Состав углеводов и функции: Функции углеводов – основные в организме человека и клетке в таблице

Строение и функции углеводов

☰

Углеводы, наряду с белками, жирами и нуклеиновыми кислотами, являются основными органическими веществами, составляющими живые организмы. Название углеводов происходит от углерода (C) и воды (H₂O), так как их формулу можно записать как C_n(H₂O)_m. Структурная же формула содержит карбонильную группу (-C=O) и несколько гидроксильных групп (-OH).

Поставщиком углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза. Поскольку его осуществляют растения, то далее по пищевым цепям углеводы переходят животным организмам и усваиваются ими. Углеводов больше всего по массе по сравнению с другими органическими веществами. В клетках животных углеводов не так много (менее 5%), а вот в клетках растений больше (иногда до 90% в запасающей ткани).

Углеводы делят на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Среди олигосахаридов наибольшее значение имеют дисахариды, поэтому часто углеводы классифицируют так: моносахариды, дисахариды, полисахариды.

Моносахариды состоят из одной мономерной единицы и не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Мономеры углеводов весьма разнообразны (из-за немного отличающегося строения). Обычно моносахариды живых организмов — это кольцевые углеродные цепи, состоящие из пяти (пентозы) или шести (гексозы) атомов углерода (из них один атом C не входит в кольцо, а входит в карбоксильную группу).

Наиболее важными моносахаридами являются рибоза и дезоксирибоза (входят в состав нуклеиновых кислот), глюкоза (источник энергии), фруктоза.

Дисахариды состоят из двух мономерных единиц, можно сказать, из двух моносахаридов. Объединение происходит через гидроксильные группы с отщеплением воды. Наиболее известный дисахарид — это сахароза (сахар). Ее молекула состоит из остатков глюкозы и фруктозы. А из двух остатков глюкозы состоит мальтоза.

Простые углеводы выполняют в основном пластическую (входят в состав АТФ, ДНК, РНК) и энергетические функции. Также регулируют осмотическое давление в организме, выполняют рецепторную функцию (входят в состав клеточных рецепторов).

Полисахариды состоят из более чем десятка мономерных единиц. К ним относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин и другие.

Крахмал (в растениях) и гликоген (в животных и грибах) накапливаются в организмах в качестве запасного питательного вещества. Крахмал отличается от гликогена менее ветвистой структурой.

Целлюлоза (также называемая клетчаткой) образует стенки растительных клеток. Таким образом она выполняет структурную и защитную функции. Такую же функцию выполняет хитин у животных и грибов. Однако у животных он образует не клеточные стенки, а наружный скелет. У грибов же хитин входит в состав клеточных стенок.

Углеводы Строение и функции

Химический состав клетки

Органические вещества клетки

— Белки -10-20%

— Жиры — 1-5%

— Углеводы — 0,2-2,0%

— Нуклеиновые кислоты — 1-2%

— Низкомолекулярные органические вещества – 0,1-0,5%

Углеводы- группа органических соединений

— Общая формула:

С_n(Н₂О)_m

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.

Получение углеводов

В растениях углеводы образуются из двуокиси углерода и воды в процессе сложной реакции фотосинтеза, осуществляемой за счет солнечной энергии с участием зелёного пигмента растений — хлорофилла.

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

Классификация углеводов

Моносахариды

— Рибоза

С₅Н₁₀О₅

Значение:

Входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов

— Дезоксирибоза

С₅Н₁₀О₄

Значение:

Входит в состав ДНК

— Глюкоза

С₆Н₁₂О₆

Значение:

Источник энергии; входит в состав гликозидов, в свободном состоянии содержится в тканях растений, животных, человека; является мономером полисахаридов, гликогена, крахмала, клетчатки.

Моносахариды

— Фруктоза

С₆Н₁₂О₆

Значение:

Входит в состав сахарозы, других олигосахаридов, полисахаридов

— Галактоза

С₆Н₁₂О₆

Значение:

Входит в состав полисахаридов, слизей, в состав дисахаридов, агар-агара

Олигосахариды

— Сахароза

Состав:

Глюкоза + фруктоза

Значение:

Используется в питании человека

Олигосахариды

— Мальтоза

Состав:

Глюкоза + Глюкоза

Значение:

Источник энергии в прорастающих зернах

— Лактоза

Состав:

Глюкоза +Галактоза

Значение:

Источник энергии для детенышей млекопитающих и человека

Полисахариды

— Крахмал— полимер. Мономеры молекулы глюкозы.

Значение

Резервный полисахарид растительных клеток

Полисахариды

— Гликоген — содержится в тканях животных, человека, бактериях, цианобактериях; выполняет роль резервного полисахарида

— Целлюлоза — входит в состав клеточных стенок растительных клеток

— Хитин — образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов

— Муреин – входит в состав клеточной стенки бактерий

Расщепление углеводов в полости рта

Функции углеводов

1. Энергетическая.

Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии.

2. Структурная.

Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы.

3. Запасающая.

Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных

Применение углеводов

Углеводы применяют в качестве:

— лекарственных средств,

— для производства бездымного пороха (пироксилина),

— взрывчатых веществ,

— искусственных волокон (вискоза).

— огромное значение имеет целлюлоза как источник для получения этилового спирта (гидролизный), уксусной кислоты.

Строение, свойства и функции углеводов

Углеводами называют вещества с общей формулой C_n(H₂O)_m, где n и m могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды. Кроме углерода, водорода и кислорода, производные углеводов могут содержать и другие элементы, например азот.

Углеводы — одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85—90 % массы сухого вещества.

Выделяют три группы углеводов:

• моносахариды или простые сахара;
• олигосахариды — соединения, состоящие из 2—10 последовательно соединенных молекул простых сахаров (например, дисахариды, трисахариды и т. д.).
• полисахариды состоят более чем из 10 молекул простых сахаров или их производных (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

Моносахариды (простые сахара)

В зависимости от длины углеродного скелета (количества атомов углерода) моносахариды разделяют на триозы (C₃), тетрозы (C₄), пентозы (C₅), гексозы (C₆), гептозы (C₇).

Молекулы моносахаридов являются либо альдегидоспиртами (альдозами), либо кетоспиртами (кетозами). Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Циклические структуры пентоз и гексоз — обычные их формы: в любой данный момент лишь небольшая часть молекул существует в виде «открытой цепи». В состав олиго- и полисахаридов также входят циклические формы моносахаридов.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды

При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Это высокомолекулярные (до 10 000 000 Да) полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров — простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором — гетерополисахариды (гепарин). Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие.

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26—40 % целлюлозы.

Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген. Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.

Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCH₃. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки.

Хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Функции углеводов

Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания (1 г углеводов при окислении высвобождает 17,6 кДж энергии).

Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза — в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов (например, НАД, НАДФ, кофермента А, ФАД), АМФ; принимают участие в фотосинтезе (рибулозодифосфат является акцептором СO₂ в темновой фазе фотосинтеза).

Пентозы и гексозы участвуют в синтезе полисахаридов; в этой роли особенно важна глюкоза.

Функции углеводов | Химическая энциклопедия

В живых организмах углеводы выполняют различные функции, но основными являются энергетическая и строительная.

Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Конечные продукты окисления углеводов – углекислый газ и вода.

Значительная роль углеводов в энергетическом балансе живых организмов связана с их способностью расщепляться как при наличии кислорода, так и без него. Это имеет важнейшее значение для живых организмов, живущих в условиях дефицита кислорода. Резервом глюкозы являются полисахариды (крахмал и гликоген).

Структурная (строительная) функция углеводов заключается в том, что они используются в качестве строительного материала. Оболочки клеток растений в среднем на 20-40 % состоят из целлюлозы, которая обладает высокой прочностью. Поэтому оболочки растительных клеток надежно защищают внутриклеточное содержимое и поддерживают форму клеток. Хитин является компонентом внешнего скелета членистоногих и клеточных оболочек некоторых грибов и протистов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клеток животных и образуют надмембранный комплекс – гликокаликс. Углеводные компоненты цитоплазматической мембраны выполняют рецепторную функцию: они воспринимают сигналы из окружающей среды и передают их в клетку.

Метаболическая функция состоит в том, что моносахариды являются основой для синтеза многих органических веществ в клетках организмов – полисахаридов, нуклеотидов, спиртов, аминокислот и др.

Запасающая функция заключается в том, что полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии. Запасным питательным веществом у растений является крахмал, у животных и грибов – гликоген. В корнях и клубнях некоторых растений, например, георгинов, запасается инулин (полимер фруктозы).

Углеводы выполняют и защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении деревьев, например, вишен, слив) являются производными моносахаридов. Они препятствуют проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов. Твердые клеточные оболочки протистов, грибов и покровы членистоногих, в состав которых входит хитин, тоже выполняют защитную функцию.



Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать

как их классифицируют по свойствам, строение

Общее понятие об углеводах

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

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

Химическое строение

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

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

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

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

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

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

Функции углеводов в организме человека

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

Классификация по свойствам

Строительная функция углеводов

Мукополисахариды, соединения углеводов с белками, являются важной составляющей суставной смазки у животных и человека. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав РНК и ДНК.

Энергетическая функция углеводов

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

Структурная функция углеводов

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

Регуляторная функция углеводов

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

Запасающая функция

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

Углеводы, функции углеводов, свойства углеводов

Функции углеводов разнообразны (энергетическая, резервная, строительная, транспортная, защитная).

Энергетическая функция. При расщеплении 1 г полисахаридов или олигосахаридов до моносахаридов выделяется 17,6

кДж тепловой энергии. Углеводы играют ведущую роль в энергетическом обмене: они способны как к окислению, так и к расщеплению в бескислородных условиях. Это чрезвычайно важно для организмов, живущих в условиях дефицита кислорода (например, паразиты внутренних органов человека и животных) или полного отсутствия (анаэробы, например дрожжи, некоторые виды бактерий).

 

Резервная функция. Полисахариды могут откладываться в клетках впрок, чаще всего в виде зерен. В клетках растений накапливается крахмал, животных и грибов — гликоген (рис. 8.3). Эти запасные соединения являются резервом питательных веществ.

 

Строительная (структурная) функция углеводов состоит в том, что полисахариды входят в состав определенных структур. Так, азотсодержащих полисахарид хитин содержится во внешнем скелете членистоногих и клеточной стенке грибов; клеточные стенки растений образованные из целлюлозы (рис. 8.4).

 

В состав надмембранный структур клеток животных (гликокаликса) и прокариот (клеточной стенки) входят углеводы, связанные с белками и липидами. Эти соединения обеспечивают соединения клеток между собой.

 

Особые соединения углеводов с белками (мукополисахариды) выполняют в организмах позвоночных животных и человека функцию смазки, входя в состав жидкости смазывает суставные поверхности.

 

Защитная функция. Полисахариды пектины способны связывать некоторые токсины и радионуклиды, предотвращая попадание их в кровь. Мукополисахарид гепарин предотвращает свертыванию крови, повышает проницаемость сосудов, устойчивость организма к недостатку кислорода (гипоксии), воздействия вирусов и токсинов, снижает уровень концентрации сахара в крови.

Углеводы и их функции. | steelbros.ru

Углеводы.

В составе клеток всех живых организмов широкое распространение имеют углеводы.

Углеводами — называют органические соединения, состоящие из углерода (C), водорода (H) и кислорода(O2). В большинстве углеводов водород и кислород находятся, как правило, в тех же соотношениях, что и в воде (отсюда их название — углеводы). Общая формула таких углеводов Cn(h3O)m. Примером может служить один из самых распространенных углеводов — глюкоза, элементный состав которой С6Н12О6

С точки зрения химии углеводы являются органическими веществами, содержащими неразветвленную цепь из нескольких атомов углерода, карбонильную группу (C=O), а также несколько гидроксильных групп(OH).

В организме человека углеводы производятся в незначительном количестве, поэтому основное их количество поступает в организм с продуктами питания.

Виды углеводов.

Углеводы бывают:
1) Моносахариды. ( самые простые формы углеводов )

— глюкоза С6Н12О6 ( основное топливо в нашем организме )
— фруктоза С6Н12О6 ( самый сладкий углевод )
— рибоза С5Н10О5 ( входит в состав нуклеиновых кислот )
— эритроза С4H8O4 ( промежуточная форма при расщеплении углеводов )

2) Олигосахариды ( содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов )

— сахароза С12Н22О11 ( глюкоза + фруктоза, или в просто – тростниковый сахар)
— лактоза C12h32O11 (молочный сахар )
— мальтоза C12h34O12 ( солодовый сахар, состоит из двух связанных остатков глюкозы )

3) Сложные углеводы ( состоящие из множества остатков глюкозы )

— крахмал (С6h20O5)n ( наиболее важный углеводный компонент пищевого рациона, человек потребляет из углеводов около 80% крахмала. )
— гликоген ( энергетические резервы организма, излишки глюкозы, при поступлении в кровь, откладываются про запас организмом в виде гликогена )

4) Волокнистые, или неусваеваемые, углеводы, определяющиеся как пищевая клетчатка.

— Целлюлоза ( самое распостраненное органическое вещество на земле и вид клетчатки )

По простой классификации углеводы можно разделить на простые и сложные. В простые входят моносахариды и олигосахариды, в сложные полисахариды и клетчатка. В подробностях все виды углеводов рассмотрим позже, а так же их применение в пищевом рационе.

Основные функции.

Энергетическая.
Углеводы являются основным энергетическим материалом. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50 – 60 % суточного энергопотребления организма, а при мышечной деятельности на выносливость — до 70 %. При окислении 1 г углеводов выделяется 17 кДж энергии (4,1 ккал). В качестве основного энергетического источника в организме используется свободная глюкоза или запасенные углеводы в виде гликогена. Является основным энергетическим субстратом мозга.

Пластическая.
Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются структурными компонентами клеточных мембран. Продукты превращения глюкозы (глюкуроновая кислота, глюкозамин и др.) входят в состав полисахаридов и сложных белков хрящевой и других тканей.

Запас питательных веществ.
Углеводы накапливаются (запасаются) в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена. Систематическая мышечная деятельность приводит к увеличению запасов гликогена, что повышает энергетические возможности организма.

Специфическая.
Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, исполняют роль антикоагулянтов (вызывающие свертывание), являясь рецепторами цепочки гормонов или фармакологических веществ, оказывая противоопухолевое действие.

Защитная.
Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.
Регуляторная.
Клетчатка пищи не поддается процессу расщепления в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

 

2.7: Структура и функции — Углеводы

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков
Рисунок 2. 171 — Повторяющаяся единица амилозы

Эндогенное гликирование, с другой стороны, возникает с частотой, пропорциональной концентрации свободного сахара в организме.Чаще всего они возникают с фруктозой, галактозой и глюкозой в указанном порядке убывания и обнаруживаются в кровотоке. И белки, и липиды могут быть гликированы, и накопление эндогенных конечных продуктов гликирования (AGE) связано с диабетом 2 типа, а также с увеличением сердечно-сосудистых заболеваний (повреждение эндотелия, хряща и фибриногена), периферической невропатии (атака миелина). оболочка) и глухота (потеря миелиновой оболочки).

Образование AGE увеличивает окислительный стресс, но также считается, что он усугубляется им.Повышенный окислительный стресс, в свою очередь, наносит дополнительный вред. Повреждение коллагена в клетках крови приводит к их затвердеванию и ослаблению и является фактором затвердевания артерий и образования аневризм, соответственно. Одним из индикаторов диабета является повышенное гликирование гемоглобина в красных кровяных тельцах, поскольку в крови диабетиков высока концентрация циркулирующего сахара. Гликирование гемоглобина измеряется при тестировании контроля уровня глюкозы в крови у пациентов с диабетом.

Каллоза

Каллоза

-ацетилглюкозамин

Гомополимер	Мономерная единица
Гликоген	Глюкоза
Целлюлоза	Глюкоза
Амилоза	Глюкоза
N	Глюкоза	Глюкоза
Ксилан	Ксилоза
Маннан	Манноза
Хризоламинарин	Глюкоза

Рисунок 2.189). Наряду с протеогликаном, называемым лубрицином, гиалуроновая кислота превращает воду в смазочный материал. Гиалуроновая кислота присутствует в виде оболочки вокруг каждой клетки суставного хряща и образует комплексы с протеогликанами, которые поглощают воду, придавая хрящу упругость (сопротивление сжатию). Старение вызывает уменьшение размера гиалуронанов, но повышение их концентрации.

Функция в коже

Гиалуроновая кислота является основным компонентом кожи и выполняет функции восстановления тканей.Под воздействием избыточного УФ-В излучения клетки дермы производят меньше гиалуронана и усиливают его деградацию.

Для некоторых видов рака уровень гиалуроновой кислоты в плазме коррелирует со злокачественными новообразованиями. Уровни гиалуроновой кислоты использовались в качестве маркера рака простаты и груди и для отслеживания прогрессирования заболевания. Соединение можно использовать для стимуляции заживления после операции по удалению катаракты. Гиалуроновая кислота также содержится в большом количестве в матрице грануляционной ткани, которая заменяет фибриновый сгусток во время заживления ран.Считается, что при заживлении ран крупные полимеры гиалуроновой кислоты появляются рано и физически освобождают место для белых кровяных телец, которые опосредуют иммунный ответ.

Распад

Распад гиалуроновой кислоты катализируется ферментами, известными как гиалуронидазы. У человека есть семь типов таких ферментов, некоторые из которых действуют как супрессоры опухолей. Фрагменты гиалуроновой кислоты меньшего размера могут вызывать воспалительную реакцию в макрофагах и дендритных клетках после повреждения ткани. Также они могут выполнять проангиогенные функции.

Протеогликаны

Гликозаминогликаны обычно прикрепляются к белкам, и их называют протеогликанами. Связь между белком и гликозаминогликаном осуществляется через сериновую боковую цепь. Протеогликаны образуются путем гликозилирования целевых белков в аппарате Гольджи.

углеводов — обзор | ScienceDirect Topics

Abstract

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

Структура и функции углеводов — стенограмма видео и урока

Подсчет углерода

На примере глюкозы я покажу вам, как подсчитать атомы углерода. Сначала мы определяем местонахождение углерода, который связан с двумя разными атомами кислорода.Затем мы видим, к скольким атомам углерода присоединен этот углерод. Если этот углерод находится на конце углеродной цепи и присоединен только к одному углероду, тогда этот углерод становится углеродом номер один. Если это не так, то вы продвигаетесь немного дальше, и иногда там есть еще один атом углерода, который в этом случае может стать атомом углерода.

Затем мы обходим кольцо — двигаясь дальше, у нас есть углеродный с двумя связанными с ним атомами кислорода. Углерод рядом с ним — это второй углерод; третий углерод — следующий; углерод четыре, следующий за ним; углерод пять, следующий за ним; а поскольку в глюкозе шесть атомов углерода, шестой углерод — это последний углерод, который у нас есть для глюкозы.

Сахар

Сахар — это супер-круто, потому что он не только может существовать самостоятельно и иметь свои собственные функции, как глюкоза является источником топлива для нашего тела, они также могут образовывать связи с другими сахарами и делать другие вещи. крутые вещи. Не бери это у меня только потому, что я сахарный химик. Давайте посмотрим на этикетку с питанием, посмотрим на раздел углеводов и посмотрим, как он расщепляется.

Сахароза, или столовый сахар, образована связью между двумя сахарами и известна как дисахарид.

Эта этикетка предназначена для одного большого яблока; он содержит 130 калорий и, безусловно, довольно полезен, так как не содержит калорий из любого вида жиров. Однако если вы посмотрите на этикетку, то увидите, что всего углеводов 34 грамма, включая пять граммов пищевых волокон и пять граммов сахара. Итак, некоторые из сахаров в этом могут быть теми моносахаридами или отдельными сахарами, которые мы видели ранее, но некоторые из них могут быть дисахаридами , такими как сахароза, также известная как столовый сахар.

Сахароза — это дисахарид, образованный связью глюкозы от первого до второго углерода молекулы фруктозы. Эта гликозидная связь или связь между двумя сахарами — это то, что удерживает дисахарид или два моносахаридных сахара вместе.

Итак, одна действительно крутая вещь в гликозидных связях, которые являются связями, удерживающими сахара вместе, заключается в том, что они образуются дегидратацией . И это обезвоживание происходит, когда две гидроксильные группы объединяются, оставляя углерод, связанный с кислородом, связанным с другим углеродом (или эфиром), а вода является побочным продуктом этой гидроксильной группы и другой гидроксильной группы.

Углеводы могут не только образовывать дисахариды, но и делать что-то другое: они могут образовывать трисахаридов или большие сахара, состоящие из трех различных моносахаридных единиц; или они могут образовывать 90–150 полисахаридов , которые представляют собой сахара, полученные из многих, многих сахарных звеньев.

Подробнее о гликозидных связях

Гликозидная связь — это ковалентная связь, которая образуется, когда два атома углерода, принадлежащие двум разным моносахаридам, связаны вместе. Этот тип связи присутствует только в различных сахарах и углеводах, и вещества, которые содержат эти связи, называются гликозидами .Гликозиды часто классифицируют в соответствии с элементами, которые участвуют в химической связи. Хотя многие гликозидные связи просто включают углерод, кислород и водород, некоторые могут также включать такие элементы, как азот или сера. Например, N-гликозидная связь имеет атом углерода, который присоединен к одному кислороду и одному азоту.

Гликозидные связи обычно более стабильны, чем сами сахара, потому что эфирная группа очень стабильна. Поскольку гликозидные связи находятся в длинных цепочках сахаров, таких как полисахариды, которые включают пятьдесят или более связанных моносахаридов, они придают прочность этим большим сахарам.Без гликозидных связей многие из создаваемых ими структур были бы слишком хрупкими и развалились бы. Поскольку этот тип связи находится в ДНК, это может создать серьезные проблемы.

Двумя основными типами гликозидных связей, которые образуются между моносахаридами, являются 1,4-гликозидная связь и 1,6-гликозидная связь. Каждый из этих типов связей образует молекулу воды и, следовательно, является реакцией конденсации. В 1,4-гликозидной связи группа -ОН, присоединенная к первому атому углерода одного моносахарида, реагирует с группой -ОН, присоединенной к четвертому атому углерода второго моносахарида.В 1,6-гликозидной связи группа -ОН, присоединенная к первому атому углерода одного моносахарида, реагирует с группой -ОН, присоединенной к шестому атому углерода другого моносахарида. 1,4-гликозидная связь приводит к линейной цепи, в то время как расположение 1,6-гликозидной связи создает разветвленный углевод.

Волокно

Мы уже объяснили, откуда берется много сахара во фруктах, так почему бы нам не взглянуть на некоторые из этих других вещей на этикетке? То, что мы называем диетическими волокнами, также известно как целлюлоза , и это важный структурный материал в растениях — это то, что помогает травинкам стоять прямо, вы видели это раньше.Что действительно интересно в отношении целлюлозы, так это то, что это очень длинная цепочка глюкоз, связанных вместе — тысячи и тысячи глюкоз в одной действительно длинной цепочке!

Целлюлоза — это пищевые волокна, состоящие из тысяч глюкоз, связанных вместе.

Один интересный факт о целлюлозе заключается в том, что то, что моя бабушка называла «грубыми кормами», — это то, что коровы действительно любят есть. Это действительно здорово, потому что коровы могут получать от этого энергию, а люди — нет, потому что в их желудках живут маленькие бактерии, которые помогают им расщеплять целлюлозу и получать энергию из содержащейся в ней глюкозы.

Крахмалы

Теперь, если мы снова посмотрим на нашу этикетку с пищевыми продуктами, мы увидим, что мы уже говорили о сахарах, и мы говорили о клетчатке или целлюлозе, но мы не говорили о разнице между 34 граммами общее количество углеводов в этом яблоке и десять граммов, которые мы учли, — это 24 грамма углеводов, о которых мы не позаботились. Оказывается, почти все остальные углеводы содержатся в крахмале. То, что мы называем крахмалом , на самом деле является двумя сложными сахарами: амилопектином и амилозой, обозначенными здесь как амилоза.На самом деле крахмал — это то место, откуда мы получаем много энергии.

Итак, если вы думаете о спортсмене, который делает углеводную загрузку перед большой гонкой, обычно вы не думаете о том, что он сидит там и ест пикси-палочки и шоколад — вы представляете, как он сидит за большим обедом, полным макарон. Оказывается, это потому, что макаронные изделия также содержат много крахмала. Крахмал действительно полезен, потому что наш организм может его переваривать, в отличие от целлюлозы. Но поскольку это действительно очень длинные сахара, состоящие из тысяч единиц, нашему организму требуется некоторое время, чтобы их расщепить, так что получается формула расширенного высвобождения сахара с использованием крахмала.

В растениях много крахмала и целлюлозы, потому что они хранят энергию для будущего использования. Для хранения наших углеводов млекопитающие используют гликоген . Оказывается, химическая структура гликогена почти идентична структуре амилопектина; это большая длинная нить глюкозы, и этот сахар может состоять из миллионов сахаров, так что, возможно, он немного больше, чем то, что вы можете найти в растениях, но он выполняет ту же цель, что хранит энергию в форме глюкозы. для будущего использования.

Надеюсь, вам понравилось сегодня познакомиться с некоторыми разными моносахаридами, увидеть, как они могут объединиться, чтобы образовать дисахарид или две единицы сахара, а также полисахариды, которые состоят из многих, многих тысяч или даже миллионов сахаров, которые мы можно использовать для хранения энергии.

Цели урока

После просмотра этого урока вы должны уметь:

• Определить различные углеводы
• Определите, сколько атомов углерода содержится в сахаре.
• Продемонстрировать использование сахара в организме
• Посмотрите, как связаны волокна и целлюлоза
• Различать крахмал и целлюлозу в организме человека

Структура, функция, типы и роль в биологии

Моносахариды

Основными цепями обычных моносахаридов являются неразветвленные углеродные цепи, содержащие от трех до семи атомов углерода; где наиболее распространенным является глюкоза.Они связаны одинарными связями. Если посмотреть на моносахарид в открытой цепи, то обнаружится карбонильная группа; где один из атомов углерода связан двойной связью с кислородом (C = O), а другие атомы углерода представляют собой гидроксильную группу (C-OH). Общий суффикс для названий моносахаридов заканчивается на -ose. Карбонильная группа, присутствующая на конце углеродной цепи, известна как альдегидная группа, а моносахарид известен как альдоза ; , тогда как если карбонильная группа находится внутри цепи в любом другом положении, то теперь она называется кетонной группой, а моносахарид представляет собой кетозу . Присутствие альдегида обозначается префиксом aldo- , а кетон имеет префикс keto- (Рисунок 1).

Другими распространенными моносахаридами, которые содержат только одну молекулу сахара, являются фруктоза и г алактоза . Они имеют те же химические формулы, что и глюкоза (C ₆ H ₁₂ O ₆ ) _{, однако различаются по своей структурной формуле из-за разного расположения функциональных групп, окружающих асимметричный центральный атом углерода (Рисунок 1 ).Все три из этих моносахаридов имеют более одного асимметричного углерода. Фруктоза содержится во фруктовом сахаре, тогда как галактоза содержится в молочном сахаре. Обычные пятиуглеродные сахара (n = 5; C 5 H 10 O 5 ) известны как рибоза и d эоксирибоза и обнаружены во многих важных биологических молекулах, таких как рибонуклеиновая кислота (РНК). и АТФ.}

См. Рисунок 1 для иллюстрации структуры обычных моносахаридов:

No.атомов углерода	Класс моносахаридов
3	триоза
4	тетроза
5	пентоза
6	гексоза

Рисунок 1 Структура моносахариды

Моносахариды с четырьмя, пятью, шестью и семью атомами углерода известны как тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы, которые могут быть дополнительно разделены путем добавления любой из альдоз к кетозам.

Дисахариды

Два моносахарида, соединенные вместе в реакции конденсации, образуют дисахарид . Дисахарид — это любой углевод, состоящий из двух моносахаридов , ковалентно связанных O-глиозидной связью . Во время этой реакции конденсации гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с другим атомом водорода, образуя и высвобождая молекулу воды (рис. 2). Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу.При расщеплении крахмала на две глюкозные единицы ферментом амилазой образуется мальтоза . Сахароза представляет собой дисахарид, который является основным транспортным сахаром в растениях, а лактоза содержится только в молоке млекопитающих. (Рисунок 3).

Рисунок 2 Образование дисахаридов, мальтозы Рисунок 3 иллюстрирует структуру дисахаридов сахарозы, лактозы и мальтозы

Полисахариды

Полисахариды, также известные как полимеры, представляют собой длинные сложные цепи многих моносахаридов, которые соединены вместе глиозидными связями .Они образуются в результате серии реакций конденсации и при гидролизе дают более 10 молекул моносахаридов. Их общая формула: (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n. В отличие от моносахаридов и дисахаридов, полисахариды являются нерастворимыми и несладкими сахарами. Это очень большие молекулы (макромолекулы), и их нерастворимость делает их пригодными для хранения. Структура полисахаридов различается по длине, и огромное разнообразие полисахаридов может быть создано с помощью:

• изменения типа моносахарида
• изменения того, как моносахариды могут быть связаны вместе
• его способности разветвляться и складываться различными способами

Полисахариды как запасы энергии

• α-глюкоза является основным источником энергии при дыхании
• Избыточная химическая энергия сохраняется в клетках за счет образования полисахаридов α-глюкозы.Вместо слишком большого количества глюкозы ее можно добавить к полисахаридам для хранения и использования при необходимости.

У животных и растений α-глюкоза и полисахариды считаются хорошим запасом энергии и хорошо подходят для хранения энергии по нескольким причинам:

• Они физически хорошо компактны и могут упаковывать много энергии в небольшие небольшие пространства.
• Они нерастворимы в воде и не влияют на осматический баланс клетки; предотвращение разрыва клеток, так как вода не может проникнуть в клетку
• Они представляют собой чрезвычайно большие молекулы и не могут легко диффундировать в клетку и из клетки
• Они могут легко гидролизоваться (разрушаться), что делает их легко доступными, когда энергия нужный.Например, когда требуется большая потребность в энергии, запасающие полисахариды расщепляются ферментами, которые получают доступ к концам полисахаридов и, по существу, работают путем отсечения α-глюкозы группами по два и могут свободно использоваться при дыхании.

Важные полисахариды:

Крахмал — это нерастворимый запасной полисахарид, обнаруженный в растениях и образующий гранулы крахмала или зерна внутри растительной клетки; в том числе корни и семена. Это также важный компонент пищевых продуктов, который служит основным источником энергии во многих диетах. Крахмал не является чистым веществом, а представляет собой смесь двух веществ; амилоза и амилопектин (полимеры глюкозы). Около 80% крахмала состоит из амилопектина, а остальные 20% — из амилозы. Крахмал легко обнаруживается по его способности превращать (оранжево-желтый) йод в растворе йода калия в сине-черный цвет. Изменение цвета происходит из-за того, что молекулы йода закрепляются в центре спирали каждой молекулы крахмала.

Амилоза

Рис. 4. Структура амилозы

• также известна как поли- (1-4) глюкоза,
• представляет собой длинную прямую гибкую цепь молекул α-глюкозы, соединенных 1,4-глиозидными связями.
• Цепь имеет тенденцию закручиваться в тугую спираль и делает молекулу более компактной, что позволяет эффективно хранить ее и не занимает много места (рис. 4).
• Каждая молекула амилозы имеет только два доступных конца, на которых фермент амилаза может связываться, показывая, что амилоза может расщепляться только медленно

Амилопектин

Рисунок 5: Структура амилопектина

• представляет собой более крупный полисахарид
• Амилопектин также является длинная цепь молекул α– глюкозы, которые соединены вместе 1,4-глиозидными связями
• Однако отличается от амилозы тем, что она разветвлена ​​(4%) с более открытой молекулярной структурой, которая иногда имеет 1,6-глиозидные связи (Рисунок 5) . Благодаря этому у него больше открытых боковых ответвлений, которые могут быть легко доступны и сломаны быстрее. Рисунок 6: Сравнение амилозы и амилопектина

  Гликоген

  • Это основной полисахарид-накопитель энергии, обнаруженный в клетках грибов и животных, и может быстрее расщепляться (до глюкозы для получения энергии) по сравнению с крахмалом, поскольку клетки животных более активнее, чем растения.
  • Гликоген имеет структуру, аналогичную амилопектину, это разветвленный полимер глюкозы, связанный α-1,4-гликозидными связями и пересекаемый очень частыми α-1,6-связанными остатками глюкозы, что приводит к сильно разветвленной структуре
  • Гликоген служит в качестве осмотически нейтрального хранилища глюкозы, хранилища энергии и углерода.
  • Гликоген обнаружен в клетках с высокой скоростью метаболизма, например, в основном хранится в печени и скелетных мышцах, хотя его присутствие также описано в почках, головном мозге, сердце, а также в жировой ткани и красных кровяных тельцах.

  Рис. 7. Структура гликогена. Разветвленные цепи глюкозы образуют фрактальную структуру вокруг гликогена, небольшого белка в ядре.

  Целлюлоза

  • Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточной стенки, растительной клетки
  • Целлюлоза состоит из многих тысяч мономеров β-глюкозы, связанных между собой β-1-4 глиозидными связями (рис. 8).
  • Чтобы иметь возможность образовывать 1,4-глиозидные связи, каждый мономер β-глюкозы должен быть инвертирован на 180 от предыдущей молекулы.
  • Инверсии предотвращают скручивание целлюлозы и позволяют цепи быть длинной и прямой.Тогда цепи могут идти параллельно друг другу
  • Прямое выравнивание цепей приводит к тому, что гидроксильные (-ОН) группы находятся в непосредственной близости, и позволяет образовывать водородные связи между ними и соседними цепями
  • Целлюлоза очень прочная из-за параллельных цепей, которые образуют поперечные связи между многими тысячами водородных связей, образующих более прочные волокна
  • Цепи целлюлозы сначала связываются вместе, образуя микрофибриллы
  • Микрофибриллы, затем связываются вместе, образуя более крупные волокна, называемые макрофибриллами (волокнами)
  • Макрофибриллы — это то, что обвивает растительные клетки в несколько слоев под разными углами и обеспечивает дополнительную прочность стенке растительной клетки.
  • Целлюлоза трудно усваивается в качестве источника пищи, так как ее очень трудно расщепить гидролизом, поскольку животным клеткам не хватает фермент целлюлаза, разрушающий 1,4-глиозидные связи между молекулами бета-глюкозы
  • Целлюлоза также нужна людям в качестве он обеспечивает пищу клетчаткой и поддерживает здоровье пищеварительной системы.

  Рисунок 8: Структура целлюлозы

  Ссылки

  [1].Бесплатная химия Учебники: Углеводы Полисахариды
  [2]. Биохимия (Кэмпбелл и Фарелл) Принципы биохимии Ленингера
  [3]. Биология в контексте для Cambridge International AS и A level.
  [4]. https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/3-2-carbohydrates
  [5]. https://en.wikipedia.org/wiki/Glycogen

  Углеводы | Базовая биология

  Что вы узнаете на этой странице

  • Что такое углевод
  • Почему углеводы важны
  • Структура углеводов
  • Различия между моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами
  • Примеры важных углеводов

  Углеводы — одна из четырех основных категорий молекул, содержащихся в живых существах, а остальные три — это белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Они жизненно важны для жизни на Земле и выполняют ряд функций, таких как обеспечение энергией, структурной поддержкой и сотовой связью.

  Углевод — это сахар или полимер сахаров. Полимер — это два или более простых сахара, соединенных вместе. Углеводы — это молекулы на основе углерода, в которых водород и кислород связаны с цепочкой атомов углерода.

  Простой сахар известен как моносахарид. Моносахариды могут связываться вместе с образованием дисахаридов и полисахаридов. Это три разных типа углеводов, и все они важны для разных целей в естественном мире.

  Почему углеводы важны?

  Вся жизнь на Земле требует углеводов. Они проникли в жизнь не только животных и растений, но также грибов, бактерий, архей и простейших.

  Углеводы играют важнейшую роль в качестве источника энергии. Химическая энергия сахаров является основным источником энергии для большинства живых существ.

  Растения используют энергию солнца и CO₂ для производства углеводов. Эти углеводы составляют основу почти всех экосистем на Земле.

  Использование углеводов для получения энергии предотвращает использование белков для получения энергии. Это важно, поскольку позволяет использовать белки для других целей, таких как метаболизм и сокращение мышц.

  Некоторые из более сложных углеводов обеспечивают структурную поддержку и защиту. Клетки растений и грибов имеют клеточные стенки, состоящие из углеводов. Эти клеточные стенки обеспечивают защиту и поддержку клетки и всего организма.

  Углеводы также участвуют в распознавании клеток.У клеток есть углеводы на внешней поверхности клеточных мембран, которые действуют как рецепторы. Рецепторы могут взаимодействовать с углеводами на мембранах других клеток и помогать клеткам идентифицировать друг друга.

  Структура углеводов

  Химическая структура и состав углеводов относительно просты по сравнению с белками и липидами. Большинство углеводов полностью состоят из атомов углерода, водорода и кислорода. Углевод имеет три или более атомов углерода, по крайней мере, два атома кислорода и несколько атомов водорода. Некоторые углеводы также содержат атомы азота, например хитин, который содержится в панцирях насекомых.

  Атомы углерода обладают способностью связываться с четырьмя другими атомами. В углеводах атомы углерода образуют линейную цепь, связываясь с двумя другими атомами углерода. Цепочка заканчивается, когда углерод использует три свои связи с кислородом и водородом, а не с двумя атомами углерода.

  Атомы кислорода углеводов могут быть связаны с углеродом двойными или одинарными связями. Если кислород образует двойную связь с атомом углерода (C = O) вдоль углеродной цепи, это называется карбонильной группой.

  Кислород может быть связан с углеродной цепью в гидроксильной группе (атом кислорода, связанный с атомом водорода -ОН) одинарной связью с атомом углерода углеродной цепи. Углевод может содержать более одной гидроксильной группы.

  Атомы водорода занимают большую часть оставшихся углеродных связей. Обычно в углеводе примерно в два раза больше атомов водорода, чем атомов кислорода.

  На самом деле углеводы не всегда образуют линейные цепи, а часто располагаются в виде колец.Это происходит потому, что двойная связь между углеродом и кислородом карбонильной группы восстанавливается до одинарной связи, а кислород вместо этого связывается с другим атомом углерода вдоль цепи. Это создает кольцо, содержащее несколько атомов углерода и один атом кислорода.

  Моносахариды — простые сахара

  Моносахариды — это самые основные углеводы, обычно известные как простые сахара. В их состав входят хорошо известные сахара, такие как глюкоза и фруктоза. Моносахарид включает все необходимые компоненты углевода i.е. углеродная цепь, карбонильная группа и гидроксильная группа.

  Моносахариды являются строительными блоками для более крупных углеводов, а также используются в клетках для производства белков и липидов. Сахара, которые не используются для получения энергии, часто хранятся в виде липидов или более сложных углеводов.

  Это моносахариды, которые в основном используются клетками для получения энергии. Глюкоза, возможно, является наиболее важным моносахаридом, поскольку она используется при дыхании для обеспечения клеток энергией. Энергия, хранящаяся в связях молекулы глюкозы, преобразуется серией реакций в энергию, которая может быть использована клетками.

  Дисахариды

  Дисахарид — это углевод, состоящий из двух моносахаридов, соединенных вместе. Они по-прежнему считаются сахарами, но уже не являются простыми сахарами.

  Моносахариды связываются вместе в так называемой реакции дегидратации, потому что молекула воды удаляется, когда два сахара связываются вместе. Реакция происходит между двумя гидроксильными группами (-ОН) двух моносахаридов.

  Гидроксильная группа полностью удаляется из одного моносахарида, а из второго моносахарида удаляется атом водорода из гидроксильной группы.Удаленная гидроксильная группа и водород образуют молекулу воды, то есть OH + H → H₂O

  Из второго моносахарида все еще остается кислород из гидроксильной группы. Этот кислород связывается с атомом углерода, из которого была удалена гидроксильная группа на первом моносахариде. Связь связывает два моносахарида вместе, создавая дисахарид.

  Самый известный дисахарид — это сахароза, которую мы используем дома в качестве сахара из-за ее сладости. Сахароза образуется путем связывания одной молекулы фруктозы и одной молекулы глюкозы.

  глюкоза + фруктоза = сахароза

  Другой хорошо известный дисахарид — это лактоза, сахар, содержащийся в молочных продуктах. Лактоза состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы галактозы.

  Люди нередко испытывают трудности с расщеплением лактозы на глюкозу и галактозу после употребления молочных продуктов. Это причина состояния здоровья, известного как непереносимость лактозы, которая может вызывать диарею, вздутие живота, газы и рвоту.

  Названия моносахаридных и дисахаридных углеводов заканчиваются суффиксом -оза.Например, фруктоза, глюкоза, галактоза, сахароза и лактоза.

  Полисахариды

  Полисахарид — это три или более моносахаридов, соединенных вместе. Точно так же, как образуется дисахарид, полисахариды образуются в результате множественных реакций дегидратации между углеводами.

  Отдельный моносахарид в полисахариде называется мономером. Полисахарид, состоящий из множества мономеров, можно назвать полимером. Некоторые полимеры имеют длину более 1000 мономеров (или моносахаридов).

  мономер = моносахарид; полимер = полисахарид

  мономер + мономер + мономер = полимер

  Полисахариды обладают рядом биологических функций. Ключевая функция, которую они выполняют, — временное хранение энергии. Растения хранят энергию в форме полисахарида, известного как «крахмал». Многие культуры, такие как кукуруза, рис и картофель, важны из-за высокого содержания крахмала. Люди и другие животные накапливают энергию в наших мышцах и печени с помощью полисахарида, известного как «гликоген».

  Вторая важная роль полисахаридов — обеспечение структурной поддержки. У растений есть два очень важных структурных полисахарида: целлюлоза и лигнин.

  Целлюлоза — ключевое соединение, из которого состоят клеточные стенки растительных клеток. Клеточные стенки отвечают за защиту и поддержание формы растительных клеток. Лигнин — это структурное соединение, из которого образуется древесина, благодаря которому растения превращаются в гигантские деревья.

  Животные и грибы также используют полисахариды в качестве конструкционных материалов.Хитин — это полисахарид, который содержится в экзоскелетах насекомых, пауков и ракообразных, а также в клеточных стенках грибов.

  ---

  Резюме

  • Углеводы — одна из четырех основных молекул жизни
  • Углеводы — это молекулы, состоящие из атомов углерода, водорода и кислорода и включающие карбонильную группу (C = O) и гидроксильную группу (-OH)
  • Углеводы являются основным источником энергии для большинства организмов, а также важны как структурные соединения и распознавание клеток-клеток.
  • Три типа углеводов — это моносахариды, дисахариды и полисахариды.
  • Моносахариды — это простые сахара e.грамм. глюкоза и фруктоза
  • Дисахариды образуются путем соединения двух моносахаридов вместе
  • Полисахариды содержат три или более моносахаридов и также известны как полимеры
  • Полисахариды важны для хранения энергии и обеспечения поддержки и защиты клеток и целых организмов

  ---

  Последний раз редактировалось: 23 апреля 2016 г.

  БЕСПЛАТНЫЙ 6-недельный курс

  Введите свои данные, чтобы получить доступ к нашему БЕСПЛАТНО 6-недельному вводному курсу электронной почты по биологии.

  Узнайте о животных, растениях, эволюции, древе жизни, экологии, клетках, генетике, областях биологии и многом другом.

  Успех! Письмо с подтверждением было отправлено на адрес электронной почты, который вы только что указали. Проверьте свою электронную почту и убедитесь, что вы щелкнули ссылку, чтобы начать наш 6-недельный курс.

  Моносахарид — определение, примеры, функция и структура

  Определение моносахарида

  Моносахарид — это самая основная форма углеводов.Моносахариды могут быть объединены через гликозидных связей с образованием более крупных углеводов, известных как олигосахариды или полисахариды . Олигосахарид, содержащий только два моносахарида, известен как дисахарид . Когда более 20 моносахаридов объединяются с гликозидными связями, олигосахарид становится полисахаридом. Некоторые полисахариды, например целлюлоза, содержат тысячи моносахаридов. Моносахарид представляет собой тип мономера или молекулы, которая может объединяться с подобными молекулами для создания более крупного полимера .

  Функция моносахарида

  Моносахариды выполняют множество функций внутри клеток. В первую очередь, моносахариды используются для производства и хранения энергии. Большинство организмов вырабатывают энергию, расщепляя моносахарид глюкозу и собирая энергию, высвобождаемую из связей. Другие моносахариды используются для образования длинных волокон, которые можно использовать как форму клеточной структуры. Для выполнения этой функции растения создают целлюлозу, в то время как некоторые бактерии могут производить аналогичную клеточную стенку из немного разных полисахаридов.Даже клетки животных окружают себя сложной матрицей полисахаридов, состоящей из более мелких моносахаридов.

  Структура моносахаридов

  Все моносахариды имеют одинаковую общую формулу (CH ₂ O) _n , которая обозначает центральную молекулу углерода, связанную с двумя атомами водорода и одним кислородом. Кислород также будет связываться с водородом, создавая гидроксильную группу. Поскольку углерод может образовывать 4 связи, несколько из этих молекул углерода могут соединяться вместе. Один из атомов углерода в цепи образует двойную связь с кислородом, который называется карбонильной группой.Если этот карбонил находится в конце цепи, моносахарид принадлежит к семейству альдозы . Если карбоксильная группа находится в середине цепи, моносахарид принадлежит к семейству кетозы .

  Выше изображение глюкозы. Глюкоза — один из наиболее распространенных моносахаридов в природе, используемый почти всеми формами жизни. Этот простой моносахарид состоит из 6 атомов углерода, каждый из которых обозначен на изображении. Первый углерод — это карбонильная группа. Поскольку глюкоза находится на конце молекулы, она принадлежит к семейству альдоз.Обычно моносахариды с более чем 5 атомами углерода существуют в виде колец в растворах воды. Гидроксильная группа на пятом атоме углерода будет реагировать с первым атомом углерода. Гидроксильная группа отдает свой атом водорода, когда образует связь с первым атомом углерода. Кислород с двойной связью на первом углероде связывается с новым водородом, когда вторая связь с углеродом разрывается. Это образует полностью связанное и стабильное кольцо из атомов углерода.

  Примеры моносахаридов

  Глюкоза

  Глюкоза является важным моносахаридом, так как обеспечивает энергию и структуру для многих организмов.Молекулы глюкозы могут расщепляться при гликолизе , обеспечивая энергию и прекурсоры для клеточного дыхания. Если в данный момент клетке не требуется больше энергии, глюкозу можно сохранить, комбинируя ее с другими моносахаридами. Растения хранят эти длинные цепочки в виде крахмала, который впоследствии можно разобрать и использовать в качестве энергии. Животные хранят цепочки глюкозы в полисахариде гликоген , который может хранить много энергии.

  Глюкоза также может быть связана в длинные цепочки моносахаридов с образованием полисахаридов, напоминающих волокна.Растения обычно производят это в виде целлюлозы. Целлюлоза — одна из самых распространенных молекул на планете, и если бы мы могли взвесить ее сразу, она бы весила миллионы тонн. Каждое растение использует целлюлозу, чтобы окружить каждую клетку, создавая жесткие клеточные стенки, которые помогают растениям стоять высокими и оставаться твердыми . Без способности моносахаридов объединяться в эти длинные цепи растения были бы плоскими и мягкими.

  Фруктоза

  Фруктоза почти идентична глюкозе, но представляет собой немного другую молекулу.Формула ((CH ₂ O) ₆ ) такая же, но структура сильно отличается. Ниже представлено изображение фруктозы:

  Обратите внимание, что вместо карбонильной группы на конце молекулы, как в глюкозе, это второй атом углерода вниз. Это превращает фруктозу в кетозу, а не в альдозу. Как и глюкоза, фруктоза по-прежнему имеет 6 атомов углерода, к каждому из которых присоединена гидроксильная группа. Однако, поскольку кислород с двойной связью во фруктозе находится в другом месте, образуется кольцо немного другой формы.В природе это имеет большое значение для обработки сахара. Большинство реакций в клетках катализируются определенными ферментами. Каждому из моносахаридов различной формы нужен определенный фермент для расщепления.

  Фруктоза, поскольку она является моносахаридом, может быть объединена с другими моносахаридами с образованием олигосахаридов. Очень распространенный дисахарид, производимый растениями, — сахароза. Сахароза — это одна молекула фруктозы, соединенная с молекулой глюкозы гликозидной связью.

  Галактоза

  Галактоза — это моносахарид, вырабатываемый многими организмами, особенно млекопитающими.Млекопитающие используют галактозу в молоке, чтобы дать энергию своему потомству. Галактоза соединяется с глюкозой с образованием дисахарида лактозы. Связи в лактозе содержат много энергии, и новорожденные млекопитающие создают специальные ферменты, чтобы разорвать эти связи. После отлучения от материнского молока ферменты, расщепляющие лактозу на глюкозу и моносахариды галактозы, теряются.

  Человек, являющийся единственным видом млекопитающих, потребляющим молоко во взрослом возрасте, развил некоторые интересные функции ферментов.В группах населения, которые пьют много молока, большинство взрослых способны переваривать лактозу большую часть своей жизни. В группах населения, которые не пьют молоко после отлучения от груди, непереносимость лактозы поражает почти все население. Хотя моносахариды можно расщепить по отдельности, молекула лактозы больше не переваривается. Симптомы непереносимости лактозы (спазмы в животе и диарея) вызваны токсинами, вырабатываемыми бактериями в кишечнике, переваривающими избыток лактозы. Токсины и избыточные питательные вещества, которые они создают, увеличивают общее количество растворенных веществ в кишечнике, заставляя их удерживать больше воды для поддержания стабильного pH.

  • Дисахарид — Два моносахарида, соединенные гликозидной связью.
  • Олигосахарид — 3-20 моносахаридов, связанных гликозидными связями, обычно используются для перемещения моносахаридов и их кратковременного хранения.
  • Полисахарид — Множество (20+) моносахаридов, обычно связанных в длинные цепи, используемых для хранения или структурной поддержки.
  • Углеводы — сахара и крахмалы, все из моносахаридов.

  Тест

  1. Сукралоза, обычный искусственный подсластитель, по форме похожа на сахарозу, сахар, производимый растениями. Однако вместо гидроксильных групп (ОН), связанных со всеми атомами углерода, сукралоза имеет в своей структуре некоторые атомы хлора (Cl). Исследования показали, что хотя большая часть потребляемой сукралозы проходит через человека, 2-8% ее метаболизируются. Почему это может стать проблемой для человека, переваривающего сукралозу?
  A. Он не содержит столько калорий, как сахароза.
  B. Без гидроксильных групп организм не может функционировать.
  C. Ферменты организма не приспособлены к метаболизму сукралозы.

  Ответ на вопрос № 1

  C правильный. Атомы хлора в молекуле сукралозы могут представлять серьезную проблему для ферментов организма. Часть механизма, который связывает фермент с субстратом, — это форма молекулы. После реакции продукты должны высвободиться. Если сахароза, фермент, переваривающий сахарозу, ингибируется или повреждается атомами хлора, фермент может больше не функционировать.В то время как организм может производить больше ферментов, если количество проглоченной сукралозы превышает выработку организмом нового фермента, человек больше не сможет переваривать сахарозу. Это может привести к дефициту питательных веществ или другим вредным побочным эффектам.

  2. Аминокислота — это особая молекула, которая может быть добавлена ​​в цепочку для создания белка. Аминокислота — это не углевод. Какие из следующих терминов описывают аминокислоты?
  A. Мономер
  B. Моносахарид
  C. Полимер

  Ответ на вопрос № 2

  A правильный. Аминокислота — это единое целое, которое можно комбинировать с другими аминокислотами для создания полимеров аминокислот. Это делает отдельную аминокислоту мономером. Термин сахарид — это другое слово для обозначения сахара. Поскольку аминокислоты не являются сахарами, они не являются моносахаридами. Однако моносахарид является мономером, потому что он может образовывать полисахаридные полимеры при последовательном соединении с другими моносахаридами.

  3. Как уже упоминалось, моносахариды, состоящие из более чем 5 атомов углерода, в природе часто имеют тенденцию образовывать кольца. Взаимодействие, которое заставляет их образовывать кольца, происходит из-за сил полярных молекул воды, действующих на моносахариды. Если моносахариды находятся в неполярном растворе, что они будут образовывать?
  A. Спирали
  B. Линейные молекулы
  C. Кольца

  Ответ на вопрос № 3

  B правильный.В неполярном растворе никакие силы не будут тянуть молекулу внутрь себя, а неполярные области молекулы будут образовывать слабые взаимодействия с раствором. Если бы кольцо начало формироваться, было бы нелегко найти источник атомов водорода, поскольку неполярные растворы часто содержат мало свободных ионов для использования. В воде для создания связей доступно множество свободных ионов водорода. Без них и сил, создаваемых полярными молекулами воды, углеродный скелет остался бы жесткой линейной молекулой.

  2.3 Биологические молекулы — Концепции биологии — 1-е канадское издание

  К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите, почему углерод имеет решающее значение для жизни
  • Объясните влияние незначительных изменений аминокислот на организмы
  • Опишите четыре основных типа биологических молекул
  • Понимать функции четырех основных типов молекул

  Посмотрите видео о белках и белковых ферментах.

  Большие молекулы, необходимые для жизни, которые состоят из более мелких органических молекул, называются биологическими макромолекулами . Существует четыре основных класса биологических макромолекул (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), каждый из которых является важным компонентом клетки и выполняет широкий спектр функций. Вместе эти молекулы составляют большую часть массы клетки. Биологические макромолекулы являются органическими, что означает, что они содержат углерод. Кроме того, они могут содержать водород, кислород, азот, фосфор, серу и дополнительные второстепенные элементы.

  Часто говорят, что жизнь «основана на углероде». Это означает, что атомы углерода, связанные с другими атомами углерода или другими элементами, образуют фундаментальные компоненты многих, если не большинства, молекул, уникальных для живых существ. Другие элементы играют важную роль в биологических молекулах, но углерод определенно квалифицируется как элемент «фундамент» для молекул в живых существах. Это связывающие свойства атомов углерода, которые ответственны за его важную роль.

  Углерод содержит четыре электрона в своей внешней оболочке.Следовательно, он может образовывать четыре ковалентные связи с другими атомами или молекулами. Простейшая молекула органического углерода — метан (CH ₄ ), в котором четыре атома водорода связаны с атомом углерода.

  Рис. 2.12. Углерод может образовывать четыре ковалентные связи, образуя органическую молекулу. Самая простая молекула углерода — это метан (Ch5), изображенный здесь.

  Однако более сложные конструкции изготавливаются с использованием углерода. Любой из атомов водорода можно заменить другим атомом углерода, ковалентно связанным с первым атомом углерода.Таким образом могут быть образованы длинные и разветвленные цепи углеродных соединений (рис. 2.13 a ). Атомы углерода могут связываться с атомами других элементов, таких как азот, кислород и фосфор (рис. 2.13 b ). Молекулы также могут образовывать кольца, которые сами могут связываться с другими кольцами (рис. 2.13 c ). Это разнообразие молекулярных форм объясняет разнообразие функций биологических макромолекул и в значительной степени основано на способности углерода образовывать множественные связи с самим собой и другими атомами.

  Рис. 2.13. Эти примеры показывают три молекулы (обнаруженные в живых организмах), которые содержат атомы углерода, различным образом связанные с другими атомами углерода и атомами других элементов. (а) Эта молекула стеариновой кислоты имеет длинную цепочку атомов углерода. (б) Глицин, компонент белков, содержит атомы углерода, азота, кислорода и водорода. (c) Глюкоза, сахар, имеет кольцо из атомов углерода и один атом кислорода.

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

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

  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 шести. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и гексозы (шесть атомов углерода).

  Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевой форме.

  Химическая формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ .У большинства живых существ 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 в процессе фотосинтеза, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыток синтезированной глюкозы часто хранится в виде крахмала, который расщепляется другими организмами, которые питаются растениями.

  Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится 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 атомов в углеродной цепи. .

  Рис. 2.14. Глюкоза, галактоза и фруктоза — изомерные моносахариды, что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но немного разные структуры.

  Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (реакции, при которой происходит удаление молекулы воды).Во время этого процесса гидроксильная группа (–ОН) одного моносахарида соединяется с атомом водорода другого моносахарида, высвобождая молекулу воды (H ₂ O) и образуя ковалентную связь между атомами в двух молекулах сахара.

  Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. 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.

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

  Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы).Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы откладывается в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена. Крахмал, который потребляется животными, расщепляется на более мелкие молекулы, такие как глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

  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 снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы.

  Целлюлоза — один из самых распространенных природных биополимеров. Клеточные стенки растений в основном состоят из целлюлозы, которая обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны связями между определенными атомами углерода в молекуле глюкозы.

  Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе переворачивается и плотно упаковывается в виде удлиненных длинных цепей.Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток. Целлюлоза, проходящая через нашу пищеварительную систему, называется пищевыми волокнами. Хотя связи глюкозы и глюкозы в целлюлозе не могут быть разрушены пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, буйволы и лошади, способны переваривать траву, богатую целлюлозой, и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу.В аппендиксе также содержатся бактерии, которые расщепляют целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии.

  Углеводы выполняют другие функции у разных животных. У членистоногих, таких как насекомые, пауки и крабы, есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела. Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы , хитина , азотистого углевода.Он состоит из повторяющихся единиц модифицированного сахара, содержащего азот.

  Таким образом, из-за различий в молекулярной структуре углеводы могут выполнять самые разные функции хранения энергии (крахмал и гликоген), а также структурной поддержки и защиты (целлюлоза и хитин).

  Рис. 2.15. Хотя их структура и функции различаются, все полисахаридные углеводы состоят из моносахаридов и имеют химическую формулу (Ch3O) n.

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

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

  Через призму коренных народов (Сюзанна Вилкерсон и Чарльз Мольнар)

  Я работаю в колледже Камосун, расположенном в красивой Виктории, Британская Колумбия, с кампусами на традиционных территориях народов леквунгенов и васаней. Подземная луковица для хранения цветка камас, показанная ниже, была важным источником пищи для многих коренных народов острова Ванкувер и всей западной части Северной Америки. Луковицы камас по-прежнему употребляются в пищу как традиционный источник пищи, и приготовление луковиц камас относится к этому текстовому разделу об углеводах.

  Рисунок 2.16 Изображение синего цветка камас и насекомого-опылителя. Подземная лампочка камаса запекается в костре. Тепло действует как фермент панкреатическая амилаза и расщепляет длинные цепи неперевариваемого инулина на усвояемые моно- и дисахариды.

  Чаще всего растения вырабатывают крахмал как запасенную форму углеводов. Некоторые растения, например камас, создают инулин. Инулин используется в качестве пищевых волокон, однако он не усваивается людьми. Если бы вы откусили сырую луковицу камаса, она была бы горькой и имела липкую консистенцию.Метод, используемый коренными народами для того, чтобы сделать камас одновременно удобоваримым и вкусным, заключается в медленном запекании луковиц в течение длительного периода в подземной чаше для костра, покрытой особыми листьями и почвой. Тепло действует как фермент амилаза поджелудочной железы и расщепляет длинные цепи инулина на легкоусвояемые моно- и дисахариды.

  Правильно запеченные луковицы камаса на вкус напоминают сочетание печеной груши и вареного инжира. Важно отметить, что, хотя синие камы являются источником пищи, их не следует путать с белыми камасами смерти, которые особенно токсичны и смертельны.Цветки выглядят по-разному, но луковицы очень похожи.

  Липиды включают разнообразную группу соединений, объединенных общим признаком. Липиды гидрофобны («водобоязненные») или нерастворимы в воде, потому что они неполярные молекулы. Это потому, что они являются углеводородами, которые включают только неполярные углерод-углеродные или углерод-водородные связи. Липиды выполняют в клетке множество различных функций. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде липидов, называемых , жирами .Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды. Например, они помогают водным птицам и млекопитающим оставаться сухими из-за их водоотталкивающих свойств. Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важной составляющей плазматической мембраны. Липиды включают жиры, масла, воски, фосфолипиды и стероиды.

  Рис. 2.17. Гидрофобные липиды в мехе водных млекопитающих, таких как речная выдра, защищают их от непогоды.

  Молекула жира, такая как триглицерид, состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот.Глицерин — это органическое соединение с тремя атомами углерода, пятью атомами водорода и тремя гидроксильными (–OH) группами. Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена кислая карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Количество атомов углерода в жирной кислоте может составлять от 4 до 36; наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирная кислота присоединена к каждому из трех атомов кислорода в -ОН-группах молекулы глицерина ковалентной связью.

  Фигура 2.18 Липиды включают жиры, такие как триглицериды, которые состоят из жирных кислот и глицерина, фосфолипидов и стероидов.

  Во время образования этой ковалентной связи высвобождаются три молекулы воды. Три жирные кислоты в жире могут быть похожими или разными. Эти жиры также называют триглицеридами , потому что они содержат три жирные кислоты. Некоторые жирные кислоты имеют общие названия, указывающие на их происхождение. Например, пальмитиновая кислота, насыщенная жирная кислота, получают из пальмы.Арахидовая кислота получена из Arachis hypogaea , научного названия арахиса.

  Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. В цепи жирной кислоты, если есть только одинарные связи между соседними атомами углерода в углеводородной цепи, жирная кислота является насыщенной. Насыщенные жирные кислоты насыщены водородом; другими словами, количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету, максимально.

  Когда углеводородная цепь содержит двойную связь, жирная кислота представляет собой ненасыщенную жирную кислоту .

  Большинство ненасыщенных жиров являются жидкими при комнатной температуре и называются маслами . Если в молекуле есть одна двойная связь, то он известен как мононенасыщенный жир (например, оливковое масло), а если имеется более одной двойной связи, то он известен как полиненасыщенный жир (например, масло канолы).

  Насыщенные жиры плотно упаковываются и остаются твердыми при комнатной температуре. Животные жиры со стеариновой кислотой и пальмитиновой кислотой, содержащиеся в мясе, и жир с масляной кислотой, содержащиеся в масле, являются примерами насыщенных жиров.Млекопитающие хранят жиры в специализированных клетках, называемых адипоцитами, где жировые шарики занимают большую часть клетки. У растений жир или масло хранятся в семенах и используются в качестве источника энергии во время эмбрионального развития.

  Ненасыщенные жиры или масла обычно растительного происхождения и содержат ненасыщенные жирные кислоты. Двойная связь вызывает изгиб или «перегиб», который препятствует плотной упаковке жирных кислот, сохраняя их жидкими при комнатной температуре. Оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы и жир печени трески являются примерами ненасыщенных жиров.Ненасыщенные жиры помогают повысить уровень холестерина в крови, тогда как насыщенные жиры способствуют образованию бляшек в артериях, что увеличивает риск сердечного приступа.

  В пищевой промышленности масла искусственно гидрогенизируются для придания им полутвердого состояния, что снижает вероятность порчи и увеличивает срок хранения. Проще говоря, газообразный водород пропускают через масла, чтобы отвердить их. Во время этого процесса гидрирования двойные связи цис -конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи в транс -конформации.Это образует транс -жир из цис- -жира. Ориентация двойных связей влияет на химические свойства жира.

  Рис. 2.19. В процессе гидрогенизации ориентация двойных связей изменяется, в результате чего из цис-жира образуется трансжир. Это изменяет химические свойства молекулы.

  Маргарин, некоторые виды арахисового масла и шортенинг являются примерами искусственно гидрогенизированных трансжиров транс . Недавние исследования показали, что увеличение содержания транс -жиров в рационе человека может привести к увеличению уровня липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) или «плохого» холестерина, что, в свою очередь, может привести к отложению бляшек в организме человека. артерии, что приводит к болезни сердца.Многие рестораны быстрого питания недавно отказались от использования жиров транс , и теперь на американских этикетках продуктов питания требуется указывать содержание жира транс .

  Незаменимые жирные кислоты — это жирные кислоты, которые необходимы, но не синтезируются человеческим организмом. Следовательно, их необходимо дополнять с помощью диеты. Омега-3 жирные кислоты попадают в эту категорию и являются одной из двух известных незаменимых жирных кислот для человека (другая — омега-6 жирные кислоты).Они представляют собой тип полиненасыщенных жиров и называются омега-3 жирными кислотами, потому что третий углерод на конце жирной кислоты участвует в двойной связи.

  Лосось, форель и тунец являются хорошими источниками жирных кислот омега-3. Жирные кислоты омега-3 важны для работы мозга, нормального роста и развития. Они также могут предотвратить сердечные заболевания и снизить риск рака.

  Как и углеводы, жиры получили широкую огласку. Это правда, что чрезмерное употребление жареной и другой «жирной» пищи приводит к увеличению веса.Однако жиры выполняют важные функции. Жиры служат долгосрочным накопителем энергии. Они также обеспечивают изоляцию тела. Поэтому «здоровые» ненасыщенные жиры в умеренных количествах следует употреблять регулярно.

  Фосфолипиды являются основным компонентом плазматической мембраны. Как и жиры, они состоят из цепей жирных кислот, прикрепленных к глицерину или подобной основной цепи. Однако вместо трех жирных кислот есть две жирные кислоты, а третий углерод глицериновой основы связан с фосфатной группой.Фосфатная группа модифицируется добавлением спирта.

  Фосфолипид имеет как гидрофобные, так и гидрофильные участки. Цепи жирных кислот гидрофобны и исключают себя из воды, тогда как фосфат гидрофильный и взаимодействует с водой.

  Клетки окружены мембраной, которая имеет бислой фосфолипидов. Жирные кислоты фосфолипидов обращены внутрь, от воды, тогда как фосфатная группа может быть обращена либо к внешней среде, либо к внутренней части клетки, которые оба являются водными.

  Взгляд коренных народов

  Для первых народов Тихоокеанского Северо-Запада богатый жиром рыбный оолиган с содержанием жира 20% от веса тела был важной частью рациона нескольких коренных народов. Почему? Поскольку жир является наиболее калорийной пищей, и наличие компактного высококалорийного источника энергии, способного хранить, было бы важным для выживания. Характер жира также сделал его важным товаром. Как и лосось, оолиган возвращается в свое русло после долгих лет в море. Его прибытие ранней весной сделало его первым свежим продуктом в году.В цимшианских языках прибытие оолигана… традиционно объявлялось криком «Хлаа ат’иксши халимоотхв!»… Что означало: «Наш Спаситель только что прибыл!»

  Рисунок 2.20 Изображение приготовленного оолигана. Эта жирная рыба с содержанием жира 20% от веса тела является важной частью диеты коренных народов.

  Как вы уже узнали, все жиры гидрофобны (ненавидят воду). Чтобы отделить жир, рыбу отваривают, а плавающий жир снимают. Жирный состав улигана состоит из 30% насыщенных жиров (например, сливочного масла) и 55% мононенасыщенных жиров (например, растительных масел).Важно отметить, что это твердая смазка при комнатной температуре. Поскольку в нем мало полиненасыщенных жиров (которые быстро окисляются и портятся), его можно хранить для дальнейшего использования и использовать в качестве предмета торговли. Считается, что его состав делает его таким же полезным, как оливковое масло, или лучше, поскольку он содержит жирные кислоты омега-3, которые снижают риск диабета и инсульта. Он также богат тремя жирорастворимыми витаминами A, E и K.

  Стероиды и воски

  В отличие от фосфолипидов и жиров, обсуждаемых ранее, стероиды имеют кольцевую структуру.Хотя они не похожи на другие липиды, они сгруппированы с ними, потому что они также гидрофобны. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, а некоторые из них, как и холестерин, имеют короткий хвост.

  Холестерин — стероид. Холестерин в основном синтезируется в печени и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол. Он также является предшественником витаминов Е и К. Холестерин является предшественником солей желчных кислот, которые помогают в расщеплении жиров и их последующем усвоении клетками.Хотя о холестерине часто говорят отрицательно, он необходим для правильного функционирования организма. Это ключевой компонент плазматических мембран клеток животных.

  Воски состоят из углеводородной цепи со спиртовой (–OH) группой и жирной кислотой. Примеры восков животного происхождения включают пчелиный воск и ланолин. У растений также есть воск, например покрытие на листьях, которое помогает предотвратить их высыхание.

  Концепция в действии

  Чтобы получить дополнительную информацию о липидах, изучите «Биомолекулы: Липиды» с помощью этой интерактивной анимации.

  Белки являются одними из наиболее распространенных органических молекул в живых системах и обладают самым разнообразным набором функций среди всех макромолекул. Белки могут быть структурными, регуляторными, сократительными или защитными; они могут служить для транспортировки, хранения или перепонки; или они могут быть токсинами или ферментами. Каждая клетка живой системы может содержать тысячи различных белков, каждый из которых выполняет уникальную функцию. Их структуры, как и их функции, сильно различаются. Однако все они представляют собой полимеры аминокислот, расположенных в линейной последовательности.

  Функции белков очень разнообразны, потому что существует 20 различных химически различных аминокислот, которые образуют длинные цепи, и аминокислоты могут быть в любом порядке. Например, белки могут функционировать как ферменты или гормоны. Ферменты , которые вырабатываются живыми клетками, являются катализаторами биохимических реакций (например, пищеварения) и обычно являются белками. Каждый фермент специфичен для субстрата (реагента, который связывается с ферментом), на который он действует. Ферменты могут разрушать молекулярные связи, переупорядочивать связи или образовывать новые связи.Примером фермента является амилаза слюны, которая расщепляет амилозу, компонент крахмала.

  Гормоны представляют собой химические сигнальные молекулы, обычно белки или стероиды, секретируемые эндокринной железой или группой эндокринных клеток, которые контролируют или регулируют определенные физиологические процессы, включая рост, развитие, метаболизм и размножение. Например, инсулин — это белковый гормон, который поддерживает уровень глюкозы в крови.

  Белки имеют разную форму и молекулярную массу; некоторые белки имеют глобулярную форму, тогда как другие имеют волокнистую природу.Например, гемоглобин — это глобулярный белок, а коллаген, обнаруженный в нашей коже, — это волокнистый белок. Форма белка имеет решающее значение для его функции. Изменения температуры, pH и воздействие химикатов могут привести к необратимым изменениям формы белка, что приведет к потере функции или денатурации (более подробно это будет обсуждаться позже). Все белки состоят из 20 одних и тех же аминокислот по-разному.

  Аминокислоты — это мономеры, из которых состоят белки.Каждая аминокислота имеет одинаковую фундаментальную структуру, которая состоит из центрального атома углерода, связанного с аминогруппой (–NH ₂ ), карбоксильной группы (–COOH) и атома водорода. Каждая аминокислота также имеет другой вариабельный атом или группу атомов, связанных с центральным атомом углерода, известную как группа R. Группа R — единственное различие в структуре между 20 аминокислотами; в остальном аминокислоты идентичны.

  Рис. 2.21. Аминокислоты состоят из центрального углерода, связанного с аминогруппой (–Nh3), карбоксильной группой (–COOH) и атомом водорода.Четвертая связь центрального углерода варьируется среди различных аминокислот, как видно из этих примеров аланина, валина, лизина и аспарагиновой кислоты.

  Химическая природа группы R определяет химическую природу аминокислоты в ее белке (то есть, является ли она кислотной, основной, полярной или неполярной).

  Последовательность и количество аминокислот в конечном итоге определяют форму, размер и функцию белка. Каждая аминокислота присоединена к другой аминокислоте ковалентной связью, известной как пептидная связь, которая образуется в результате реакции дегидратации.Карбоксильная группа одной аминокислоты и аминогруппа второй аминокислоты объединяются, высвобождая молекулу воды. Полученная связь представляет собой пептидную связь.

  Продукты, образованные такой связью, называются полипептидами . Хотя термины полипептид и белок иногда используются взаимозаменяемо, полипептид технически представляет собой полимер аминокислот, тогда как термин белок используется для полипептида или полипептидов, которые объединились вместе, имеют различную форму и имеют уникальную функцию.

  Эволюция в действии

  Эволюционное значение цитохрома c Цитохром c является важным компонентом молекулярного механизма, который собирает энергию из глюкозы. Поскольку роль этого белка в производстве клеточной энергии имеет решающее значение, за миллионы лет он очень мало изменился. Секвенирование белков показало, что существует значительное сходство последовательностей между молекулами цитохрома с разных видов; эволюционные отношения можно оценить путем измерения сходства или различий между белковыми последовательностями различных видов.

  Например, ученые определили, что цитохром с человека содержит 104 аминокислоты. Для каждой молекулы цитохрома с, которая к настоящему времени была секвенирована у разных организмов, 37 из этих аминокислот находятся в одном и том же положении в каждом цитохроме с. Это указывает на то, что все эти организмы произошли от общего предка. При сравнении последовательностей белков человека и шимпанзе различий в последовательностях не обнаружено. При сравнении последовательностей человека и макаки-резуса было обнаружено единственное различие в одной аминокислоте.Напротив, сравнение человека и дрожжей показывает разницу в 44 аминокислотах, предполагая, что люди и шимпанзе имеют более недавнего общего предка, чем люди и макака-резус или люди и дрожжи.

  Структура белка

  Как обсуждалось ранее, форма белка имеет решающее значение для его функции. Чтобы понять, как белок приобретает свою окончательную форму или конформацию, нам необходимо понять четыре уровня структуры белка: первичный, вторичный, третичный и четвертичный .

  Уникальная последовательность и количество аминокислот в полипептидной цепи — это ее первичная структура. Уникальная последовательность каждого белка в конечном итоге определяется геном, кодирующим этот белок. Любое изменение в последовательности гена может привести к добавлению другой аминокислоты к полипептидной цепи, вызывая изменение структуры и функции белка. При серповидно-клеточной анемии β-цепь гемоглобина имеет единственную аминокислотную замену, вызывающую изменение как структуры, так и функции белка.Что наиболее примечательно, так это то, что молекула гемоглобина состоит из двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых состоит примерно из 150 аминокислот. Таким образом, молекула содержит около 600 аминокислот. Структурное различие между нормальной молекулой гемоглобина и молекулой серповидноклеточных клеток, которое резко снижает продолжительность жизни у пораженных людей, состоит в одной аминокислоте из 600.

  Из-за этого изменения одной аминокислоты в цепи обычно двояковогнутые или дискообразные эритроциты принимают форму полумесяца или «серпа», что закупоривает артерии.Это может привести к множеству серьезных проблем со здоровьем, таких как одышка, головокружение, головные боли и боли в животе у людей, страдающих этим заболеванием.

  Паттерны сворачивания, возникающие в результате взаимодействий между частями аминокислот, не относящихся к R-группам, приводят к вторичной структуре белка. Наиболее распространены альфа (α) -спиральные и бета (β) -пластинчатые листовые структуры. Обе структуры удерживаются в форме водородными связями. В альфа-спирали связи образуются между каждой четвертой аминокислотой и вызывают поворот аминокислотной цепи.

  В β-складчатом листе «складки» образованы водородными связями между атомами в основной цепи полипептидной цепи. Группы R прикреплены к атомам углерода и проходят выше и ниже складок складки. Гофрированные сегменты выровнены параллельно друг другу, а водородные связи образуются между одинаковыми парами атомов на каждой из выровненных аминокислот. Структуры α-спирали и β-складчатых листов обнаруживаются во многих глобулярных и волокнистых белках.

  Уникальная трехмерная структура полипептида известна как его третичная структура.Эта структура вызвана химическим взаимодействием между различными аминокислотами и участками полипептида. В первую очередь, взаимодействия между группами R создают сложную трехмерную третичную структуру белка. Могут быть ионные связи, образованные между группами R на разных аминокислотах, или водородные связи, помимо тех, которые участвуют во вторичной структуре. Когда происходит сворачивание белка, гидрофобные группы R неполярных аминокислот лежат внутри белка, тогда как гидрофильные группы R лежат снаружи.Первые типы взаимодействий также известны как гидрофобные взаимодействия.

  В природе некоторые белки образованы из нескольких полипептидов, также известных как субъединицы, и взаимодействие этих субъединиц образует четвертичную структуру. Слабые взаимодействия между субъединицами помогают стабилизировать общую структуру. Например, гемоглобин представляет собой комбинацию четырех полипептидных субъединиц.

  Рис. 2.22 На этих иллюстрациях можно увидеть четыре уровня белковой структуры.

  Каждый белок имеет свою уникальную последовательность и форму, удерживаемую химическими взаимодействиями.Если белок подвержен изменениям температуры, pH или воздействию химикатов, структура белка может измениться, потеряв свою форму в результате так называемой денатурации , как обсуждалось ранее. Денатурация часто обратима, поскольку первичная структура сохраняется, если денатурирующий агент удаляется, позволяя белку возобновить свою функцию. Иногда денатурация необратима, что приводит к потере функции. Один из примеров денатурации белка можно увидеть, когда яйцо жарят или варят.Белок альбумина в жидком яичном белке денатурируется при помещении на горячую сковороду, превращаясь из прозрачного вещества в непрозрачное белое вещество. Не все белки денатурируются при высоких температурах; например, бактерии, которые выживают в горячих источниках, имеют белки, которые адаптированы для работы при этих температурах.

  Концепция в действии

  Чтобы получить дополнительную информацию о белках, исследуйте «Биомолекулы: Белки» с помощью этой интерактивной анимации.

  Нуклеиновые кислоты являются ключевыми макромолекулами в непрерывности жизни.Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.

  Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК — это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих.

  Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника РНК для связи с остальной частью клетки.Другие типы РНК также участвуют в синтезе белка и его регуляции.

  ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотидов . Нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида, ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного (пятиуглеродного) сахара и фосфатной группы. Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к фосфатной группе.

  Рис. 2.23. Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы.
  ДНК

  имеет двойную спиральную структуру. Он состоит из двух цепей или полимеров нуклеотидов. Нити образованы связями между фосфатными и сахарными группами соседних нуклеотидов. Нити связаны друг с другом в своих основаниях водородными связями, и нити наматываются друг на друга по своей длине, отсюда и описание «двойной спирали», что означает двойную спираль.

  Рис. 2.24. Химическая структура ДНК с цветной меткой, обозначающей четыре основания, а также фосфатный и дезоксирибозный компоненты основной цепи.

  Чередующиеся сахарные и фосфатные группы лежат на внешней стороне каждой цепи, образуя основу ДНК. Азотистые основания сложены внутри, как ступени лестницы, и эти основания соединяются в пару; пары связаны друг с другом водородными связями. Основания спариваются таким образом, чтобы расстояние между скелетами двух цепей было одинаковым по всей длине молекулы. Правило состоит в том, что нуклеотид A соединяется с нуклеотидом T, а G — с C, см. Раздел 9.1 для более подробной информации.

  Живые существа основаны на углероде, потому что углерод играет такую ​​важную роль в химии живых существ. Четыре позиции ковалентной связи атома углерода могут дать начало широкому разнообразию соединений с множеством функций, что объясняет важность углерода для живых существ. Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки, обеспечивают структурную поддержку многих организмов и могут быть обнаружены на поверхности клетки в качестве рецепторов или для распознавания клеток.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды, в зависимости от количества мономеров в молекуле.

  Липиды — это класс макромолекул, которые по своей природе неполярны и гидрофобны. Основные типы включают жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Жиры и масла являются запасенной формой энергии и могут включать триглицериды. Жиры и масла обычно состоят из жирных кислот и глицерина.

  Белки — это класс макромолекул, которые могут выполнять широкий спектр функций для клетки.Они помогают метаболизму, обеспечивая структурную поддержку и действуя как ферменты, переносчики или гормоны. Строительными блоками белков являются аминокислоты. Белки организованы на четырех уровнях: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Форма и функция белка неразрывно связаны; любое изменение формы, вызванное изменениями температуры, pH или химического воздействия, может привести к денатурации белка и потере функции.

  Нуклеиновые кислоты — это молекулы, состоящие из повторяющихся единиц нуклеотидов, которые направляют клеточную активность, такую ​​как деление клеток и синтез белка.Каждый нуклеотид состоит из пентозного сахара, азотистого основания и фосфатной группы. Есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

  аминокислота: мономер протеина

  углевод: биологическая макромолекула, в которой соотношение углерода, водорода и кислорода составляет 1: 2: 1; углеводы служат источниками энергии и структурной поддержкой в ​​клетках

  целлюлоза: полисахарид, который составляет клеточные стенки растений и обеспечивает структурную поддержку клетки

  хитин: вид углеводов, образующих внешний скелет членистоногих, таких как насекомые и ракообразные, и клеточные стенки грибов

  денатурация: потеря формы белка в результате изменений температуры, pH или воздействия химических веществ

  дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК): двухцепочечный полимер нуклеотидов, несущий наследственную информацию клетки

  дисахарид: два мономера сахара, которые связаны между собой пептидной связью

  фермент : катализатор биохимической реакции, который обычно представляет собой сложный или конъюгированный белок

  жир: липидная молекула, состоящая из трех жирных кислот и глицерина (триглицерида), которая обычно существует в твердой форме при комнатной температуре

  гликоген: запасной углевод у животных

  гормон: химическая сигнальная молекула, обычно белок или стероид, секретируемая эндокринной железой или группой эндокринных клеток; действия по контролю или регулированию определенных физиологических процессов

  липиды: класс макромолекул, неполярных и нерастворимых в воде

  макромолекула: большая молекула, часто образованная полимеризацией более мелких мономеров

  моносахарид: отдельная единица или мономер углеводов

  нуклеиновая кислота: биологическая макромолекула, несущая генетическую информацию клетки и инструкции для функционирования клетки

  нуклеотид: мономер нуклеиновой кислоты; содержит пентозный сахар, фосфатную группу и азотистое основание

  масло: ненасыщенный жир, жидкий при комнатной температуре

  фосфолипид: основной компонент мембран клеток; состоит из двух жирных кислот и фосфатной группы, присоединенной к основной цепи глицерина

  полипептид: длинная цепь аминокислот, связанных пептидными связями

  полисахарид: длинная цепь моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными

  белок: биологическая макромолекула, состоящая из одной или нескольких цепочек аминокислот

  рибонуклеиновая кислота (РНК): одноцепочечный полимер нуклеотидов, участвующий в синтезе белка

  насыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород с одинарными ковалентными связями в углеродной цепи; количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету, максимально

  крахмал: запасной углевод в растениях

  стероид: тип липида, состоящего из четырех конденсированных углеводородных колец

  транс-жиры: форма ненасыщенного жира с атомами водорода, соседствующими с двойной связью, напротив друг друга, а не на одной стороне двойной связи

  триглицерид: молекула жира; состоит из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерина

  ненасыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород, имеющий одну или несколько двойных связей в углеводородной цепи

  Атрибуция в СМИ

  .