Какие углеводы выполняют запасающую функцию: какой углевод выполняет запасающую функцию в растительных клетках а) крахмал б)глюкоза в)

Опубликованные материалы на сайте СМИ «Солнечный свет». Статья Тест по теме «Углеводы. Липиды». Автор: Горынина Елена Вячеславовна.

Автор: Горынина Елена Вячеславовна
Тест по биологии для 10 класса  по теме «Углеводы.Липиды» для обощения знаний учащихся о строении, классификации, роли углеводов и липидов в клетке.

Тест по теме: «Углеводы. Липиды»

1. Жиры состоят из

а) глицерина и высших жирных кислот

б) глюкозы и высших жирных кислот

в) аминокислот и глицерина

г) глицерина и глюкозы

2. В клетке липиды выполняют следующие функции:

а) энергетическую и строительную

б) строительную и ферментативную

в) ферментативную и информационную

г) информационную и энергетическую

3. К углеводам относятся

а) крахмал и глюкоза

б) крахмал, глюкоза и сахароза

в) крахмал, глюкоза, сахароза, гликоген, целлюлоза (клетчатка)

г) крахмал, глюкоза, сахароза, гликоген, целлюлоза, гемоглобин

4. К полисахаридам относятся

а) глюкоза б) крахмал в) сахароза г) лактоза

5. Дезоксирибоза – это

а) нуклеотид б) липид в) углевод г) белок

6.Углеводами наиболее богаты ткани

а) растений б) животных в) грибов г) бактерий

7. Запасными питательными веществами клетки являются

а) аминокислоты и глюкоза

б) крахмал и гликоген

в) целлюлоза и крахмал

г) целлюлоза и гликоген

Часть (В)

В заданиях выберите три верных ответа из шести. Запишите выбранные цифры в порядке возрастания

1. Липиды в клетке выполняют функции:

1) запасающую

2) гормональную

3) транспортную

4) ферментативную

5) переносчика наследственной информации

6) энергетическую

2. Каковы свойства, строение и функции в клетке полисахаридов?

1) Выполняют структурную и запасающую функции

2) выполняют каталитическую и транспортную функции

3) состоят из остатков молекул моносахаридов

4) состоят из остатков молекул аминокислот

5) растворяются в воде

6) не растворяются в воде

При выполнении задания установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Впишите в таблицу буквы выбранных ответов.

3. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛ ВИДЫ УГЛЕВОДОВ

1) мономер А) целлюлоза

2) полимер Б) глюкоза

3) растворимы в воде

4) не растворимы в воде

5) входят в состав клеточных стенок растений

6) входят в состав клеточного сока растений

основные функции в клетке простых и сложных: в чем заключается строительная, защитная и энергетическая роль

Для поддержания нормальной жизнедеятельности человеку необходимо употреблять белки, жиры и углеводы. И ни один элемент нельзя взять и перестать принимать. Недостаток каждого из них может привести к тяжелым последствиям или даже к смерти.

Что такое углеводы

Углеводы

Так называют органические вещества, состоящие из молекул сахара. Эти соединения получили свое название из-за своего состава – углерод и вода, которые соединяются между собой. По-другому их называют сахаридами. В зависимости от количества молекул сахара их делят на моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Клетки какого организма наиболее богаты ими? Наиболее богаты углеводами растения: содержание сахаров – до 80%, а у животных их не более 3%.

Сахариды играют важную роль. Главными их предназначениями являются:

• энергетическая;
• строительная;
• рецепторная;
• защитная;
• запасающая;
• регуляторная;
• метаболическая.

Следовательно, видна их важность в целом, без них невозможно представить существование животных и растений. А какова роль углеводов в клетке? В чем заключаются их главные миссии – строительная и энергетическая? Рассмотрим подробнее.

Это интересно! Что такое пластический и энергетический обмен

Строительная

Строительная, или структурная, – это основная функция углеводов, которая заключается в том, что это строительный материал для клеток. Какие углеводы выполняют в клетке строительную миссию? В ней участвуют целлюлоза, хитин, рибоза и дезоксирибоза.

Так, например, у грибов и членистоногих строительную функцию выполняет хитин, а целлюлоза (полисахарид) – у растений. Таким образом придается прочность клетке. У растительной содержание целлюлозы достигает 40%, поэтому они хорошо держат форму. Структурная функция мальтозы – обеспечение образования новых клеток прорастающих семян.

Углеводы, роль в клетке

Рибоза и дезоксирибоза участвуют в построении таких молекул, как РНК, ДНК, АТФ и другие. Образование новых молекул происходит постоянно, а с разрушением старых освобождается свободная энергия. При построении мембраны цитоплазмы также проявляется рецепторная функция углеводов, а именно передаются сигналы из внешнего мира.

Таким образом, строительная функция углеводов имеет большое значение для всех процессов, как и энергетическая.

Энергетическая функция

Это основная роль таких органических соединений, и только они дают больше всего энергии. Так, при распаде 1 грамма освобождается 4,1 ккал (38,9 кДж) и 0,4 грамма воды. Такой энергии не может дать ни один другой элемент клетки, поэтому они обеспечивают весь организм нужным ее количеством. Именно они поддерживают тонус, придают жизненные силы и энергию, а главное – позволяют организмам существовать.

Энергетическую миссию выполняют мальтоза, сахароза, фруктоза и глюкоза. Они служат источниками клеточного дыхания, энергией для прорастания семян, фотосинтеза и других важных биологических процессов.

[stop]Важно! Шоколадки, конфеты и другие сладости, помимо выделения гормона радости, также содержат огромное количество сахаридов, поэтому и являются отличным источником энергии и заряда бодрости. Это и есть главная функция простых углеводов в клетке.[/stop]

Такая энергия позволяет человеку активно заниматься спортом, умственной деятельностью, а также участвуют во многих жизненно важных системах:

• газообменная;
• выделительная;
• кровеносная;
• строительная и другие.

Поэтому без энергетической подпитки человек не сможет нормально существовать.

Защитная

Защитная функция очень важна. Практически в каждом органе существуют железы, которые выделяют некий секрет. А он, в свою очередь, большей частью состоит из сахаров. Этот секрет

Углеводы

Защиту обеспечивают, по большей части, моносахариды – гепарин, хитин, камедь и слизь. А значит, это главная роль моносахаридов. Так, например, простой моносахарид хитин – оболочка панциря членистоногих и грибов. А гепарин выполняет миссию антикоагулянта. Также у растений существуют свои защитные механизмы – шипы и колючки, которые состоят из целлюлозы. Камедь и слизь возникает при травмах оболочки растений, для образования защитного слоя в местах травм.

Запасающая

Запасающая роль напрямую связана с энергетической ролью сахаров. Ведь энергия, которая поступает в организм, тратится не полностью, часть ее откладывается. Во время «аварийных ситуаций» она освобождается, например, во время голода или заболевания, для борьбы с вирусом.

Для этого предназначены следующие соединения:

• крахмал (инулин) – содержится в растениях;
• целлюлоза – также в растительных организмах;
• лактоза – в молоке млекопитающих животных;
• гликоген (животный жир) – в организме животных и людей.

Верблюжий жир служит не только запасом нужной энергии, но и может

Таким образом, полисахариды помогают поддерживать нормальную жизнедеятельность.

Регуляторная

Под ней подразумевают способность сахаридов регулировать количество некоторых веществ в организме. Так, например, глюкоза, которая содержится в крови, регулирует гомеостаз и осмотическое давление. А клетчатка, которая плохо усваивается человеческим организмом, имеет грубую структуру, благодаря чему раздражает рецепторы желудка и быстрее продвигается в нем.

Метаболическая

Проявляется в способности моносахаридов синтезироваться в важные элементы для поддержания жизнедеятельности – полисахариды, нуклеотиды, аминокислоты и другие. Все это жизненно важно, поэтому углеводосодержащие продукты

Продукты с большим количеством сахаридов

Стоит помнить, что у растений сахариды синтезируются при фотосинтезе, но у животных они никак не появляются сами по себе. Получить нужную их дозу можно только с помощью еды.

Углеводы

Самое большое количество сахаридов содержится в рафинаде и меде. Сахар и рафинад целиком углеводны, а мед содержит глюкозу и фруктозу – до 80% от общей массы.

Большое содержание их в продуктах растений. Наибольшее количество во фруктах, ягодах, овощах, корнеплодах. Большой процент содержания в макаронах, сладостях, в мучных изделиях и продуктах брожения (пиве).

[stop]Важно! В продуктах животного происхождения углеводов очень мало. Например, лактоза – молочный сахар, содержится в молоке млекопитающих животных.[/stop]

Важно помнить, что сахариды, особенно быстрые, являются источниками ожирения человеческого организма. Поэтому употреблять их нужно в очень ограниченном количестве, так, например, сладкое и хлебобулочные изделия, лучше убрать из рациона или свести к минимуму.

Роль углеводов в жизни клетки

Углеводы — их функции, значение, где содержатся

Выводы

Углеводные соединения играют важную роль, без них живое просто перестанет существовать. Растения синтезируют их при фотосинтезе, с помощью хлорофиллов. А вот человек и животные их не синтезируют, именно поэтому нужно потреблять суточную норму из пищи. Наибольшее их количество содержится во фруктах, ягодах, хлебе, сладостях. А чистым сахаридом является сахар.

§ 5. Углеводы

Углеводы — органические соединения, которые образованы атомами углерода, водорода и кислорода. В молекулах многих углеводов водород и кислород содержатся в таком же соотношении, как и в воде (2 : 1). Отсюда и их название — углеводы. Состав большинства углеводов можно выразить формулой С^п(Н₂0)_т, где п и т равны трем и более. Вместе с тем есть углеводы, у которых соотношение указанных в формуле химических элементов иное, а некоторые, кроме того, содержат атомы азота, фосфора или серы.

Углеводы входят в состав всех живых организмов. В клетках животных содержание углеводов не превышает 10 % сухой массы, в клетках растений их значительно больше — до 90 %.

Выделяют три класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды (отгреч. монос — один) — бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и имеющие сладкий вкус. По количеству атомов углерода в составе молекул моносахариды делятся на несколько групп, важнейшими из которых являются пятиуглеродные (С₅) — пентозы и шестиуглеродные (С₆) — гексозы.

Наибольшее значение для живых организмов имеют такие пентозы, как рибоза и дезоксирибоза (рис. 13). Рибоза входит в состав важнейших соединений клетки — РНК (рибонуклеиновой кислоты), АТФ, витамина В₂, ряда ферментов. Дезоксирибоза входит в состав ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты).

Важную биологическую роль играют гексозы — глюкоза, фруктоза, галактоза (см. рис. 13). Глюкоза — основной источник энергии для клеток, она содержится в клетках всех живых организмов. Фруктоза в свободном виде присутствует в вакуолях клеток растений. Много фруктозы содержится в ягодах, фруктах, меде.

Олигосахариды (от греч. олигос — немного) — соединения, состоящие из 2—10 остатков моносахаридов, последовательно соединенных ковалентными связями. В состав молекул олигосахаридов могут входить остатки одного или разных моносахаридов. Большинство олигосахаридов, выделенных в чистом виде, как и моносахариды, — бесцветные кристаллические соединения, хорошо растворимые в воде и сладкие на вкус.

Олигосахариды, в состав которых входят два остатка моносахаридов, называют ди сахар идами. Наиболее важные дисахариды — сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) (рис. 14), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар). В растениях сахароза служит растворимым резервным углеводом, а также транспортной формой продуктов фотосинтеза, которая легко

переносится по растению. Мальтоза в больших количествах содержится в прорастающих семенах злаков. Лактоза является важнейшим углеводным компонентом молока млекопитающих.

Полисахариды (от греч. полис — много) — биополимеры, молекулы которых состоят из большого числа (до нескольких тысяч) остатков

моносахаридов. В состав полисахарида могут входить остатки одного или разных моносахаридов. В отличие от моно- и олигосахаридов полисахариды практически нерастворимы в воде и не имеют сладкого вкуса.

Полисахариды могут иметь линейную, неразветвленную (целлюлоза, хитин) либо разветвленную (гликоген) структуру. Крахмал представляет собой смесь полисахаридов — примерно на 80 % (по массе) он состоит из разветвленного амилопектина и на 20% из линейного полисахарида амилозы (рис. 15). Полисахариды различаются ме>кду собой составом мономеров, длиной и степенью разветвленности цепей. Наиболее важными полисахаридами являются крахмал, гликоген и целлюлоза.

Крахмал синтезируется в клетках растений и состоит из остатков глюкозы (см. рис. 15). В значительных количествах крахмал запасается в семенах, клубнях, листьях и других органах. Особенно высоко содержание крахмала в семенах зерновых культур — ржи, пшеницы, риса, кукурузы (до 80 % сухой массы), клубнях картофеля (около 25 %). Крахмал откладывается в клетках в виде так называемых крахмальных зерен.

У грибов, животных и человека резервным (запасным) полисахаридом является гликоген. Как и крахмал, гликоген построен из остатков глюкозы, но его цепи ветвятся еще сильнее (см. рис. 15). Он откладывается в основном в мышцах и клетках печени в виде крошечных гранул.

В оболочках клеток растений (клеточных стенках) содержится целлюлоза — прочный, волокнистый, нерастворимый в воде полисахарид. Древесина, волокна хлопчатника состоят в основном из целлюлозы. Целлюлоза, как уже отмечалось, представляет собой неразветвленный полимер глюкозы (см. рис. 15).

Целлюлоза играет важную роль в промышленности. Из нее изготавливают хлопчатобумажные ткани, бумагу и многое другое.

Помимо того, что целлюлоза является одним из структурных компонентов клеточных оболочек, она служит пищей для некоторых животных, грибов и микроорганизмов. Фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы, вырабатывается только некоторыми группами организмов (бактерии, грибы, некоторые протисты). Поэтому в организме большинства животных целлюлоза не может использоваться как питательное вещество, хотя она представляет собой практически неисчерпаемый и потенциально ценный источник глюкозы.

Однако у многих травоядных животных в пищеварительном тракте в качестве симбионтов обитают бактерии и протисты, которые вырабатывают фермент, расщепляющий целлюлозу. Микроорганизмы, способные расщеплять целлюлозу, входят также в состав микрофлоры толстого кишечника человека.

В состав кутикулы членистоногих, клеточных оболочек многих грибов и некоторых протистов входит полисахарид хитин. По структуре он сходен с целлюлозой, однако в составе молекул содержит не только углерод, водород и кислород, но и азот.

Функции углеводов. В живых организмах углеводы выполняют различные функции, но основными являются энергетическая, запасающая и структурная.

Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6кДж энергии. Конечные продукты окисления углеводов — углекислый газ и вода. Важнейшая роль углеводов в энергетическом обмене живых организмов связана с их способностью расщепляться как при наличии кислорода, так и без него. Это имеет большое значение для организмов, живущих в условиях дефицита кислорода.

Запасающая функция заключается в том, что полисахариды являются запасными питательными веществами живых организмов, играя роль «хранилищ» энергии. Запасным (резервным) углеводом у растений является крахмал, у животных и грибов — гликоген. При необходимости эти полисахариды расщепляются до глюкозы, которая служит основным источником энергии для живых организмов.

Структурная функция углеводов заключается в том, что они используются в качестве строительного материала. Оболочки клеток растений на 20—40 % состоят из целлюлозы, которая обладает высокой прочностью. Поэтому они надежно защищают внутриклеточное содержимое и поддерживают форму клеток. Хитин, как уже говорилось, является важным структурным компонентом наружного скелета членистоногих, клеточных оболочек грибов и некоторых протистов.

Олиго- и полисахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клеток животных, образуя надмембранный комплекс — г л и кокал и к с. Углеводные компоненты цитоплазматической мембраны выполняют рецепторную функцию: воспринимают сигналы из окружающей среды и передают их в клетку.

Метаболическая функция углеводов состоит в том, что в клетках живых организмов моносахариды являются основой для синтеза многих органиче-ckiix веществ — олиго- и полисахаридов, нуклеотидов, некоторых спиртов. Ряд веществ, образующихся в ходе расщепления молекул моносахаридов, используется клетками для синтеза аминокислот, жирных кислот и др.

Углеводы также выполняют защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении деревьев, например вишен и слив) являются производными моносахаридов. Они препятствуют проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов.

1. Какие вещества являются моносахаридами? Олигосахаридами? Полисахаридами?

а) Лактоза;  г) глюкоза;  ж) целлюлоза;

б ) гликоген;  д ) рибоза;  з ) фруктоза;

в) мальтоза;  е) хитин;  и) сахароза.

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

3.  Чем обусловлено разнообразие олигосахаридов и полисахаридов?

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

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

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

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

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

Биология: учеб. для 10-го кл. учреждений общ. сред, образования с рус. яз. обуч. / Н. Д. Лисов [и др.]; под ред. Н. Д. Лисова. — 3-е изд., перераб. — Минск : Народная асвета, 2014. — 270 с.: ил.

Урок 2. неорганические соединения клетки. углеводы и липиды. регулярные и нерегулярные биополимеры — Биология — 10 класс

Химические вещества и их роль в живой природе

Органические вещества клетки. Углеводы. Липиды

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Живые системы – клетки, ткани, организмы – состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, что свидетельствует о единстве и взаимосвязи живой и неживой материи. Но соотношение элементов в живом и неживом веществе существенно отличается.

Живые организмы имеют сходный химический состав (одни и те же химические элементы и вещества в близких количествах), что является доказательством родства всего живого на Земле.

К неорганическим соединениям относятся относительно простые соединения, которые встречаются и в неживой природе: вода, минеральные соли, ионы.

Органические соединения, основой строения которых являются атомы углерода, составляют отличительный признак живого. Из органических соединений всеобщее биологическое значение имеют белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.

Особенности химической организации живой материи:

– 98 % элементного состава приходится на углерод, кислород, водород и азот;

– большое содержание воды;

– наличие органических веществ.

Углеводы – органические вещества с общей формулой С_n(Н₂О)_m.

Липиды – органические соединения с различной структурой, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях.

Общие функции углеводов и липидов: энергетическая, структурная, запасающая, защитная. Кроме того, липиды выполняют ещё терморегуляторную функцию и являются гормонами.

Группы химических элементов в клетке

Биологическая роль воды

Интересные факты

Регулярные и нерегулярные биополимеры

Углеводы | Параграф 1.2

Подробности

Категория: А.А. Каменский-9кл

 «Введение в общую биологию и экологию. 9 класс». А.А. Каменский (гдз)

Вопрос 1. Какой состав и строение имеют молекулы углеводов?

Сахара (углеводы) являются одной из наиболее важных и распространённых групп природных органических соединений. Они составляют до 80% массы сухого вещества растений и около 2% сухого вещества животных организмов. Молекулы углеводов состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, причем соотношение водорода и кислорода в них 2:1, как в молекуле воды. Именно по этой причине эти вещества получили свое название «углеводы».

Вопрос 2. Какие углеводы называются моно-, ди- и полисахаридами
Моносахариды — это углеводы, в состав которых входит от трех до шести атомов углерода. Из шестиуглеродных сахаров известны глюкоза, фруктоза, галактоза, из пятиуглеродных сахаров — рибоза и дезоксирибоза. Последние входят в состав нуклеиновых кислот.
Дисахариды состоят из двух молекул моносахаридов. Например, сахароза (тростниковый сахар) состоит из молекул глюкозы и фруктозы. Из дисахаридов известны также мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар). И моно — и дисахариды растворимы в воде и сладки на вкус.
Полисахариды — сложные сахара, состоящие из множества мономеров, которыми являются моносахариды. К полисахаридам относятся крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Целлюлоза — линейный полимер, состоящий из множества молекул глюкозы. Крахмал и гликоген также состоят из глюкозы, только имеют разветвленную структуру.

Вопрос 3. Какие функции выполняют углеводы в живых организмах?
1. Энергетическая функция. Углеводы — основные источники энергии в клетке. При полном расщеплении 1 г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии.
2. Запасающая функция. Крахмал и гликоген используются клетками растений и животных для запасания энергии.
3. Структурная функция. Целлюлоза и хитин обеспечивают прочность клеточных стенок растений и грибов. Некоторые сложные полисахариды, состоящие из двух типов простых сахаров, входят в состав сухожилий, хрящей, вещества кожи, придавая этим тканям прочность и эластичность, входят в состав ДНК, РНК и АТФ в виде дезоксирибозы и рибозы.
4. Защитная функция. Хитин является защитным компонентом тканей животных.
5. Рецепторная функция. Некоторые углеводы служат рецепторами в составе клеточных мембран и обеспечивают узнавание клетками друг друга при взаимодействии.

Углеводы, их строение и функции — презентация на Slide-Share.ru 🎓

1

Первый слайд презентации: Углеводы, их строение и функции

Биология 10 класс

Изображение слайда

2

Слайд 2

Органические вещества, в состав которых входят три химических элемента: углерод, водород, кислород. Общая формула углеводов: Cn (H 2 O)m (где n не меньше трех) Углеводы

Изображение слайда

3

Слайд 3

Российский химик немецко – балтийского происхождения. Впервые ввел термин «углеводы» в 1844 г. Углеводы Карл Генрихович Шмидт (1822 – 1894)

Изображение слайда

4

Слайд 4

Углеводы Содержание в клетке Классификация Функции углеводов Готовимся к ЕГЭ

Изображение слайда

5

Слайд 5

Животные В клетках содержится 2 – 5% углеводов С одержание углеводов в клетках Растения В клетках содержится 70 – 90% от сухой массы (особенно много в клетках клубня картофеля, семенах)

Изображение слайда

6

Слайд 6: Обычно в клетках животных организмов содержится около 1% углеводов, в клетках печени до 5%, а растительных — до 90%. Подумайте и объясните почему

Изображение слайда

7

Слайд 7

Углеводы Простые Полисахариды Олигосахариды Моносахариды Сложные

Изображение слайда

8

Слайд 8

Моносахариды (простые сахара) Состоят из одной молекулы Твердые кристаллические вещества Растворимые в воде Сладкие на вкус

Изображение слайда

9

Слайд 9

Моносахариды (простые сахара ) В зависимости числа атомов углерода различают: Триозы Молекула содержит три атома углерода Тетрозы Молекула содержит четыре атома углерода Молекула содержит пять атомов углерода Молекула содержит шесть атомов углерода Пентозы Гексозы

Изображение слайда

10

Слайд 10

Триозы Практическое значение имеют глицерин и его производные: молочная и пировиноградная кислоты Молочная кислота Пировиноградная кислота

Изображение слайда

11

Слайд 11

Тетрозы Эритроза – промежуточный продукт фотосинтеза Эритроза

Изображение слайда

12

Слайд 12

Пентозы Рибоза С 5 Н 10 О 5 Дезоксирибоза С 5 Н 10 О 5 Входит в состав РНК Входит в состав ДНК

Изображение слайда

13

Слайд 13

Гексозы Глюкоза – виноградный сахар С 6 Н 12 О 6 Встречается в свободном виде как в клетках растений, так и животных Первичный источник энергии для клеток Обязательно находится в крови (снижение количества глюкозы приводит к нарушению деятельности мышечных и нервных клеток, иногда даже к обморочным и судорожным состояниям)

Изображение слайда

14

Слайд 14

Гексозы Фруктоза – плодовый сахар С 6 Н 12 О 6 Широко распространена в природе В больших количествах находится в плодах Особенно много в меде, сахарной свекле, фруктах Фруктоза очень важна при питании больных сахарным диабетом, когда глюкоза очень слабо усваивается клетками

Изображение слайда

15

Слайд 15

Гексозы Галактоза – пространственный изомер глюкозы С 6 Н 12 О 6 В природе в чистом виде не встречается, образуется при распаде лактозы (молочного сахара)

Изображение слайда

16

Слайд 16

Олигосахариды — дисахариды Сахароза – тростниковый или свекловичный сахар С 12 Н 22 О 11 Состоит из остатков глюкозы и фруктозы Широко распространена в растениях (ягоды, корни, клубни, семена, плоды) Играет огромную роль в питании животных и человека Источники пищевого сахара в промышленности – сахарный тростник и сахарная свекла

Изображение слайда

17

Слайд 17

Олигосахариды — дисахариды Лактоза – молочный сахар С 12 Н 22 О 11 Состоит из остатков глюкозы и галактозы Является основным источником энергии для детенышей млекопитающих Используют в микробиологической промышленности для приготовления питательных сред

Изображение слайда

18

Слайд 18

Олигосахариды — дисахариды Мальтоза – солодовый сахар С 12 Н 22 О 11 Состоит из двух остатков глюкозы Содержится в солоде – проросших, высушенных и размолотых зернах ячменя Менее сладкая, чем сахароза Добавляют в хлебобулочные изделия и продукты детского питания

Изображение слайда

19

Слайд 19

Полисахариды Крахмал (С 6 Н 10 О 5 ) n Состоит из остатков амилозы и амилопектина Резервный полисахарид растений Находится в виде зернышек слоистого строения, нерастворимых в холодной воде В горячей воде образует коллоидный раствор (в быту – клейстер)

Изображение слайда

20

Слайд 20

Полисахариды Гликоген (С 6 Н 10 О 5 ) n Содержится во всех животных тканях, а также в грибах, дрожжах В значительных количествах накапливается в печени, мышцах, сердце Является поставщиком глюкозы в кровь Является «животным крахмалом», сдержит около 30 000 глюкозных остатков

Изображение слайда

21

Слайд 21

Полисахариды Клетчатка (целлюлоза) Главный структурный полисахарид клеточных оболочек растений В ней аккумулировано около 50% всего углерода биосферы Нерастворима в воде (она в ней только набухает)

Изображение слайда

22

Слайд 22

Полисахариды Хитин По структуре близок к целлюлозе Образует покровы тела членистоногих Компонент клеточной стенки грибов

Изображение слайда

23

Слайд 23

Функции углеводов Энергетическая При расщеплении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии Структурная Из целлюлозы состоит клеточная стенка растений, из муреина – клеточная стенка бактерий, из хитина – клеточная сенка грибов, покровы членистоногих

Изображение слайда

24

Слайд 24

Функции углеводов Запасающая Резервный углевод животных и грибов – гликоген; у растений — крахмал Защитная Вязкие секреты (слизи), выделяемые различными железами состоят из углеводов. Они предохраняют стенки полых органов (пищевода, кишечника, желудка, бронхов) от механических повреждений, проникновения бактерий и вирусов

Изображение слайда

25

Слайд 25

Готовимся к ЕГЭ Какие функ­ции выполняют уг­ле­во­ды в ор­га­низ­ме животных? 1 ) каталитическую 2) структурную 3) запасающую 4) гормональную 5) сократительную 6) Энергетическую Ответ: 236

Изображение слайда

26

Слайд 26

Готовимся к ЕГЭ Моносахариды в клет­ке выполняют функции: 1 ) энергетическую 2) со­став­ных компонентов полимеров 3) информационную 4) со­став­ных компонентов нук­ле­и­но­вых кислот 5) за­щит­ную 6) транспортную Ответ: 124

Изображение слайда

27

Слайд 27

Готовимся к ЕГЭ Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания крахмала. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. 1 ) представляет собой полимер альфа-глюкозы 2) содержится в амилопластах в форме зерен 3) образуется в митохондриях клеток растений 4) представляет собой смесь амилозы и амилопектина 5) накапливается в клетках печени и мышц Ответ: 35

Изображение слайда

28

Слайд 28

Готовимся к ЕГЭ Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами: ОСОБЕННОСТИ А ) мономер Б) полимер В) растворимы в воде Г) не растворимы в воде Д) входят в состав клеточных стенок растений Е) входят в состав клеточного сока растений ВИДЫ 1 ) целлюлоза 2 ) глюкоза Ответ: 212112

Изображение слайда

29

Слайд 29

Готовимся к ЕГЭ Установите соответствие между строением и функцией вещества и его видом. СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИЯ А) молекула сильно разветвлена Б) имеет четвертичную структуру В) откладывается в запас в печени Г) мономерами являются аминокислоты Д) используется для поддержания уровня кислорода ВИД ВЕЩЕСТВА 1 ) гемоглобин 2 ) гликоген Ответ: 21211

Изображение слайда

30

Последний слайд презентации: Углеводы, их строение и функции

Готовимся к ЕГЭ Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их. 1. Полисахарид целлюлоза выполняет в клетке растения резервную, запасающую функцию. 2. Накапливаясь в клетке, углеводы выполняют главным образом регуляторную функцию. 3. У членистоногих полисахарид хитин формирует покровы тела. 4. У растений клеточные стенки образованы полисахаридом крахмалом. 5. Полисахариды обладают гидрофобностью.

Изображение слайда

1. энергетическую 2. структурную 3. запасающую 4., биология

Dashadashalfif / 13 сент. 2013 г., 21:31:19

Выберите один ответ: a. митохондрии и пластиды b. плазматическую мембрану c. ядерное вещество без оболочки d. множество крупных лизосом В поступлении и передвижении веществ в клетке участвуют Выберите один или несколько ответов: a. эндоплазматическая сеть b. рибосомы c. жидкая часть цитоплазмы d. плазматическая мембрана e. центриоли клеточного центра Рибосомы представляют собой Выберите один ответ: a. два мембранных цилиндра b. округлые мембранные тельца c. комплекс микротрубочек d. две немембранные субъединицы Растительная клетка в отличии от животной имеет Выберите один ответ: a. митохондрии b. пластиды c. плазматическую мембрану d. аппарат Гольджи Крупные молекулы биополимеров поступают в клетку через мембрану Выберите один ответ: a. путем пиноцитоза b. за счет осмоса c. путем фагоцитоза d. путем диффузии При нарушении третичной и четвертичной структуры молекул белка в клетке перестают функционировать Выберите один ответ: a. ферменты b. углеводы c. АТФ d. липиды Текст вопроса

В чем проявляется взаимосвязь пластического и энергетического обмена

Сколько молекул АТФ запасается в процессе гликолиза?

В реакциях темновой фазы фотосинтеза участвуют

Сходство хемосинтеза и фотосинтеза состоит в том, что в обоих процессах

Информация о последовательности расположения аминокислот в молекуле белка переписывается в ядре с молекулы ДНК на молекулу

Всю совокупность химических реакций в клетке называют

Биологический смысл гетеротрофного питания заключается в

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности используют энергию, которая запасается в органических веществах, созданных из неорганических

В процессе пластического обмена

Принцип комплементарности лежит в основе взаимодействия

Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в том, что он обеспечивает реакции синтеза

Ферментативное расщепление глюкозы без участия кислорода — это

Расщепление липидов до глицерина и жирных кислот происходит в

Структура и функции углеводов

Результаты обучения

• Различия между моносахаридами, дисахаридами и полисахаридами
• Определите несколько основных функций углеводов

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

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

Моносахариды

Моносахариды ( моно, — = «один»; сахар, — = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза.В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются на суффикс — ose . Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода).См. Рисунок 1 для иллюстрации моносахаридов.

Рис. 1. Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.

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

Галактоза и фруктоза — другие распространенные моносахариды: галактоза содержится в молочном сахаре, а фруктоза — во фруктовых сахарах.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), они отличаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рис. 2).

Практический вопрос

Рис. 2. Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C6h22O6), но другое расположение атомов.

Что это за сахара, альдоза или кетоза?

Глюкоза и галактоза — альдозы. Фруктоза — это кетоза.

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевых формах (рис. 3). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два различных расположения гидроксильной группы (-ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).Если гидроксильная группа находится ниже углеродного номера 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .

Рис. 3. Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β. Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.

Дисахариды

Дисахариды ( ди — = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рис. 4).Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 находится выше плоскости кольца.

Рис. 4. Сахароза образуется, когда мономер глюкозы и мономер фруктозы соединяются в реакции дегидратации с образованием гликозидной связи. При этом теряется молекула воды. По соглашению атомы углерода в моносахариде нумеруются от концевого углерода, ближайшего к карбонильной группе.В сахарозе гликозидная связь образуется между углеродом 1 в глюкозе и углеродом 2 во фруктозе.

Общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 5). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рис. 5. Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

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

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

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

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

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

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны гликозидными связями β, 1-4 (рис. 7).

Рис. 7. В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи β 1-4 гликозидными связями. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается относительно следующего, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Как показано на рисунке 7, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде удлиненных длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, могут с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных.Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Рис. 8. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. У членистоногих (насекомых, ракообразных и др.) Есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как видно у пчелы на Рисунке 8).

Этот экзоскелет сделан из биологической макромолекулы хитина, который представляет собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство на территории Эукарии.

Вкратце: структура и функции углеводов

Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы в растениях и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.

Внесите свой вклад!

У вас была идея улучшить этот контент? Нам очень понравится ваш вклад.

Улучшить эту страницуПодробнее

Липиды по сравнению с углеводами для хранения энергии

Ваше тело может использовать углеводы или жиры для получения энергии.

Кредит изображения: fcafotodigital / E + / GettyImages

Вашему телу необходима энергия для функционирования, от дыхания до размышлений и упражнений. Один момент, упущенный в битве между углеводами и жирами (или липидами), заключается в том, что ваше тело может использовать любой из этих макроэлементов для получения энергии, и, если вы съедите слишком много, они будут накапливаться таким же образом.

грамм на грамм, липиды, такие как сливочное масло и масла, содержат более чем в два раза больше калорий, чем другие макроэлементы (как углеводы, так и белки), из расчета 9 калорий на грамм, по данным клиники Кливленда. Чем больше калорий в пище, тем больше энергии она может дать организму. Но любые лишние калории, которые не нужно использовать, будут откладываться в виде жира, независимо от источника.

По данным Национальной медицинской библиотеки США, дополнительные калории из жира хранятся в виде триглицеридов в жировых клетках.Когда вашему организму нужна эта энергия, триглицериды высвобождаются и переносятся в ткани. «Жир — это как сберегательный счет вашего тела», — говорит Джен Лайман, врач-диетолог из Миссури. «Когда вы едите жир, он сразу откладывается, чтобы потратить позже».

Обычно липиды — не первый источник, к которому ваше тело обращается, когда дело доходит до выбора энергии. Согласно Мичиганской медицине из Мичиганского университета, запасание липидной энергии происходит при истощении углеводов (которые хранятся в виде гликогена).

Рекомендуемое потребление жиров для взрослых составляет от 20 до 35 процентов от общего количества калорий, говорится в клинике Кливленда. По типу жира рекомендации следующие:

• Мононенасыщенные жиры: От 15 до 20 процентов.
• Полиненасыщенные жиры: 5 до 10 процентов.
• Насыщенные жиры: меньше чем на 10 процентов.
• Транс-жиры: 0 процентов.

Подробнее: 15 здоровых продуктов, богатых жирами, которые можно добавить в свой рацион

Углеводный накопитель энергии

Наслаждайтесь зерновыми, фруктами и овощами — продуктами, содержащими углеводы, которые, в свою очередь, создают энергию.По данным Американской кардиологической ассоциации, когда эти продукты потребляются, они расщепляются на простые сахара, которые затем всасываются в кровоток. Когда уровень сахара в крови (глюкозы) начинает повышаться, ваше тело высвобождает гормон инсулин, чтобы переместить сахар в клетки, которые будут использоваться в качестве энергии.

Однако не все углеводы одинаковы. Простой сахар, содержащийся в высококалорийных десертах и ​​подслащенных сахаром напитках, очень быстро переваривается, и вы снова чувствуете голод вскоре после их употребления.Сложные углеводы, например, из цельнозерновых продуктов, перевариваются дольше, потому что вашему организму требуется больше времени, чтобы расщепить их, в результате чего вы дольше чувствуете сытость.

Согласно Мичиганской медицине, если вся глюкоза в крови не нужна для получения энергии, она будет храниться в жировых клетках или в печени в виде гликогена.

«Углеводы похожи на текущий счет — к ним легко получить доступ для быстрой энергии», — говорит Лайман. Но съешьте слишком много, и они попадут на счет жирных сбережений.«Если вы восполняете запасы углеводов в мышцах и печени, но у вас еще есть углеводы, которые нужно хранить, то они превратятся в жир», — объясняет она.

Перенос избытка глюкозы либо в жировые клетки, либо в печень позволяет уровню сахара в крови выровняться и вернуться к нормальному диапазону, — поясняет Michigan Medicine. Нормальное значение сахара в крови должно составлять от 70 до 120 миллиграммов на децилитр.

Если уровень сахара в крови упадет ниже этого диапазона, ваше тело может отреагировать по-разному.Это может вызвать высвобождение гормона глюкагона из клеток поджелудочной железы, который сигнализирует организму о необходимости создания большего количества глюкозы из гликогена в мышцах и печени. Когда используются запасы гликогена, ваше тело использует свои жировые запасы для получения энергии.

Диетические рекомендации для американцев на 2020-2025 годы рекомендуют потреблять от 45 до 65 процентов дневной нормы калорий из углеводов. Выбирайте такие варианты, как цельнозерновые продукты, крахмалистые овощи, бобовые и фасоль.

Подробнее: Все, что вам нужно знать об углеводах и почему вы не должны их сокращать

Структура и функции сложных углеводов — компьютерное моделирование

Сложные углеводы очень распространены у животных, растений и бактерий.Они являются составными частями клеточных мембран, а также субклеточных материалов клеток. Они также содержатся в физиологических жидкостях, таких как кровь, слезы, молоко и моча. Недавно было подсчитано, что были определены ковалентные структуры от 4000 до 6000 природных углеводов (DOE, 1987). Многие сложные углеводы незамещены на своих восстанавливающих концах и называются полисахаридами; примеры включают олигосахариды молока, целлюлозу стенок растительных клеток и формы хранения, такие как крахмал и гликоген.Многие другие встречающиеся в природе сложные углеводы ковалентно связаны с другими молекулами, такими как белки или липиды, гликозидными связями остатков сахара на их восстанавливающих концах с образованием гликоконъюгатов.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

Гликопротеины выполняют множество функций в высших организмах. Коллаген является важным структурным элементом внеклеточного пространства, а также хрящевой, костной и базальной мембран. Муцины играют важную роль в качестве смазок и защитных агентов в слизистых выделениях.Важные иммунологические молекулы класса гликопротеинов включают иммуноглобулины, антигены гистосовместимости, антигены группы крови типа ABO и Льюиса, комплемент в механизме свертывания крови и интерферон. Многие белки плазмы человека, такие как фетуин, трансферрин и церулоплазмин, являются гликопротеинами, как и некоторые гормоны, такие как хорионический гонадотропин и тиреотропин. Большинство лектинов животных и растений являются гликопротеинами, как и лизосомальные ферменты. Распознавание и связывание лизосомальных ферментов со специфическими рецепторами в аппарате Гольджи и на поверхности клетки включает один или несколько фосфорилированных остатков маннозы на N-связанных олигосахаридных цепях.Участки распознавания на поверхности клеток для связывания и поглощения гормонов, а также для взаимодействия с другими клетками, вирусами и бактериями также являются гликопротеинами.

Многие функции гликопротеинов на клеточной поверхности были также предложены для нейтральных и кислых гликосфинголипидов. Кроме того, недавно было обнаружено, что некоторые гликосфинголипиды из класса ганглиозидов ингибируют митогенный ответ факторов клеточного роста путем аллостерической модуляции рецепторов их клеточной поверхности (Bremer et al., 1986). Онкогенная трансформация вирусной инфекцией или химическими мутагенами обычно приводит к изменениям структуры гликосфинголипидов на клеточной поверхности, так что некоторые типы значительно увеличиваются в количестве. В некоторых случаях есть также качественные различия из-за экспрессии генов, которые молчат в дифференцированных нормальных клетках. Это особенно важно для опухолевых клеток, где ассоциированные с опухолью антигены могут служить основой для диагностических анализов на основе специфических моноклональных антител и, в конечном итоге, возможно, лечения.

Связывание гликозаминогликанов с другими внеклеточными макромолекулами вносит значительный вклад в структурную организацию матрикса соединительной ткани. Все гликозаминогликаны, за исключением тех, в которых отсутствуют сульфатные или карбоксильные группы, электростатически связываются с коллагеном при нейтральном pH из-за их замечательного анионного характера. Дерматансульфат, который, по-видимому, является основным гликозаминогликаном, синтезируемым гладкомышечными клетками артерий, прочно связывается с липопротеинами плазмы, а гепарин также взаимодействует с некоторыми белками плазмы, включая факторы свертывания крови IX и XI и антитромбин III.Интересно, что стехиометрическое связывание 1: 1 гепарина с остатками Lys антитромбина III, как полагают, вызывает конформационное изменение антитромбина III, которое увеличивает связывание антитромбина III с тромбином. Это связывание инактивирует тромбин. Гиалуроновая кислота откладывается на поверхности чашек Петри клетками, растущими в культуре ткани, обеспечивая им субстрат для прикрепления во время роста. Протеогликаны также участвуют в регуляции роста клеток, возможно, посредством ядерных эффектов на структуру хроматина и активации ДНК-полимеразы, и могут опосредовать межклеточную коммуникацию и отторжение рецепторов на клеточной поверхности.

БИОСИНТЕЗ N-СВЯЗАННЫХ ГЛИКОПРОТЕИНОВ И ГЛИКОСФИНГОЛИПИДОВ

Роль углеводов в биологической функции представляет собой особенно сложную проблему для будущего. Синтез этих гликоконъюгатов происходит во время их внутриклеточного транспорта от места первоначальной сборки связанного с липидом промежуточного соединения (гликопротеины) или церамида (гликосфинголипиды) в эндоплазматическом ретикулуме через аппарат Гольджи на поверхность клетки, внутриклеточные органеллы или внеклеточную среду. Космос.Для их синтеза требуется семейство активированных доноров сахара, называемых сахарными нуклеотидами, которые синтезируются в цитозольной фракции клеток из сахарных фосфатов и нуклеозидтрифосфатов. Интересным исключением является сахарный нуклеотид сиаловой кислоты, называемый цитидинмонофосфат сиаловой кислотой (CMP-NeuAc), который синтезируется в ядре из свободной сиаловой кислоты и CTP. Ферменты, участвующие в биосинтезе гликоконъюгатов, представляют собой гликозилтрансферазы, которые катализируют перенос остатков сахара от нуклеотидов сахара к невосстанавливающему концу растущей углеводной цепи.

Различие между биосинтезом гликоконъюгата и синтезом белка является ключевым; последний происходит на матрице информационной РНК и, следовательно, определяется генетическим кодом единственного структурного гена. ¹ В отличие от этого, синтез гликоконъюгата осуществляется поэтапным добавлением сахарных единиц с использованием разных ферментов на каждой стадии. Следовательно, ни одна последовательность ДНК не участвует в определении первичной структуры сложного углевода, поскольку порядок, в котором добавляются сахара, зависит от специфичности субстрата и кинетических характеристик различных гликозилтрансфераз, каждая из которых кодируется различным структурным геном. .Совершенно очевидно, что невозможно предсказать первичные структуры сложных углеводов по последовательностям ДНК. Следовательно, трехмерные структуры гликопротеинов, гликосфинголипидов и других сложных углеводсодержащих молекул никогда нельзя полностью предсказать без экспериментального структурного анализа углеводов.

Снайдер (1984) сообщил, что гликопротеины N-связанного типа синтезируются как событие котрансляции в грубом эндоплазматическом ретикулуме. В то время как полипептидная цепь транслируется на информационной РНК и одновременно проходит через мембрану эндоплазматического ретикулума в цистернальное пространство (просвет), единственный олигосахарид скоординированно синтезируется на фосфорилированном полиизопреноидном спирте (долихол у высших животных и более мелкие аналогичные вещества у насекомых. , дрожжи и растения).Затем весь олигосахарид-предшественник переносится на соответствующие остатки аспарагина на формирующейся полипептидной цепи (возможно, до сворачивания в третичную структуру) в соответствии с правилами специфичности, которые не совсем понятны. Для переноса требуется последовательность Asn-X-Ser или Asn-X-Thr, но также задействованы дополнительные факторы. Доступность остатка Asn может быть одним из таких факторов, и оценка этой возможности может быть произведена с помощью методов прогнозирования, описанных в этом отчете.

Вторая стадия синтеза N-связанного гликопротеина включает обширную посттрансляционную модификацию связанного с белком олигосахарида-предшественника путем удаления и добавления сахаров. Во многих случаях белковая составляющая также модифицируется частичным протеолитическим расщеплением и / или добавлением функционально модифицирующих групп к конкретным аминокислотным остаткам. Посттрансляционная модификация инициируется в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме путем удаления трех остатков глюкозы двумя специфическими мембраносвязанными глюкозидазами.Эти остатки глюкозы, по-видимому, выполняют единственную функцию, обеспечивая перенос олигосахаридной цепи от пирофосфата долихола к возникающим полипептидным цепям. Будет интересно определить из трехмерных структур и предсказанных конформаций, как эти группы взаимодействуют с ферментом трансферазой, участвующим на этом этапе. Зрелые высокоманнозные олигосахаридные цепи синтезируются путем последующего удаления до четырех маннозильных остатков из трех ветвей структуры предшественника.В этом процессе участвуют по крайней мере три различных альфа-маннозидазы в аппарате Гольджи. Эти ферменты и две глюкозидазы представляют собой гидролазы, подобные лизосомальным гликозидазам, но их активность наиболее высока при нейтральном pH, в отличие от лизосомальных ферментов, которые обладают наибольшей каталитической активностью при кислом pH.

В эукариотических клетках олигосахарид с высоким содержанием маннозы с пятью звеньями маннозы (см.) Является прямым предшественником сложных и гибридных структур. Первым шагом в аппарате Гольджи является добавление остатка N-ацетилглюкозамина к последнему оставшемуся Man на ветви I (*), после чего оставшиеся два остатка Man на ветвях II и III могут быть удалены альфа-маннозидазами, которые почти безусловно, отличается от тех, что были задействованы на более ранних этапах.На этом этапе могут быть сделаны дополнительные разветвления для получения трех- и тетраантенных структур, а заключительные стадии обработки выполняются путем добавления остатков галактозы, N-ацетилглюкозамина, сиаловой кислоты и фукозы для получения зрелых, сложных, N-связанных цепи. Интересная N-ацетилглюкозаминилтрансфераза может добавлять бета-1,4-связанный остаток GlcNAc к разветвленному бета-связанному остатку маннозы внутренней области ядра (0), чтобы получить «структуру, разделенную пополам». Этот шаг стал предметом интенсивного изучения Карвером и сотрудниками, которые интересовались структурной специфичностью фермента с различными конформациями олигосахаридов-предшественников (Carver and Brisson, 1984).

РИСУНОК 8-1

Промежуточное соединение, частично обработанное аспарагин-связанной углеводной цепью гликопротеина.

Вероятно, что методы прогнозирования будут использоваться при изучении путей процессинга и степени процессинга олигосахаридных цепей. Если контроль возникает из-за специфичности фермента для конкретной трехмерной структуры субстрата, можно определить эти предпочтения и, исходя из прогнозов распределений трехмерных структур олигосахарида, прикрепленного к субстрату гликопротеина, предсказать, насколько далеко углеводная цепочка будет переработана.

Лизосомальные ферменты содержат одну или несколько фосфатных групп на остатках маннозы олигосахаридных цепей высокоманнозного типа. Маннозо-6-фосфатные группы представляют собой специфические маркеры распознавания, которые участвуют в транспорте лизосомальных ферментов из аппарата Гольджи или вне клеток в лизосомы. Два мембраносвязанных рецептора маннозо-6-фосфата были обнаружены в плазматической мембране; по крайней мере, один из них также находится в мембранах Гольджи. Хотя их специфичность связывания была исследована в некоторых деталях, другие аспекты не были определены: природа взаимодействия фосфорилированных остатков маннозы с рецепторами и трехмерные структуры комплексов лизосомальный фермент-рецептор.

Другой интересный аспект синтеза лиосомных ферментов включает определение структурных доменов на свернутых белках, распознаваемых ферментом, который инициирует фосфорилирование остатков маннозы, которым является N-ацетилглюкозамин-фосфотрансфераза (трансфераза GlcNAc-P) в аппарате Гольджи. Это механизм, с помощью которого для фосфорилирования отбираются только белки лизосомальных ферментов. Это особенно важно, потому что одна из форм генетического лизосомного нарушения накопления, называемого муколипидозом II, возникает в результате дефекта в связывающем домене трансферазы GlcNAc-P для белков лизосомальных ферментов.Возможно, эту проблему можно решить только с помощью компьютерного моделирования для предсказания трехмерных структур обоих белков.

Гликосфинголипиды синтезируются аналогичным образом, за исключением того, что церамид выполняет функцию долихола для гликопротеинов, а перенос происходит непосредственно от сахарного нуклеотида к акцепторному гликолипиду. Керамид является акцептором глюкозы (из UDP-Glc) или галактозы (из UDP-Gal), давая глюкозилцерамид или галактозилцерамид. Эти простые гликосфинголипиды преобладают в плазме и мозге человека соответственно, а также служат предшественниками более сложных гликосфинголипидов.В большинстве органов, включая мозг, основные пути включают превращение глюкозилцерамида в лактозилцерамид, Gal-beta-1,4-Glc-Cer. Лактозилцерамид является субстратом для нескольких гликозилтрансфераз, продукты которых являются первыми промежуточными продуктами в синтезе родственных гликосфинголипидов, которые можно классифицировать по их общим структурным характеристикам. Уже охарактеризовано более 100 различных гликосфинголипидов, и новые соединения все еще открываются.Хотя некоторые из гликосфинголипидов могут содержать от 15 до 35 или более остатков сахара, большинство обычно встречающихся типов имеют от 4 до 10 остатков в олигосахаридной цепи.

АНАЛИЗ ПЕРВИЧНОЙ И ТРЕТЬЕЙ СТРУКТУРЫ

Полное понимание взаимодействий между углеводами и белками (ферментами, лектинами, антителами и рецепторами клеточной поверхности) будет зависеть от определения точных трехмерных структур обоих типов молекул.Как было отмечено, первичные структуры олигосахаридных цепей сложных углеводов не могут быть выведены из последовательностей ДНК и поэтому должны быть определены химическим и спектроскопическим анализом. Современные хроматографические методы разделения, наряду с масс-спектрометрией и ядерным магнитным резонансом (ЯМР), позволяют проводить полный анализ первичной структуры на одном микромольном образце. Еще предстоит определить состав; расположение остатков сахара; размер кольца; положения гликозидных связей и их аномальность; и расположение и химическая природа неуглеводных заместителей, таких как липиды, сульфатные и фосфатные группы.

Трехмерные структуры углеводов представляют собой пространственное расположение отдельных остатков сахара. Наиболее часто встречающиеся сложные углеводы млекопитающих состоят из остатков сахара, которые существуют в форме пиранозного кольца, наиболее стабильной и жесткой конформацией которой являются формы кресла. Когда два остатка сахара ковалентно соединены вместе в гликозидную связь, они могут свободно вращаться вокруг гликозидного атома кислорода между двумя кольцами, и, следовательно, полученный дисахарид может принимать ряд различных конформаций, соответствующих вращению вокруг этих двух связей.Двугранные углы в гликозидной связи (см.) Принято обозначать греческими символами phi (ϕ) и psi (ψ), где исходная конформация (ϕ = 0 °, ψ = 0 °) является тем конформером, при котором Cl Связь -H-1 затмевает O-C’-X ‘, а C-1-O затмевает C’-X’-HX’.

РИСУНОК 8-2

Двугранные углы, определяющие пространственное соотношение двух остатков сахара в дисахариде.

Относительная ориентация соседних сахарных остатков в олигосахаридной цепи описывается указанием углов вращения (ϕ, ψ) у каждого гликозидного атома кислорода.Когда эти углы одинаковы для каждой связи, цепь имеет спиральную конформацию с n остатками на оборот и переносом h единиц вдоль спиральной оси. Если n и h доступны из рентгеновских данных, то можно вычислить ϕ и ψ, и наоборот. Если ϕ и ψ различны среди гликозидных связей в олигосахаридной цепи, трехмерная структура становится непериодической и, для крайних вариаций, принимает конформацию случайного клубка. Информацию о возмущениях можно получить с помощью измерений светорассеяния, вязкости, седиментации и диффузии.

РЕНТГЕНОВСКИЙ АНАЛИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР УГЛЕВОДОВ

Из трех основных классов сложных биологических молекул мы располагаем наименьшей структурной информацией об углеводах с атомарным разрешением. Это связано с тем, что они не были кристаллизованы, и, следовательно, не существует соответствующей базы данных по кристаллической структуре, кроме базы данных от простых мономеров до тримеров, на основе которых можно было бы моделировать классические или полуэмпирические квантово-механические расчеты. Типичными примерами являются олигосахариды, специфичные для группы крови, пуповинные факторы и липиды A и X.Исключение составляют циклодекстрины, которые хорошо кристаллизуются, но конформационно являются отдельным классом. Структуры, полученные из структуры волокон полисахаридов, зависят от модели и не являются источником окончательных структурных данных. Стахиоза, олигосахарид, состоящий из четырех остатков сахара, является крупнейшим нециклическим олигосахаридом, для которого существует анализ кристаллической структуры, но даже в этом случае соответствующая структура воды не определена.

Проблема кристалличности лишь частично является внутренней.Углеводы не сольватируются так же, как белки, олигонуклеотиды или нуклеиновые кислоты. Однако для получения значительных количеств гомогенного по конфигурации материала , необходимых для проведения экспериментов по кристаллизации, было приложено меньше усилий, чем было сделано для белков и нуклеиновых кислот. Другой аспект кристаллографии гликоконъюгатов заключается в том, что электронная плотность олигосахаридной части гликопротеинов интерпретируется редко, даже несмотря на то, что были изучены несколько кристаллических гликопротеинов.Это связано с тем, что стандартные программы уточнения не могут обрабатывать олигосахариды или существует микрогетерогенность в месте гликозилирования, и поэтому это исключено из модели. Таким образом, потенциально ценный источник информации не используется из-за отсутствия разработки соответствующих программ или стратегических подходов к решению проблемы микрогетерогенности.

Стерические соображения о минимальных расстояниях сближения между атомами, полученные из наблюдаемых несвязанных расстояний в различных кристаллических структурах, могут быть использованы для предсказания допустимых конформаций.Этот подход «твердой сферы», первоначально разработанный В.С.Р. Рао в середине 1970-х годов представляет собой элементарный метод теоретических расчетов, который игнорирует электростатические эффекты (водородные связи), но дает качественное предсказание структуры. Впоследствии этот подход был расширен за счет адаптации расчетов энергии, первоначально использовавшихся для пептидов, где потенциальная энергия делится на функции, которые описывают дискретные вклады, такие как энергии Ван-дер-Ваальса, электростатические взаимодействия, энергия кручения, энергия водородных связей, а также деформации связей и углов (Bock , 1983).Данные представлены в виде компьютерных контурных карт энергии.

В большей части недавней литературы расчеты конформационной энергии были выполнены с использованием формы параметров Рао с добавленным торсионным потенциалом относительно одной из гликозидных связей (экзоаномерный эффект). Этот подход, получивший название HSEA (экзоаномерный метод твердых сфер) (Bock, 1983), с успехом использовался Lemieux и Bock (1983), Carver and Brisson (1984) и другими, хотя он содержит ряд непроверенных предположений.Добавление потенциала водородной связи (метод HEAH) дает результаты минимизации энергии, которые отличаются от результатов, рассчитанных с помощью метода HSEA, из которого могут быть получены геометрические формы, отличающиеся от тех, которые получены с помощью метода HSEA.

СТРУКТУРЫ РАСТВОРОВ УГЛЕВОДОВ ЯМР

Методы протонного ЯМР предоставляют подробные экспериментальные данные, на основе которых могут быть определены трехмерные структуры и сопоставлены с конформациями, полученными расчетами потенциальной энергии. Карвер и Камминг (1987) построили контурные карты вычисленных NOE различных высокоманнозных олигосахаридов в зависимости от углов кручения φ и ψ.Затем они связали их с экспериментальными результатами, а также с конформациями минимальной энергии, оцененными с помощью различных расчетов потенциальной энергии (Карвер и Камминг, в печати). Бриссон и Карвер (1983) оценили полезность этого подхода с использованием двух гликопептидов двухантенного комплексного типа (см.). Поскольку конформации, производные от NOE, находились в пределах диапазона, основанного на конформациях с минимальной энергией, полученных из расчетов потенциальной энергии, был сделан вывод, что «усреднение движения ограничено узким диапазоном около одной стабильной конформации» (Brisson and Carver, 1983).Однако теперь кажется, что бессмысленно искать единственную производную от NOE конформацию, которая удовлетворяет единственному минимуму потенциальной энергии, потому что молекулы фактически могут занимать такие минимумы в течение очень небольшой части времени в растворе. «Конформационная гибкость должна быть включена в теоретическое рассмотрение» (Карвер и Камминг, 1987), и расчет энергетических поверхностей становится чрезвычайно важным. Последние исследования Камминга и Карвера показывают, что трехмерные структуры, определенные NOE, могут значительно отличаться от любой конформации с минимальной энергией.На основании этого они пришли к выводу, что конформации, производные от NOE, в таких случаях могут соответствовать «виртуальным» конформациям, как определено Jardetzky (1980) как вычисленные структуры, которые фактически принимают немногие, если вообще какие-либо молекулы в растворе.

РИСУНОК 8-3

Структуры двух частично переработанных углеводных цепей, связанных аспарагином. Деление пополам β1,4GlcNAc B вызывает конформационное отличие от такового A.

Scarsdale et al. (в печати) использовали программу, основанную на молекулярной механике, в попытке смоделировать конформационное усреднение данных ЯМР.Конформации рассчитывали с использованием комбинации молекулярных потенциалов и данных ЯМР для олигосахаридной части гликолипида эритроцитов, состоящей из трех нейтральных сахаров и аминосахара. Конформер с наименьшей энергией очень напоминал структуру, предложенную ранее. Однако соответствие данным можно улучшить, если рассмотреть два уравновешивающих конформера. Таким образом, можно определить конформации раствора сложных углеводов даже в нежестких случаях, используя комбинацию расчетов и ограничений, наложенных из экспериментальных данных ЯМР.

Несмотря на поднятые вопросы об интерпретации результатов ЯМР и ценности минимизации потенциальной энергии, была собрана некоторая важная информация о взаимодействиях углеводных антигенов с антителами (Lemieux et al., 1985), олигосахаридов с лектинами, такими как конканавалин A ( Sekharudu et al., 1986) и олигосахариды с ферментами гликозилтрансфераз (Carver and Cumming, 1987). Дальнейшие уточнения будут зависеть от разработки согласованного набора функций потенциальной энергии, который можно использовать с экспериментально определенными трехмерными структурами, полученными из NOE, для оценки того, распределена ли данная молекула среди нескольких низкоэнергетических конформаций или занимает определенную подмножество из них.Твароска и Перес (1986) недавно сравнили несколько расчетов конформационной энергии и предложили общую стратегию для олигосахаридов.

Время работы компьютера и доступ к соответствующим процессорам массива параллельной обработки являются важными факторами при определении уровня поддержки исследований в этой области в настоящее время. Доступность машин для расчета межатомных расстояний и чрезвычайно быстрого вклада Ван-дер-Ваальса — это вопрос, которым должны заняться финансирующие агентства.Интересно, что несколько суперкомпьютеров, которые в настоящее время работают в университетских городках, не используются в полную силу; возможно, соответствующие консультативные группы в этих центрах должны направить усилия на разработку необходимого программного обеспечения для этих компьютеров и выработку политики, которая будет направлять часть их времени на компьютерное моделирование трехмерных структур.

СУПРАМОЛЕКУЛЯРНАЯ СТРУКТУРА

Структуры, состоящие из более чем одной макромолекулы, взаимодействуют как единое целое в биологических явлениях, таких как катализ многими ферментами, связывание на поверхности клетки, передача сигнала через клеточные мембраны и другие биологические явления.Любой фермент, состоящий более чем из одной субъединицы, следует рассматривать как супрамолекулярную структуру. Когда задействовано большое количество субъединиц и, возможно, они выполняют более одной функции, особое внимание может быть уделено их относительной пространственной ориентации. Примерами являются репликация ДНК ДНК-полимеразами, где для инициации репликации требуются комплексы, содержащие 10 или 12 белков (называемых примосомами). Рибосомы еще сложнее: для трансляции информационной РНК требуется не менее 75 белков.Поверхности, состоящие из более чем одной макромолекулы, часто ведут себя как функциональная единица. Например, для поглощения холестерина многими клетками требуется взаимодействие определенного рецептора клеточной поверхности с поверхностью полипептида сложной супрамолекулярной структуры, называемой липопротеином низкой плотности (ЛПНП), которая состоит из белка, холестерина, фосфолипидов и триацилглицеринов. Изменение белка LDL путем ацетилирования остатка Lys блокирует связывание LDL с его рецептором и поглощение холестерина клеткой.Некоторые гормоны, включая норадреналин и эпидермальный фактор роста (EGF), и другие сигналы, такие как свет (с родопсином), вызывают фосфорилирование белка. EGF стимулирует рост нормальных фибробластов путем связывания со специфическим рецептором трансмембранного белка на поверхности клетки. Сигнал гормона в этом случае передается путем самофосфорилирования рецептора на внутриклеточной стороне после связывания гормона с последующим фосфорилированием белков, катализируемым другими киназами, интернализацией рецепторного комплекса EGF-EGF и сложным комплексом последствий. в ядре и в других местах при подготовке к делению клетки.Bremer et al. (1986) недавно обнаружили, что ганглиозид GM3 ингибирует этот процесс аллостерическим образом, предотвращая самофосфорилирование рецептора EGF после связывания EGF. Для этого GM3 во внешней половине клеточной мембраны должен взаимодействовать с доменом полипептидной цепи рецептора EGF, вероятно, вызывая конформационные изменения, предотвращающие фосфорилирование. Аналогичная ситуация с липидной мембраной обнаружена с митохондриальным ферментом, бета-гидроксимасляной дегидрогеназой, который каталитически активен только при включении в липидный бислой, состоящий из определенных фосфолипидов.Компьютерное математическое моделирование таких супрамолекулярных структур необходимо для более глубокого понимания организации биологических материалов для выполнения сложных функций.

1

На самом деле, более уместно называть «один цистрон — один полипептид». Это уже не совсем точно, так как более одного гена могут вносить вклад в первичную структуру белка, то есть иммуноглобулины.

Сахар против липидов | BioNinja

Применение:

• Липиды больше подходят для длительного хранения энергии у человека, чем углеводы

Липиды и углеводы функционируют как молекулы для хранения энергии у людей, однако различаются по нескольким ключевым аспектам:

• S torage (липиды больше подходят для длительного хранения энергии)
• O smolality (липиды в меньшей степени влияют на осмотическое давление клетки)
• D пищеварение (углеводы легче усваиваются и используются)
• A TP Выход (липиды сохраняют больше энергии на грамм)
• S растворимость (углеводы легче транспортировать в кровотоке)

  Мнемоника: SODAS

Сравнение накопления энергии (углеводы и липиды)

Аналогия с накоплением энергии

ATP — это энергетическая валюта клетки — в этом отношении она сродни наличным деньгам

• Денежные средства зарабатываются, когда вы работаете ( клеточное дыхание, ), и могут быть потрачены в несколько способов ( метаболизм )

Сохранение энергии в виде углеводов (т.е.е. гликоген) аналогично хранению наличных денег в кошельке

• Легко носить с собой (моносахариды и дисахариды растворимы в воде)
• Легко доступен (углеводы легче усваиваются)
• Вы не можете носить с собой столько же (углеводы хранят меньше энергии на грамм)

Накопление энергии в виде липидов (т.е. триглицеридов) аналогично хранению наличных денег в сейфе

• Нельзя носить с собой (триглицериды нерастворимы в воде)
• Это труднее получить (триглицериды не могут быть легко усвоены)
• В нем можно хранить больше денег (триглицериды хранят больше энергии на грамм)

Аналогия накопления энергии (углеводы против липидов)

углеводов — обзор | Темы ScienceDirect

В росте побегов используются запасы углеводов и текущий фотосинтат, причем пропорция каждого из них зависит от вида, генотипа, типа побега и расположения побегов на дереве.

Сила опускания многих почек на дереве сильно различается, потому что отдельные почки могут не раскрыться, превратиться в длинные или короткие побеги, дать цветы или погибнуть (см. Главу 3 в Kozlowski and Pallardy, 1997). Почки в верхней кроне дерева более мощные и поглощают больше углеводов, чем в нижней кроне. У красной сосны многие мелкие почки на нижних ветвях не раскрываются и не расширяются в побеги (Kozlowksi et al. , 1973).

Рост и метаболизм листьев

Углеводы используются как в поддерживающем дыхании, так и в дыхании роста листьев.Высокая частота дыхания во время раннего роста листьев коррелирует с быстрым синтезом хлорофилла, белков и протоплазмы. Потребность в дыхательной энергии снижается по мере созревания фотосинтетической системы (Dickmann, 1971).

Молодые расширяющиеся листья импортируют углеводы и используют их, а также свой собственный фотосинтат, в обмене веществ и росте. Скорость импорта углеводов постепенно увеличивается даже после того, как лист становится фотосинтетически активным, и достигает максимума к тому времени, когда лист расширяется на 20-30%.Транспорт углеводов в растущий лист затем постепенно замедляется, пока лист не начнет экспортировать углеводы задолго до того, как он полностью разрастется (Kozlowski, 1992). У хвои ели европейской, утолщение клеточной стенки было индикатором созревания хвои и маскировало начало перехода от свойств поглощения к свойствам источника (Hampp et al. , 1994). Как у покрытосеменных, так и у голосеменных растений переход листьев от приемников углеводов к источникам связан с изменениями активности ферментов, метаболизирующих сахарозу.И инвертаза, и сахарозосинтаза (которые катализируют распад сахарозы) уменьшаются, а сахарозофосфатсинтаза (которая катализирует образование сахарозы) увеличивается (Hampp et al. , 1994).

Разные части листьев созревают в разное время. Следовательно, растущие листья часто импортируют углеводы в незрелые области лопасти, в то же время транспортируя углеводы к другим частям побега (Dickson and Isebrands, 1991). Самые простые листья сначала созревают на кончиках.Фотосинтат, образующийся в области кончика, выводится из листа через среднюю жилку и черешок. Для сравнения, у некоторых видов (например, северного красного дуба) простые листья развиваются от основания до кончика, а молодой кончик лезвия импортирует фотосинтат после того, как его транспортировка к основанию прекратилась. Созревание сложных листьев также прогрессирует от основания к кончику (Larson and Dickson, 1986). На определенных стадиях своего развития зрелые листочки транспортируют углеводы к дистальным развивающимся листочкам на том же позвоночнике, а также из листа в другие приемники углеводов.

Превращение фотосинтата в определенные химические соединения резко меняется во время развития листьев. В молодых листьях тополя более половины недавно произведенного фотосинтата было включено в белки и пигменты; только 10% было в сахаре. По мере роста листьев процент фотосинтата, который был включен в сахар, линейно увеличивался. К тому времени, когда листья достигли зрелости, более половины фотосинтата приходилось на сахарную фракцию (Dickson and Shive, 1982).

Большая часть углерода, используемого листьями для синтеза белка, получена в результате фотосинтеза, тогда как импортная сахароза преимущественно используется для синтеза структурных углеводов. По мере того, как листья продолжают расти, пропорциональное использование углеводов из этих двух источников изменяется, при этом количество текущего фотосинтата, используемого растущими листьями, в конечном итоге значительно превышает количество, импортируемое из других источников. Помимо экспорта значительного количества углеводов, листья, достигшие максимальной площади поверхности, используют углеводы для созревания.Например, полностью распустившиеся листья северного красного дуба не только экспортировали углеводы, но и использовали их для утолщения лезвий (Dickson et al. , 1990).

Варианты использования углеводов

И лиственные деревья, и вечнозеленые растения используют накопленные углеводы, а также текущий фотосинтат для удлинения побегов. Поскольку лиственные деревья не имеют листвы, когда побеги начинают разрастаться, их рост больше зависит от запасных углеводов, чем рост вечнозеленых растений. Было подсчитано, что до двух третей углеводов, используемых в начале сезона роста побегов и цветов яблонь, поступает из резервов (Hansen, 1977).Позднее в течение сезона лиственные деревья используют текущий фотосинтат для роста побегов.

У видов, демонстрирующих свободный рост побегов (см. Главу 3 Kozlowski and Pallardy, 1997), таких как тополь и яблоня, листья на одном и том же побеге находятся на самых разных стадиях развития. Направление чистого перемещения углеводов от разных листьев вдоль побега изменяется по мере того, как побег удлиняется и добавляет новые листья. Очень молодые листья около верхушки побега импортируют углеводы из зрелых листьев под ними.Когда листья частично расширены, они импортируют и экспортируют углеводы, но полностью развернутые нижние листья экспортируют, но не импортируют углеводы. По мере того, как отдельный лист расширяется и над ним появляются новые листья, схема экспорта углеводов смещается с восходящей на двунаправленную и, в конечном итоге, когда она перекрывается несколькими хорошо разросшимися листьями, к преимущественно нисходящему направлению. Когда лист окончательно стареет, темпы фотосинтеза и экспорта углеводов снижаются (Larson and Gordon, 1969; Hansen, 1967b).

По мере того, как новые листья образовывались у основания удлиненных побегов большезубых осин, они первоначально импортировали и использовали запасенные углеводы (Donnelly, 1974). Первые сформировавшиеся листья начали отдавать фотосинтез примерно 1 июня (рис. 3.7). Первоначально транспорт был в основном вверх к верхушке побега, но в течение 2 недель эти листья транспортировали углеводы вниз, к основному стеблю. Картина транслокации из листьев, расположенных посередине побега, была аналогичной, но эти листья продолжали экспортировать фотосинтат на кончик стебля до начала июля.Верхние, последние сформированные листья не начали экспортировать значительное количество фотосинтата до конца июля. В побеге тополя с 15 листьями верхние 5 листьев разрастались и импортировали фотосинтез, средние 5 листьев экспортировали вверх и вниз по побегу, а нижние 5 листьев переносили фотосинтат к нижнему стеблю и корням (Dickson, 1989 ). В быстрорастущих побегах винограда молодой лист сначала импортировал углеводы из нижележащих листьев. Когда он был примерно наполовину развернут, лист начал экспортировать углеводы в новые нерасширенные листья над ним (рис.3.8 и 3.9). Такой строго восходящий транспорт продолжался всего 1-2 дня. Впоследствии часть фотосинтата также переместилась вниз к плодам. Этот паттерн длился всего 2 или 3 дня, после чего транслокация была полностью нисходящей. Прежнюю функцию листа по снабжению растущими кончиками побегов теперь взяли на себя молодые листья, расположенные ближе к кончикам побегов (Hale and Weaver, 1962).

Рисунок 3.7. Сезонные изменения относительной доли ¹⁴ C-меченного фотосинтата, перемещенного на верхушку и нижнюю часть стебля с верхушек (TL), средних листьев (ML) и прикорневых листьев (BL) на побегах осины большезубых.