобы окружить каждую клетку таким образом, чтобы защитить их от воздействия осмоса, а также придать им форму и форму.

«Крахмал представляет собой полимер альтернативного аномера глюкозы и используется растениями как способ хранения глюкозы. Это основной запас энергии, который при необходимости можно быстро мобилизовать.

Биологическая роль

«Жизнь на этой планете нуждается в постоянном снабжении энергией, чтобы бороться с эффектами энтропии и второго закона термодинамики.Крошечная часть солнечной энергии, достигающей этой планеты, поглощается растениями и превращается из световой энергии в химическую. Этот процесс называется фотосинтезом.

«В этом процессе производятся два важных молекулярных продукта: кислород, который выделяется в атмосферу, и 3-фосфоглицериновая кислота, которая удерживается внутри клеток. Моносахаридные сахара получают путем объединения и рекомбинации всех тех атомов углерода, которые сначала были захвачены как 3PG. Наиболее распространенным и универсальным из этих моносахаридов является глюкоза.

«Хотя растительные и животные клетки производят большое количество различных полисахаридов для всех видов ролей, преобладающими из них являются те, которые сделаны из глюкозы. Целлюлоза — это полимер моносахаридов глюкозы, который растения используют в качестве основного строительного материала. Крахмал — это полимер альтернативного аномера глюкозы, который используется растениями как способ хранения глюкозы. Это основной запас энергии, который при необходимости можно быстро мобилизовать.

«Моно-, ди- и полисахариды обладают большим и разнообразным набором свойств и выполняют множество различных функций у растений, животных и одноклеточных организмов.Это очень универсальные молекулы ».

Научно-исследовательское исследование
проверьте свое расписание, чтобы узнать, требуется ли это
Проклятие Амона
Исследование углеводов Исследование
Вопросы концепции
за урок

проверьте свое расписание, чтобы узнать, требуется ли это
Набор углеводов
Концепция вопросов и страница личных вопросов
Требуемые чтения
за урок
e -учебник
Содержание — | — Сладость — | — Создание углерода

Формы углерода — | — Аллотропы — | — Типы углерода

Углеводы — | — Альдегиды — | — Глюкоза

Аномеры — | — Стереоизомеры — | — Симметрия

Кольца — | — Дисахариды — | — Полисахариды

Биологическая роль — | _ Поляризованный свет

Наука @ на расстоянии
© 2004, профессор Джон Бламир

Химические свойства углеводов — стенограмма видео и урока

Моносахариды

Простейшие углеводы называются моносахаридами .«Моно» означает один, а «сахарид» означает сахар. Следовательно, это отдельные молекулы сахара. Некоторые общие примеры включают глюкозу, фруктозу и галактозу. Моносахариды могут иметь либо линейную структуру, что означает, что они расположены по прямой линии, либо иметь кольцевую структуру, что означает, что они закрываются, как круг.

Интересный факт о моносахаридах заключается в том, что разные моносахариды могут быть получены из одних и тех же элементов. Например, глюкоза, фруктоза и галактоза состоят из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.Однако это разные сахара, потому что атомы расположены немного по-разному. Другой способ описать это — сказать, что они изомеры.

Полисахариды

Полисахариды — это более сложные углеводы. Самыми маленькими из полисахаридов являются дисахариды, которые состоят из двух моносахаридов, соединенных вместе. Примером является сахарная лактоза, которая представляет собой дисахарид глюкозы и галактозы. Однако обычно термин полисахарид относится к углеводу, который имеет много-много моносахаридов, соединенных вместе («поли» означает много).

Крахмал — простейший из сложных углеводов. Крахмал используется для хранения энергии в растительных клетках. Он состоит из простой цепочки моносахаридов, соединенных вместе. Поскольку это так просто, очень легко разделить молекулы моносахарида, чтобы получить энергию.

Гликоген немного сложнее крахмала. Гликоген используется для хранения энергии в клетках животных. Когда животному, например человеку, нужна энергия, гликоген может расщепляться в печени до глюкозы.Гликоген также состоит из повторяющихся моносахаридов, но они расположены в виде разветвленных цепочек.

Целлюлоза , также называемая волокном , является наиболее сложным из полисахаридов. Он имеет очень плотную структуру с извилистыми фибриллами или тонкими волокнами. Целлюлоза производится в основном клетками растений. Целлюлоза используется не для того, чтобы хранить энергию для будущего использования, а для поддержания структуры растительной клетки. Он не может быть разрушен людьми, поэтому проходит через тело.Некоторые животные могут производить аналогичный полисахарид, называемый хитином. Он содержится, например, в панцирях ракообразных, таких как крабы.

Углеводы и вода

Большинство углеводов называют гидрофильными . «Hydro» означает вода, а «philic» — любовь. Углеводы любят воду и легко растворяются в ней. Вы сами видели это, если когда-либо добавляли сахар в горячую воду, когда заваривали чай. Простые сахара, такие как моносахариды и дисахариды, растворяются очень быстро.Для расщепления более крупных углеводов, таких как крахмал, может потребоваться больше времени. Целлюлоза из-за своей плотной извилистой структуры плохо растворяется в воде. Гидрофильность важна, потому что она позволяет углеводам легко перемещаться по телу в кровотоке и по клетке.

Краткое содержание урока

Углеводы являются основным источником энергии для организма. Они могут варьироваться от простых сахаров до сложных крахмалов и целлюлозы. Большинство углеводов легко растворяются в воде, что позволяет им эффективно перемещаться по телу и клеткам.

Углеводы — определение, классификация со структурой и функциями

Углеводы Определение

Углеводы — это большая группа органических соединений, состоящая из углерода, водорода и кислорода, которые обычно могут быть расщеплены на мономеры для высвобождения энергии в живых существах.

  • Это самые массовые биомолекулы в живом организме с точки зрения массы.
  • Углеводы также известны как сахариды, поскольку многие из них имеют относительно небольшую молекулярную массу и обладают сладким вкусом.Однако это может быть не так для всех углеводов.
  • Эмпирическая формула для углеводов: C m (H 2 O) n , что справедливо для большинства моносахаридов. Углеводы представляют собой гидраты углерода и в широком смысле определяются как полигидроксиальдегиды или кетоны и их производные.
  • Это широко распространенные молекулы как в тканях растений, так и в тканях животных, служащие скелетными структурами у растений, а также у насекомых и ракообразных.
  • Они также встречаются в качестве запасов пищи в органах хранения растений, печени и мышцах животных.Они являются важным источником энергии, необходимой для различной метаболической активности живых организмов.
  • Растения значительно богаты углеводами по сравнению с животными.
  • Другие углеводные полимеры смазывают скелетные суставы и участвуют в распознавании и адгезии между клетками.
  • Глюкоза, сахароза, целлюлоза и т. Д. — одни из самых известных и важных углеводов, встречающихся на Земле.

Что такое мономер?
  • Мономер — это простейшая молекула, которая образует основную единицу полимеров и, таким образом, считается строительными блоками полимеров.
  • Мономеры связываются с другим мономером, образуя цепочку повторяющихся молекул в процессе полимеризации.
  • Мономеры могут быть природными или синтетическими. Природные мономеры — это аминокислоты и моносахариды, а примерами синтетических мономеров являются винилхлорид и стирол.

Что такое полимер?
  • Полимерное вещество, состоящее из больших молекул, состоящих из множества повторяющихся субъединиц или мономеров.
  • Полимеры образуются путем связывания нескольких мономерных единиц в процессе, называемом полимеризацией.
  • Полимеры, как и мономеры, могут быть как синтетическими, так и натуральными. Природные полимеры включают биомолекулы, такие как углеводы и белки, тогда как синтетические полимеры представляют собой полистирол и поливинилхлорид.

Что такое макромолекула?
  • Макромолекула — это большая молекула, состоящая из тысяч атомов, образованных в результате полимеризации более мелких субъединиц, называемых мономерами.
  • Макромолекулы состоят из большого количества атомов, связанных ковалентными связями.Эти макромолекулы вместе образуют полимеры.
  • Макромолекулы также бывают двух типов; натуральный и синтетический. Природные макромолекулы — это биомолекулы, такие как углеводы и липиды, а синтетические макромолекулы — это синтетические полимеры, такие как пластмассы и резина.

Что такое ковалентные связи?

Рисунок: Образование этилглюкозида из глюкозы и этанола, демонстрирующее аномерный углерод и образовавшуюся гликозидную связь. Источник изображения: AxelBoldt.

  • Мономерные единицы углеводов связаны друг с другом ковалентными связями, называемыми гликозидными связями.
  • Гликозидная связь образуется между карбоксильной группой, присутствующей на аномерном атоме углерода одного мономера, и спиртовой группой, присутствующей в другом мономере.
  • Ковалентные связи в углеводах — это особые связи, которые определяют большую часть формы более сложного соединения, главным образом потому, что эти связи препятствуют вращению определенных молекул по отношению друг к другу.
  • Ковалентные связи в углеводах представляют собой α- или β-гликозидные связи в зависимости от стереохимии связанных вместе атомов углерода.
  • Линейная цепь в молекуле углевода содержит либо α-1,4-гликозидную связь, либо β-1,4-гликозидную связь. Однако разветвление углеводов происходит из-за 1,6-гликозидной связи.

Восстанавливающие и невосстанавливающие сахара

Что такое восстанавливающий сахар?
  • Восстановительный сахар — это молекула сахара или углевода со свободной альдегидной группой или свободной кетонной группой, которая заставляет молекулу действовать как восстанавливающий агент.
  • Все моносахариды, а также некоторые дисахариды и полисахариды являются восстанавливающими сахарами.
  • В случае других полисахаридов и дисахаридов альдегидные и кетоновые группы остаются связанными в циклической форме.
  • Большинство редуцирующих сахаров сладкие на вкус. Эти сахара могут быть обнаружены с помощью тестов, таких как тест Бенедикта и тест Фелинга, поскольку они дают положительный результат этих тестов.
  • Примеры восстанавливающих сахаров включают моносахариды, такие как галактоза, глюкоза, глицеральдегид, фруктоза, рибоза и ксилоза, дисахариды, такие как целлобиоза, лактоза и мальтоза, и полимеры, такие как гликоген.

Что такое невосстанавливающие сахара?
  • Невосстанавливающий сахар — это молекула сахара или углевода, которая не имеет свободных альдегидных или кетоновых групп и, следовательно, не может действовать как восстанавливающий агент.
  • Невосстанавливающие сахара имеют альдегидные и кетоновые группы, но они участвуют в циклической форме молекулы сахара.
  • Некоторые дисахариды и все полисахариды являются невосстанавливающими сахарами.
  • Невосстанавливающие сахара имеют менее сладкий вкус, чем восстанавливающие сахара.Эти сахара также могут быть обнаружены с помощью тестов, таких как тест Бенедикта и тест Фелинга, поскольку они дают отрицательный результат этих тестов.
  • Примеры невосстанавливающих сахаров включают дисахариды, такие как сахароза, мальтоза и лактоза, и полисахариды, такие как крахмал и целлюлоза.

Образование гликозидной связи путем конденсации
  • Процесс образования гликозидных связей в углеводах представляет собой реакцию конденсации, что означает, что во время процесса образуется молекула воды.
  • Реакция конденсации происходит между группой ОН и аномерным углеродом сахара.
  • Эти гликозидные связи образуются в реакции синтеза дегидратации.
  • Когда спирт атакует аномерный углерод, группа ОН углерода замещается атомом кислорода молекулы спирта. Группа ОН углерода и оставшийся атом Н спирта высвобождаются в виде молекулы воды.
  • Реакция гликозилирования включает нуклеофильное замещение аномерного центра.Поскольку реакция происходит у вторичного атома углерода за счет атаки слабых нуклеофилов (акцепторов сахаров), она часто следует мономолекулярному механизму SN 1 .
  • Результатом гликозидной связи является молекула сахара, связанная с другой молекулой простой эфирной группой.
  • Образованная эфирная связь имеет атом кислорода, связанный с двумя атомами углерода, что приводит к относительно стабильной структуре, чем со спиртовой группой. В результате гликозидная связь приводит к более стабильной структуре сахара.

Разрыв гликозидной связи при гидролизе
  • Разрыв гликозидной связи происходит в процессе гидролиза путем добавления молекулы воды.
  • Гидролиз гликозидной связи происходит как в присутствии кислоты, так и щелочи.
  • Группа ОН молекулы воды атакует атом углерода, участвующий в гликозидной связи.
  • При кислотно-катализируемом гидролизе атом водорода связывается с атомом кислорода простой эфирной связи, разделяющей мономерные звенья.
  • В случае полисахаридов гидролиз приводит к более мелким полисахаридам или дисахаридам или моносахаридам.
  • В живой системе гидролиз полисахаридов происходит в присутствии группы ферментов, называемых гидролазами, которые катализируют процесс гидролиза.

Классификация углеводов

Углеводы классифицируются на три различные группы в зависимости от степени полимеризации;

A. Моносахариды
  • Моносахариды — это простейшая форма сахара, которую нельзя гидролизовать на более мелкие единицы.
  • Моносахариды, часто называемые простыми сахарами, представляют собой соединения, которые обладают свободной альдегидной (-CHO) или кетонной (= CO) группой и двумя или более гидроксильными (-OH) группами.
  • Моносахариды считаются топливными молекулами, которые участвуют в образовании полимеров, таких как полисахариды и нуклеиновые кислоты.
  • Моносахариды далее делятся на различные группы на основе различных характеристик, таких как расположение карбонильной группы, количество содержащихся в ней атомов углерода и стереохимия атома углерода.

Рисунок: Некоторые примеры моносахаридов.

В зависимости от расположения карбонильной группы моносахариды бывают двух типов;

Альдосес
  • Моносахариды, содержащие альдегидную группу в качестве карбонильной группы, называются альдозами.

Кетоз
  • Моносахариды, содержащие кетоновую группу в качестве карбонильной группы, называются кетозами.
  • По количеству атомов углерода моносахариды делятся на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы, содержащие три, четыре, пять, шесть и семь атомов углерода.
  • Моносахариды подразделяются на D- и L-формы в зависимости от ориентации асимметричного углерода, наиболее удаленного от карбонильной группы.

Структура
  • Эмпирическая формула всех моносахаридов (CH 2 ) O, что указывает на то, что центральный атом углерода связан с двумя атомами водорода и атомом кислорода.
  • Карбонильная группа присутствует во всех моносахаридах, где, если группа присутствует на конце, она образует альдозу, а если она присутствует в середине, она образует кетозный сахар.
  • Моносахариды с более чем пятью атомами углерода существуют в виде колец в состоянии раствора.
  • Кольцевая структура образуется, когда гидроксильная группа на пятом атоме углерода взаимодействует с первым атомом углерода.
  • Моносахариды состоят из одной молекулы сахара без гликозидной связи.
  • Все моносахариды представляют собой восстанавливающие сахара со свободной альдегидной или кетонной группой.

Функции
  • Моносахариды являются одним из основных источников энергии для живых существ, большинство из которых обеспечивает 4 ккал энергии на грамм углеводов.
  • Моносахариды участвуют в синтезе различных биомолекул, таких как рибоза и рибулоза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, таких как НАД, НАДН, коэнзим А и т. Д.
  • Несколько моносахаридов, связанных вместе гликозидными связями, в процессе полимеризации образуют более крупные полисахариды.
  • В растениях бифосфат рибулозы действует как акцептор углекислого газа во время фотосинтеза.

Пример моносахарида

Глюкоза
  • Глюкоза — важный моносахарид, который обеспечивает энергию и структуру различным частям клетки.
  • Глюкоза представляет собой шестиуглеродное соединение с молекулярной формулой C 6 H 12 O 6 . Это альдогексоза с шестью атомами углерода и свободной альдегидной группой.
  • Молекула глюкозы существует как в форме с открытой цепью, так и в форме кольца, причем последнее образуется в результате межмолекулярного взаимодействия между углеродом альдегида и гидроксильной группой C-5.
  • Глюкоза существует в двух формах; α-глюкоза и β-глюкоза. Если группа -ОН, присоединенная к аномерному атому углерода, находится ниже кольца, молекула представляет собой альфа-глюкозу, а если группа -ОН находится выше кольца, молекула представляет собой бета-глюкозу.
  • α-глюкоза образует вкусную часть растений, таких как фрукты и цветы, тогда как β-глюкоза образует структурно твердую часть растения, такую ​​как стебель и корни.
  • Эти две формы, однако, могут взаимно превращаться, поскольку глюкоза меняет структуру с открытой цепи на циклическую или кольцевую.
  • Глюкоза — это важный моносахарид, который расщепляется во время гликолиза, обеспечивая энергию и прекурсоры для клеточного дыхания.
  • Длинные цепи молекул глюкозы связаны гликозидными связями с образованием основных полисахаридов, таких как крахмал и гликоген.
  • Глюкоза вместе с другими молекулами также составляет основу различных структурных частей клетки.

Б. Дисахариды

Рисунок: Некоторые примеры дисахаридов.

  • Дисахарид — это молекула сахара, состоящая из двух мономерных единиц, связанных вместе гликозидной связью, возникающих в результате реакции конденсации.
  • Дисахариды — это простейшие полисахариды, состоящие из идентичных или двух разных моносахаридов.
  • Наиболее распространенные и немодифицированные дисахариды имеют молекулярную формулу C 12 H 22 O 11 .
  • Дисахариды бывают двух типов; восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Восстанавливающие дисахариды имеют свободную карбонильную группу, тогда как невосстанавливающие дисахариды не имеют свободной карбонильной группы.
  • Дисахариды, такие как мальтоза, сахароза и лактоза, имеют одинаковую молекулярную формулу, но имеют разное расположение атомов.
  • Дисахариды являются важным источником энергии, поскольку они могут расщепляться с образованием моносахаридов, которые участвуют в метаболических путях внутри живых существ.

C. Полисахариды
  • Полисахариды — это молекулы сахара, содержащие более десяти моносахаридных единиц, связанных вместе гликозидными связями.
  • Полисахариды также называют гликанами.
  • Полисахариды представляют собой длинную цепь моносахаридов, где полисахарид может быть либо гомополисахаридом, либо гетерополисахаридом.
  • Гомополисахариды состоят из идентичных моносахаридов, а гетерополисахариды состоят из разных моносахаридов.
  • Полисахариды имеют разные формы в зависимости от присутствующих моносахаридов и атомов углерода, связанных друг с другом.
  • Некоторые полисахариды являются линейными, а другие — разветвленными.

Рисунок: Некоторые примеры полисахаридов.

Примеры полисахаридов

1. Крахмал

Крахмал — это полисахарид, содержащий мономеры глюкозы, соединенные гликозидными связями.Крахмал — это органическое соединение, содержащееся во всех живых растениях, которое вырабатывается из избыточной глюкозы, образующейся во время фотосинтеза. Крахмал — это форма резервной пищи в растениях, хранящаяся в хлоропластах в виде гранул и органов хранения, таких как корни, клубень, стебель и семена.

Структура

  • Крахмал — это гомогликан, состоящий из одного типа сахарной единицы, независимо от источника крахмала.
  • В одной молекуле крахмала связано от 300 до 1000 единиц глюкозы.
  • Большинство крахмалов состоит из двух видов полисахаридов: линейного α- (1 → 4) связанного глюкана, называемого амилозой, и α- (1 → 4) связанного глюкана с 4,2-5,9% α- (1 → 6) ветвью. связи, называемые амилопектином.
  • Отношение амилозы к амилопектину также варьируется в зависимости от источника крахмала; он составляет от 17 до 70% амилозы и, соответственно, от 83 до 30% амилопектина.
  • α-амилоза или просто амилоза имеет диапазон молекулярной массы от 10000 до 50000, который может быть образован в растительных клетках путем отщепления молекулы воды от гликозидной OH-группы одной молекулы α-D-глюкозы и спиртовой OH-группы на углерод 4 соседней молекулы α-D-глюкозы.
  • Таким образом, связь в амилозе представляет собой α-1,4-глюкозид.
  • β-амилоза или амилопектин имеет диапазон высокой молекулярной массы от 50 000 до 1 000 000, что указывает на присутствие 300–5 500 единиц глюкозы на молекулу.
  • Дополнительные α-1,6-глюкозидные связи обнаружены в амилопектине в дополнение к α-1,4-глюкозидным связям.
  • В растениях молекулы крахмала расположены в виде полукристаллических гранул.

Функции

  • Крахмал — наиболее распространенная и необходимая форма хранения углеводов в растениях.
  • Это основной источник энергии в углеводной диете, где гидролиз крахмала дает глюкозу, которая далее метаболизируется с образованием энергии.

2. Гликоген

Гликоген — это разветвленный полисахарид, который является основной формой глюкозы у животных и людей. Его часто называют «животным крахмалом», и он накапливается в печени и мышцах животных.

Структура

  • Гликоген — это полисахарид с разветвленной цепью, по структуре напоминающий амилопектин.
  • Молекула гликогена состоит из субъединиц глюкозы, которые связаны вместе α-1,4-связями, которые разветвляются через α-1,6-связи через каждые десять остатков глюкозы.
  • Эти связи приводят к спиральной полимерной структуре, которая существует в форме гранул в цитоплазме.
  • Гликоген похож на крахмал, но имеет больше ветвей и более компактен, чем крахмал.
  • Гликоген синтезируется в организме, когда в организме образуется избыток глюкозы.

Функции

  • Основная функция гликогена — хранение избыточной глюкозы в организме при повышении уровня глюкозы в крови.
  • Затем гликоген распадается на молекулы глюкозы, чтобы обеспечить организм энергией при снижении уровня глюкозы в крови.
  • Позволяя образовываться и гидролизу, гликоген помогает поддерживать уровень глюкозы в крови.
  • Примерно 6-10% веса печени состоит из гликогена, который во время голодания превращается в молекулы глюкозы.
  • Зарезервированный гликоген в мышечных клетках служит топливом или источником АТФ во время сокращения мышц.

3.Целлюлоза

Целлюлоза — это самый распространенный внеклеточный структурный полисахарид в растениях и самая распространенная из всех биомолекул в биосфере. Целлюлоза содержится во всех наземных растениях, но отсутствует в мясе, яйцах, рыбе и молоке. Однако он не может метаболизироваться в организме человека. Целлюлоза содержится в клеточных стенках растений, где она играет важную роль в структуре организма.

Структура

  • Молекулярная масса целлюлозы находится в диапазоне от 200 000 до 2 000 000, что соответствует 1250–12 500 остаткам глюкозы на молекулу.
  • Он образован гликозидной связью между группой ОН на С1 одной молекулы β-D-глюкозы и спиртовой группой ОН на С4 соседней молекулы β-D-глюкозы.
  • По структуре он похож на амилозу, за исключением того, что единицы глюкозы связаны вместе β-1,4-глюкозидными связями.

Функции

  • Целлюлоза является основным структурным полисахаридом растений, который формирует различную структуру растительных клеток, включая клеточную стенку.
  • Целлюлоза обладает высокой жесткостью и прочностью, что позволяет клетке иметь прочную структуру и форму.
  • Целлюлоза может разлагаться на более мелкие моносахариды, такие как глюкоза, которые затем могут метаболически расщепляться с образованием энергии.
  • Также важен для формирования бумаги и дерева.

Ссылки и источники
  • Нельсон Д.Л. и Кокс ММ. Принципы биохимии Ленингера. Четвертое издание
  • Berg JM et al.(2012) Биохимия. Издание седьмое. В. Х. Фриман и компания
  • Джайн Дж. Л., Джайн С. и Джайн Н. (2005). Основы биохимии. С. Чанд и компания.
  • Робит Дж. (2008) Крахмал: структура, свойства, химия и энзимология. В: Fraser-Reid B.O., Tatsuta K., Thiem J. (eds) Glycoscience. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг. https://doi.org/10.1007/978-3-540-30429-6_35
  • 3% — https://microbenotes.com/microbial-degradation-of-cellulose/
  • 1% — https: // www.ukessays.com/essays/biology/qualitative-tests-used-for-carbohydrates-biology-essay.php
  • 1% — https://www.researchgate.net/publication/289564731_Formation_of_complexes_between_two_non-ionic_surfactants_and_potato_starch
  • 1% — https://study.com/academy/lesson/glycosidic-bond-definition-formation-quiz.html
  • 1% — https://nutritionofpower.com/nutrition/the-phrase-recting-sugars/
  • 1% — https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Carbohydrates
  • 1% — https: // db0nus869y26v.cloudfront.net/en/Carbohydrate
  • 1% — https://alevelbiology.co.uk/notes/carbohydrates-introduction-and-classification/
  • 1% — http://www.pharmaresearchlibrary.com/wp-content/uploads/2013/03/Structure-and-bonding-of-carbohydrates-proteins-and-lipids.pdf
  • 1% — http://ndl.ethernet.edu.et/bitstream/123456789/78706/5/Chap-05.pdf
  • <1% - https://www.wiley-vch.de/books/sample/3527317805_c01.pdf
  • <1% - https://www.vedantu.com/chemistry/classification-of-carbohydrates-and-its-structure
  • <1% - https: // www.vedantu.com/biology/polysaccharides
  • <1% - https://www.oughttco.com/polysaccharide-definition-and-functions-4780155
  • <1% - https://www.oughttco.com/list-of-disaccharide-examples-603876
  • <1% - https://www.oughttco.com/definition-of-monomer-605375
  • <1% - https://www.slideshare.net/sanjaijosephManesh/food-chemistry-51688453
  • <1% - https://www.slideshare.net/ght2haty/disaccharide
  • <1% - https: //www.sciencedirect.ru / themes / медицина и стоматология / амилопектин
  • <1% - https://www.sciencedirect.com/topics/food-science/polysaccharides
  • <1% - https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/amylose
  • <1% - https://www.researchgate.net/publication/227009769_Starch_Structure_Properties_Chemistry_and_Enzymology
  • <1% - https://www.quora.com/What-are-reducation-disaccharides
  • <1% - https://www.online-sciences.com/biology/carbohydrates-importance-types-of-isomerism-monosaccharides-disaccharides/
  • <1% - https: // www.lexico.com/en/definition/carbohydrate
  • <1% - https://www.differencebetween.com/difference-between-disaccharide-and-vs-monosaccharide/
  • <1% - https://www.differencebetween.com/difference-between-amylopectin-and-vs-glycogen/
  • <1% - https://www.britannica.com/science/starch
  • <1% - https://www.britannica.com/science/ribose
  • <1% - https://www.bionity.com/en/encyclopedia/Glycosidic_bond.html
  • <1% - https: // www.bbc.co.uk/bitesize/topics/zf339j6/articles/zfqg4qt
  • <1% - https://tamimibio.files.wordpress.com/2020/10/ch05.biological-macromolecules-and-lipids.pdf
  • <1% - https://quizlet.com/gb/469295286/monosaccharides-flash-cards/
  • <1% - https://quizlet.com/gb/292248599/glycogen-metabolism-in-muscle-and-liver-l6-flash-cards/
  • <1% - https://quizlet.com/509650739/01-foundations-of-biology-exam-flash-cards/
  • <1% - https://quizlet.com/188155035/bmb-flash-cards/
  • <1% - https: // quizlet.ru / 143757314 / biochem-final-flash-cards /
  • <1% - https://quizlet.com/119212007/biomolecules-flash-cards/
  • <1% - https://pediaa.com/difference-between-recting-and-nonrecting-sugar/
  • <1% - https://pediaa.com/difference-between-benedicts-and-fehlings-solution/
  • <1% - https://feinmantheother.com/2012/02/14/organic-biochem-nutrition-3-aldehydes-ketones-sugars/
  • <1% - https://diabetestalk.net/insulin/gluosis-to-starch
  • <1% - https: // diabetestalk.нетто / сахар в крови / из-глюкоза-из-полисахарида
  • <1% - https://diabetestalk.net/blood-sugar/is-gluosis-a-compound-or-a-molecule
  • <1% - https://diabetestalk.net/blood-sugar/gluosis-combines-with-fructose-to-form-sucrose-through-a-process-known-as
  • <1% - https://chem.libretexts.org/Courses/Sacramento_City_College/SCC%3A_Chem_309_-_General_Organic_and_Biochemistry_(Bennett)/Text/14%3A_Carbohydrates/14.7%3A_Pol
  • <1% - https: // chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/24%3A_Carbohydrates/24.07%3A_Disaccharides_and_Glycosidic_Bonds
  • <1% - https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map%3A_General_Chemistry_(Petrucci_et_al.)/27%3A_Reactions_of_Organic_Compounds/27.04%3A_Reactions_of_Alcohols
  • <1% - https://byjus.com/chemistry/classification-of-carbohydrates-and-its-structure/
  • <1% - https://biology-pages.info/C/Carbohydrates.HTML
  • <1% - https://biologydictionary.net/monosaccharide/
  • <1% - https://bio.libretexts.org/Bookshelves/Microbiology/Book%3A_Microbiology_(OpenStax)/07%3A_Microbial_Biochemistry/7.02%3A_Carbohydrates
  • <1% - http://butane.chem.uiuc.edu/pshapley/genchem1/l19/2.html

Устройство и функции

Структура макромолекул определяет функцию и регуляцию

Студенты должны уметь объяснять и применять основные концепции макромолекулярной структуры и функции, включая природу биологических макромолекул, их взаимодействие с водой, взаимосвязь между структурой и функцией, а также часто встречающиеся механизмы регулирования их функции.

Цели обучения, приведенные ниже, подразделяются на вводные A, промежуточные B и верхние C.

1. Биологические макромолекулы большие и сложные

Макромолекулы состоят из основных молекулярных единиц. Они включают белки (полимеры аминокислот), нуклеиновые кислоты (полимеры нуклеотидов), углеводы (полимеры сахаров) и липиды (с различными модульными составляющими). Биосинтез и разложение биологических макромолекул включает линейную полимеризацию, стадии разрушения (белки, нуклеиновые кислоты и липиды), а также могут включать разветвление / разветвление (углеводы).Эти процессы могут включать мультибелковые комплексы (например, рибосомы, протеасомы) со сложной регуляцией.

Ассоциированные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь обсуждать разнообразие и сложность различных биологически значимых макромолекул и макромолекулярных ансамблей с точки зрения эволюционной пригодности. A
  • Учащиеся должны уметь описывать основные единицы макромолекул и типы связей между ними. A
  • Студенты должны уметь сравнивать и противопоставлять процессы, участвующие в биосинтезе основных типов макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и углеводов).B
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять процессы, участвующие в деградации основных типов макромолекул (белков, нуклеиновых кислот и углеводов).
  • Студенты должны понимать, что белки состоят из доменов, и уметь обсуждать, как семейства белков возникают в результате дублирования первичного гена. С

2. Структура определяется несколькими факторами

Ковалентные и нековалентные связи определяют трехмерные структуры белков и нуклеиновых кислот, влияющие на их функцию.Аминокислотные последовательности, наблюдаемые в природе, тщательно отбираются по биологической функции, но не обязательно имеют уникальную складчатую структуру. Структура (и, следовательно, функция) макромолекул регулируется основополагающими принципами химии, такими как ковалентные связи и полярность, вращения и колебания связей, нековалентные взаимодействия, гидрофобный эффект и динамические аспекты молекулярной структуры. Последовательность (и, следовательно, структура и функция) белков и нуклеиновых кислот могут быть изменены путем альтернативного сплайсинга, мутации или химической модификации.Последовательности (и, следовательно, структура и функция) макромолекул могут развиваться, создавая измененные или новые биологические активности.

Ассоциированные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь распознавать повторяющиеся единицы в биологических макромолекулах и уметь обсуждать структурные воздействия вовлеченных ковалентных и нековалентных взаимодействий. A
  • Учащиеся должны уметь обсуждать состав, эволюционные изменения и, следовательно, структурное разнообразие различных типов биологических макромолекул, обнаруженных в организмах.A
  • Студенты должны уметь обсуждать химические и физические отношения между составом и структурой макромолекул. A
  • Студенты должны уметь сравнивать и противопоставлять первичные, вторичные, третичные и четвертичные структуры белков и нуклеиновых кислот. B
  • Студенты должны уметь использовать различные биоинформатические подходы для анализа первичной последовательности и структуры макромолекул. B
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять эффекты химической модификации конкретных аминокислот на трехмерную структуру белка.B
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять способы, которыми конкретная макромолекула может принимать новые функции в результате эволюционных изменений. B
  • Студенты должны уметь использовать различные биоинформатические и вычислительные подходы для сравнения первичных последовательностей и определения влияния сохранения и / или эволюционных изменений на структуру и функцию макромолекул. С
  • Учащиеся должны уметь предсказывать влияние мутаций на активность, структуру или стабильность белка и разрабатывать соответствующие эксперименты для оценки эффектов мутаций.С
  • Студенты должны уметь предлагать подходящие химические или химические биологические подходы для изучения локализации и взаимодействия биологических макромолекул. С
  • Студенты должны быть в состоянии обсудить, как мутации дублированного гена создают функциональное разнообразие. С
  • Студенты должны уметь оценивать химический и энергетический вклад в соответствующие уровни структуры макромолекулы и предсказывать влияние конкретных изменений структуры на динамические свойства молекулы.С

3. Структура и функции взаимосвязаны

Макромолекулы взаимодействуют с другими молекулами, используя множество нековалентных взаимодействий. Специфичность и сродство этих взаимодействий имеют решающее значение для биологической функции. Некоторые макромолекулы катализируют химические реакции или способствуют физическим процессам (например, молекулярному переносу), позволяя им протекать в условиях окружающей среды. Эти процессы могут быть количественно описаны с помощью законов скорости и термодинамических принципов (например,грамм. теория столкновений, теория переходного состояния, законы скорости и равновесия, эффекты температуры и структуры и химической реакционной способности, закон Кулона, законы движения Ньютона, энергия и стабильность, трение, диффузия, термодинамика и концепция случайности и вероятности).

Ассоциированные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь использовать механистические рассуждения, чтобы объяснить, как фермент или рибозим катализирует определенную реакцию. A
  • Студенты должны уметь обсуждать основы различных типов ферментативных механизмов.A
  • Студенты должны уметь рассчитывать ферментативные уровни и сравнивать их, а также соотносить эти показатели с гомеостазом клеток или организма. B
  • Студенты должны уметь обсуждать различные методы, которые можно использовать для определения сродства и стехиометрии комплекса лиганд-макромолекула, и соотносить результаты как с термодинамическими, так и с кинетическими данными. B
  • Студенты должны быть в состоянии критически оценивать вклад в специфичность в комплексе лиганд-макромолекула и планировать эксперименты для оценки вкладов в специфичность и проверки гипотез о специфичности лиганда в комплексе.С
  • Студенты должны быть в состоянии предсказать биологические и химические эффекты мутации или структурных изменений лиганда на аффинность связывания и спланировать соответствующие эксперименты для проверки своих прогнозов. С

4. Макромолекулярные взаимодействия

Взаимодействия между макромолекулами и другими молекулами основаны на тех же слабых нековалентных взаимодействиях, которые играют главную роль в стабилизации трехмерных структур самих макромолекул.Важны гидрофобный эффект, ионные взаимодействия и взаимодействия водородных связей. Структурная организация взаимодействующих химических групп в сайте связывания или активном сайте придает этим взаимодействиям высокую степень специфичности. Специфичность и сродство этих взаимодействий имеют решающее значение для биологической функции.

Ассоциированные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь обсуждать влияние изменений специфичности или аффинности на биологическую функцию и любое потенциальное эволюционное влияние.A
  • Студенты должны уметь обсуждать различные методы, которые можно использовать для определения сродства и стехиометрии для комплекса лиганд-макромолекула, и соотносить результаты как с термодинамическими, так и с кинетическими данными. B
  • Студенты должны уметь обсуждать взаимодействия между различными биологическими молекулами (включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы, мелкие органические вещества и т. Д.) И описывать, как эти взаимодействия влияют на специфичность или сродство, приводя к изменениям биологической функции.B
  • Студенты должны быть в состоянии предсказать эффекты мутации или структурных изменений лиганда на аффинность связывания и спланировать соответствующие эксперименты для проверки своих прогнозов. С
  • Студенты должны быть в состоянии обсудить взаимосвязь между температурой, необходимой для денатурации (Tm), и структурой макромолекул. С

5. Макромолекулярная структура динамическая

Макромолекулярная структура является динамичной в широком диапазоне временных масштабов, и динамические структурные изменения, большие и малые, часто имеют решающее значение для биологической функции.Небольшие изменения могут проявляться в виде локализованных молекулярных колебаний, которые могут облегчить доступ малых молекул к внутренним частям макромолекулы. Большие конформационные изменения могут происходить в виде движений различных макромолекулярных доменов относительно друг друга, чтобы облегчить катализ или другие формы работы. Белки могут содержать внутренне неструктурированные домены. Отсутствие структуры в растворе может способствовать функции, при которой взаимодействия должны происходить беспорядочно с несколькими другими молекулами.Динамическая структура макромолекул делает возможными быстрые изменения, влияющие на гомеостаз биохимических и молекулярно-биологических процессов.

Ассоциированные цели обучения
  • Студенты должны уметь обсуждать временные масштабы различных конформационных эффектов в биологических макромолекулах А и планировать соответствующие эксперименты для исследования изменений конформации и динамики, вызванных лигандом. С
  • Учащиеся должны уметь обсуждать структурную основу динамических свойств макромолекул и предсказывать эффекты изменений динамических свойств A, которые могут возникнуть в результате изменения первичной последовательности.С
  • Студенты должны уметь предсказать, является ли последовательность упорядоченной или неупорядоченной C, и обсудить потенциальные роли неупорядоченных областей белков. B
  • Студенты должны уметь критически обсуждать доказательства за и против роли динамики в функции макромолекул. С

6. Биологическая активность макромолекул часто регулируется

Биологическая активность макромолекул часто регулируется одним или несколькими иерархическими способами (например,грамм. ингибиторы, активаторы, модификаторы, синтез, разложение и компартментализация).

Ассоциированные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь сравнивать и противопоставлять различные механизмы регуляции функции макромолекулы или ферментативной реакции или пути. A
  • Студенты должны уметь аллостерически обсуждать преимущества и недостатки регулирования реакции. B
  • Студенты должны быть в состоянии обсудить примеры аллостерической регуляции, ковалентной регуляции и изменений на уровне генов макромолекулярной структуры-функции.B
  • Студенты должны использовать экспериментальные данные для оценки типа регуляции в ответ на гомотропные или гетеротропные лиганды на макромолекуле. С
  • Учащиеся должны уметь создавать модели, объясняющие регуляцию структуры-функции макромолекул. С
  • Студенты должны быть в состоянии описать, как эволюция повлияла на регуляцию макромолекул и процессов. С
  • Студенты должны уметь описывать, как изменения клеточного гомеостаза влияют на сигнальные и регуляторные молекулы и промежуточные продукты метаболизма.С

7. Структура (и, следовательно, функция) макромолекул регулируется основополагающими принципами химии и физики

Структура (и, следовательно, функция) макромолекул регулируется основополагающими принципами химии (включая ковалентные связи и полярность; вращения и колебания связей; водородные связи и нековалентные взаимодействия; гидрофобный эффект; динамические аспекты молекулярной структуры; теория столкновений ; теория переходного состояния; законы скорости и равновесия; эффекты температуры и структуры и химической реактивности) и физика (включая закон Кулона; законы движения Ньютона; энергия и стабильность; трение; диффузия; термодинамика; а также концепция случайности и вероятности). .

Ассоциированные цели обучения
  • Студенты должны уметь связывать основные принципы законов скорости и равновесия с реакциями и взаимодействиями и вычислять соответствующие термодинамические параметры для реакций и взаимодействий. A
  • Студенты должны быть в состоянии объяснить, как лиганд, введенный в раствор, содержащий макромолекулу, с которой он может связываться, взаимодействует с макромолекулой. A
  • Студенты должны уметь объяснять, используя основные принципы, влияние температуры на реакцию, катализируемую ферментами.B
  • Учащиеся должны уметь обсуждать динамические свойства макромолекул, используя фундаментальные принципы физики. B

8. Для наблюдения и количественного измерения структуры, динамики и функции биологических макромолекул могут использоваться различные экспериментальные и вычислительные подходы

Для наблюдения и количественного измерения структуры, динамики и функций биологических макромолекул можно использовать различные экспериментальные и вычислительные подходы.Уравнения можно выводить из моделей и использовать для прогнозирования результатов или анализа данных. Данные можно анализировать статистически, чтобы оценить правильность модели и надежность данных.

Ассоциированные цели обучения
  • Студенты должны быть в состоянии предложить схему очистки для конкретной молекулы в смеси с учетом биофизических свойств различных молекул в смеси. B
  • Студенты должны уметь либо предлагать эксперименты, которые определяют четвертичную структуру молекулы, либо уметь интерпретировать данные, относящиеся к третичной и четвертичной структуре молекул.B
  • Студенты должны быть в состоянии объяснить, как вычислительные подходы могут использоваться для изучения взаимодействий белок-лиганд, и обсудить, как результаты таких вычислений могут быть исследованы экспериментально. С
  • Студенты должны уметь сравнивать и противопоставлять доступные вычислительные подходы, чтобы предложить трехмерную структуру макромолекулы, и обсудить, как предложенная структура может быть подтверждена экспериментально.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *