Содержание

Изучаем биологию: Углеводы

Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % сахара.К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины.

Из всех потребляемых человеком пищевых веществ углеводы, несомненно, являются главным источником энергии. В среднем на их долю приходится от 50 до 70% калорийности дневных рационов. Несмотря на то, что человек потребляет значительно больше углеводов, чем жиров и белков, их резервы в организме невелики. Это означает, что снабжение ими организма должно быть регулярным.

Потребности в углеводах в очень большой степени зависят от энергетических трат организма. В среднем у взрослого мужчины, занятого преимущественно умственным или легким физическим трудом, суточная потребность в углеводах колеблется от 300 до 500 г. У работников физического труда и спортсменов она значительно выше. В отличие от белков и в известной степени жиров, количество углеводов в рационах питания без вреда для здоровья может быть существенно снижено. Тем, кто хочет похудеть, стоит обратить на это внимание: углеводы имеют главным образом энергетическую ценность. При окислении 1 г углеводов в организме освобождается 4,0 – 4,2 ккал. Поэтому за их счет легче всего регулировать калорийность питания.

Углеводы (сахариды) — общее название обширного класса природных органических соединений. Общую формулу моносахаридов можно написать как Сn2О)n. В живых организмах наиболее распространены сахара с 5-ю (пентозы) и с 6-ю (гексозы) атомами углерода.

Углеводы делятся на группы:

Простые углеводы легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Кроме небольших молекул, в клетке встречаются и крупные, они являются полимерами. Полимеры – это сложные молекулы, состоящие из отдельных «звеньев», соединенных друг с другом. Такие «звенья» называются мономерами. Такие вещества, как крахмал, целлюлоза и хитин, являются полисахаридами – биологическими полимерами.

К моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза, придающие сладость фруктам и ягодам. Пищевой сахар сахароза состоит из ковалентно присоединенных друг к другу глюкозы и фруктозы. Подобные сахарозе соединения называются дисахаридами. Поли-, ди- и моносахариды называют общим термином – углеводы. К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами.

Таблица:   Многообразие углеводов и их свойства.

Группа углеводов

Примеры углеводов

Где встречаются

свойства

моносахара

рибоза

РНК

Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические,

дезоксирибоза

ДНК

глюкоза

Свекловичный сахар

фруктоза

Фрукты, мед

галактоза

В состав лактозы молока

олигосахариды

мальтоза

Солодовый сахар

Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические,

сахароза

Тростниковый сахар

Лактоза

Молочный сахар в молоке

Полисахариды (построены из линейных или разветвленных моносахаров)

 крахмал

Растительный запасной углевод

Не сладкие, белого цвета, не растворяются в воде.

гликоген

Запасной животный крахмал в печени и мышцах

Клетчатка (целлюлоза)

Это строительный растительный углевод. Древесина растений

хитин

Это строительный животный углевод. Панцирь и наружный скелет членистоногих, грибы

муреин

Строительный углевод в стенках бактерий

В организме углеводы выполняют ряд важных функций.

1. Энергетическая функция

При распаде и окислении углеводов выделяется энергия, которую организм использует для своих нужд. В среднем при окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 килокалории (17,6 кДж) и 0,4 г воды. Для многих клеток человека (например, клеток мозга и мышц) глюкоза, приносимая кровью, служит главным источником энергии.Крахмал и очень похожее на него вещество животных клеток – гликоген – являются полимерами глюкозы, они служат для запасания ее внутри клетки.

2. Структурная функция, то есть участвуют в построении разных клеточных структур.

Полисахарид целлюлоза образует клеточные стенки растительных клеток, отличающиеся твердостью и жесткостью, она – один из главных компонентов древесины. Другими компонентами являются гемицеллюлоза, также принадлежащая к полисахаридам, и лигнин (он имеет не углеводную природу). Хитин тоже выполняет структурные функции. Хитин выполняет опорную и защитную функции.Клеточные стенки большинства бактерий состоят из пептидогликана муреина – в состав этого соединения входят остатки как моносахаридов, так и аминокислот.

3.      Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др.).

Общая формула глюкозы – С6Н12О6, это альдегидоспирт. Глюкоза содержится во многих фруктах, соках растений и цветочном нектаре, а также в крови человека и животных. Содержание глюкозы в крови поддерживается на определенном уровне (0,65–1,1 г на л). Если искусственно снизить его, то клетки мозга начинают испытывать острое голодание, которое может закончиться обмороком, комой и даже смертельным исходом. Длительное повышение содержания глюкозы в крови тоже отнюдь не полезно: при этом развивается заболевание сахарный диабет.

Млекопитающие, и человек в том числе, могут синтезировать глюкозу из некоторых аминокислот и продуктов расщепления самой глюкозы – например, молочной кислоты. Они не умеют получать глюкозу из жирных кислот, в отличие от растений и микробов.

Взаимопревращения веществ.

Избыток белка——углеводы

Избыток жиров—————углеводы

Урок 4. органические молекулы. углеводы. липиды — Биология — 9 класс

Все вещества, входящие в состав организма, делятся на два класса: органические и неорганические соединения. К неорганическим соединениям относятся вода и минеральные вещества. К органическим соединениям относятся:
мономеры, молекулярная масса которых колеблется от 100 до 350. Например: моносахариды, жирные кислоты, нуклеотиды.
биополимеры, молекулярная масса которых колеблется от до. Это белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды.
Углеводы – важный класс органических соединений, который встречается повсеместно: в растительных организмах, животных организмах и микроорганизмах. В растительных организмах на долю углеводов приходится 80-90 %, в животных организмах – 1-5 %, в микроорганизмах – 12-30 %.
Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды — бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус, из которых наибольшее значение для живых организмов имеют:
1. Рибоза входит в состав нуклеиновых кислот РНК, АТФ.
2. Дезоксирибоза входит в состав ДНК.
3. Глюкоза. Один из наиболее распространенных природных сахаров, находится как в свободном, так и в связанном виде. В свободном виде быстро увлекается в энергетический метаболизм, то есть служит основным источником энергии в клетке. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов, например крахмала и тростникового сахара.
4. Галактоза. Входит в состав молочного сахара – лактозы.
5. Фруктоза. Входит в состав олигосахаридов, например сахарозы. В свободном виде содержится в клетках растений.
Олигосахариды. Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды:
1. Сахароза (тростниковый сахар) – сахар, который люди употребляют в повседневной жизни. Сахароза содержится в большинстве растений, но особенно много ее в сахарном тростнике и сахарной свекле.
2. Лактоза (молочный сахар). Содержится в молоке и молочных продуктах.
3. Мальтоза (солодовый сахар). В большом количестве содержится в проросших или прорастающих зернах ячменя, ржи и пшеницы.
К полисахаридам в живых организмов относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Данные полисахариды не сладкие, не растворимы или плохо растворимы в воде, не кристаллизуются. Они играют роль резерва пищи и энергии (крахмал и гликоген), используются в качестве строительного материала (целлюлоза, хитин).
1. Крахмал – основной полисахарид в клетках растений. Он построен из остатков глюкозы. Организм человека хорошо усваивает крахмал, в составе зерновых и картофеля он потребляется в огромных количествах.
2. Гликоген – полисахарид животного происхождения, который построен из остатков глюкозы. Гликоген у человека накапливается в печени и мышцах.
3. Целлюлоза представляет собой линейный полисахарид, построенный из остатков глюкозы. Из целлюлозы построены клеточные стенки растений, и она выполняет структурную функцию.
4. Хитин – это азотосодержащий полисахарид (аминополисахарид). Хитин является вторым после целлюлозы по распространенности структурным полисахаридом.
Функции углеводов в живых организмах:
1. Энергетическая
Углеводы обеспечивают до 70 % потребности организма в энергии. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии.
2. Запасающая
Крахмал и гликоген являются запасными полисахаридами. Они являются временным хранилищем глюкозы.
3. Структурная
Целлюлоза и хитин используются в качестве строительного материала. Целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, хитин входит в состав клеточных стенок грибов, а также используется для построения наружного скелета у членистоногих животных (ракообразные, паукообразные, насекомые).
1. Защитная.
Смолы, выделяющиеся при повреждении стволов и веток растений, препятствуют проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов, являются производными моносахаридов.
Липиды – это обширная группа жиров и жироподобных веществ, которые содержатся во всех живых клетках; неполярны и гидрофобны. Липиды практически не растворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях, например в эфире, бензоле, хлороформе. В некоторых клетках липидов очень мало, всего несколько процентов, а в некоторых их содержание достигает 90 % (семена подсолнечника, подкожная жировая клетчатка). По химическому строению липиды могут быть различны, но истинные липиды – это сложные эфиры высших жирных кислот и какого-либо спирта. Липиды бывают простые и сложные.
К простым липидам относятся нейтральные жиры и воска.
1. Нейтральные жиры – это самые распространенные липиды, встречающиеся в природе. Их молекулы образуются в результате присоединения трех остатков высокомолекулярных жирных кислот к одной молекуле трехатомного спирта глицерина. Среди соединений этой группы различают жиры, остающиеся твердыми при температуре 20 °С, и масла, которые в этих условиях становятся жидкими.
2. Воска – это сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и многоатомными спиртами. Они покрывают кожу, шерсть, перья животных, смягчая их и защищая их от воды, пчёлы строят соты.
К сложным липидам относятся: фосфолипиды, гликолипиды, стероиды.
1. Фосфолипиды по своей структуре близки к нейтральным жирам, но в их молекуле один или два остатка жирных кислот замещены остатком фосфорной кислоты.
2. Гликолипиды образуются в результате соединения липидов с углеводами. Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга.
3. Стероиды и терпены – это липиды, не имеющие жирных кислот и имеющие особую структуру.
К стероидам относятся половые гормоны, например прогестерон и эстроген (женские половые гормоны), тестостерон (мужской половой гормон). Также к стероидам относится витамин D, при недостатке которого возникает болезнь под названием рахит. Терпены – вещества, от которых зависит аромат эфирных масел растений, например: ментола, мяты, камфары.
Функции липидов:
1. Энергетическая
При полном окислении 1 г липидов выделяется 38,9 кДж энергии, то есть в 2 раза больше, чем при окислении 1 г углеводов.
2. Запасающая
Жиры являются основным запасающим веществом у животных, а также у некоторых растений. Они могут использоваться также в качестве источника воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды). Это особенно ценно для пустынных животных, обитающих в условиях дефицита воды.
3. Защитная
Обладая выраженными термоизоляционными свойствами, липиды защищают наш организм от температурных перепадов, от механических и физических воздействий. Воска, которые покрывают тело растений, которые живут в засушливых регионах в условиях дефицита влаги, защищают их от излишнего испарения воды.
4. Структурная
В комплексе с белками липиды являются структурными компонентами всех биологических мембран.
5. Регуляторная
Липиды принимают участие в регуляции физиологических функций организма, так как некоторые из них являются гормонами.
Список литературы:
1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология. Общие закономерности. – Дрофа, 2009.
2. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Чернова Н.М. Основы общей биологии. 9 класс: Учебник для учащихся 9 класса общеобразовательных учреждений/ Под ред. проф. И.Н. Пономаревой. – 2-е изд., перераб. – М.: Вентана-Граф, 2005
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Биология. Введение в общую биологию и экологию: Учебник для 9 класса, 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2002.
4. Большой справочник по биологии/под ред. Т.В. Ивановой, Г.Л. Свиридовой. – М.: «Издательство Астрель», «Олимп», «Фирма «Издательство АСТ», 2000. – 448 с.: ил.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Биологический словарь.
2. Files.school-collection.edu.ru.
3. Biouroki.ru.
4. Youtube.com.
5. https://ege.sdamgia.ru

Углеводы Открытая биология. Учебник

Переходя к рассмотрению органических веществ, нельзя не отметить значение углерода для жизни. Вступая в химические реакции, углерод образует прочные ковалентные связи, обобществляя четыре электрона. Атомы углерода, соединяясь между собой, способны образовывать стабильные цепи и кольца, служащие скелетами макромолекул. Углерод также может образовывать кратные ковалентные связи с другими углеродными атомами, а также с азотом и кислородом. Все эти свойства обеспечивают уникальное разнообразие органических молекул.

Макромолекулы, составляющие около 90 % массы обезвоженной клетки, синтезируются из более простых молекул, называемых мономерами. Существуют три основных типа макромолекул: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты; мономерами для них являются, соответственно, моносахариды, аминокислоты и нуклеотиды.

Углеводами называют вещества с общей формулой Cx(H2O)y, где x и y – натуральные числа. Название  углеводы  говорит о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что и в воде.

В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ.

Глюкоза

Углеводы делятся на простые (моносахариды) и сложные (дисахариды и полисахариды). Моносахариды имеют общую формулу (CH2O)n, где n изменяется от 3 до 9. Самые распространённые моносахариды – глюкоза и фруктоза, имеющие формулу (CH2O)6. Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде.

Сахароза – обычный сахар из магазина

Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, АТФ и полисахаридов, служат источниками энергии, высвобождаемой при окислении в процессе дыхания. Производные моносахаридов – сахарные спирты, сахарные кислоты, дезоксисахара и аминосахара – имеют важное значение в процессе дыхания, а также используются при синтезе липидов, ДНК и других макромолекул.

Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами. Иногда они используются в качестве запасных питательных веществ. Наиболее распространенными из них являются мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза) и сахароза (глюкоза + фруктоза). Лактоза содержится только в молоке. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях; это и есть тот самый сахар, который мы обычно употребляем в пищу.


Мальтоза Лактоза Сахароза

Полисахариды состоят из моносахаридов. Большие размеры делают их молекулы практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияние на клетку и потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть превращены обратно в сахара путём гидролиза.

Крахмал (полимер глюкозы) запасается в клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Эквивалентом крахмала в животном организме является гликоген (у позвоночных он содержится в печени и мышцах). Крахмал и гликоген играют роль резерва пищи и энергии.

Особенно много крахмала в клубнях картофеля, а также в семенах бобовых и злаков Целлюлоза – основной компонент стенок растительных клеток и самое распространённое на Земле органическое вещество

Целлюлоза также является полимером глюкозы. В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает первое место среди органических соединений. Форма молекулы (длинные цепи с выступающими наружу –OH-группами) обеспечивает прочное сцепление между соседними цепями. При всей своей прочности, макрофибриллы, состоящие из таких цепей, легко пропускают воду и растворённые в ней вещества и потому служат идеальным строительным материалом для стенок растительной клетки. Целлюлоза – ценный источник глюкозы, однако для её расщепления необходим фермент целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

Целлюлоза Хитин

Иногда простые сахара вступают в реакцию с сахарными спиртами и кислотами. Образующиеся при этом вещества близки к полисахаридам и носят название мукополисахаридов. Муреин играет роль структурного компонента в клетках прокариот. Хитин близок к целлюлозе; он встречается у некоторых форм грибов, а также как важный компонент наружного скелета некоторых животных. Гликопротеины и гликолипиды определяют антигенные свойства клеток. Гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат – важные компоненты соединительной ткани позвоночных. Камеди и слизи имеют важную защитную функцию в организмах растений и животных.

Хитин является основным компонентом наружного скелета членистоногих

Презентация биология 10 класс «Углеводы»

Текст этой презентации

Слайд 1

Органические вещества
Презентация учителя биологии ГБОУ Школа №879 г. Москвы Титовой С.С.

Слайд 2

Химический состав клетки
Неорганические вещества
Органические вещества
Вода
Минеральные соли
Белки
Липиды
Углеводы
Нуклеиновые кислоты
Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ)

Слайд 3

Органические вещества клетки
Полимеры- это сложные молекулы, образованные повторяющимися более простыми молекулами ( мономерами).
Полимеры
Регулярные
Нерегулярные
Углеводы
Белки
Нуклеиновые кислоты

Слайд 4

Углеводы
Органические соединения , в состав которых входят в основном три химических элемента- углевод, водород и кислород. Общая формула углеводов – С ( Н О)
m
2
n
Углеводы
Моносахариды ( состоят из одной молекулы)
Олигосахариды ( имеют от 2 до 10 звеньев)
Полисахариды (имеют более 10 звеньев)

Слайд 5

Углеводы
Моносахариды
Пентозы
Гексозы
Рибоза
Дезоксирибоза
Глюкоза
Фруктоза
Галактоза

Слайд 6

Углеводы
Олигосахариды
Дисахариды
Трисахариды
Сахароза
Лактоза
Мальтоза

Слайд 7

Углеводы
Полисахариды
Крахмал (C6h20O5)n 
Целлюлоза
Гликоген (C6h20O5)n 
Хитин

Слайд 8

Слайд 9

Функции углеводы
Пластическая (строительная)
Энергетическая
Запасающая
Регуляторная
Образуют клеточные стенки растений и грабов. Образуют наружный скелет членистоногих. Входят в состав нуклеиновых кислот.
При окислении высвобождается энергия. 1г-17,6 кДж
Являются запасным веществом.
Выполняют функцию рецепторов в составе гликопротеидов в клеточных мембранах.

Слайд 10

Липиды
Жиры
Жироподобные вещества
Простые липиды
Сложные липиды
Жирные кислоты Жирные спирты Воски
Фосфолипиды Гликолипиды
Липиды

Слайд 11

Жиры
Производные трехатомного спирта глицерина и высших жирных кислот
Животного происхождения
Растительного происхождения
Глицерин соединен с насыщенными жирными кислотами
Глицерин соединен с ненасыщенными жирными кислотами

Слайд 12

Фосфолипиды- состоят из остатков глицерина и жирных кислот.
Входят в состав клеточных мембран, обеспечивая их барьерную роль.
Гликолипиды- входят в состав мембран. Нелипидной частью гликолипида являются углеводы.

Слайд 13

Функции липидов
Строительная
Энергетическая
Запасающая
Регуляторная
Образуют билипидный слой всех мембран.
При окислении высвобождается энергия. 1г-38,9 кДж
Являются запасным веществом.
Липиды входят в состав гормонов, которые принимают участие в регуляции жизненных функций.

Слайд 14

Функции липидов
Защитная
Источник воды
Низкая теплопроводность жира обеспечивает теплоизоляцию. Подкожный слой жира у животных- амортизатор для органов. Запас жира в клетках растений повышает температуру замерзания цитоплазмы зимой.
У животных пустыни при расщеплении жира выделяется большое количество воды: 1 кг жира -1,1 кг воды .

Разработка урока: «Углеводы» | План-конспект урока по биологии (10 класс) на тему:

МБОУ Вечерняя (сменная) ОШ с. Тоора-Хем

Оюн Анай-Хаак Хеймер-ооловна – учитель биологии

Цель:

изучить особенности строения и функции углеводов как необходимых     компонентов клеток.

Задачи:

продолжить углубление знаний об особенностях строения органических веществ,

сформировать знания о строении и функциях углеводов, охарактеризовать их многообразие,

продолжить формирование навыков работы с дополнительной литературой, навыков работы в группе.

Тип урока: комбинированный

План урока:

  1. Что такое углеводы?
  2. Классификация углеводов.
  3. Моносахариды.
  4. Олигосахариды.
  5. Полисахариды.
  6. Функции углеводов.

Ход урока

  1. Организационный момент

Здравствуйте, ребята! Садитесь.

Давайте проверим, как вы готовы к уроку.  У вас на столах должно быть: учебник, тетрадь, ручка, карандаши. У всех все есть? Хорошо! Кто отсутствует сегодня в классе? Молодцы!

  1. Проверка домашнего задания.

Давайте вспомним то, что мы проходили на прошлом уроке. Мы познакомились с белками. Дома вы должны были ответить на вопросы в конце параграфа. Ответили?

( Проверить по одному тетради учащихся, и поставить соответствующие оценки).

С целью проверки усвоения вами материала прошлого урока давайте выполним задание. Я буду читать вам предложения, а вы скажете, правильно ли высказывание или нет. Итак, начинаем.

1. Белки по составу делятся на глобулярные, фибриллярные и промежуточные. (-)

2. Мономером белка является радикал. (-)  

3. Аминокислота имеет радикал, аминогруппу, карбоксильную группу.  (+)

4. Вторичная структура белка представлена спиралью или складчатым слоем. (+)

5. Все белки – ферменты. (-)

6. Дисульфидные связи – связи между серосодержащими аминокислотами в молекуле белка (+)

7. Фибриноген – белок промежуточной структуры (+)

8. Денатурация – это восстановление трехмерной структуры конформации белка (-)

9. Гемоглобин – белок четвертичной структуры (+)

10. Аминокислота – амфотерное соединение (+)

11. Связь между водородом и кислородом называют пептидной. (-)

12. Реакция конденсации идет с выделением углекислого газа (-)

13. Первичную конформацию белка поддерживают водородные связи (-)

14. Ферменты – это биологические катализаторы (+)

15. Ферменты обладают специфичностью (+)

16. Миоглобин переносит кислород в мышцах (+)

А теперь доставайте листочки будете делать на оценку тестирование.

Тест на тему: «Белки»

1. Из названных соединений выберите структурный компонент белка:

А) нуклеотид

Б) аминокислота

В) глюкоза

2. Назовите белки-катализаторы:

А) гормоны

Б) ферменты

В) антиоксиданты

3. Какая химическая связь участвует в образовании первичной структуры белка?

А) водородная

Б) пептидная

В) сульфидная

4. Вторичная структура, как правило, имеет форму:

А) спирали

Б) глобулы

В) вытянутой цепи

5. Третичная структура имеет конфигурацию:

А) спирали

Б) складок

В) глобулы

6. Синонимом понятия «белок» является термин:

А) липид

Б) полипептид

В) нуклеотид

7. Белки, выполняющие защитные функции, называются:

А) антигенами

Б) гормонами

В) антителами

3. Изучение нового материала.

Открывайте тетради и записывайте сегодняшнее число и тему. Сегодня мы познакомимся с еще одним органическим веществом – Углеводы. Начнем с определения углеводов. Углеводы (сахариды) – органические вещества с общей формулой Сn(Н2О)m.

У большинства углеводов число молекул воды соответствует количеству атомов углерода, поэтому эти вещества и получили такое название.

В клетках животных углеводы содержатся в количестве не более 5% от сухой массы, в растительных клетках – до 90% (клубни картофеля).

Классификация углеводов.

Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Углеводы бывают простыми и сложными. К простым углеводам относятся моносахариды. К сложным – олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды.

с греческого monos – один. Это бесцветные, кристаллические вещества, легко растворимые в воде и имеющие сладкий вкус.

Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Рибоза входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК. Глюкоза (виноградный сахар) является мономером полисахаридов, например крахмала, гликогена, целлюлозы. Она есть в клетках всех организмов. Фруктоза входит в состав олигосахаридов, например сахарозы. В свободном виде содержится в клетках растений. Галактоза также входит в состав некоторых олигосахаридов, например лактозы.

Олигосхариды.

С греческого oligos – немного. Они образованы из нескольких моносахаридов, связанных ковалентно  друг с другом с помощью гликозидной связи. Большинство олигосахаридов растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Из олигосахаридов наиболее широко распространены дисахариды: сахароза, мальтоза, лактоза.

Полисахариды.

С греческого poly – много. Являются полимерами и состоят из неопределенного большого числа остатков молекул моносахаридов, соединенных ковалентными связями. Могут достигать сотен или тысяч молекул моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и др.

Интересно, что крахмал, гликоген и целлюлоза, играющие важную роль в  живых организмах, построены из мономеров глюкозы,  но связи в их молекулах различны. Кроме того. У целлюлозы цепи не ветвятся, а у гликогена они ветвятся сильнее, чем у крахмала.

С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и исчезает сладкий вкус.

Функции углеводов.

Основной функцией углеводов является энергетическая функция. При их ферментативном расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При полном расщеплении 1 г. углеводов освобождается 17.6 кДж.

Запасающая функция. При избытке они накапливаются в клетке в качестве запасающих веществ, например крахмал, гликоген. И при необходимости используются организмом как источник энергии. Усиленное расщепление углеводов происходит, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.

Очень важной является структурная функция. Они используются в качестве строительного материала. Целлюлоза благодаря особому строению нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20-40% материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, а именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Защитная функция. Твердые клеточные стенки одноклеточных и хитиновые покровы членистоногих, в состав которых входят углеводы, также выполняют защитные функции.

  1. Закрепление.

А теперь давайте на закрепление, все вместе выполним тест.

1. Какое из названных химических соединений не является биополимером?

А) белок                                                         В) ДНК

Б) глюкоза                                                      Г) целлюлоза

2. В клетках животных запасным углеводом является:

А) целлюлоза                                                  В) глюкоза

Б) крахмал                                                       Г) гликоген

3. В каком случае правильно написана формула молекулы глюкозы?

А) С5  Н12 О5                                                  В) С6 Н12 О6

Б) С6 Н10 О6                                                    Г) С6 Н12 О5

4. Клетки какого из названных организмов наиболее богаты углеводами?

А) клетки мышц человека                            В) клетки кожицы лука

Б) клетки клубня картофеля                         Г) подкожная клетчатка медведя.

 5. Какое из соединений не построено из аминокислот?

А) гемоглобин                                              В) инсулин

Б) гликоген                                                   Г) альбумин

5. Домашнее задание.

Читать параграф, ответить на вопросы в конце параграфа.

  1. Подведение итогов.

Фронтальный опрос.

  1. Что такое углеводы?
  2. Что такое моносахариды?
  3. Что такое олигосахариды?
  4. Что такое полисахариды?
  5. Какие функции выполняют углеводы?

И вот наш урок подошел к концу. Все вы получите соответствующие оценки за ответы на вопросы. Спасибо вам за урок! До свидания!

Тема: Углеводы. — Биология — 9 класс

Тема: «Углеводы»

Цель: познакомиться с составом, строением, классификацией углеводов, их значением для живых организмов.

Актуализация знаний

Вопросы:

1. Какие вещества, относящиеся к углеводам вам известны?

2. Какую роль играют углеводы в живом организме?

3. В результате какого процесса углеводы образуются в клетках зеленых растений?

Изучение нового материала

Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода. Название «углеводы» они получили потому, что у большинства из них соотношение водорода и кислорода в молекуле такое же, как и в молекуле воды. Общая формула углеводов Cn(Н2О)m.

В животной клетке углеводов содержится всего 1-2%, иногда 5%, в растительных же клетках их содержание в некоторых случаях достигает 90% сухой массы (клубни картофеля, семена и т. д.).

Примерами углеводов могут служить глюкоза (С6Н12О6) и сахароза, или тростниковый сахар (С12Н22О11).

В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Все углеводы делятся на простые, или моносахариды, и сложные, или полисахариды (рисунок 2 «Строение молекул простых и сложных углеводов» на странице 19 учебника). Из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкоза содержится в крови (0,1-0,12%). Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот.

Ди- и полисахариды образуются путем соединения двух и более молекул моносахаридов. Так, сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов. Сахароза (тростниковый сахар) наиболее распространена в растениях. В ее состав входят глюкоза и фруктоза.

Дисахариды по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и другие (рисунок 3 «Схема строения полисахаридов» на странице 20 учебника). Мономером таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза, является глюкоза.

С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

Углеводы выполняют две основные функции:

-строительную,

-энергетическую.

Основная функция углеводов – энергетическая. При расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма. При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Усиленное расщепление углеводов в клетке можно наблюдать, например, при прорастании семян, интенсивной мышечной работе, длительном голодании.

В процессе окисления 1 г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

Углеводы используются и в качестве строительного материла. Так, целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок многих одноклеточных, грибов и растений. Благодаря особому строению целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью. В среднем 20-40 % материала клеточных стенок растений составляет целлюлоза, а волокна хлопка – почти чистая целлюлоза, и именно поэтому они используются для изготовления тканей.

Хитин входит в состав клеточных стенок некоторых простейших и грибов, встречается он и у отдельных групп животных, например у членистоногих, в качестве важного компонента их наружного скелета.

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.

Некоторые полисахариды входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами, обеспечивая узнавание клетками друг друга и их взаимодействие.

Закрепление

Вопросы:

1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?

2. Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами?

3. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?

Обобщение

Сделайте вывод по уроку.

Домашнее задание

1. Параграф 1.2. на страницах 18-21 учебника (старый учебник: параграф 22 на страницах 109-110 учебника).

2. Вопросы 1-3 на странице 21 учебника (старый учебник: вопросы 5-7 на странице 112 учебника).

3. Словарь: углеводы, или сахариды, моносахариды, дисахариды, полисахариды, рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза, сахароза, мальтоза, лактоза, крахмал, гликоген, хитин.

Углеводы реферат по биологии — Docsity

Углеводы (сахара) — одна из наиболее важных и распростра- ненных групп природных органических соединений. Они составляют 80% массы сухого вещества растений и около 2% сухого вещества животных организмов. Животные и человек не способны синтезировать сахара и получа- ют их с различными пищевыми продуктами растительного происхожде- ния. В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода и воды в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнеч-ной энергии с участием зелёного пигмента растений — хлорофилла. В зависимости от строения углеводы (сахара) делятся на: 6СО2 + 6Н2О ——— С6Н12О6 + 6О2 1. Моносахариды: — глюкоза С6Н12О6 — фруктоза С6Н12О6 — рибоза С5Н10О5 2. Дисахариды: — сахароза С12Н22О11 3. Полисахариды: — крахмал (С6Н10О5)n — целлюлоза (С6Н10О5)n Моносахариды Глюкоза С6Н12О6 В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в крови и в небольших количествах во всех клетках. Много глюкозы находится во фруктах, ягодах, нектаре цветов, осо- бенно много в винограде. В природе глюкоза образуется в растениях в результате фотосин- теза в присутствии зелёного вещества — хлорофилла, содержащего атом магния. 6СО2 + 6Н2О ———— С6Н12О6 + 6О2 Различают следующие структурные формулы глюкозы: — с открытой цепью — глюкоза является одновременно многоатом- ным спиртом и альдегидом. — циклическая,которая имеет различное пространственное строе- ние: а — форма глюкозы — гидроксильные группы (-ОН) при первом и втором атомах углерода расположены по одну сторону кольца. б — форма глюкозы — гидроксидные группы находятся по разные стороны кольца молекулы. Эти формы находятся в растворе в химическом равновесии друг с другом (реакция мутаротации глюкозы). Н О СН2ОН С СН2ОН Н О Н Н—С—ОН Н О ОН Н ==== НО—С—Н ==== Н ОН Н Н—С—ОН ОН Н ОН ОН Н—С—ОН ОН Н Н ОН СН2ОН Н ОН а — глюкоза б — глюкоза Получение: 1. Гидролиз крахмала в присутствии серной кислоты (промышлен- ный способ получения): (С6Н10О5)n + nН2О —— nC6h22O6 крахмал глюкоза 2. Синтез из формальдегида в присутствии гидроксида кальция (предложен А. М. Бутлеровым): О са(он)2 6Н—С ———- С6Н12О6 формальдегид Н глюкоза Физические свойства: Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество со сладким вку- сом,хорошо растворимое в воде.Из водного раствора кристализуется. Химические свойства: Химические свойства обусловлены наличием альдегидной (-СНО) и гидроксильной (-ОН) групп. 1. Свойства,характерные для спиртов: — взаимдействие с карбоновыми кислотами с образованием слож- ных эфиров (реакция этерификации). 2. Свойства, характерные для альдегидов: -взаимодействие с оксидом серебра ( I ) в аммиачном растворе (реакция «серебряного зеркала»): О О СН2ОН—[CH(OH)]4—С +Аg2O —— Ch3OH—[CH(OH)]4—C +2Ag глюкоза Н глюконовая кислота ОН -восстановление (гидрирование) — до шестиатомного спирта (сор- бита): О [H] СН2ОН—[CH(OH)]4—С —— СН2ОН—[CH(OH)]4—СН2ОН глюкоза Н сорбит 3. Специфические реакции — брожение: — спиртовое брожение: С6Н12О6 —— 2С2Н5ОН + 2СО2

углеводов — MHCC Biology 112: Biology for Health Professions

Углеводы — это макромолекулы, с которыми большинство потребителей в некоторой степени знакомо. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружаются углеводами» перед важными соревнованиями, чтобы убедиться, что у них достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов.Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Рисунок 1 Хлеб, макаронные изделия и сахар содержат большое количество углеводов. («Пшеничные продукты» Министерства сельского хозяйства США находятся в открытом доступе)

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле.Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компоненты — это углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи.Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 . У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) — другие распространенные моносахариды. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода. В одном моносахариде все атомы связаны друг с другом прочными ковалентными связями.

Рисунок 2 Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), но другое расположение атомов. Линии между атомами представляют собой ковалентные связи.

Дисахариды

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная (ОН) группа одного моносахарида объединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь, которая соединяет два моносахарида вместе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 3). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он образуется в результате реакции дегидратации между глюкозой и молекулами галактозы, которая удаляет молекулу воды и образует ковалентную связь. связаны ковалентной связью. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы, связанных ковалентной связью. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы, также связанных ковалентной связью.

Рисунок 3 Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Все моносахариды связаны ковалентными связями. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров.Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). По сути, крахмал — это длинная цепь мономеров глюкозы. Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Гликоген — это форма хранения глюкозы в организме человека и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Рисунок 4 Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки.Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы (рис. 5).

Рисунок 5 В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно на пчеле на рисунке 6).Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, которая представляет собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство на территории Эукарии.

Рисунок 6 У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Энергия может храниться в связях молекулы.Связи, соединяющие два атома углерода или соединяющие атом углерода с атомом водорода, являются высокоэнергетическими связями. Разрыв этих связей высвобождает энергию. Вот почему наши клетки могут получать энергию от молекулы глюкозы (C 6 H 12 O 6).

Полисахариды образуют длинные волокнистые цепи, которые могут создавать прочные структуры, такие как клеточные стенки.

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4.0.

OpenStax, Биология. OpenStax CNX. 27 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]:[email protected]/Biological-Molecules

Глава 4. Углеводы — Введение в молекулярную и клеточную биологию

Большинство людей знакомы с углеводов , одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «загружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне.Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу , простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы можно представить химической формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле.Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компоненты — это углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите химическую природу моносахаридов и способы, которыми отдельные моносахариды могут отличаться друг от друга.
  • Назовите несколько распространенных моносахаридов.

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простых сахаров , наиболее распространенным из которых является глюкоза . В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются на суффикс «-оза». Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза.В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. Рисунок 4.2 для иллюстрации некоторых моносахаридов.

Рисунок 4.2 Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи.Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 . У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) — другие распространенные моносахариды. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода ( Рисунок 4.3 ).

Рис. 4.3. Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), но атомы связаны друг с другом в другом расположении.

Глюкоза, галактоза и фруктоза представляют собой изомерные моносахариды (гексозы), что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но имеют немного разные структуры. Глюкоза и галактоза — это альдозы, а фруктоза — кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах ( Рисунок 4.4 ). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится ниже углеродного номера 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 4.4 Пять и шесть углеродных моносахаридов находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β. Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Проверка концепции Какие сахара представляют собой глюкозу, галактозу и фруктозу: альдозу или кетозу?

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите химическую природу дисахаридов.
  • Назовите некоторые распространенные дисахариды и входящие в их состав моносахариды.
  • Назовите тип связи, которая удерживает моносахариды вместе, и определите его в структуре дисахарида.

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь.Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь или гликозидная связь (рис. 4.5). Гликозидные связи могут быть альфа- или бета-типа.

Рисунок 4.5 Сахароза образуется, когда глюкоза и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи. При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе.В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (, рис. 4.6, ). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рисунок 4.6 Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите химическую природу полисахаридов.
  • Назовите некоторые общие полисахариды и их функции.

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов.Крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и пептидогликаны являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных.Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены гликозидными связями α 1-4 или α 1-6. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано на рис. 4.7 , амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Рисунок 4.7 Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных гликозидными связями α 1,4 и α 1,6. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Гликоген — это форма хранения глюкозы в организме человека и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны гликозидными связями β, 1-4 ( Рисунок 4.8 ).

Рисунок 4.8 В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рис. 4.8 , каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных животных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Хитин образует внешний скелет, называемый экзоскелетом, членистоногих (насекомых, ракообразных и других) ( Рисунок 4.9 ). Хитин представляет собой азотсодержащий полисахарид, который состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара.Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов.

Рис. 4.9. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Пептидогилканы являются основным компонентом клеточных стенок бактерий. Подобно хитину, пептидогликаны содержат азотсодержащие сахара, связанные в длинные цепи. В отличие от хитина, пептидогилканы имеют короткие цепи аминокислот, прикрепленных к сахарам. Эти аминокислоты образуют пептидные связи между молекулами пептидогликана, связывая цепи вместе.

Многие антибиотики, такие как пенициллин и его производные, нацелены на бактериальные пептидогликаны. Общий протокол окрашивания, называемый окрашиванием по Граму, позволяет различать разные типы стенок бактериальных клеток и помогает медицинским работникам определить, какой антибиотик следует использовать. Грамположительные бактерии имеют более толстые клеточные стенки, которые сохраняют больше пурпурной окраски по Граму.

4.4.1 Углеводные функции

Как описано выше, углеводы выполняют в клетках множество функций.Например, дисахариды, крахмал и гликоген служат молекулами хранения энергии, поскольку они состоят из моносахаридов. Растения, водоросли и некоторые бактерии производят моносахариды, используя энергию солнца, в процессе, называемом фотосинтез . Фотосинтез по существу преобразует энергию солнца в химическую энергию в связях глюкозы. Глюкоза расщепляется клеточным дыханием, или другими путями, чтобы преобразовать свою энергию в АТФ, основную молекулу топлива для клеток.

Другие углеводы, включая целлюлозу, хитин и пептидогликаны, являются структурными молекулами. Они образованы из длинных цепочек моносахаридов, сшитых водородными или пептидными связями в жесткие волокнистые листы.

Углеводы также могут быть использованы для создания других сложных молекул. Например, в следующей главе вы узнаете, что ДНК нуклеиновой кислоты содержит сахар, называемый дезоксирибозой. Сахар также можно использовать для производства некоторых аминокислот, которые клетки используют для создания белков.

Важный класс углеводов находится на внешней поверхности многих клеток. Эти углеводы служат маркерами идентичности, помогающими клеткам многоклеточных организмов узнавать и общаться друг с другом ( Рисунок 4.10 ).

Рисунок 4.10 Клеточные мембраны состоят из фосфолипидного бислоя (желтый) с встроенными в него белками (красный). К некоторым белкам на внешней поверхности клетки прикреплены углеводные цепи (синий цвет). Они помогают клеткам узнавать друг друга и общаться друг с другом.(Кредит: изображение подготовлено Марией Хрмовой.)

4.4.2 Польза углеводов

Полезны ли углеводы? Людям, желающим похудеть, часто говорят, что углеводы вредны для них, и их следует избегать. Некоторые диеты полностью запрещают потребление углеводов, утверждая, что низкоуглеводная диета помогает людям быстрее похудеть. Однако углеводы были важной частью рациона человека на протяжении тысячелетий; артефакты древних цивилизаций свидетельствуют о наличии пшеницы, риса и кукурузы в хранилищах наших предков.

Углеводы следует дополнять белками, витаминами и жирами для сбалансированного питания. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы. Нерастворимая часть, известная как клетчатка, в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений; он способствует регулярному опорожнению кишечника за счет увеличения объема и регулирует скорость потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает удалить излишки холестерина из организма, связывая холестерин в тонкой кишке, предотвращая его попадание в кровоток и заставляя его выходить из организма через кал.Диета, богатая клетчаткой, также снижает риск рака толстой кишки. Кроме того, еда, содержащая цельнозерновые и овощи, дает ощущение сытости. В качестве непосредственного источника энергии глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая валюта клетки. Без потребления углеводов доступность «мгновенной энергии» снижается. Низкокалорийная диета, богатая цельнозерновыми, фруктами, овощами и нежирным мясом, вместе с большим количеством упражнений и большим количеством воды — самый разумный способ похудеть.

Зарегистрированный диетолог

Ожирение является проблемой здравоохранения во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения. Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для лечения и профилактики заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом, как контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов.Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в области химии и физиологии (биологических функций) пищи (белков, углеводов и жиров).

Химия биологии: углеводы

Углеводы

Углеводы — это органические соединения, которые организованы в виде кольцевых структур и всегда состоят из элементов углерода, водорода и кислорода. Углеводы — это действительно гидраты углерода, потому что отношение атомов водорода к атомам кислорода всегда почти 2: 1, как в H 2 O.

У них также есть много функций. Большая часть энергии, которую вы получаете, поступает из углеводов, которые вы едите.Растения производят углеводы, такие как пшеница, кукуруза и картофель. Углеводы обычно потребляются животными либо при поедании растения, которое их произвело, либо при употреблении в пищу других животных. Люди также получают углеводы из цельного зерна, фруктов, овощей, молока, конфет, безалкогольных напитков и макаронных изделий.

Насекомые производят углеводный хитин как прочный экзоскелет для защиты, а лобстеры и крабы используют хитин для своих панцирей. Наконец, целлюлоза, вероятно, является наиболее широко используемым углеводным соединением, включая древесину и изделия из нее, такие как бумага.

Моносахариды

Простейшими биологически важными углеводами являются моносахаридов , что означает один сахар (моно = один, сахарид = сахар). Общая формула для любого углевода: (CH 2 O) x , где x — любое число от трех до восьми. Наиболее распространенными моносахаридами (гексозами) являются глюкоза, галактоза и фруктоза.

Глюкоза — простейший моносахарид и, вероятно, самый известный сахар, особенно если вы были в больнице.В природе глюкоза — это сахар, который зеленые растения производят во время фотосинтеза . Это также основной источник энергии для клеток. Медицинские процедуры часто требуют внутривенного введения глюкозы для выздоравливающих пациентов, чтобы быстрее восстановить силы. Галактоза содержится в молоке, а фруктоза придает сладкий вкус фруктам. Хотя химическая структура каждого сахара отличается, химическая формула одинакова: C 6 H 12 O 6 .

Дисахариды

Моносахариды объединяются посредством дегидратационного синтеза с образованием дисахаридов или двойных сахаров (di = два).Реакция синтеза дегидратации высвобождает воду в качестве побочного продукта. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза, также известная как столовый сахар, C 12 H 22 O 11 . Другие распространенные дисахариды включают мальтозу (солодовый сахар) и лактозу (молочный сахар).

Полисахариды

Дальнейшая дегидратация приводит к объединению большего количества молекул сахара с образованием длинных цепей, известных как полисахариды . Полисахарид обычно относится к углеводному полимеру, состоящему из сотен, даже тысяч моносахаридов, ковалентно связанных вместе.Клетки используют полисахариды по ряду причин, включая хранение избыточной глюкозы в виде крахмала в растениях и гликогена у животных. Крупная полисахаридная целлюлоза является структурным компонентом растений, который придает им жесткость и гибкость.

Выдержка из The Complete Idiot’s Guide to Biology 2004 Глен Э. Моултон, редактор Д. Все права защищены, включая право на воспроизведение полностью или частично в любой форме. Используется по договоренности с Alpha Books , членом Penguin Group (USA) Inc.

Чтобы заказать эту книгу напрямую у издателя, посетите веб-сайт Penguin USA или позвоните по телефону 1-800-253-6476. Вы также можете приобрести эту книгу на Amazon.com и Barnes & Noble.

Углеводы — Биология

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компоненты — это углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»).Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза.В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода). См. [Ссылка] для иллюстрации моносахаридов.

Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 . У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыточная глюкоза часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) — другие распространенные моносахариды. Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода ([ссылка]).

Art Connection

Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы.Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), но другое расположение атомов.

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Глюкоза, галактоза и фруктоза представляют собой изомерные моносахариды (гексозы), что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но имеют немного разные структуры. Глюкоза и галактоза — это альдозы, а фруктоза — кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах ([ссылка]).Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится под номером углерода 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Пять и шесть углеродных моносахаридов находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, на которую оно замыкается, фиксируется в положении α или β .Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь.Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь ([ссылка]). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа.

Сахароза образуется, когда мономер глюкозы и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи. При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе.В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу ([ссылка]). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Обычные дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза.Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи. Как показано в [ссылка], амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 и α 1,6 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Гликоген — это форма хранения глюкозы у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки.Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны β 1-4 гликозидными связями ([ссылка]).

В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано в [ссылка], каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей.Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток. Хотя связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы и буйволы, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать растительный материал, богатый целлюлозой. и использовать его как источник пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных животных) и секретируют фермент целлюлазу.В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как показано на примере пчелы в [ссылка]).Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, которая представляет собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство на территории Эукарии.

У насекомых есть твердый внешний скелет из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Карьерные связи

Зарегистрированный диетолог Ожирение является проблемой здравоохранения во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения.Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для лечения и профилактики заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом, как контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов. Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в области химии и физиологии (биологических функций) пищи (белков, углеводов и жиров).

углеводов — обзор | ScienceDirect Topics

Abstract

Углеводы — это полигидроксиальдегиды (альдозы) или полигидроксикетоны (кетозы), состоящие из C, H и O. Они подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды могут быть триозами, тетрозами, пентозами и т.д. в зависимости от количества атомов углерода в молекуле. Они представляют оптическую изомерию из-за наличия асимметричного или хирального C. У животных большинство углеводов в организме человека являются d-изомерами. Глюкоза — это альдогексоза и самый важный моносахарид в организме человека, используемый клетками в качестве топлива. Другие альдогексозы — это галактоза и манноза, которые входят в состав сложных молекул. Фруктоза — это кетогексоза, а рибоза — наиболее важная альдопентоза и компонент РНК. Эти молекулы обычно образуют циклическую структуру, которая может быть пираном или фураном, и они представляют собой изомеры α и β. Существуют производные моносахаридов, которые включают следующее: (1) гликозиды, в которых альдегид или кетонная группа реагируют с другой молекулой; (2) полиспирты, которые получают восстановлением альдегидной или кетонной группы; (3) дезоксисахары, которые образуются в результате потери кислорода из спиртовой группы моносахарида; (4) альдоновая, альдаровая и уроновая кислоты , которые образуются в результате окисления C1 или C6 альдоз; (5) сложные эфиры фосфорной кислоты, которые образуются путем фосфорилирования и обычно встречаются как продукты метаболизма моносахаридов; (6) аминосахара, которые обычно имеют аминогруппу, присоединенную к C2 (глюкозамин и галактозамин).Другими азотистыми производными являются нейраминовая и мурамовая кислоты. Дисахариды включают мальтозу, состоящую из двух d-глюкоз, связанных α-гликозидной связью от C1 одного до OH на C4 другой глюкозы (α-1 → 4 гликозидная связь). Лактоза — это молочный сахар, образованный d-галактозой и d-глюкозой, связанными через β-гликозидную связь от C1 галактозы до C4 d-глюкозы (β-1 → 4 гликозидная связь). Сахароза, обычный подсластитель, образована d-фруктозой и α-d-глюкозой, связанными двойной гликозидной связью между C1 α-глюкозы и C2 β-фруктозы Полисахариды или гликаны представляют собой полимерные макромолекулы, классифицируемые на: — и гетерополисахариды. Гомополисахариды включают крахмал, являющийся запасом питательных веществ растений, состоящий из амилозы и амилопектина. Амилоза имеет 1000–5000 d-глюкозных единиц, линейно связанных α-1 → 4 гликозидными связями. Амилопектин — это полимер, содержащий более 600 000 единиц глюкозы. Он содержит основную структуру амилозных плюс разветвлений, образованных примерно 25 остатками глюкозы, вставленными в основную цепь посредством α-1 → 6 связей. Гликоген — это полимер, который служит полимером запаса энергии у животных. Он структурно похож на амилопектин, но с большим количеством ответвлений.Декстрины являются конечными продуктами частичного гидролиза амилопектина амилазой. Декстраны представляют собой разветвленные полимеры d-глюкозы, такие как амилопептин и гликоген, с различными гликозидными связями. Инулин — это полимер молекул фруктозы, связанных через α-2 → 1. Целлюлоза играет важную структурную роль в растениях; это линейный полимер глюкозы со связями β-1 → 4. Хитин составляет экзоскелет насекомых и ракообразных и представляет собой полимер из N -ацетил-d-глюкозаминовых единиц, связанных связями β-1 → 4. Гетерополисахариды включают гликозаминогликаны (гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфат, дерматан, гепаран и кератансульфаты и гепарин).Гетерополисахариды, связанные с другими типами молекул, составляют протеогликаны, пептидогликаны, гликолипиды (ганглиозиды) и гликопротеины. Протеогликаны являются результатом ассоциации гликановых цепей (хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератан), связанных через гликозидные связи с гидроксилом сериновых или треониновых остатков (O-гликозидная связь) или с N остатков аспарагина (N-гликозидная связь) белков. Пептидогликаны — основной компонент клеточных стенок бактерий. Они состоят из N, -ацетил-d-глюкозамина и N, -ацетилмурамовой кислоты.Гликопротеины — это углеводы, конъюгированные с белками посредством O- или N -гликозидных связей. Ганглиозиды и гликопротеины отличаются от протеогликанов тем, что они имеют более короткие углеводные цепи. Они играют важную роль в распознавании антигенов / антител на поверхности клеток.

Углеводы и их типы

Углеводы или сахариды (греч. Sakcliaron = сахар) являются одним из четырех основных классов биомолекул.

Остальные три — это белки, нуклеиновые кислоты и липиды.Буквально углевод означает «гидрат углерода» или «гидрат углерода», потому что наряду с C, H и O, присутствующими в равных пропорциях, как в H 2 O, углеводы представляют собой полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны и их производные.

Эмпирическая формула углеводов: Cn (H 2 O) n или (CH 2 O) n, где n равно 3 или более.

Углеводы составляют 80% от сухой массы растений и 1-2% у животных. Углеводы — это первый продукт фотосинтеза, который служит основным источником энергии и выполняет структурные функции.Другие углеводы обеспечивают углеродный скелет для большинства, если не для всех органических соединений, входящих в состав растения.

Типы:

Углеводы подразделяются на четыре основных типа: моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

1. Моносахариды (простые сахара):

Моносахариды — это полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны, содержащие 3-7 атомов углерода. Моносахариды являются основными единицами углеводов, которые не могут быть далее гидролизованы до более простых сахаридов.

По карбонильной группе моносахариды бывают двух типов, а именно альдозы (содержат концевой альдегид, -CHO) и кетозы (содержат субтерминальный кетон,> C = O). Сахара с 3,4,5,6 и 7 атомами углерода называются триозами, тетрозами, пентозами, гексозами и гептозами соответственно.

Свойства моносахаридов:

1. Все моносахариды являются бесцветными, кристаллическими, водорастворимыми, сладкими на вкус и органическими соединениями с низким молекулярным весом.

2. Изомерия:

За исключением дигидроксиацетона, все моносахариды имеют асимметричные или хиральные атомы углерода (атомы углерода, присоединенные к четырем разным атомам). Это позволяет образовывать стереоизомеры или, короче, изомеры. Стереоизомеры имеют одинаковую структурную формулу, но различаются пространственной конфигурацией. Число возможных изомеров зависит от числа асимметричных атомов углерода (n) и равно 2 n . Для глюкозы n = 4, значит, имеется 16 изомеров. Кетозы имеют на один асимметричный атом углерода меньше, чем альдозы с таким же числом атомов углерода.

Важными изомерами моносахаридов являются следующие:

(i) D- и L-изомеры:

D-сахара и L-сахара являются оптическими изомерами. В биологических системах все сахара находятся в D-формах. Оптическая активность обусловлена ​​асимметричными атомами углерода, которые могут поворачивать план поляризованного света либо влево (левовращающий), либо вправо (правовращающий). Следовательно, моносахариды бывают двух типов: L-сахара и D-сахара. D-сахара могут быть представлены ориентацией -ОН группы асимметричного углерода, наиболее удаленной от альдегидной или кетонной группы справа.Когда он слева, он входит в состав L-сахаров. Поскольку D-сахара являются зеркальным отображением L-сахаров, их называют энантиомерами. Например, D- и L-глицерин, D- и L-глюкоза и т. Д.

(ii) Кольца пиранозы и фуранозы:

Все сахара существуют в линейной или открытой форме. Но в растворах пентозы и нексозы циклизуются в кольцевые формы. Кольцевые формы бывают двух типов: пираноза и фураноза. Пираноза представляет собой 6-членное сахарное кольцо, подобное пирану, с пятью атомами углерода и одним атомом кислорода.В то время как фураноза представляет собой 5-членное сахарное кольцо, подобное фурану, с четырьмя атомами углерода и одним атомом кислорода. Сахарные кольца представлены проекциями Хауорта. В проекции Хаворта (Haworth, 1928) плоскость сахарного кольца можно представить перпендикулярной плоскости бумаги, с жирной линией на кольце, ближайшем к читателю.

(iii) α- и β-аномеры:

В сахарном кольце создается дополнительный асимметричный атом углерода, называемый аномерным углеродом. Например, в глюкозе (альдозе) C-1 становится аномерным, а во фруктозе (кетозе) C-2 становится аномерным.Изомеры сахара на аномерном углероде называются аномерами. В α-аномере группа -ОН аномерного углерода записана ниже, а в β -аномере — выше. Взаимопревращение α- и β-аномеров в растворе называется мутаротацией. В растворе глюкоза существует в трех взаимопревращаемых формах — форме с открытой цепью (0,02%), α-D-фруктофуранозе (36%) и β-D-глюкопиранозе (67%).

3. Редукционный характер:

Все моносахариды восстанавливаются. Дисахариды, такие как лактоза и галактоза, также уменьшаются, за исключением сахарозы.Восстановительная природа обусловлена ​​наличием свободных альдегидных или кетоновых групп, которые могут восстанавливать ион двухвалентной меди (Cu 2+ ) до медной формы (Cu + ) .Это основа теста Бенедикта и теста Фелинга для обнаружения сахара в моче. .

C 6 H 12 O 6 + 2Cu (OH) 2 — »C 6 H 12 O 7 + Cu 2 O + H 2 O

Глюкоза синяя Глюконовая кислота красная

В реагенте Толиенс (раствор аммиака) редуцирующий сахар восстанавливает Ag + оксида серебра (Ag 2 OT txr — футеровка из металлического серебра (Ag) в реакционном сосуде.

C 6 H 12 O 6 + Ag 2 O-> C 6 H 12 O 7 + 2Ag

Оксид серебра Серебро

4. Гликозидная связь:

Гликозидная связь — это ковалентная связь, образованная реакцией конденсации между сахаром и -ОН-группой второго соединения, которое может быть или не быть сахаром. Гликозидные связи бывают двух типов, а именно O-гликозидная связь (-C-0- C) и N-гликозидная связь (-C-N-C).Сахар может соединяться друг с другом О-гликозидными связями с образованием дисахаридов, олигосахаридов и полисахаридов. N-гликозидная связь образуется, когда аномерный углерод сахара похож на атом азота амина, как в нуклеозидах.

Производные моносахаридов:

Вот некоторые важные модифицированные моносахариды:

(а) Дезоксирибоза:

Деоксигенация рибозы в положении C-2 дает дезоксирибозу.Это важный компонент дезоксирибонуклеотидов ДНК.

(b) Фосфорилированные сахара:

При переносе фосфорилированной группы с АТФ на группу -ОН сахара образуется фосфорилированный сахар, например глюкозо-6-фосфат. Фосфорилированные сахара являются анионными, что предотвращает их выход из клетки, а также действует как реактивные промежуточные продукты.

(c) Сахарный спирт:

Образуется восстановлением альдегидной и кетонной группы сахара, например.г., маннит, глицерин, сорбит и др. Маннитол — это сахарный спирт, содержащийся в бурых водорослях, некоторых фруктах и ​​меде. Он используется как лекарство для пациентов с отеком мозга. Глицерин необходим для синтеза жира. Сорбитол, сахарный спирт, коммерчески получаемый путем снижения содержания глюкозы и фруктозы, используется в диетах диабетиков, потому что он очень медленно всасывается и метаболизируется после преобразования в глюкозу, но он не повышает уровень сахара в крови.

(d) Сахарные кислоты:

Аскорбиновая кислота или витамин С — это сахарная кислота, необходимая для синтеза коллагена.Глюкуроновая кислота и идуроновая кислота являются компонентами мукополисахаридов.

(e) Аминосахара (гексозамины):

Глюкозамин образует хитин и гиалуроновую кислоту.

2. Дисахариды (двойные сахара):

Дисахариды состоят из 2 моносахаридов, связанных О-гликозидной связью.

Физиологически важные дисахариды:

Мальтоза (солодовый сахар) = Глюкоза + Глюкоза

Лактоза (молочный сахар) = Галактоза + Глюкоза

Сахароза (тростниковый сахар) = Глюкоза + Фруктоза

Мальтоза представляет собой восстанавливающий дисахарид, состоящий из двух единиц глюкозы, связанных α1,4-гликозидной связью.Восстанавливающее свойство мальтозы обусловлено свободной альдегидной группой C-1 второй глюкозы. Мальтоза — продукт ферментативного гидролиза крахмала. Он образуется в прорастающих злаках ферментом диастазой (амилазой), а также образуется при переваривании крахмала α-амилазами слюнных и панкреатических соков.

Лактоза также является восстанавливающим дисахаридом, состоит из галактозы, соединенной с глюкозой β 1,4 гликозидной связью. Его восстановительная природа обусловлена ​​свободным альдегидом С-1 остатка глюкозы. Лактоза естественным образом присутствует в молоке млекопитающих, где ее концентрация варьируется от 0 до 7%, в зависимости от вида.

Происхождение молока происходит, когда бактерии превращают лактозу в молочную кислоту. Лактоза важна с точки зрения питания, потому что она обеспечивает галактозу, которая необходима для развития нервной ткани у молодых.

Сахароза является невосстанавливающим дисахаридом, поскольку в отличие от других сахаров в ней отсутствует какая-либо свободная восстанавливающая группа. В промышленных масштабах добывается из корнеплодов сахарного тростника и свеклы. Это основная форма углеводов, транспортируемых из источника (листьев) в приемник (место использования) у высших растений.Сахароза является правовращающей, но при гидролизе сахарозой образует смесь равного количества глюкозы и фруктозы, которая является левовращающей.

Целлобиоза представляет собой повторяющийся дисахарид целлюлозы, в котором присутствует β-глюкозидная связь.

3. Олигосахариды:

Олигосахариды состоят из 3-9 моносахаридных единиц, связанных О-гликозидными связями. Их можно назвать трисахаридами, тетрасахаридами и т. Д. Когда они связаны с белками и липидами, они образуют гликопротеины и гликолипиды соответственно.

Генцианоза (глюкоза-глюкоза-глюкоза), раффиноза (галактоза-глюкоза-фруктоза) содержатся в некоторых растениях. Уэбб и Берли (1964) обнаружили, что стахиоза (галактоза-галактоза-глюкоза) является транспортным углеводом в таких растениях, как Frcixinusаыепсапа, Cucurbitci pepo и Verbascum thapus.

Функции олигосахаридов:

i. Транспортная форма сахара:

Хотя глюкоза является обычным транспортным сахаром для многих животных, сахар переносится растениями и другими организмами в виде дисахаридов.

ii. Хранение продуктов:

Сахароза является резервным продуктом хранения сахарного тростника и сахарной свеклы.

iii. Точка распознавания и другие функции в ячейках:

Олигосахариды, прикрепленные к клеточным мембранам, образуют клеточную оболочку гликокаликса.

Они важны для:

(а) Распознавание клеток,

(б) Приставка к ячейке,

(в) Рецепторные молекулы (для получения и реакции на внешние раздражители),

(d) Антигенная специфичность для групп крови человека (A, B, Rh),

(e) Компоненты антител, которые представляют собой большие молекулы с присоединенными углеводами,

(f) Гликопротеины некоторых вирусных оболочек для прикрепления к клетке-хозяину и проникновения в нее.

iv. Лактоза (дисахарид) — это натуральный сахар молока.

4. Полисахариды (гликаны):

Полисахариды — это макромолекулы полисахаридов, состоящие как минимум из более чем десяти моносахаридов. Они могут иметь линейные или разветвленные цепи. По химическому составу полисахариды бывают двух типов: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды представляют собой полимеры с аналогичным типом остатков моносахаридов.

Это могут быть глюкозан или глюкан (полимер глюкозы), фруктозан или фруктан (полимер фруктозы), галактозан или галактан (полимер галактозы), пентозан (полимер пентозы), гексозан (полимер гексоз), арабан (полимер арабинозы, пентоза), ксилан (полимер ксилозы, пентоза) и др.Гетерополисахариды представляют собой полимеры из 2 или более типов моносахаридных остатков, например, гликозамионогликаны (также называемые мукополисахаридами), пектин, гемицеллюлозы и т. Д. Гетерополисахариды и структурные полисахариды, секретируемые вне клетки для функционирования.

Функционально полисахариды бывают трех типов — запасающие, структурные и слизистые.

(A) Структурные полисахариды:

Это макромолекулы, которые выполняют архитектурные функции в клеточной стенке растений и скелете животных.

Целлюлоза:

Целлюлоза — наиболее распространенное органическое соединение в биосфере. Подсчитано, что ежегодно синтезируется и разлагается около 10 15 кг целлюлозы. Целлюлоза — структурный полисахарид стенок растительных клеток, некоторых протистов и оболочки хордовых водорослей.

Каждая целлюлозная цепь представляет собой линейный глюкан из примерно 2000-25000 остатков D-глюкозы, соединенных β1 → 4 гликозидными связями. Соседние мономеры расположены под углом 180 °, а прямая цепь стабилизирована водородными связями.Отдельная цепочка имеет длину примерно 1-5 мм (микрометр).

Около 100 отдельных цепочек целлюлозы лежат рядом и связаны друг с другом, образуя кристаллический домен или мицеллу. Около 2,0-40 мицелл внедрено в аморфную матрицу с образованием целлюлозной микровибриллы. Микрофибриллы синтезируются на плазматической мембране белковыми комплексами, называемыми розетками частиц. Около 250 микрофибрилл, расположенных в более крупный пучок, называемый макрофибриллами.

Позвоночные животные не имеют целлюлозы (P-амилаза / β1 → 4) и, следовательно, не могут переваривать целлюлозу.Однако рубец (1-я камера желудка) травоядных животных, кишечник термитов содержит симбиотические микроорганизмы, которые выделяют целлюлазу и, таким образом, могут переваривать целлюлозу.

Хитин (грибковая целлюлоза):

Хитин является основным структурным полисахаридом экзоскелета членистоногих, а также клеточной стенки большинства грибов и водорослей. Хитин представляет собой линейный полимер остатков N-ацетил-глюкозамина (NAM) в связи / β → 4. Структурно хитин похож на целлюлозу.Он становится твердым при пропитке CaCO 3 и протеинами. Хитин — это мягкий кожистый материал, обеспечивающий прочность и эластичность.

(B) Хранение полисахаридов:

Эти полисахариды служат резервной пищей. При необходимости они гидролизуются, чтобы высвободить сахара, доступные живым клеткам для дыхания и биосинтеза.

Ниже приведены некоторые важные полисахариды для хранения пищевых продуктов:

(i) Декстран:

Это запасной полимер в бактериях и дрожжах.Декстран представляет собой глюкозан, в котором остатки глюкозы связаны с αl-6 связью, а случайные ответвления возникают с помощью α1-4 связей. Декстраны нетоксичны, поэтому используются в химическом отношении как заменитель белков плазмы.

(ii) Леван:

Это полисахариды для хранения в бактериях. Леван представляет собой фруктозан, состоящий из остатка фруктозы, соединенного 2-6 связями.

(iii) Крахмал (= амилум):

Крахмал — это смесь глюканов, которые синтезируются как конечный продукт фотосинтеза.Он хранится в виде нерастворимых гранул (зерен крахмала) в хлоропластах, амилопластах и ​​цитоплазме растительных клеток. Крахмальные зерна встречаются поодиночке (простые) или группами (составные). Зерна крахмала имеют характерную форму, которая различается у разных видов растений. Каждое крахмальное зерно имеет общую точку, называемую хилумом, окруженным слоем крахмального кольца.

Каждое крахмальное зерно состоит из смеси двух типов глюканов, а именно амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%). Амилоза обычно находится в ядре, а амилопектин — во внешней части крахмального зерна.Амилаза представляет собой линейный, но свернутый в спираль полимер, состоящий примерно из 200-1000 остатков D-глюкозы, связанных α1 → 4 связями.

Амилопектин представляет собой разветвленную структуру, состоящую по крайней мере из 80 цепей, каждая из которых содержит 24-30 остатков глюкозы, связанных между собой byal → 6 связей. Каждая ветвь обнаруживается с интервалом в 24-30 остатков глюкозы. Таким образом, амилопектин похож на гликоген, за исключением его более низкой степени разветвления. Амилоза дает сине-черный цвет с раствором йода, а амилопектин дает красно-фиолетовый цвет.

Варка или кипячение вызывают набухание амилопектинового компонента крахмального зерна, которое разрушает клеточную стенку и облегчает пищеварение.Но амилаза растворяется в воде и отделяется. При частичном гидролизе крахмала образуются водорастворимые олигосахариды, называемые декстринами. Первоначально образовывались более крупные декстрины, называемые эритродекстринами, которые придают йоду красный цвет, а позже образуются более мелкие декстрины, называемые ахродекстринами, которые не окрашиваются с йодом.

Декстрины также образуются при поджаривании подрумяненной муки или хлеба. Однако декстрины естественным образом содержатся в меде и листьях растений.

(iv) Инулин (крахмал георгина):

Инулин — водорастворимый фруктозан, состоящий из 25-35 остатков / β-D фруктозы, соединенных связями / β1-2.Это запасной гомогликан, откладывающийся в виде веерообразных кристаллов в корневых клубнях георгина, одуванчика, стеблевых клубнях цикория, луковицах лука и чеснока и т. Д. Он не окрашивает йод. Инсулин не метаболизируется в организме человека и поэтому используется для определения скорости клубочковой фильтрации (СКФ) в почках. Инсулин — самый мелкий полисахарид.

(v) Гликоген (животный крахмал):

Гликоген в запасном полисахариде животных, который присутствует во всех клетках, но наиболее распространен в печени и мышцах, где он встречается в виде цитоплазматических гранул, обычно связанных с SER.Он также содержится в дрожжах и грибах, но не в зеленых растениях. В печени и мышцах избыток глюкозы превращается в гликоген в результате гликогенеза, а во время голодания гликоген гидролизуется с высвобождением глюкозы в результате гликогеноза.

Гликоген растворим в воде и придает йоду красный цвет. Структурно молекула гликогена напоминает амилопектин крахмала, но гликоген более разветвленный, и точки разветвления встречаются каждые 8-12 остатков глюкозы. Каждый гликоген состоит из 5000-30 000 остатков глюкозы, связанных альфа-4-гликозидными полосами с -1,6-связью точки ветвления.

(C) Слизистые вещества:

Мукополисахариды (глюкозаминогликаны), мукопротеины (гликопротеины) представляют собой слизистые вещества, образующие слизь, слизь или слизистые соединения как в организме растений, так и животных. У них есть структурные и защитные функции. Мукополисахариды — это гетерополисахариды, присутствующие в матриксе клеточной стенки и основных веществах соединительных тканей у животных. Для них характерно наличие аминосахаров и уроновых кислот.

Вот некоторые мукополисахариды:

(i) Гемицеллюлозы и пектины:

Это гетерогенная группа полисахаридов, обнаруженных в аморфном матриксе клеточной стенки растений.Гемицеллюлозы представляют собой гибкие гликаны, связывающие целлюлозу. Это не модифицированная целлюлоза, как следует из названия. Некоторые распространенные гемицеллюлозы — это ксилоглюкан, ксилан и глюкоманнан.

Пектины представляют собой линейные или сильно разветвленные полисахариды, которые образуют гидрофильный гель, в который встроена сеть гемицеллюлоза-целлюлоза. Наиболее распространенными пектинами являются гомоглактуронан (пектиновая кислота), арабинаны, арабиногалактан, рамоглактуронан и др. Пектины клеточной стенки определяют гидратацию и ориентацию микрофибрилл целлюлозы.В древесине матрица содержит лигнин, фенольный полимер.

(ii) Агар (Агар-агар):

Это мукополисахарид клеточной стенки некоторых красных водорослей (Gelidium, Gracilaria). Он используется в питательной среде, косметике, коже, слабительном, выпечке, мясной промышленности и в качестве эмульгатора в молочных продуктах.

(iii) Каррагенин:

Родственен агару и обнаружен в красных водорослях Chordrus crispus. Используется в составе зубных паст, дезодорантов, косметики и т. Д.

(iv) Гиалуроновая кислота:

Это линейный полимер, содержащий от 250 до 25 000 дисахаридных единиц, состоящий из D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина, соединенных связями β l → 4. Он встречается в основном веществе соединительной ткани, синовиальной жидкости и стекловидном теле глаза.

Другими гликозаминогликанами основного вещества соединительной ткани являются хондроитинсульфат, дерматансульфат и кератинсульфат. Но гепарин — это сульфатированный гликозаминогликан, присутствующий в большинстве клеток соединительной ткани и действующий как антикоагулянт.

(v) Пептидогликан (муреин, мукопептид):

Он состоит из гетерополисахаридных цепей, сшитых короткими пептидами (обычно тетрапептидами). Гетерополисахаридные цепи состоят из двух альтернативных молекул аминосахара, N-ацетилглюкозамина (NAG) и N-ацетилмурановой кислоты (NAM).

(vi) Липополисахариды:

Это комплекс липидов и полисахаридов, образующий внешнюю мембрану грамотрицательных бактерий. Липополисахарид вызывает жар, шок и другие токсические эффекты.

углеводных полимеров | Примечания к пересмотру биологии A-Level

Резюме

  • Если мы проследим структурную последовательность живых организмов, мы обнаружим, что клетки любого живого организма состоят из органических и неорганических молекул, и каждая из этих молекул состоит из вверх атомов.
  • Неорганические молекулы в живых организмах, такие как вода и соли, часто не содержат атомов углерода.
  • Органические молекулы, такие как углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты, представляют собой большие молекулы, содержащие углерод и водород, и называются биологическими макромолекулами.
  • Биологические макромолекулы — это большие органические соединения, состоящие из более мелких молекул. Все эти соединения содержат углеродный элемент, и они жизненно важны для жизни живых организмов.
  • Большинство биологических макромолекул называют полимерами. Полимеры состоят из комбинации более мелких молекул, называемых мономерами, посредством процесса, называемого полимеризацией.
  • Углеводы — это биологические макромолекулы, состоящие из более мелких молекул, называемых мономерами. Углеводы включают сахар, крахмал и клетчатку.Они обозначаются формулой (CH 2 O) n . Согласно этой формуле углеводы состоят из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O) в соотношении 1: 2: 1.

Классификация углеводов

Существует несколько способов классификации углеводов. Некоторые из этих классификаций основаны на молекулярной структуре углеводов. Их можно разделить на:

Простые сахара

Химический состав простых сахаров состоит либо из одной молекулы сахара (моносахарида), либо из двух молекул моносахаридов, связанных вместе с образованием молекулы дисахаридов.

Сложные сахара

Сложные сахара — это полисахариды, состоящие из моносахаридов, таких как крахмал, целлюлоза и гликоген. Каждый из них состоит из объединенных вместе молекул глюкозы. Сложные сахара нерастворимы в воде, имеют высокую молекулярную массу и не имеют сладкого вкуса.

Крахмал

  • Крахмал, или амилум, представляет собой полимерный углевод, состоящий из большого количества единиц глюкозы, соединенных гликозидными связями.Этот полисахарид вырабатывается большинством зеленых растений в качестве накопителя энергии. Это наиболее распространенный углевод в рационе человека и в больших количествах содержится в основных продуктах питания, таких как картофель, пшеница, кукуруза (кукуруза), рис и маниока.
  • Чистый крахмал — это белый порошок без вкуса и запаха, не растворимый в холодной воде или спирте. Он состоит из двух типов молекул: линейной и спиральной амилозы и разветвленного амилопектина. В зависимости от растения крахмал обычно содержит от 20 до 25% амилозы и от 75 до 80% амилопектина по весу.
  • Гликоген, запас глюкозы у животных, представляет собой более разветвленную версию амилопектина.
  • В промышленности крахмал превращается в сахар, например, путем соложения и ферментации для производства этанола при производстве пива, виски и биотоплива. Он также обрабатывается для производства многих сахаров, используемых в обработанных пищевых продуктах.
  • При растворении крахмала в теплой воде образуется пшеничная паста, которую можно использовать в качестве загустителя, загустителя или склеивающего агента. Наибольшее промышленное непищевое использование крахмала — это клей в процессе изготовления бумаги.Также перед глажкой можно нанести крахмал на части некоторых предметов одежды, чтобы придать им жесткость.

Целлюлоза

  • Целлюлоза представляет собой органическое соединение формулы (C 6 H 10 O 5 ) n. Это полисахарид, состоящий из линейной цепи от нескольких сотен до многих тысяч β (1 → 4) связанных звеньев D-глюкозы.
  • Целлюлоза — важный структурный компонент первичной клеточной стенки зеленых растений, многих форм водорослей и оомицетов.Некоторые виды бактерий выделяют его, образуя биопленки.
  • Целлюлоза — самый распространенный органический полимер на Земле. Содержание целлюлозы в хлопковом волокне составляет 90%, в древесине — 40–50%, а в сушеной конопле — примерно 57%.
  • Целлюлоза в основном используется для производства картона и бумаги. Небольшие количества превращаются в широкий спектр производных продуктов, таких как целлофан и вискоза. Превращение целлюлозы из сельскохозяйственных культур в биотопливо, такое как целлюлозный этанол, исследуется в качестве альтернативного источника топлива.Целлюлозу для промышленного использования получают в основном из древесной массы и хлопка.
  • Некоторые животные, особенно жвачные и термиты, могут переваривать целлюлозу с помощью симбиотических микроорганизмов, обитающих в их кишечнике, таких как трихонимфа. У людей целлюлоза действует как гидрофильный наполнитель для кала и часто упоминается как «диетическая клетчатка».

Гликоген

  • Гликоген представляет собой разветвленный полисахарид глюкозы, который служит в качестве хранилища энергии у животных и грибов.Структура полисахарида представляет собой основную форму хранения глюкозы в организме.
  • В организме человека гликоген вырабатывается и хранится в основном в клетках печени и мышц, гидратированных тремя или четырьмя частями воды. Гликоген функционирует как вторичный долгосрочный запас энергии (первичный запас энергии — это жиры, содержащиеся в жировой ткани). Мышечный гликоген превращается в глюкозу мышечными клетками, а гликоген печени превращается в глюкозу для использования во всем организме, включая центральную нервную систему.
  • Гликоген — аналог крахмала, полимера глюкозы, который функционирует как накопитель энергии в растениях. Он имеет структуру, аналогичную амилопектину (компонент крахмала), но более разветвленный и компактный, чем крахмал. Оба представляют собой белые порошки в сухом состоянии. Гликоген находится в форме гранул в цитозоле / цитоплазме многих типов клеток и играет важную роль в цикле глюкозы. Гликоген образует запас энергии, который можно быстро мобилизовать для удовлетворения внезапной потребности в глюкозе, но он менее компактный, чем запасы энергии триглицеридов (липидов).
  • В печени гликоген может составлять 5–6% от сырой массы органа (100–120 г у взрослого). Только гликоген, хранящийся в печени, может быть доступен другим органам. В мышцах гликоген содержится в низкой концентрации (1-2% от мышечной массы).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *