Углеводы функции – Функции углеводов – основные в организме человека и клетке в таблице

Содержание

27 . Биологические функции углеводов.

Энергетическая (при окислении 1 г —- 16,9 кДж )
Структурная (все оранизмы используют углеводы для построения скелкта: хитин – у насекомых, клетка – у растений)
Регуляторная (глюкоза регулирует содержание гормонов)
Защитная (углеводы,входящие в состав мукополисахаридов и гликопротеидов, обеспечивает защиту пдлежаих тканей от механического воздействия .
Анаболическая (синтез липидов)
Резервная (гликоген)
Рецепторная (в состав большинства рецепторов клетки входят углеводные фрагменты. Последовательность углеводов в которых несёт важную информацию о структуре рецептора. В частности гликопротеины образуют рецепторы узнавания одних клеток другими, поэтому проблема трансплантации органов заключена в специфике этих рецепторов)
Иммунологическая (в состав большинства образуемых антител входят углеводы)
Католитическая (в состав многих ферментов входят углеводы)
Аммортизаторная (гликопротеиды входят в состав синовиальной жидкости и препядствуют повреждению суставных поверхностей; образуют основное вещество соединительной ткани.
Антифризная (препядствуют замерзанию)

Кроме этого углеводы выполняют резервную функцию (крахмал, гликоген), учавствуют в осмотических процессах, обладают антикоагулянтными свойствами (гепарин), необходимы для нормального окисления белков и липидов.

28 . Переваривание углеводов .

Переваривание начинается в ротовой полости за счёт слюны, содержащей муцин. При пережёвывании пища перемешивается, смачивается, пропитывается воздухом.Частицы слизи обеспечивают мобилизацию ферментов и этим самым увеличивают эффективность переваривания. Переваривание крахмала во рту начинается под действием а – амилазы (птиалин), которая относится к гликозид – гидролазам, гидролизирует

а – 1,4 гликозидную связь, при этом образуются крупномолекулярные фрагменты крахмала – декстрины и немного мальтозы. а – амилаза (относится к эндогликозидазам)- это незаменимый белок, легко проходящий через клеточные барьеры, её активность в крови и моче высока. Активация а— амилазы происходит при рН = 6,8 – 7,0 ионами Са, входящими в состав её активного центра. а – амилаза животного происхождения также активируется ионами хлора.

У некоторых животных (лошади, собаки) а – амилаза отсутствует и крахмал переваривается в тонкой кишке под действием панкреатической амилазы. Кроме

а – амилазы существует ещё два вида амилаз –в— и гамма – амилазы. Они содержатся в тканях.в – амилаза гидролизирует крахмал, отщеплением мальтозы, то есть является экзогликозидазой. Гамма – амилаза отщепляет от крахмала гликозидные остатки. Различают кислую и нейтральную гамма – амилазу, в зависимости от того, в какой области рН они проявляют максимальную активность. Кислая гамма – амилаза локализуется в лизосомах. Нейтральная – в микросомах и гиалоплазме.

Желудочный сок не содержит ферментов, расщепляющих углеводы, но в желудке действие

а– амилазы слюны прекращается, так как среда кислая (рН = 1,5 – 2,5). Но в более глубоких слоях пищевого комка, куда не сразу проникает желудочный сок, действие слюнной амилазы некоторое время продолжается.

В двенадцатиперстной кишке переваривание идёт под действием а– амилазы панкреатического сока. Здесь рН возрастает до нейтральных значений, и при этих условиях панкреатическаяа– амилаза обладает максимальной активность. Она завершает работу, начатую слюнной амилазой по превращению крахмала в мальтозу. Но в молекулах амилопектина и гликогена существуюта– 1,6 – гликозидные связи. Эти связи гидролизуются особыми ферментами: амило – 1,6 гликозидазой, олиго – 1,6 гликозидазой (тер- минальной декстриназой). Образовавшаяся мальтоза быстро гидролизуется под действием мальтозы на две молекулы глюкозы. Сахароза расщепляет сахарозу на глюкозу и фруктозу. Лактоза расщепляет содержащуюся только в молоке лактозу на глюкозу и галактозу. В конце концов, все углеводы распадаются на моносахариды.

Различают три вида пищеварения:

1) полостное (неэффективно, так как вероятность встречи фермента и субстрата не велика и подчиняется закону Броуновского движения)

2) пристеночное (осуществляется в гликокаликсе, который представляет собой гликопротеиновый комплекс, локализованный над и под микроворсинками тонкого кишечника. Сквозь сеть гликокаликса не проникают микробы, поэтому среда пищеварения стерильна, ферменты иммобилизованы на микроворсинках, конкурентного торможения их не происходит, так как среда стерильна. Всё это определяет высокую вероятность встречи фермента и субстрата, а значит и высокую эффективность этого пищеварения, кроме этого образующийся продукт сразу же убирается, поэтому ретроингибирование не имеет места).

3) внутриклеточное (проходит по механизму фаго — и пиноцитоза; является несовершенным, поскольку может приводить к развитию аллергических реакций).

Пристеночное пищеварение– составная часть транспортного конвейра. Пищевой транспортный конвейер – совокупность процессов переваривания, сопряжённая с механизмами всасывания или транспорта веществ через мембрану, причём сопряжённая структурно и функционально, то есть место локализации иммобилизованного фермента находится с местом транспорта Р. За счёт этого конвейера обеспечивается направленное поступление компонентов пищи из полости ЖКТ в кровь. Процессы всасывания осуществляются тремя путями:

1) пассивная диффузия (по градиенту концентрации), так переносятся манноза, арабиноза, ксилоза.

2) облегчённая диффузия (облегчается путём образования гидрофобных каналов и пор при контакте мембраны с транспортируемым веществом).

3) активный транспорт (против градиента концентрации, за счёт энергии макроэргических связей АТФ или энергии мембранного потенциала).

При этом активное участие принимает Na-K- АТФ- аза. В процессе работыNa-K-АТФ-азы в клетку поступает 2К и выкачивается из клетки 3Na.

Механизм всасывания выглядит так: глюкоза соединяется с ионами Na, образуя комплексное соединение, которое транспортируется внутрь клетки. Затем комплекс распадается, а освобождённый ионNaтранспортируется обратно. Попавшая внутрь клетки глюкоза подвергается фосфорилированию. Причинами этого является:

1) при фосфорилировании глюкоза приобретает заряд, это позволяет ей эффективно взаимодействовать с активным центром ферментов, катализирующих последующие реакции.

2) образовавшийся глюкоза – 6 – фосфат имеет отрицательный заряд, что препятствуют его выходу из клетки, то есть срабатывает эффект « замерзания ».

3) фосфат, который связывается с глюкозой становится макроэргическим.

СН₂ОН СН₂ОРО₃Н₂ СН₂ОН

О О О

+ АТФ фосфоглюкомутаза

ОН ОН ОН

ОН ОН — АДФ ОН ОН НО О- РО₃Н₂

ОН ОН ОН

Первая реакция может катализироваться глюкиназой, которая в 10 раз активнее гексоиназы и имеет более высокое значение Kmдля глюкозы и не ингибируется глюкозой – 6 фосфатом, и работает только с глюкозой. Гексокиназа способна фосфорилировать мальтозу и галактозу. Что касается других моносахаридов, то их пути метаболизма можно представить так:

studfiles.net

Лекция 3. Химия углеводов.

3. 1. Общая характеристика углеводов.

Углеводы – органические соединения, которые являются альдегидами или кетонами многоатомных спиртов. Углеводы, содержащие альдегидную группу, называются альдозы, а кетонную – кетозы. Большинство из них (но не все!например, рамноза С6Н12О5) соответствуют общей формуле Сn(Н2О)m, отчего и получили свое историческое название — углеводы. Но есть ряд веществ, например, уксусная кислота С2Н4О2 или СН3СООН, которые хоть и соответствует общей формуле, но не относится к углеводам. В настоящее время принято другое название, которое наиболее верно отражает свойства углеводов – глюциды (сладкий), но историческое название так прочно вошло в жизнь, что им продолжают пользоваться. Углеводы очень широко распространены в природе, особенно в растительном мире, где составляют 70-80 % массы сухого вещества клеток. В животном организме на их долю приходится всего около 2 % массы тела, однако и здесь их роль не менее важна. Доля их участия в общем энергетическом балансе оказывается весьма значительной, превышающей почти в полтора раза долю белков и липидов вместе взятых. В организме углеводы способны откладываться в виде гликогена в печени и расходоваться по мере необходимости.

3. 2. Функции углеводов в организме.

Основные функции углеводов в организме:

Энергетическая функция. Углеводы являются одним из основных источников энергии для организма, обеспечивая не менее 60 % энергозатрат. Для деятельности мозга, почек, крови практически вся энергия поставляется за счет окисления глюкозы. При полном распаде 1 г углеводов выделяется 17,15 кДж/моль или 4,1 ккал/моль энергии.
Пластическая или структурная функция. Углеводы и их производные обнаруживаются во всех клетках организма. В растениях клетчатка служит основным опорным материалом, в организме человека кости и хрящи содержан сложные углеводы. Гетерополисахариды, например, гиалуроновая кислота, входят в состав клеточных мембран и органоидов клетки. Участвуют в образовании ферментов, нуклеопротеидов (рибоза, дезоксирибоза) и др.
Защитная функция. Вязкие секреты (слизь), выделяемые различными железами, богаты углеводами или их производными (мукополисахаридами и др.) они защищают внутренние стенки половых органов ЖКТ, воздухоносных путей и др. от механических и химических воздействий, проникновения патогенных микробов. В ответ на антигены в организме синтезируются иммунные тела, которые являются гликопротеидами. Гепарин предохраняет кровь от свертывания (входит в противосвертывающую систему) и выполняет антилипидемическую функцию.
Регуляторная функция. Пища человека содержит большое количество клетчатки, грубая структура которой вызывает механическое раздражение слизистой оболочки желудка и кишечника, участвуя, таким образом, в регуляции акта перистальтики. Глюкоза в крови участвует в регуляции осмотического давления и поддержании гомеостаза.
Специфические функции. Некоторые углеводы выполняют в организме особые функции: участвуют в проведении нервных импульсов, обеспечении специфичности групп крови и т.д.

studfiles.net

Каковы функции углеводов в клетке?

Для нормального функционирования человеческому организму необходимы фундаментальные вещества, из которых и строятся все структурные части клетки, ткани и вообще весь организм. Это такие соединения, как:

белки;
липиды;
углеводы;
нуклеиновые кислоты.

Все они очень важны. Нельзя выделить среди них более или менее значимые, ведь недостаток любого ведет организм к неминуемой гибели. Рассмотрим, что представляют собой такие соединения, как углеводы, и какую роль играют они в клетке.

Общее понятие об углеводах

С точки зрения химии углеводами называются сложные кислородсодержащие органические соединения, состав которых выражается общей формулой C_n(H₂O)_m. При этом индексы должны быть либо равны, либо больше четырех.

Общее содержание углеводов в клетках живых организмов неодинаково. Так, растительные содержат их около 80%, тогда как животные — всего 2-3%. Сами по себе данные молекулы не зря получили такое название. Ведь оно как раз и отражает их атомарный состав: атомы углерода и молекулы воды, соединенные определенным образом.

Функции углеводов в клетке схожи для растений, животных и человека. Какие они, рассмотрим ниже. Кроме того, сами по себе данные соединения очень различны. Существует целая классификация, которая объединяет их все в одну группу и делит при этом на разные ветви в зависимости от строения и состава.

Каково же строение молекул этого класса? Ведь именно это и будет определять, каковы функции углеводов в клетке, какую роль они будут играть в ней. С химической точки зрения все рассматриваемые вещества — это альдегидоспирты. В состав их молекулы входит альдегидная группировка -СОН, а также спиртовые функциональные группы -ОН.

Существует несколько вариантов формул, с помощью которых можно изобразить строение углевода.

Молекулярная — отражает качественный и количественный состав соединения, но не показывает связи между атомами и не говорит о строении и свойствах.
Структурная. Полная или сокращенная, отражает порядок соединения атомов в молекуле, поэтому по ней можно спрогнозировать свойства.
Проекционные формулы Фишера. Сочетание горизонтальных и вертикальных линий, пересечение которых совпадает с количеством стереоцентральных атомов углерода. При этом атом альдегидной группы показывается отдельно.
Формулы Хеуорса. Используются для написания циклической структуры сахаров, как простых, так и сложных.

Глядя на последние две формулы, можно спрогнозировать функции углеводов в клетке. Ведь станут понятны их свойства, а отсюда и роль.

Химические свойства, которые проявляют сахара, объясняются наличием двух разных функциональных групп. Так, например, как и спирты многоатомные, углеводы способны давать качественную реакцию со свежеосажденным гидроксидом меди (II), а как альдегиды, окисляются до глюконовой кислоты в результате реакции серебряного зеркала.

Классификация углеводов

Так как рассматриваемых молекул большое разнообразие, то химиками была создана единая классификация, которая объединяет все схожие соединения в определенные группы. Так, выделяют следующие типы сахаров.

Простые, или моносахариды. Содержат одну субъединицу в составе. Среди них выделяют пентозы, гексозы, гептозы и прочие. Самые важные и распространенные — рибоза, галактоза, глюкоза и фруктоза.
Сложные. Состоят из нескольких субъединиц. Дисахариды — из двух, олигосахариды — от 2 до 10, полисахариды — больше 10. Самые важные среди них: сахароза, мальтоза, лактоза, крахмал, целлюлоза, гликоген и прочие.

Функции углеводов в клетке и организме очень важны, поэтому значение имеют все перечисленные варианты молекул. Для каждой из них отводится своя роль. Какие же это функции, рассмотрим ниже.

Функции углеводов в клетке

Их несколько. Однако существуют те, которые можно назвать основными, определяющими, и есть второстепенные. Чтобы лучше разобраться в данном вопросе, следует все их перечислить более структурировано и понятно. Так мы выясним функции углеводов в клетке. Таблица, приведенная ниже, нам в этом поможет.

Функция	Пример углевода
Энергетическая	Глюкоза, фруктоза, сахароза и прочие
Резервная или запасающая	Крахмал — у растений, гликоген — у животных
Структурная	Целлюлоза, полисахариды в совокупности с липидами
Защитная	Формируют слизевые защитные слои — гетероолигосахариды
Антикоагулянтная	Гепарин
Источники углерода	Все углеводы

Очевидно, что переоценить значение рассматриваемых веществ сложно, так как именно они лежат в основе многих жизненно важных процессов. Рассмотрим некоторые функции углеводов в клетке более подробно.

Энергетическая функция

Одна из самых важных. Никакие продукты питания, потребляемые человеком, не способны дать ему такое количество килокалорий, как углеводы. Ведь именно 1 грамм данных веществ расщепляется с высвобождением 4,1 ккал (38,9 кДж) и 0,4 грамма воды. Такой выход способен обеспечить энергией работу всего организма.

Поэтому с уверенностью можно сказать, что углеводы в клетке выполняют функции поставщиков или источников силы, энергии, возможности к существованию, к осуществлению любого вида деятельности.

Давно замечено, что именно сладости, которые являются углеводами по большей части, способны быстро восстановить силы и придать энергии. Это касается не только физических тренировок, нагрузок, но и мыслительной деятельности. Ведь чем больше человек думает, решает, размышляет, учит и прочее, тем больше биохимических процессов происходит в его головном мозге. А для их осуществления нужна энергия. Где ее взять? Ответ простой: углеводы, вернее, продукты, которые их содержат, дадут ее.

Энергетическая функция, которую выполняют рассматриваемые соединения, позволяет не только двигаться и думать. Энергия нужна и на многие другие процессы:

построения структурных частей клетки;
газообмена;
пластического обмена;
выделения;
кровообращения и проч.

Все жизненно важные процессы требуют источника энергии для своего существования. Это и обеспечивают для живых существ углеводы.

Пластическая

Другое название данной функции — строительная, или структурная. Оно говорит само за себя. Углеводы принимают активное участие в построении важных макромолекул в организме, таких как:

ДНК.
РНК.
АТФ.
АДФ и прочие.

Именно благодаря рассматриваемым нами соединениям происходит формирование гликолипидов — одних из важнейших молекул клеточных мембран. Кроме того, из целлюлозы, то есть полисахарида, построена клеточная стенка растений. Она же — основная часть древесины.

Если же говорить о животных, то у членистоногих (ракообразных, пауков, клещей), протистов в состав клеточной мембраны входит хитин — полисахарид. Этот же компонент встречается в клетках грибов.

Таким образом, углеводы в клетке выполняют функции строительного материала и позволяют формироваться многим новым структурам и распадаться старым с высвобождением энергии.

Запасающая

Данная функция очень важна. Не вся энергия, поступающая в организм с пищей, тратится сразу. Часть остается заключенной в молекулах углеводов и откладывается в виде запасных питательных веществ.

У растений это крахмал, или инулин, в клеточной стенке — целлюлоза. У человека и животных — гликоген, или животный жир. Это происходит для того, чтобы всегда был запас энергии на случай голодания организма. Так, например, верблюды запасают жир не только для получения энергии при его расщеплении, а, по большей части, для высвобождения необходимого количества воды.

Защитная функция

Наряду с описанными выше, функции углеводов в клетке живых организмов еще и защитные. В этом легко убедиться, если проанализировать качественный состав смолы и камеди, образующейся в месте ранения структуры дерева. По своей химической природе это моносахариды и их производные.

Такая вязкая жидкость не позволяет посторонним патогенным организмам проникать внутрь дерева и вредить ему. Так получается, что осуществляется выполнение защитной функции углеводов.

Также примером данной функции могут служить такие образования у растений, как шипы, колючки. Это — мертвые клетки, которые состоят преимущественно из целлюлозы. Они защищают растение от поедания животными.

Основная функция углеводов в клетке

Из тех функций, что мы перечислили, безусловно, можно выделить самую главную. Ведь все же задача каждого продукта, содержащего рассматриваемые вещества, — усвоиться, расщепиться и дать организму необходимую для жизни энергию.

Поэтому основная функция углеводов в клетке — энергетическая. Без достаточного количества жизненных сил не сможет нормально протекать ни один процесс, как внутренний, так и наружный (движение, мимика лица и прочее). А больше, чем углеводы, ни одно вещество не может дать энергетический выход. Поэтому мы и обозначаем данную роль как самую важную и значимую.

Продукты, содержащие углеводы

Еще раз обобщим. Функции углеводов в клетке следующие:

энергетическая;
структурная;
запасающая;
защитная;
рецепторная;
теплоизоляционная;
каталитическая и прочие.

Какие же продукты необходимо употреблять, чтобы организм получал достаточное количество этих веществ каждый день? Небольшой список, в котором собраны только наиболее богатые углеводами продукты, поможет нам в этом разобраться.

Растения, клубни которых богаты крахмалом (картофель, топинамбур и другие).
Крупы (рис, перловка, гречка, пшено, овес, пшеница и прочие).
Хлеб и все хлебобулочные изделия.
Тростниковый или свекловичный сахар — это дисахарид в чистом виде.
Макароны и все их разновидности.
Мед — на 80% состоит из рацемической смеси глюкозы и фруктозы.
Сладости — любые кондитерские изделия, которые сладки на вкус, являются источниками углеводов.

Однако злоупотреблять перечисленными продуктами также не стоит, ведь это может привести к излишнему отложению гликогена и, как следствие, ожирению, а также сахарному диабету.

fb.ru

§ 1. Классификация и функции углеводов

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

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

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

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

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

Название «углеводы» является историческим. Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С_mH₂_nO_n или C_m(H₂O)_n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

Классификация углеводов

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

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.:

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu²⁺, Ag⁺) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.

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

Функции углеводов

Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.

Энергетическая и запасающая функция

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Структурная, опорная и защитная функции

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

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

Регуляторная функция

Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

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

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

ebooks.grsu.by

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 (Н₂ О) _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

С₅ Н₁₀ О₅

Значение:

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

— Дезоксирибоза

С₅ Н₁₀ О₄

Значение:

Входит в состав ДНК

— Глюкоза

С₆ Н₁₂ О₆

Значение:

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

Моносахариды

— Фруктоза

С₆ Н₁₂ О₆

Значение:

Входит в состав сахарозы, других олигосахаридов, полисахаридов

— Галактоза

С₆ Н₁₂ О₆

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.

mirznanii.com
Глава I. Углеводы
Глава I. УГЛЕВОДЫ
§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ
Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных. В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:
Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу. Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:
Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.
Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.
Название «углеводы» является историческим. Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С_mH₂_nO_n или C_m(H₂O)_n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

Классификация углеводов
Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.
Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.:

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.
Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu²⁺, Ag⁺) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.
Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:
Функции углеводов
Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.
Энергетическая и запасающая функция
В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим с пищей, является крахмал. Он содержится в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются расщеплению с целью извлечения из них энергии.
Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота
,
которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.
В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:
В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.
Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях:
Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.
Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.
В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.
Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

Структурная, опорная и защитная функции
Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма. Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.
Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

Регуляторная функция
Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.
Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:
,
а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.
ebooks.grsu.by
Какие функции выполняют углеводы

Углеводы являются одним из самых важных и самым распространенным на планете классом органических соединений. Роль углеводов в целом можно описать, как своеобразный мост между органическими и неорганическими соединениями. Если рассматривать роль углеводов в жизнедеятельности человека, что следует выделить их участие в регулировании биохимических процессов организма, способствование накоплению и выделению энергии, а также огромное влияние на структуру и пластичность живых клеток.
Влияние углеводов на функционирование и нормализацию всех жизненных процессов организма человека велико. Самая важная роль углеводов в организме – нормализация обмена белков и жиров. В паре с белками, углеводы образуют важные для жизнедеятельности человека соединения, гормоны и ферменты, а также участвуют в секреторных образованиях желез – при выделении слюны, желудочного сока и прочего.
Основным источников углеводов являются продукты растительного происхождения. Такие углеводы, как пектин, клетчатка и крахмал относятся к углеводам сложного типа – полисахаридам. Клетчатка обязательно должна присутствовать в рационе питания человека, так как она способствует нормальной работе кишечника и способствует развитию важных и полезных бактерий в кишечной среде. Пектин же очень важен при выведении вредных веществ из организма, так как он тоже стимулирует пищеварение человека.
Что касается крахмала, то этот сложный углевод довольно долго усваивается организмом, в процессе чего перерабатывается до моносахарозы – глюкозы. Его можно назвать источником энергии длительного действия.
При расщеплении и переработке углеводов запускаются процессы по выделению энергии, необходимой для поддержания нормальной жизнедеятельности организма в целом. При переработке одного грамма углеводов вырабатывается до 4,1 ккал.
Моносахариды или простейшие углеводы состоят из единственной молекулы сахара, являются твердым кристаллическим веществом, способны растворяться в воде и имеют сладкий вкус. Моносахариды могут входить в состав более сложных углеводов. Гидролиз, или растворение сложного вещества водой, сложных углеводов ведет к их распаду на более простые углеводы – моносахариды. А вот моносахариды не подвержены распаду, потому что сами являются простейшим веществом.
К моносахаридам относятся глюкоза, галактоза и фруктоза – самые важные моносахариды для человеческого организма. При расщеплении сложных углеводов, они попадают в кровь и благодаря ей попадают во все органы человека, особенно в печень.
Фруктоза – это так называемый плодовый сахар, содержится в плодовых фруктах и меде. В отличие от глюкозы, фруктоза в два раза слаще и намного медленнее всасывается в кровь.
Галактоза в чистом виде в природе отсутствует. Этот моносахарид в паре с глюкозой образует молочный сахар – лактозу. Лактоза вырабатывается в молочных жирах животного происхождения из глюкозы крови в период кормления – лактации.
Попадая в печень, фруктоза и галактоза подвергаются химическим преобразованиям и таким образом трансформируются в глюкозу.
Что касается глюкозы – то это самый важный моносахарид, необходимый для нормальной жизнедеятельности человеческого организма.
Основная функция — энергетическая
Главным энергетическим источником для клеток человеческого организма является глюкоза – углевод простого типа. Среднее содержание глюкозы в крови составляет 0,6-1,1 г на литр. Пища, насыщенная углеводами, дает возможность организму получить свыше 60% от необходимого энергетического ресурса для нормального функционирования всех органов.
В продуктах и готовых блюдах углеводы представлены в виде сложных соединений – полисахаридов растительного или животного происхождения. А попадая в желудок, происходит их расщепление на простейшие соединения – моносахариды. В организме именно глюкоза составляет 80% всех моносахаридов.
Энергия, которая вырабатывается при переработке глюкозы, дает возможность обеспечить нормальную работу на клеточном уровне головного мозга и мышечной ткани, особенно в периоды сильных нагрузок. Важна глюкоза для головного мозга, так как его клетки не могут самостоятельно синтезировать энергию из поступающих с кровью веществ.
Необходимо более внимательно следить за уровнем глюкозы в организме. При активном образе жизни или достаточно серьезных умственных нагрузках следует увеличить потребление углеводов, чтобы обеспечить организм необходимым запасом глюкозы. Резкое снижение или повышение уровня глюкозы может привести к достаточно серьезным последствиям.
При резком снижении уровня глюкозы мозг начинает испытывать голод, что может привести к обмороку, коме и иногда к летальному исходу. Если падение уровня глюкозы в крови является процессом постепенным – например, при соблюдении диеты, то нехватка энергии негативно отражается не только на физическом, но и на психическом состоянии человека. Его одолевает апатия или депрессия, в мышцах появляется слабость и любое физическое напряжение выполняется с трудом. Умственная деятельность притормаживается, и человек погружается в некое заторможенное состояние.
Переизбыток же глюкозы приводит к таким заболеваниям, как сахарный диабет. К тому же слишком большое количество глюкозы в крови приводит и к нарушениям в работе почек. Они начинают усиленно выводить из организма воду, поэтому человек испытывает сильную жажду или обезвоживание. Это один из симптомов сахарного диабета.
Помимо этого, излишнее содержание глюкозы в крови приводит к активации процессов по накоплению жира в организме. Таким образом, избыток углеводов в рационе питания способствует образованию жировых отложений, что негативно скажется как внешне – на фигуре, так и внутренне – на состоянии здоровья в целом.
Именно поэтому очень важно соблюдать баланс в потреблении углеводов. При активном образе жизни, серьезных физических нагрузках или длительных умственных процессах следует больше потреблять продуктов, в которых содержатся быстроусвояемые углеводы. К таким продуктам относятся выпечка из хлеба, из белой муки, конфеты и шоколад, крупа, алкогольные напитки.
Если же человек ведет менее активный или пассивный образ жизни, мало двигается и физические нагрузки сведены к необходимому минимуму, то в рационе питания должны доминировать продукты с углеводами медленного усвоения. Тогда организм не будет перенасыщен энергией, она будет поступать равномерно. Иначе ее переизбыток негативно отразится на общем состоянии организма, нарушится работа нервной системы и головного мозга, начнется выработка большого количества гормонов и ферментов, которые способствуют «запасанию» жира в тканях.
Функции защитные
Клеточная мембрана и внутриклеточные образования также содержат углеводы или их производные. Поэтому, помимо наполнения организма энергией, углеводы также способствуют синтезу многих важнейших веществ, ферментов, аминокислот и липидов. Такая особенность углеводов способствует укреплению иммунной системы человека, защищая организм от болезнетворных бактерий и вирусов. А некоторые полисахариды глюкозы составляют основу волосяного покрова человека, хрящей и связок.
В своем большинстве все выделения секреции организма, особенно желудочно-кишечного тракта, содержат большое количество углеводов и производных. Поэтому к еще одной важной функции углеводов в организме следует отнести способность активизировать и участвовать в процессах по защите стенок пищевода, кишечника и желудка, а также других полых органов от проникновения болезнетворных и вредных бактерий и вирусов, механического повреждения.
Функции регуляторные
Для нормальной работы кишечника организму необходима клетчатка. Она является сложным полисахаридом, который не растворяется в воде и не поддается ферментированию в желудочно-кишечном тракте человека. При этом большая часть пищи, которую потребляет человек, насыщена клетчаткой. Структура этого полисахарида достаточно грубая, и при его переработке происходят механические раздражения слизистой желудка и кишечника. Такое раздражение приводит к волнообразному сокращению стенок кишечника и желудка, а у человека появляется ощущение сытости. Таким образом, клетчатка является своеобразным чистильщиком, способствует очищению стенок кишечника от шлаковых и иных отложений.
Другие функции
Еще одной функцией углеводов является пластическая функция. Углеводы, попадая в организм с пищей, не только расщепляются и являются первопричиной выработки глюкозы. Гликоген относится к простым углеводам животного типа и представляет собой некое хранилище глюкозы. Этот углевод откладывается в тканях организма, создавая таким образом энергетический запас.
Помимо этого, углеводы входят в состав таких сложных молекул, как дезоксирибозы и ризобы. Благодаря этому углеводы принимают участие в построении ДНК, РНК и АТФ.
Осмотическое давление крови во многом зависит от концентрации глюкозы в крови. Это давление, при котором происходит нормальный обмен между внутриклеточной жидкостью и той, что находится за мембраной клеток. При нормальном состоянии давление на мембрану клетки происходит в такой степени, чтобы клетка была нормальной формы – не съеженная или распухшая. При нормальном осмотическом давлении концентрация глюкозы составляет порядка 100 мг на процент глюкозы. Таким образом, углеводы выполняют регулятивную функцию.
Одним из видов полисахаридов являются олигосахариды. Данный углевод содержит остатки моносахаридов и является частью воспринимающей (рецепторной) части клетки или молекулы-лиганды. Такой вид функций углеводов называется рецепторным.
Читайте также:

Лучшее на сайте

Дата публикации:&nbsp 12.11.2015 © Алина
muscleoriginal.com