Содержание

Углеводы. Строение и функции — презентация онлайн

1. Углеводы. Строение и функции

2. Цели урока:

Продолжить знакомство с основными
классами органических соединений.
Познакомиться со строением и функциями
углеводов

3. Подумайте!!!!

Приведите примеры углеводов, известных
вам из курса ботаники и анатомии
В клубнях картофеля – крахмал;
В свекле, моркови – сахар;
В оболочках растительных клеток –
целлюлоза;
В клетках печени – гликоген.

4. Углеводы- группа органических соединений

Общая формула:
Сn(Н2О)m
Подумайте:
1. Откуда возникло название «углеводы»?

5. Содержание углеводов в клетках

В растительных клетках: в листьях,
плодах, семенах или клубнях картофеля –
90% от массы сухого вещества;
В животных клетках – 1-2% от массы
сухого вещества.
Объясните, в чём причина данного
различия?

6. Получение углеводов

Реакция фотосинтеза
6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2
Реакция полимеризации
Гидролиз крахмала
(С6Н10О5)n + nh3O –> nС6Н12О6

8.

Животные и человек не способны синтезировать углеводы и получают их с различными продуктами растительного происхождения

9. Работа с учебником

Заполните таблицу:
Группы углеводов
Особенности
строения молекулы
Свойства углеводов

10. Классификация углеводов

Группы углеводов
Особенности
строения молекулы
Свойства углеводов
Моносахариды
Число атомов С
С3-триозы
С4-тетрозы
С5-пентозы
С6-гексозы
Бесцветны, хорошо растворимы
в воде, кристаллизуются, имеют
сладкий вкус.
Олигосахариды
Сложные углеводы.
Содержат от 2 до 10
моносахаридных
остатков
Хорошо растворяются в воде,
имеют сладкий вкус, который
уменьшается с увеличением
числа моносахаридных
остатков
Полисахариды
Сложные углеводы,
состоящие из большого
числа мономеровпростых сахаров и их
производных
Плохо или нерастворимы в
воде, не имеют сладкого вкуса,
не образуют ярко оформленных
кристаллов.
Классификация углеводов
Моносахариды
Олигосахариды
Глюкоза
(виноградный
сахар)
Фруктоза
Сахароза
(свекловичный
или тростниковый
сахар)
(фруктовый
сахар)
Лактоза
Рибоза
Мальтоза
Дезоксирибоза
(солодовый
сахар)
(молочный сахар)
Полисахариды
Крахмал
Целлюлоза
Гликоген

12. Моносахариды

Рибоза С5Н10О5
Дезоксирибоза С5Н10О4
Моносахариды
Глюкоза
С6Н12О6

14. Моносахариды

Фруктоза
С6Н12О6

15. Олигосахариды

Сахароза
Состав:
Глюкоза + фруктоза

16. Олигосахариды

Мальтоза
Состав:
Глюкоза + Глюкоза
Лактоза
Состав:
Глюкоза +Галактоза

17. Полисахариды

Крахмал- полимер. Мономеры молекулы
α-глюкозы.
Полисахариды
Целлюлоза — полимер. Мономеры
молекулы β-глюкозы
Полисахариды
Гликоген
Углевод
Где встречается
Значение
Рибоза
Входит в состав РНК, АТФ,
витаминов группы В, ферментов
Дезоксирибоза
Входит в состав ДНК
Глюкоза
Входит в состав ди- и
полисахаридов. Первичный
источник энергии для клеток.
Фруктоза
Содержится в меде. Мономер
олиго- и полисахаридов.
Диабетический продукт.
Углевод
Где встречается
Значение
Сахароза
(сахар)
Входит в состав тканей растений,
получают сахар.
Лактоза
В молоке, питание детенышей
млекопитающих и грудных детей.
В микробиологии для
приготовления питательных сред.
Углевод
Где встречается
Значение
Крахмал
Углевод растений. В пищевой
промышленности.
Целлюлоза
(клетчатка)
Структурный углевод клеточной
стенки растений. Производство
бумаги, вискозного волокна.
Гликоген
Углевод животных и человека
(печень, мышцы). Источник
глюкозы.
Основной компонент панциря
членистоногих, входит в состав
клеточной стенки грибов. Хитозан
используется в медицине.
Хитин
Задание на дом!
1 вариант.
Функции углеводов
2 вариант.
Применение углеводов

24.

Функции углеводов

Проверь свои знания
В составе каких организмов больше
углеводов?
С каким важным процессом, протекающим в
растительных организмах, связано большое
содержание в них углеводов по сравнению с
животными?
Какие углеводы служат энергетическим резервом у
растений ? Какие у животных?
Ответь на вопросы теста.

25. Применение углеводов

Вопрос
1 В каких клетках содержится
больше углеводов?
Варианты ответов
А В растительных
Б. В животных
В. Одинаковое количество в тех и других.
2
Какими свойствами обладают
полисахариды?
А. Хорошо растворимы в воде, сладкий вкус.
Б.Плохо растворимы в воде, сладкий вкус.
В. Несладкие и плохо или не способны
растворяться в воде.
3
Основные биологические
функции углеводов?
А.Защитная.
Б.Энергетическая и строительная.
В. Энергетическая и защитная
4
Если вам дано 2 вещества
крахмал и глюкоза. Как можно
их распознать?
А. По запаху
Б. По растворимости в воде.
В. По цвету
5
Какие вещества относят к
моносахаридам?
А.Целлюлоза
Б. Дезоксирибоза
Сколько энергии выделяется
при расщеплении углеводов?
В. Сахароза
А.38,9 кДж
Б. 17,8 кДЖ
6

26. Проверь свои знания

Правильные ответы:





2.5 Органические вещества. Углеводы. Белки

Вопрос 1. Какие химические соединения назы­вают углеводами?

Углеводы — это обширная группа природ­ных органических соединений. Углеводы под­разделяют на три основных класса: моносаха­риды, дисахариды и полисахариды. Дисахарид представляет собой соединение двух моносаха­ридов; полисахариды являются полимерами моносахаридов. Углеводы выполняют в живых организмах энергетическую, запасающую и строительную функции. Последняя особенно важна для растений, клеточная стенка которых в основном состоит из полисахарида целлюло­зы. Именно углеводы древних живых существ (прокариотов и растений) стали основой для об­разования ископаемого топлива — нефти, газа, угля.

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

Моносахариды — это углеводы, количест­во атомов углерода (n) в которых относительно невелико (от 3 до 6-10). Моносахариды обыч­но существуют в циклической форме; наибо­лее важны среди них гексозы (n = 6) и пентозы (n = 5). К гексозам относится глюкоза, кото­рая является важнейшим продуктом фотосин­теза растений и одним из основных источни­ков энергии для животных; широко распрост­ранена также фруктоза — фруктовый сахар, придающий сладкий вкус плодам и меду. Пен­тозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соеди­нение называют дисахаридом. Составные части (мономеры) дисахарида могут быть оди­наковыми либо разными. Так, две глюкозы об­разуют мальтозу, а глюкоза и фруктоза — са­харозу. Мальтоза является промежуточным продуктом переваривания крахмала; сахаро­за — тем самым сахаром, который можно ку­пить в магазине.

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

Моносахариды, соединяясь друг с другом, могут образовывать полисахариды. Наиболее распространенные полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) представляют собой длинные цепи особым образом соединенных молекул глюкозы. Глюкоза является гексозой (химическая формула С6Н1206) и обладает не­сколькими ОН-группами. За счет установле­ния связей между ними отдельные молекулы глюкозы способны формировать линейные (целлюлоза) либо ветвящиеся (крахмал, гли­коген) полимеры. Средний размер такого по­лимера — несколько тысяч молекул глюкозы.

Вопрос 4. Из каких органических соединений состоят белки?

Белки — это гетерополимеры, состоящие из 20 типов аминокислот, соединенных между собой особыми, так называемыми, пептидны­ми связями. Аминокислоты — органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кис­лотной группой (-СООН), аминогруппой (-NH2) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Образование пеп­тидной связи происходит за счет соединения кислотной группы и аминогруппы двух ами­нокислот, расположенных рядом в молекуле белка.

Вопрос 5. Как образуются вторичная и третич­ная структуры белка?

Цепь аминокислот, составляющая основу молекулы белка, является его первичной структурой. Между положительно заряжен­ными аминогруппами и отрицательно заря­женными кислотными группами аминокис­лот возникают водородные связи. Образование этих связей вызывает сворачивание белковой молекулы в спираль.

Белковая спираль — вторичная структура белка. На следующем этапе за счет взаимодей­ствий между радикалами аминокислот белок сворачивается в клубок (глобулу) или нить (фибриллу). Такую структуру молекулы назы­вают третичной; именно она является биоло­гически активной формой белка, обладающей индивидуальной специфичностью и опреде­ленной функцией.

Вопрос 6. Назовите известные вам функции белков.

Белки выполняют в живых организмах чрезвычайно разнообразные функции.

Одна из самых многочисленных групп бел­ков — ферменты. Они выполняют функцию катализаторов химических реакций и уча­ствуют во всех биологических процессах.

Многие белки выполняют структурную функцию, участвуя в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и со­единительной ткани, а кератин является ос­новным компонентом волос, ногтей, перьев.

Сократительная функция белков обес­печивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц. Эта функция присуща таким белкам, как актин и миозин.

Транспортные белки связывают и пере­носят различные вещества как внутри клетки, так и по всему организму. К ним относится, например, гемоглобин, который транспорти­рует молекулы кислорода и углекислого газа.

Белки-гормоны обеспечивают регулятор­ную функцию. Белковую природу имеет гор­мон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), инсулин, гормоны, регулирую­щие работу почек, и др.

Чрезвычайно важны белки, выполняющие защитную функцию. Иммуноглобулины (антитела) — основные участники иммунных реакций; они защищают организм от бактерий и вирусов. Фибриноген и ряд других белков плазмы крови обеспечивают свертывание кро­ви, останавливая кровопотерю.

Энергетическую функцию белки начи­нают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Ча­ще мы наблюдаем, как пищевой белок, перева­риваясь, расщепляется до аминокислот, из ко­торых затем создаются белки, необходимые организму.

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

Денатурация — это утрата белковой мо­лекулой своего нормального («природного») строения: третичной, вторичной и даже пер­вичной структуры. При денатурации белко­вый клубок и спираль раскручиваются; водо­родные, а затем и пептидные связи разруша­ются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денату­рации являются высокая температура, ультра­фиолетовое излучение, действие сильных кис­лот и щелочей, тяжелых металлов, органиче­ских растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сы­рого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина — денатурация яичного белка альбу­мина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.

2.5 Органические вещества. Углеводы. Белки

4.7 (93.33%) 3 votes


На этой странице искали :
  • какие химические соединения называют углеводами
  • какой простой углевод служит мономером крахмала гликогена целлюлозы
  • из каких простых органических соединений состоят белки
  • из каких органических соединений состоят белки
  • что такое моно и дисахариды приведите примеры

Сохрани к себе на стену!

Архив ТЮБ-2009 — Задания | bioturnir.

ru

Третий Всероссийский Турнир юных биологов проходил в ноябре 2009 года в г. Кирове.
По этим же заданиям проводился Кировский городской этап ТЮБ для общеобразовательных школ г. Кирова (17-18 октября 2009 года).
Эти же задания были использованы для проведения Московского городского Турнира юных биологов (10-11 октября 2009 года), однако из обсуждения в Московском ТЮБ были исключены задачи «Жизнь генов», «Информация и жизнь», «Радикалы».

Для обсуждения в турнире используется заранее опубликованный список заданий. Это задачи открытого типа (т.е. не имеющие окончательного и однозначного решения), допускающие огромное разнообразие подходов. Условия заданий сформулированы максимально кратко и не содержат всех необходимых для решения данных, поэтому для их решения необходимо самостоятельно сделать определенные допущения, выбрать модель для построения ответа. Задания выполняются коллективно. Решение задач предполагает проведение самостоятельных экспериментальных и теоретических исследований, разрешается использование любых литературных источников, а также консультации со специалистами.

1. «Драконы» В фольклоре многих народов упоминаются мифологические животные – драконы. В разных источниках их описания отличаются, но в них и много общего. Проанализируйте различные мифы о драконах. Какие общие черты характерны для этих животных? Объясните с биологической точки зрения анатомические и физиологические особенности, характерные для драконов. Какое систематическое положение среди позвоночных занимают эти существа?. Какие животные, описанные наукой, могли быть их прототипами?

2. «Асимметрия» По внутреннему строению тело человека значительно асимметричнее, чем по внешнему. С чем это может быть связано? Верно ли это наблюдение для всех животных? Можно ли распространить этот принцип на остальные живые организмы? Приведите примеры и сделайте соответствующие пояснения.

3. «Вторично бесполые» К преимуществам полового размножения обычно относят возможность объединения в одном геноме двух благоприятных или, наоборот, вредных мутаций, способность адаптироваться к постоянно изменяющейся среде и снижение конкуренции за ресурсы между родственниками. Тем не менее, существуют организмы, вторично перешедшие к бесполому размножению. Приведите примеры таких организмов. В чем для них заключается выгода от бесполого размножения? Как вторично бесполые организмы компенсируют потерю преимуществ, связанных с половым размножением?

4. «Одноклеточный монстр» Некоторые одноклеточные организмы настолько велики, что видны невооруженным глазом. Какие биотические и абиотические факторы среды благоприятствуют гигантизму у таких организмов? Как приспособления к данной жизненной форме проявляются на уровне питания, подвижности, формы клеток и внутриклеточной структуры? Почему макроорганизмы все же пошли по пути увеличения числа клеток, а не размеров самой клетки?

5. «Периодическая система» Одной из основ химии является Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. В каких областях биологии возможно создание подобных периодических систем? Признаки какого типа могут быть положены в их основу? Для решения задач какого рода может быть полезно применение таких систем? Приведите наиболее удачный, по Вашему мнению, пример построения периодической системы в биологии.

6. «Дублер» Многие гипотезы происхождения человека придают большое значение в этом процессе случайным небиологическим факторам (извержениям вулканов, появлению горных хребтов). Допустим, что в отряде приматов не появился разумный вид. Предположите, в какой группе животных наиболее вероятно его появление. При ответе используйте информацию о последовательности этапов возникновения интеллекта, взяв за основу различные гипотезы антропогенеза.

7. «Жизнь без углеводов» Углеводы, вероятно, менее обязательны для функционирования живых систем, чем нуклеиновые кислоты, белки или липиды. Приведите несколько примеров, когда традиционные функции углеводов выполняют другие вещества. Предложите принципы строения жизнеспособного безуглеводного организма. Какие экологические ниши он может занимать?

8. «Суперпаразит» Рассмотрите жизненные циклы различных многоклеточных паразитических животных. Какие особенности этих циклов являются наиболее важными для выживания и размножения таких организмов? Какими критериями определяется приспособленность и «совершенство» паразита? На основе проанализированных Вами данных предложите жизненный цикл для «суперпаразита», в наибольшей степени отвечающего сформулированным Вами критериям.

9. «Жизнь генов» Продолжительность «жизни» генов на несколько порядков превышает время жизни видов. Но, тем не менее, гены «рождаются» и «умирают». Перечислите возможные механизмы появления новых генов. Сравните эти механизмы по степени новизны получаемой нуклеотидной последовательности и по частоте встречаемости. Чем с этой точки зрения отличаются прокариоты и эукариоты?

10. «Информация и жизнь» Существование живых систем предполагает коммуникацию, то есть передачу сообщений (информации) между частями системы. Приведите различные биологические примеры подобных коммуникационных структур. Какова природа сигналов, попадающих на вход коммуникационной цепи, и в каком виде передается информация? Выявите общие черты и различия в структуре и функционировании информационных подсистем на разных уровнях организации живого.

11. «Многоклеточность» Клетки многоклеточного организма живут в едином сообществе, для которого опасно появление «эгоистичных» клеток, например, раковых. Какие особенности многоклеточных организмов можно рассматривать как приспособления, препятствующие появлению или передаче «эгоистичных» клеток? Выделите среди них наиболее важные для возникновения и усложнения многоклеточности.

12. «Обратная трансляция» Одной из основных концепций ламаркизма является возможность переноса информации от фенотипа к генотипу, обеспечивающая наследование приобретенных признаков. Механизмы такого переноса информации не выявлены, но, в принципе, их существование возможно. Одним из ключевых мог бы быть процесс обратной трансляции. Предложите молекулярный механизм обратной трансляции, основываясь на логике реально существующих клеточных процессов. Почему такой путь переноса информации не возник в ходе эволюции?

13. «Радикалы» Появление в клетке свободных радикалов, например, активных форм кислорода, может вызывать повреждения биологических макромолекул. Однако протекание некоторых биохимических процессов невозможно без участия свободных радикалов. Приведите соответствующие примеры. Насколько свободные радикалы важны для жизнедеятельности клетки? Как биологическим системам удается соблюдать баланс между полезными и вредными следствиями образования свободных радикалов?

14. «Самый старый» Для животных разных видов характерна различная продолжительность жизни. Рассмотрите виды животных с быстрой сменой поколений и, наоборот, самых долгоживущих. Определите, какие экологические и эволюционные факторы регулируют продолжительность жизни в каждом из рассмотренных случаев. Чем с этой точки зрения может быть обусловлено существование «долгожителей»?

15. «Метаболическая инженерия» В учебной литературе катаболические пути обычно сравниваются по выходу АТФ. Однако в природе, иногда даже внутри одного организма, могут сосуществовать несколько способов деградации одного и того же вещества, с большим и меньшим энергетическим выходом. В качестве примера можно привести гликолиз и пентозофосфатный путь. По-видимому, есть и другие критерии оптимальности катаболических путей, помимо количества образующейся АТФ. Предложите набор таких критериев. По каким критериям в разных условиях внутренней и внешней среды будет оптимален тот или иной из перечисленных выше путей?

Авторы задач: М.А. Волошина, В.А. Копысов, А.Н. Криштопа, И.А. Кузин, Д.В. Кузьмин, Е.Н. Лимонова, Ф.А. Маликова, В.В. Панов, Д.Ю. Петухова, Д.В. Пупов, А.Е. Сапрыгин, В.В. Чуб, Р.В. Шаламов, Е.С. Шилов.
 

§5. Углеводы

 

1. Какие вещества являются моносахаридами? Олигосахаридами? Полисахаридами?


а) Лактоза;

б) гликоген;

в) мальтоза;

г) глюкоза;

д) рибоза;

е) хитин;

ж) целлюлоза;

з) фруктоза;

и) сахароза.

Моносахаридами являются: г) глюкоза, д) рибоза, з) фруктоза.

Олигосахаридами являются: а) лактоза, в) мальтоза, и) сахароза.

Полисахаридами являются: б) гликоген, е) хитин, ж) целлюлоза.

 

2. Какие биологические функции выполняют моносахариды? Дисахариды? Приведите примеры.

Важнейшими биологическими функциями моносахаридов являются энергетическая и метаболическая. Например, глюкоза является основным источником энергии для клеток (энергетическая функция) и исходным субстратом для синтеза целлюлозы, крахмала или гликогена (метаболическая функция). Дезоксирибоза необходима для синтеза нуклеотидов ДНК, рибоза – для синтеза нуклеотидов РНК, витамина В2 и некоторых других веществ (метаболическая функция).

Такие дисахариды как сахароза, мальтоза и лактоза, выполняют запасающую функцию. При необходимости они расщепляются до моносахаридов, которые могут служить источниками энергии. Достоинством дисахаридов как резервных веществ является хорошая растворимость в воде, благодаря чему они могут быстро транспортироваться по организму (в отличие от резервных полисахаридов).

 

3. Чем обусловлено разнообразие олигосахаридов и полисахаридов?

Разнообразие олигосахараидов и полисахаридов обусловлено разнообразием моносахаридов, входящих в их состав, разными способами их соединения (различными вариантами химических связей между остатками моносахаридов), а также количеством мономеров. Вследствие этого олиго- и полисахариды различаются составом (могут быть построены из остатков одного моносахарида или разных), структурой (например, могут быть линейными или разветвлёнными) и молекулярной массой.

 

4. Как меняется вкус углеводов и их растворимость в воде с увеличением молекулярной массы?

Моносахариды и большинство олигосахаридов имеют сладкий вкус и хорошо растворяются в воде. Полисахариды не имеют сладкого вкуса и практически нерастворимы в воде. Следовательно, с увеличением молекулярной массы исчезает сладкий вкус углеводов, снижается их растворимость в воде.

 

5. Почему промороженный картофель вскоре после оттаивания приобретает сладковатый вкус?

В результате промораживания клетки картофеля погибают. При оттаивании начинается процесс гидролиза крахмала до глюкозы, которая и придаёт сладковатый вкус.

 

6. Сравните по различным признакам крахмал, целлюлозу и гликоген. В чём проявляется их сходство? В чём заключаются различия?

Сходство:

● Являются углеводами, относятся к классу полисахаридов.

● Молекулы построены из остатков глюкозы.

● Не имеют сладкого вкуса, практически нерастворимы в воде (могут образовывать лишь коллоидные растворы, но не истинные).

Различия:

● Целлюлоза имеет линейную структуру. Крахмал представляет собой смесь полисахаридов – разветвлённого амилопектина и линейной амилозы. Гликоген имеет разветвлённую структуру и его цепи ветвятся сильнее, чем цепи амилопектина.

● Крахмал и гликоген выполняют запасающую функцию, а целлюлоза – структурную.

● Гликоген синтезируется у животных и грибов, а крахмал и целлюлоза – у растений.

● У растений крахмал откладывается в клетках в виде сравнительно крупных зёрен, целлюлоза входит в состав клеточных оболочек. У животных гликоген откладывается в клетках в виде крошечных гранул.

…и (или) другие существенные признаки.

 

7. Почему глюкоза в организме животных и человека хранится в форме гликогена, а не в виде собственно глюкозы, хотя синтез гликогена требует дополнительных затрат энергии?

В отличие от глюкозы гликоген, как и другие полисахариды, практически нерастворим в воде. Следовательно, он хранится в клетках в твёрдом, компактном состоянии (не занимает «лишний» объём) и не влияет на процессы осмоса (не повышает осмотическое давление внутриклеточного содержимого).

Кроме того, в сравнении с моносахаридами полисахариды химически более инертны (не обладают столь высокой реакционной способностью как, например, глюкоза), а значит, гликоген не оказывает существенного химического воздействия на процессы обмена веществ в клетках.

 

8*. Крахмал в клетках растений и гликоген в клетках животных выполняют одну и ту же функцию — запасающую. Основной компонент крахмала — разветвлённый полисахарид амилопектин. Гликоген подобен амилопектину, однако имеет меньшую молекулярную массу и более разветвлённую структуру. Каково биологическое значение указанных особенностей гликогена?

Запасающая функция крахмала и гликогена состоит в том, что эти полисахариды являются поставщиками молекул глюкозы в те периоды, когда клетки живого организма остро нуждаются в энергии.

Отщепление остатков глюкозы происходит по концевым участкам полисахаридов. Следовательно, чем сильнее разветвлён полисахарид, тем больше остатков глюкозы может отщепиться от него за единицу времени. Аналогично обстоит дело с молекулярной массой. Например, пять молекул полисахарида, содержащих по 1000 остатков глюкозы, имеют больше концевых участков, чем одна молекула, в состав которой входит 5000 остатков глюкозы.

Животные ведут подвижный образ жизни и в большинстве случаев им требуется более экстренная энергетическая подпитка, чем растениям. Поэтому им выгодно откладывать про запас не крахмал, а гликоген – сильно разветвлённый полисахарид с небольшой молекулярной массой.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 

< Предыдущая   Следующая >

Каковы 6 функций углеводов? — MVOrganizing

Каковы 6 функций углеводов?

Углеводы выполняют шесть основных функций в организме:

  • Обеспечивает энергию и регулирует уровень глюкозы в крови.
  • Экономия белков для получения энергии.
  • Расщепление жирных кислот и предотвращение кетоза.
  • Биологические процессы распознавания.
  • Ароматизаторы и подсластители.
  • Пищевые волокна.

Каковы 4 основные функции углеводов?

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

Какова основная роль углеводов в организме?

Углеводы выполняют несколько ключевых функций в организме. Они дают вам энергию для повседневных задач и являются основным источником энергии, необходимой вашему мозгу. Клетчатка — это особый тип углеводов, который способствует хорошему пищеварению и может снизить риск сердечных заболеваний и диабета.

Какие 4 примера углеводов?

Ниже приведены важные примеры углеводов:

  • Глюкоза.
  • Галактоза.
  • Мальтоза.
  • Фруктоза.
  • Сахароза.
  • Лактоза.
  • Крахмал.
  • Целлюлоза.

Какой хороший пример углеводов?

Углеводы содержатся в широком спектре как здоровой, так и нездоровой пищи — хлеба, бобов, молока, попкорна, картофеля, печенья, спагетти, безалкогольных напитков, кукурузы и вишневого пирога. Они также бывают разных форм. Наиболее распространенными и распространенными формами являются сахар, волокна и крахмал.

Какие примеры простых углеводов?

Общие простые углеводы, добавляемые в продукты, включают:

  • сахар-сырец.
  • коричневый сахар.
  • кукурузный сироп и кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы.
  • глюкоза, фруктоза и сахароза.
  • концентрат фруктового сока.

Какие классы углеводов?

Углеводы делятся на четыре типа: моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды состоят из простого сахара; то есть они имеют химическую формулу C6h22O6. Дисахариды — это два простых сахара.

Какие основные углеводы?

Есть три основных типа углеводов:

  • Сахаров. Их также называют простыми углеводами, потому что они находятся в самой простой форме.
  • Крахмалы. Это сложные углеводы, состоящие из множества простых сахаров, соединенных вместе.
  • Волокно. Это также сложный углевод.

Какие три основных класса углеводов?

Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Какие два основных класса углеводов?

Есть два основных типа углеводов в продуктах питания: простые и сложные. Простые углеводы: их также называют простыми сахарами. Они содержатся в рафинированном сахаре, как белый сахар в сахарнице.

Какие классы углеводов и привести примеры?

Самыми простыми углеводами являются трехуглеродный дигидроксиацетон и триозный глицеральдегид. Далее они подразделяются на глюкозу, фруктозу, галактозу и маннозу… .1. Моносахариды:

Альдосес Кетоз
(C₄H₈O₄) Тетрозы Эритроза Эритрулоза
(C₅H₁₀O₅) Пентозы Рибоза Рибулоза
(C₆H₁₂O₆) Гексозы Глюкоза Фруктоза

Что вы подразумеваете под углеводами?

Углеводы — один из трех основных классов продуктов питания и источник энергии.Углеводы — это в основном сахара и крахмалы, которые организм расщепляет на глюкозу (простой сахар, который организм может использовать для питания своих клеток).

Как углеводы расщепляются в организме?

Когда вы едите углеводы, ваше тело расщепляет их на простые сахара, которые попадают в кровоток. Когда уровень сахара в организме повышается, поджелудочная железа вырабатывает гормон, называемый инсулином. Инсулин необходим для перемещения сахара из крови в клетки, где сахар может использоваться в качестве источника энергии.

Что делают простые углеводы?

Простые углеводы или сахара состоят из более коротких цепочек молекул и усваиваются быстрее, чем сложные углеводы. Это означает, что простые углеводы вызывают скачок уровня глюкозы в крови, обеспечивая организм кратковременным источником энергии.

Что означает углевод?

Почему организм сначала сжигает углеводы?

Потребление жиров не способствует использованию жира в качестве источника энергии — в первую очередь используются углеводы, и если съеденных калорий углеводов достаточно, избыточные калории из жиров в рационе идут непосредственно на накопление жира.Жир также дает меньше сигналов о наполнении мозга (больше всего дает белок, затем идут углеводы, а затем жир).

Сжигает ли тело жир, когда он голоден?

Хотя вы можете чувствовать голод, когда пытаетесь похудеть, и ограничивать потребление энергии, голод не означает, что вы сжигаете жир, потому что вы можете сбросить лишние килограммы, не всегда чувствуя себя голодным.

Как мне научить свое тело сжигать жир вместо углеводов?

Вот 14 лучших способов быстро сжечь жир и способствовать похуданию.

  1. Начало силовой тренировки.
  2. Соблюдайте диету с высоким содержанием белка.
  3. Больше спать.
  4. Добавьте уксус в свой рацион.
  5. Ешьте больше полезных жиров.
  6. Пейте более здоровые напитки.
  7. Заполните волокно.
  8. Сократите количество рафинированных углеводов.

Сжигает ли ходьба жиры или углеводы?

Например, если у вас есть 30 минут на тренировку, вы сожжете 187 калорий при ходьбе (7 км в час) по сравнению с 365 калориями при беге (9 км в час).Ходьба может сжигать больше жира в качестве топлива, но бег сжигает больше калорий, что в целом способствует большей потере веса.

Может ли ходьба уменьшить жир на бедрах?

Быстрая ходьба также может улучшить ваш метаболизм. Если пояснить этот момент, то более быстрая ходьба может заставить ваше тело использовать жировые запасы для получения энергии. Что еще более важно, быстрая ходьба поможет вам привести ноги в тонус и уменьшить жир на бедрах. Ходьба укрепляет икры, квадрицепсы и подколенные сухожилия и поднимает ягодицы.

Поможет ли мне похудеть 60 минут ходьбы в день?

Существует множество доказательств пользы ходьбы. Ученые из Университета Питтсбурга недавно обнаружили, что люди с избыточным весом, которые быстро ходили от 30 до 60 минут в день, теряли вес, даже если они не меняли никаких других привычек образа жизни.

Углеводы Функция и важность — Видео и стенограмма урока

Классификация углеводов

Углеводы классифицируются в зависимости от количества отдельных сахаров, из которых они состоят.Выделяют четыре основные категории:

,

    ,

  • , моносахариды,
  • .

  • Дисахариды,
  • олигосахаридов и
  • Полисахариды.

Сложные углеводы, состоящие из нескольких сахаров, синтезируются посредством реакций дегидратации. Их можно вернуть в их индивидуальную сахарную форму посредством реакций гидролиза. В реакции гидролиза вода добавляется через связь сахар-сахар. Это разрывает связь и освобождает сахара от более крупных углеводов.

Моносахариды

Термин «моносахарид » означает один сахар. Приставка «моно» означает единицу, а слово «сахарид» означает сахар. Два наиболее распространенных моносахарида — это глюкоза и фруктоза. Глюкоза является основным топливом для клеточного дыхания и используется для производства АТФ. Формула глюкозы — C6 h22 O6. Фруктоза также является моносахаридом, содержащимся во фруктах, овощах и меде. Формула фруктозы также C6h22O6, но атомы расположены по-другому, так как фруктоза представляет собой пятиуглеродное кольцо, а глюкоза — шестиуглеродное кольцо.

Цепная структура фруктозы слева и глюкозы справа

Дисахариды

Дисахариды — это углеводы, состоящие из двух сахаров. В дисахариде моносахариды в форме двух колец связаны О-гликозидной связью посредством синтеза дегидратации. Некоторые примеры дисахаридов включают лактозу и сахарозу. Лактоза состоит из глюкозы и галактозы, соединенных вместе.Формула лактозы C12 h32 O11 Сахароза состоит из глюкозы и молекулы фруктозы, соединенных вместе. Формула сахарозы также C12 h32 O11, но атомы расположены по-другому.

Состав сахарозы

Олигосахариды

Олигосахариды — это углеводы, содержащие от трех до десяти сахаров. Большинство олигосахаридов содержится в растениях. Примеры включают:

  • рафиноза,
  • Генцианоза и
  • Мальтотриоза.

Олигосахариды можно дополнительно классифицировать на группы в зависимости от того, сколько моносахаридов высвобождается при гидролизе одной молекулы олигосахарида.

Полисахариды

Полисахариды состоят из десяти или более молекул моносахаридов. Три наиболее важных биологических полисахарида — это крахмал, целлюлоза и гликоген. Крахмал — это молекула, аккумулирующая энергию в растениях. Такие продукты, как картофель, морковь и горох, богаты крахмалом. Целлюлоза — еще один полисахарид растительного происхождения.Однако целлюлоза используется для структуры и поддержки и является основным компонентом стенок растительных клеток. Гликоген используется для хранения энергии у животных. В отличие от крахмала, гликоген очень разветвлен и хранится в печени и мышцах. В таблице ниже приведены категории углеводов:

Тип углеводов Количество сахаров Примеры
Моносахарид Один сахар Глюкоза, фруктоза
Дисахарид Два сахара Лактоза, сахароза
Олигосахарид От трех до десяти сахаров Рафиноза, горечавка, мальтотриоза
Полисахарид Десять или более сахаров Крахмал, целлюлоза, гликоген

Назначение углеводов

Какова основная функция углеводов в организме и почему углеводы важны? Функция углеводов в организме заключается в обеспечении быстрого источника энергии. Углеводная глюкоза является предпочтительным топливом для клеточного дыхания, которое производит АТФ или энергию для клеток. Углеводы также могут накапливать энергию как в растениях в виде крахмала, так и в животных в виде гликогена. Углеводы являются предпочтительным источником топлива для организма, и поэтому их доступность регулирует использование других макромолекул для получения энергии, таких как белки и липиды.

Углеводы могут образовывать важные структурные компоненты, такие как внеклеточный матрикс у животных и клеточная стенка растительных клеток.Углеводы также покрывают плазматическую мембрану, образуя сигнальные молекулы, которые помогают клеткам общаться.

Дефицит углеводов

Дефицит углеводов — это состояние, при котором организм потребляет слишком мало углеводов. Поскольку углеводы являются предпочтительным источником топлива для организма, дефицит углеводов может вызвать множество проблем со здоровьем.

Причины

Основной причиной дефицита углеводов является добровольное соблюдение диеты. В последние годы стали популярными низкоуглеводные диеты, хотя потеря веса, как правило, носит временный характер и связана с сокращением калорий, а не с каким-либо конкретным эффектом углеводов.Низкоуглеводные диеты опасны и могут вызвать дефицит углеводов и питательных веществ. Некоторые люди с глютеновой болезнью, как правило, избегают углеводов, чтобы избежать глютена, или могут иметь проблемы с усвоением питательных веществ и испытывать дефицит углеводов.

Эффекты

Дефицит углеводов может быть проблемой для организма. Один из основных симптомов дефицита углеводов — утомляемость. Углеводы — самый важный источник топлива для организма. Без них организм не сможет эффективно вырабатывать АТФ, и ему придется метаболизировать другие источники, такие как жир и белок, для производства энергии.Это может привести к кетозу , когда кетоновые тела образуются в результате метаболизма жиров. Кетоз может вызвать неприятный запах изо рта, усталость, головную боль и тошноту. Более тяжелый кетоз может вызвать повреждение почек.

Кроме того, люди с дефицитом углеводов, как правило, испытывают дефицит клетчатки. Клетчатка не может расщепляться в пищеварительной системе человека, но она важна для обеспечения прохождения пищи. Фрукты и овощи — важные источники клетчатки. Точно так же некоторые продукты, богатые углеводами, также содержат важные витамины и минералы, которые нам нужны.

Средства правовой защиты

Роль углеводов в обеспечении организма энергией является основной причиной важности углеводов. Таким образом, предотвращение дефицита углеводов — важная часть здорового питания. Наша диета должна состоять на 45-65% из углеводов. Употребление в пищу здоровых источников углеводов — главный способ предотвратить дефицит углеводов. Вот некоторые примеры углеводов:

  • Рис,
  • Цельнозерновые,
  • фасоль,
  • Фрукты,
  • овощей и
  • Семена.

Примеры углеводов: картофель и макаронные изделия

Резюме урока

Углеводы — это макромолекулы, используемые для быстрого получения энергии в организме. Существует четыре основных типа углеводов:

  • Моносахариды — состоят из одного сахара, например глюкозы.
  • Дисахариды — состоят из двух сахаров, например сахарозы.
  • Олигосахариды — состоят из трех-десяти сахаров, таких как рафиноза.
  • Полисахариды — состоят из десяти или более сахаров, например крахмала.

Дефицит углеводов может возникнуть из-за проблем с усвоением питательных веществ, таких как глютеновая болезнь, или из-за добровольной низкоуглеводной диеты. Низкоуглеводные диеты опасны, потому что они могут вызвать кетоз , когда организм использует другие источники питательных веществ, такие как жир и белок, для обмена веществ, образуя кетоновые тела. Это приводит к усталости, снижению мышечной массы, проблемам с удалением отходов из-за недостатка клетчатки, головной боли, проблемам с почками и многому другому.Диета, богатая углеводами, может помочь предотвратить дефицит углеводов. Примеры источников углеводов:

  • Фрукты,
  • Овощи,
  • цельнозерновые и
  • Рис.

Типы и функции — Conduct Science

3. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — это макромолекулы, присутствующие в клетках и вирусах, и они участвуют в хранении и передаче генетической информации. Нуклеиновая кислота была впервые обнаружена Фридрихом Мишером в ядрах лейкоцитов. Позже дальнейшие исследования показали, что это смесь основных белков и фосфорсодержащей органической кислоты.

Структурно нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры нуклеотидов (или полинуклеотидов), которые представляют собой фосфатные эфиры нуклеозидов. Нуклеотиды состоят из трех компонентов:

  • Азотистое основание: Это гетероциклические, плоские и ароматические молекулы. Он бывает двух типов: пурины и пиримидины. Пурины включают аденин и гуанин, оба из которых находятся как в ДНК, так и в РНК.Пиримидины включают тимин (обнаруженный только в ДНК), цитозин (обнаруженный как в ДНК, так и в РНК) и урацил (обнаруженный только в РНК).
  • Пять углеродных сахаров: Два типа пентозного сахара — это рибоза (присутствует только в РНК) и дезоксирибоза (присутствует в ДНК). Эти сахара в нуклеиновых кислотах имеют D-стереоизомерную конфигурацию.
  • Ион фосфорной кислоты: Это фосфатная группа, участвующая в полимеризации нуклеотидов. Фосфодиэфирная связь связывает два или более нуклеотидов, что приводит к образованию полинуклеотидов.

Типы нуклеиновых кислот и их функции

По природе, структуре и функции нуклеиновые кислоты делятся на две группы: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК).

  • Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

ДНК — это наследственный материал, который находится внутри ядра. В 1953 году первая структура двойной спирали ДНК (B-форма ДНК) была открыта Уотсоном и Криком. ДНК также имеет две другие формы, A и Z формы.Конформация ДНК зависит от уровня гидратации, последовательности ДНК, химической модификации оснований, типа и концентрации иона металла в растворе.

Структура двойной спирали представляет собой два полинуклеотида ДНК, намотанных вокруг центральной спирали. Две цепи антипараллельны и взаимодействуют за счет водородных связей между комплементарными парами оснований. В некоторых случаях, например, при низком pH, также существует форма тройной спирали ДНК. Он образуется путем размещения третьей нити в большой бороздке ДНК.

Это генетический материал, в котором хранится вся информация, необходимая для передачи потомству. Он определяет биологическое развитие всех живых организмов и вирусов.

Знаете ли вы?

Считается, что около 4 миллиардов лет назад РНК была первым генетическим материалом! Ученые говорят, что это во многом из-за его способности к самовоспроизведению и ферментативной активности. Этот гипотетический период известен как мир РНК .Но когда появились белковые ферменты, ДНК стала наиболее доминирующей и стабильной формой генетического материала.

Структура ДНК более стабильна, чем РНК, из-за отсутствия 2 ’гидроксильной группы. Другое преимущество ДНК состоит в том, что ее двухцепочечная структура позволяет также корректировать мутации.

РНК присутствует во всех живых клетках. Он играет разные роли в разных организмах. Он действует как генетический материал в некоторых вирусах и обладает ферментативной активностью в других организмах (где он называется рибозим ).Среди организмов присутствуют три типа РНК: рРНК, мРНК и тРНК. Все трое играют важную роль в развитии и поддержании жизни.

Значение РНК и ДНК несравнимо. ДНК, несущая генетическую информацию, не может покинуть свой дом, ядро, и поэтому существует РНК. Они участвуют в передаче генетической информации для синтеза белка через процессы транскрипции и трансляции (вне ядра), а также контролируют экспрессию генов.

Структурно РНК существует как в одноцепочечной (первичная структура), так и в двухцепочечной (вторичная структура) формах. Двойная спиральная структура РНК присутствует в A-форме.

Знаете ли вы?

Дуплексы

РНК более стабильны, чем дуплексы ДНК.

При физиологическом pH дуплексы РНК требуют более высокой температуры для денатурации, чем дуплексы ДНК. Хотя физическая причина этого различия до сих пор остается загадкой.

3.2 Углеводы — Биология для курсов AP®

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Какова роль углеводов в клетках и во внеклеточном материале животных и растений?
  • Какие существуют классификации углеводов?
  • Как моносахаридные строительные блоки собираются в дисахариды и сложные полисахариды?

Соединение для AP

® Курсы

Углеводы обеспечивают энергию для клеток и структурную поддержку растений, грибов и членистоногих, таких как насекомые, пауки и ракообразные. Состоящие из углерода, водорода и кислорода в соотношении CH 2 O или углерода, гидратированного водой, углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в макромолекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате дегидратационного синтеза. Глюкоза, галактоза и фруктоза — обычные изомерные моносахариды, тогда как сахароза или столовый сахар — дисахариды. Примеры полисахаридов включают целлюлозу и крахмал в растениях и гликоген у животных.Хотя хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее менее доступной для метаболизма, это предотвращает ее утечку из клеток или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой. У насекомых жесткий внешний скелет из хитина, уникального азотсодержащего полисахарида.

Представленная информация и примеры, выделенные в разделе, поддерживают концепции и цели обучения, изложенные в Большой идее 4 Структуры учебной программы по биологии AP ® . Цели обучения, перечисленные в структуре учебной программы, обеспечивают прозрачную основу для курса биологии AP ® , лабораторного опыта на основе запросов, учебных мероприятий и вопросов экзамена AP ® . Цель обучения объединяет требуемый контент с одной или несколькими из семи научных практик.

Большая идея 4 Биологические системы взаимодействуют, и эти системы и их взаимодействия обладают сложными свойствами.
Постоянное понимание 4.A Взаимодействия внутри биологических систем приводят к появлению сложных свойств.
Основные знания 4.A.1
Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 7,1
Учащийся может связывать явления и модели в пространственных и временных масштабах.
Цель обучения 4,1
Учащийся может уточнить представления и модели, чтобы объяснить, как подкомпоненты биологического полимера и их последовательность определяют свойства этого полимера.
Основные знания 4.A.1
Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 1.3
Студент может уточнить представления и модели природных или антропогенных явлений и систем в предметной области.
Цель обучения 4,2
Учащийся может уточнить представления и модели, чтобы объяснить, как подкомпоненты биологического полимера и их последовательность определяют свойства этого полимера.
Основные знания 4.A.1
Подкомпоненты биологических молекул и их последовательность определяют свойства этой молекулы.
Научная практика 6,1
Студент может обосновать свои претензии доказательствами.
Научная практика 6,4
Студент может делать утверждения и предсказания о природных явлениях на основе научных теорий и моделей.
Цель обучения 4,3
Учащийся может использовать модели для прогнозирования и обоснования того, что изменения в подкомпонентах биологического полимера влияют на функциональность молекул.

Задача «Научная практика» содержит дополнительные тестовые вопросы для этого раздела, которые помогут вам подготовиться к экзамену AP. Эти вопросы касаются следующих стандартов:
[APLO 4.15] [APLO 2.5]

Молекулярные структуры

Большинство людей знакомы с углеводами, 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, в частности, 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 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»: компонентами являются 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. Рисунок 3.5 для иллюстрации моносахаридов.

Рисунок 3.5 Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют трех-, пяти- и шестиуглеродные скелеты 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 (рис. 3.6).

Визуальное соединение

Рис. 3.6. 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.

Определите каждый сахар как альдозу или кетозу.

  1. фруктоза
  2. галактоза
  3. глюкоза
  1. Глюкоза и галактоза — альдозы. Фруктоза — это кетоза
  2. Глюкоза и фруктоза — альдозы. Галактоза — это кетоза.
  3. Галактоза и фруктоза относятся к кетозам. Глюкоза — это альдоза.
  4. Глюкоза и фруктоза относятся к кетозам. Галактоза — это альдоза.

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 кольцевой форме (рис. 3.7). 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 углерода номер 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. 3.7 Моносахариды из пяти и шести атомов углерода 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.

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 (Рисунок 3.8). Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа.

Рис. 3.8 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 (рис. 3.9). 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.

Рис. 3.9. 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 на рисунке 3.10, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связи), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).

Рис. 3.10 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 имеет более сильную разветвленность.

Поддержка учителей

  • Получите копии метаболических диаграмм и используйте их, чтобы проиллюстрировать студентам связь между углеводным обменом, производством и распадом липидов и аминокислот.Попросите учащихся проследить молекулу глюкозы через ее метаболизм и определить точки связи между путями макромолекул. Спросите студентов, что происходит, когда перерабатывается избыток сахара на молекулярном уровне.
  • Попросите класс исследовать опасность избыточного потребления углеводов, включая возможные опасности для здоровья. Предложите им изучить состояние, имеющее отношение к их семье.
  • Углеводы или сахара — это не только столовый сахар. Все имеют базовую формулу CH 2 O.Соотношение углерода, водорода и кислорода всегда одинаково. Количество атомов углерода определяет категорию сахара. Биологические сахара обычно представляют собой пентозы (5 атомов углерода или C 5 H 10 O 5 ) или гексозы (6 атомов углерода или C 6 H 12 O 6 ).
  • Моносахариды являются строительными блоками всех сахаров. Если объединить два, они представляют собой дисахариды; если их объединить более двух, они образуют большую молекулу, называемую полисахаридом. Тип связи между мономерами определяет, могут ли животные их переваривать.Если кислород, связывающий мономеры, ориентирован вниз по отношению к обоим соседним атомам углерода, это называется альфа-связью и может перевариваться. Если атом кислорода ориентирован вверх по отношению к одному углероду и вниз по отношению к следующему, это называется бета-связью и не может перевариваться пищеварительными ферментами животных.
  • В Соединенных Штатах люди потребляют большое количество углеводов, часто в виде сахаров. При расщеплении углеводы являются непосредственным источником энергии. Они также участвуют в метаболизме других типов макромолекул.Сахара могут быть преобразованы в ряд аминокислот, нуклеиновых кислот и жиров, если это необходимо организму.

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 (рис. 3.11).

Рис. 3.11. 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 рисунке 3.11, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде вытянутых 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 некоторые виды бактерий и простейших обитают в пищеварительной системе травоядных и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе некоторых 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 видно на пчеле на рис. 3.12). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, который представляет собой азотсодержащий полисахарид. 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.

Рис. 3.12. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Связь с карьерой

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 другой смежной области. Кроме того, зарегистрированные диетологи должны пройти программу стажировки под присмотром 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).

Польза углеводов

Полезны ли углеводы? Некоторые люди считают, 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, чтобы они были частью хорошо сбалансированной диеты.С точки зрения калорийности грамм углеводов обеспечивает 4,3 ккал. Для сравнения, жиры дают 9 Ккал / г, менее желательное соотношение. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы; нерастворимая часть известна как клетчатка, которая 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. Волокно также помогает удалить излишки холестерина из организма: волокно связывается с холестерином в тонком кишечнике, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток, а затем холестерин выходит из организма через кал.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» была бы уменьшена. Некоторым людям может потребоваться исключение углеводов из рациона, но такой шаг может оказаться полезным не для всех.

Ссылка на обучение

Чтобы получить дополнительную информацию об углеводах, изучите «Биомолекулы: углеводы» с помощью этой интерактивной анимации.

Клетчатка на самом деле не является питательным веществом, потому что она проходит через наш организм непереваренной. Почему клетчатка не переваривается и почему она важна для нашей диеты?

  1. Ферменты, необходимые для переваривания целлюлозы, в организме человека не производятся; непереваренная клетчатка увеличивает объем пищи, облегчая опорожнение кишечника.
  2. Ферменты, переваривающие целлюлозу, не могут связываться с целлюлозой из-за изменения активных центров; непереваренная клетчатка увеличивает объем пищи, облегчая опорожнение кишечника.
  3. Ферменты, необходимые для переваривания целлюлозы, в организме человека не производятся; клетчатка производит энергию для обмена веществ.
  4. Конкурентные ингибиторы не являются причиной того, что клетчатка не переваривается.

Подключение к научной практике для курсов AP®

Действия

Используйте набор молекулярных моделей, чтобы сконструировать полисахарид из нескольких различных мономеров моносахаридов. Объясните, как структура полисахарида определяет его основную функцию как молекулы хранения энергии.Затем используйте свою модель, чтобы описать, как изменения в структуре приводят к изменениям в функциях.

Подумай об этом
  • Объясните, почему спортсмены часто «загружают углеводы» перед большой игрой или турниром.
  • Объясните, почему некоторым животным, включая человека, трудно переваривать целлюлозу. Опишите структурную разницу между целлюлозой и крахмалом, который легко усваивается человеком. Как коровы и другие жвачные животные могут переваривать целлюлозу?

Поддержка учителей

Это упражнение является приложением Цели обучения 4.1 и научная практика 7.1 и цель обучения 4.3 и научная практика 6.1 и 6.4, потому что студенты сначала создают модель, чтобы показать связь между структурой и функцией на молекулярном уровне, а затем используют модель, чтобы предсказать, как изменения в структуре на молекулярном уровне могут повлиять на свойства и функции молекулы.

Первый вопрос «Подумай об этом» — это применение Цели обучения 4.1 и Научной практики 7.1, поскольку учащиеся связывают структуру молекулы с ее функцией.

Второй вопрос «Подумай об этом» — это применение Цели обучения 4.1, Научной практики 7.1 и Задачи обучения 4.2 и Научной практики 1.3, поскольку учащиеся используют представления о структурных особенностях молекул для объяснения взаимосвязи между их структурой и функцией свойств (s ).

Устройство и функции

Структура макромолекул определяет функцию и регуляцию

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

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

1. Биологические макромолекулы большие и сложные

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

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

2. Структура определяется несколькими факторами

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

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

3. Структура и функции взаимосвязаны

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

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

4. Макромолекулярные взаимодействия

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

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

5. Структура макромолекул динамическая

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

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

6. Биологическая активность макромолекул часто регулируется

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

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

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

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

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

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

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

Связанные цели обучения
  • Учащиеся должны уметь предложить схему очистки для конкретной молекулы в смеси с учетом биофизических свойств различных молекул в смеси. B
  • Студенты должны уметь либо предлагать эксперименты, которые определяют четвертичную структуру молекулы, либо уметь интерпретировать данные, относящиеся к третичной и четвертичной структуре молекул.B
  • Студенты должны быть в состоянии объяснить, как вычислительные подходы могут использоваться для изучения взаимодействий белок-лиганд, и обсудить, как результаты таких вычислений могут быть исследованы экспериментально. C
  • Студенты должны уметь сравнивать и противопоставлять доступные вычислительные подходы, чтобы предложить трехмерную структуру макромолекулы, и обсудить, как предложенная структура может быть подтверждена экспериментально. C
  • Учащиеся должны уметь анализировать кинетические или связывающие данные для получения соответствующих параметров и оценки достоверности модели, используемой для описания явления.C

Строительные блоки углеводов | Типы, свойства и функции

Строительные блоки углеводов : Таким образом, основная биохимия живых организмов может быть понята относительно морфологии и физиологии четырех биологических макромолекул: углеводов , белков , липидов и нуклеиновых кислоты .

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

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

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

Строительные блоки углеводов

Физико-химические свойства моносахаридов

Моносахариды (Источник: Викимедиа)

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

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

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

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

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

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

Три наиболее распространенных моносахарида

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

1. Глюкоза

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

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

2. Фруктоза

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

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

3. Галактоза

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

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

Гликозидная связь

Гликозидная связь (Источник: Wikimedia)

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

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

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

Полисахариды

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

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

1. Гликоген

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

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

2. Крахмал

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

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

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

Функция углеводов

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

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

Цитируйте эту страницу

Список литературы

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

Классификация углеводов | Примеры и структура углеводов

Углеводы:

(CH₂O) n — общая эмпирическая структура углеводов.Моносахариды — это простые сахара, которые служат топливными молекулами и основными составляющими живых организмов, и это простейшие углеводы, необходимые в качестве источников энергии. Глюкоза и фруктоза — наиболее известные углеводы.

Сахариды или углеводы просто определяются как кетоны или полигидроксиальдегиды или соединения, которые образуют единицы такого типа при гидролизе.

Несколько распространенных видов углеводов: молоко, хлеб, попкорн, картофель, лабиринт и т. Д.

Углеводы широко распространены как в тканях растений, так и животных. Углеводы содержатся в основном в форме гликогена и глюкозы в клетках животных и в виде целлюлозы и крахмала в клетках растений.

Классификация и структура углеводов:

Обычно углеводы делятся на три основные группы. Это следующие:

1. Моносахариды:

Моносахариды — это простые сахара. Их нельзя гидролизовать до более простой формы.Самыми простыми углеводами являются трехуглеродный дигидроксиацетон и триозный глицеральдегид. Далее они подразделяются на глюкозу, фруктозу, галактозу и маннозу.

Глюкоза:

Глюкоза обычно содержится во фруктовых соках и образуется в организме в результате гидролиза тростникового сахара, крахмала, лактозы и мальтозы. Глюкоза считается сахаром тела. Структуру глюкозы можно изобразить в виде кольца или цепочки. Он обнаруживается в крови, фруктах, меде и, при ненормальных условиях, в моче.

Фруктоза:

Фруктоза содержится в меде, помидорах и яблоках. Гидролиз тростникового сахара в организме также может привести к отказу от фруктозы. C 6 H 12 O 6 — это молекулярная формула фруктозы. Как правило, фруктоза является самым сладким моносахаридом и ее получают гидролизом сахарозы.

Галактоза:

Элементом гликопротеинов и гликолипидов является галактоза. Он вырабатывается в молочных железах и гидролизуется с образованием лактозы молока.

Манноза:

При гидролизе растительных камедей и маннозанов получают маннозу. Составной частью протезного полисахарида альбуминов, мукопротеинов и глобулинов является манноза. Гексозы и пентозы существуют как в кольцевой, так и в открытой цепочечной формах.

В зависимости от количества атомов углерода, которыми они обладают, простые сахара можно разделить на тетрозы, триозы, гексозы или гептозы, пентозы и кетозы или альдозы в зависимости от того, присутствуют ли кетоновые или альдегидные группы.Например:

Альдозы

Кетозы

(C₃H₆10100

9108 9108 9103 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9109 9

(C₄H₈O₄) Tetroses

эритроза

эритрулоза

(C₅H₁₀O₅) Пентозы

рибоза

рибулозо

(C₆H₁₂O₆) гексоз

Глюкоза

Фруктоза

а.Триозы:

Триозы образуются в процессе метаболического расщепления гексоз в организме. Пример: дигидроксиацетон и глицеральдегиды.

г. Пентозы:

Пентозы являются жизненно важными составляющими многих коферментов и нуклеиновых кислот. Они также образуются как переходные этапы в определенных метаболических процессах. Пример: нуклеиновые кислоты и коферменты НАД, рибоза, которая является структурным элементом АТФ и ароматических белков: арабинозы, рибулозы и ксилозы.

2. Дисахариды:

Дисахариды состоят из двух моносахаридов, связанных гликозидной связью (C-O-C). Cn (H₂O) n-1 — общая формула дисахаридов. Наиболее распространенными формами дисахаридов являются лактоза, сахароза и мальтоза.

Мальтоза:

Мальтоза образуется как переходный продукт действия амилаз на крахмал и содержит два остатка глюкозы в 1, 4 связях. Его можно увидеть в заметном количестве во многих прорастающих тканях и семенах, где крахмал расщепляется.

Лактоза:

Лактоза содержится в молоке. При гидролизе он производит D-галактозу и D-глюкозу. Это восстанавливающий дисахарид, поскольку он имеет свободный аномерный углерод на остатке глюкозы.

Сахароза:

Тростниковый сахар или сахароза представляет собой дисахарид фруктозы и глюкозы. Гидролиз сахарозы до D-глюкозы и D-фруктозы часто называют инверсией, поскольку он сопровождается чистым изменением оптического вращения от правого к левому, поскольку образуется эквимолярная смесь фруктозы и глюкозы, и эта смесь известна как инвертный сахар. .Некоторые ферменты, такие как инвертазы, катализируют эту реакцию. Сахароза чрезвычайно богата растениями и широко известна как столовый сахар.

Трегалоза:

Трегалоза содержит два остатка D-глюкозы и представляет собой невосстанавливающий дисахарид, подобный дисахариду сахарозы. Это основной сахар, который содержится во многих хернолимфах насекомых.

3. Трисахариды:

Многие трисахариды встречаются в природе в свободном виде. Рафиноза в изобилии содержится во многих высших растениях и сахарной свекле.Мелецитозу можно увидеть в соке некоторых хвойных деревьев.

4. Полисахариды:

Большинство углеводов, которые можно найти в природе, представляют собой полисахариды с высокой молекулярной массой. Полисахариды — это сложные углеводы, которые образуются методом полимеризации огромного количества мономеров моносахаридов. Другое название полисахаридов также известно как гликаны.

Они длинные, могут быть неразветвленными или разветвленными.После завершения гидролиза специфическими ферментами и кислотой полисахариды уступают простым производным моносахаридов и / или моносахаридам. В зависимости от состава полисахариды можно разделить на два типа: гомополисахариды и гетерополисахариды.

а. Гомогликаны или гомополисахариды представляют собой сложные углеводы, которые образуются методом полимеризации только одного типа мономеров моносахаридов. Пример: гликоген, крахмал и целлюлоза состоят из моносахарида одного типа, известного как глюкоза.

На основе моносахаридной единицы полисахарид известен как глюкан, который состоит из глюкозы, ксилана, содержащего ксилозу, фруктана, состоящего из фруктозы, галактана, состоящего из галактозы, арабана, состоящего из арабинозы, и т. Д.

г. Гетерогликаны или гетерополисахариды представляют собой сложные углеводы, которые образуются в процессе конденсации моносахаридного мономера одного типа или производных моносахарида. Пример: агар, хитин, арабаногалактаны, пептидогликан, арабаноксиланы и т. Д.

Примеры углеводов:

Фрукты: цельные фрукты, фруктовый сок

Бобовые: бобы, растительные белки

Молочные продукты: мороженое, йогурт, молоко

Крахмалистые овощи: картофель, кукуруза

Зерно: пшеница, крупы, рис

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.