Защитная функция углеводов примеры: Функции углеводов – основные в организме человека и клетке в таблице

Строение, примеры и функции углеводов

Строение и функции углеводов и липидов

Вода

Вода — самое распространенное неорганическое соединœение. Содержание воды составляет от 10% (зубная эмаль) до 90% массы клетки (развивающийся эмбрион). Без воды жизнь невозможна, биологическое значение воды определяется ее химическими и физическими свойствами.

Молекула воды имеет угловую форму: атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, часть, где находится кислород, — отрицательно, в связи с этим молекула воды является диполем. Между диполями воды образуются водородные связи. Физические свойства воды: прозрачна, максимальная плотность — при 4 °С, высокая теплоемкость, практически не сжимается; чистая вода плохо проводит тепло и электричество, замерзает при 0 °С, кипит при 100 °С и т.д. Химические свойства воды: хороший растворитель, образует гидраты, вступает в реакции гидролитического разложения, взаимодействует со многими оксидами и т.д. По отношению к способности растворяться в воде различают: гидрофильные вещества — хорошо растворимые, гидрофобные вещества — практически нерастворимые в воде.

Биологическое значение воды:

· является основой внутренней и внутриклеточной среды,

· обеспечивает поддержание пространственной структуры,

· обеспечивает транспорт веществ,

· гидратирует полярные молекулы,

· служит растворителœем и средой для диффузии,

· участвует в реакциях фотосинтеза и гидролиза,

· способствует охлаждению организма,

· является средой обитания для многих организмов,

· способствует миграциям и распространению семян, плодов, личиночных стадий,

· является средой, в которой происходит оплодотворение,

· у растений обеспечивает транспирацию и прорастание семян,

· способствует равномерному распределœению тепла в организме и мн. др.

Углеводы — органические соединœения, состав которых в большинстве случаев выражается общей формулой Cn(h3O)m (n и m ≥ 4). Углеводы подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды — простые углеводы, исходя из числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, бывают представлены в форме α- или β-изомеров.

Рибоза и дезоксирибоза относятся к группе пентоз, входят в состав нуклеотидов РНК и ДНК, рибонуклеозидтрифосфатов и дезоксирибонуклеозидтрифосфатов и др.
Размещено на реф.рф
Дезоксирибоза (С5Н10О4) отличается от рибозы (С5Н10О5) тем, что при втором атоме углерода имеет атом водорода, а не гидроксильную группу, как у рибозы.

Глюкоза, или виноградный сахар (С6Н12О6), относится к группе гексоз, может существовать в виде α-глюкозы или β-глюкозы. Отличие между этими пространственными изомерами состоит по сути в том, что при первом атоме углерода у α-глюкозы гидроксильная группа расположена под плоскостью кольца, а у β-глюкозы — над плоскостью.

Глюкоза — это:

один из самых распространенных моносахаридов,

важнейший источник энергии для всœех видов работ, происходящих в клетке (эта энергия выделяется при окислении глюкозы в процессе дыхания),

мономер многих олигосахаридов и полисахаридов,

необходимый компонент крови.

Фруктоза, или фруктовый сахар, относится к группе гексоз, слаще глюкозы, в свободном виде содержится в меде (более 50%) и фруктах. Является мономером многих олигосахаридов и полисахаридов.

Олигосахариды — углеводы, образующиеся в результате реакции конденсации между несколькими (от двух до десяти) молекулами моносахаридов. Учитывая зависимость отчисла остатков моносахаридов различают дисахариды, трисахариды и т. д. Наиболее распространены дисахариды. Свойства олигосахаридов — растворяются в воде, кристаллизуются, сладкий вкус уменьшается по мере увеличения числа остатков моносахаридов. Связь, образующаяся между двумя моносахаридами, принято называть гликозидной.

Сахароза, или тростниковый, или свекловичный сахар, — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и фруктозы. Содержится в тканях растений. Является продуктом питания (бытовое название — сахар). В промышленности сахарозу вырабатывают из сахарного тростника (стебли содержат 10–18%) или сахарной свеклы (корнеплоды содержат до 20% сахарозы).

Мальтоза, или солодовый сахар, — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Присутствует в прорастающих семенах злаков.

Лактоза, или молочный сахар, — дисахарид, состоящий из остатков глюкозы и галактозы. Присутствует в молоке всœех млекопитающих (2–8,5%).

Полисахариды — это углеводы, образующиеся в результате реакции поликонденсации множества (несколько десятков и более) молекул моносахаридов. Свойства полисахаридов — не растворяются или плохо растворяются в воде, не образуют ясно оформленных кристаллов, не имеют сладкого вкуса.

Крахмал (С6Н10О5)n — полимер, мономером которого является α-глюкоза. Полимерные цепочки крахмала содержат разветвленные (амилопектин, 1,6-гликозидные связи) и неразветвленные (амилоза, 1,4-гликозидные связи) участки. Крахмал — основной резервный углевод растений, является одним из продуктов фотосинтеза, накапливается в семенах, клубнях, корневищах, луковицах. Содержание крахмала в зерновках риса — до 86%, пшеницы — до 75%, кукурузы — до 72%, в клубнях картофеля — до 25%. Крахмал — основной углевод пищи человека (пищеварительный фермент — амилаза).

Гликоген (С6Н10О5)n — полимер, мономером которого также является α-глюкоза. Полимерные цепочки гликогена напоминают амилопектиновые участки крахмала, но в отличие от них ветвятся еще сильнее. Гликоген — основной резервный углевод животных, в частности, человека. Накапливается в печени (содержание — до 20%) и мышцах (до 4%), является источником глюкозы.

Целлюлоза (С6Н10О5)n — полимер, мономером которого является β-глюкоза. Полимерные цепочки целлюлозы не ветвятся (β-1,4-гликозидные связи). Основной структурный полисахарид клеточных стенок растений. Содержание целлюлозы в древесинœе — до 50%, в волокнах семян хлопчатника — до 98%. Целлюлоза не расщепляется пищеварительными соками человека, т.к. у него отсутствует фермент целлюлаза, разрывающий связи между β-глюкозами.

Инулин — полимер, мономером которого является фруктоза. Резервный углевод растений семейства Сложноцветные.

Гликолипиды — комплексные вещества, образующиеся в результате соединœения углеводов и липидов.

Гликопротеины — комплексные вещества, образующиеся в результате соединœения углеводов и белков.

Функции углеводов

Функции углеводов

Образование Функции углеводов

Количество просмотров публикации Функции углеводов — 663

Функции углеводов — понятие и виды. Классификация и особенности категории «Функции углеводов» 2017, 2018.

Читайте также

Углеводы клетки их функции, классификация

Углеводы (сахара) — это органические вещества, которые содержат карбонильную группу (=С=O) и несколько гидроксильных групп. Общая формула углеводных соединений записывается как С_x(Н₂О)_y где x и y могут иметь разные значения. Все углеводы являются либо альдегидами, либо кетонами, а в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп, т. е. они одновременно являются и многоатомными спиртами.

Классификация углеводов химическая

Углеводы подразделяют на три главных класса: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Таблица классификация углеводов, их структура, функции

Таблица углеводов и их функции 

Основные общие функции углеводов

1. Структурную (клеточные стенки растений, бактерий, грибов; наружный скелет членистоногих).

2. В составе гликокаликса животных клеток определяют антигенные свойства клеток, их способность «узнавать» друг друга.

3. Являются важным компонентом соединительной ткани позвоночных животных.

4. Выполняют защитную функцию (у животных — гепарин как ингибитор свертывания крови, у растений — камеди и слизи, образующиеся в ответ на повреждения тканей).

5. Полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии при окислении в процессах брожения, гликолиза, дыхания (энергетическая ценность глюкозы составляет 17,6 кДж/моль).

6. Рибоза и дезоксирибоза являются компонентами нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты.

7. В различных процессах хчетаболизма углеводы могут превращаться в аминокислоты (далее в белки) и жиры.

_______________

Источник информации:

1. Биология человека в диаграммах / В.Р. Пикеринг — 2003.

2. Общая биология / Левитин М. Г. — 2005.

3. Биохимия в схемах и таблицах / И. В. Семак — Минск — 2011.

17. Основные функции углеводов

Функции белков

Перед подробным изучением роли белков, давайте вспомним функции углеводов и липидов.

Углеводы: структурная, энергетическая и запасающая. Итого три.
У липидов побольше: те же энергетическая, запасающая и структурная. Плюс специфические: защитная, теплоизоляционная и регуляторная. Итого шесть.

А что с белками? Забегая вперёд, скажем, что у белков их около десяти. Почему так много? Нетрудно догадаться.

Из предыдущих уроков вы знаете, что белки имеют более сложное строение и отличаются огромным разнообразием. А поэтому и выполняют в живых организмах чрезвычайно важные и многообразные функции.

Итак, проследим за работой этих трудяг и выясним, почему же именно они являются незаменимыми составляющими жизни.

Начнём с самой основополагающей и солидной функции – строительной, или структурной.

Белки являются неотъемлемой составляющей всех клеток, всех тканей всех живых организмов. Как вы помните, вместе с фосфолипидами они входят в состав цитоплазматических мембран. Из белков построен цитоскелет клетки, о котором подробнее вы узнаете совсем скоро, мышечные волокна также представлены белками. Белок коллаген является основным элементом хрящей и сухожилий. Кстати, коллаген – лидер среди белков у млекопитающих. Его содержание в организме может достигать до 35% от всех белков.
Кератин – важнейший структурный компонент перьев, ногтей, рогов, волос, копыт у животных.

В составе связок, лёгких, в стенках артерий мы обнаружим белок эластин.

Следующая функция по важности мало уступает первой. Но если структурная не таит в себе каких-либо особых секретов, то ферментативная, или каталитическая – и сегодня загадка для учёных. Здесь речь идёт о тех белках, которые способны ускорять химические реакции, выступая в роли катализаторов. Или точнее – биологических катализаторов. Называются они ферментами и способны увеличивать скорость протекания химической реакции в миллионы и миллиарды раз. Только вдумайтесь! Неорганическим катализаторам такие способности и не снились. Их эффективность ограничивается сотнями и тысячами раз.

Подробнее с теорией, которая описывает механизм работы ферментов, вы познакомитесь немножко позже.

Далее транспортная функция. Многие белки обладают способностью легко присоединять к себе различные вещества, переносить и легко отдавать в нужном месте. Первым примером такого белка, который мы сразу вспомним, будет, конечно же, гемоглобин эритроцитов позвоночных животных. Он связывает и переносит кислород. Ну и немножко углекислый газ.
Жирные кислоты в организме транспортируются альбуминами крови.
Глобулины переносят ионы металлов и гормоны.
Белки цитоплазматической мембраны обеспечивают транспорт веществ в клетку и из неё.

Сократительная, или двигательная функция. Мы знаем, что одним из признаков живых существ является способность к движению. Передвигаться могут отдельные клетки, ткани, органы и целые организмы. В основе работы мышц, а также внутриклеточных сокращений лежит способность изменять свои размеры белков актина и миозина. А белок тубулин обеспечивает перемещение хромосом при делении клетки, движение ресничек и жгутиков эукариотических клеток.

Пептиды и белки могут выполнять и роль гормонов, изменяя скорость протекания различных физиологических процессов. Выполняя регуляторную функцию.
Как вы помните из восьмого класса, инсулин и глюкагон поддерживают постоянную концентрацию глюкозы в крови. А гормон роста соматотропин отвечает, соответственно, за рост и физическое развитие вашего организма.

Сигнальная функция. Некоторые белки, входящие в состав плазмалеммы, могут изменять свою структуру под действием различных внешних факторов. Тем самым они обеспечивают приём сигналов из внешней среды и передают полученную информацию в клетку. Помните, как работает наше зрение? При попадании света на светочувствительный пигмент родопсин, он распадается. В ответ на появление продуктов распада родопсина возникает нервный импульс, который и формирует зрительные ощущения. Так вот, составляющая пигмента родопсина – белок опсин.

Существуют белки, которые стоят на страже целостности организмов. Они способны защищать внутреннюю среду от повреждений и вторжения чужеродных тел. Любой живой организм постоянно подвержен проникновению незваных объектов (антигенов). Но в здоровом организме незваные гости быстро нейтрализуются при помощи лейкоцитов.

Последние вырабатывают специальные белки – иммуноглобулины (антитела), которые подавляют деятельность антигенов. Тем самым обеспечивая иммунный ответ. Например, от вирусных инфекций защищает белок интерферон. А от чрезмерной потери крови – фибриноген, тромбопластин и тромбин. Обеспечивая её свёртывание.

Токсическая функция. Белки могут не только защищаться, но и нападать. Хотя защита – это тоже нападение.
Многие живые существа способны вырабатывать и выделять белки-токсины. Это характерно для ряда животных, а особенно грибов, растений, микроорганизмов. Например, пептидную природу имеет дифтерийный токсин. Возможно, вы слышали о нём. Вырабатывается бактерией Corynebacterium diphtheriae (бацилла Лёффлера) и нарушает синтез белков.
В ответ на проникновение белков-токсинов, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, подавляющие действие ядов. А если такие антитоксины не вырабатываются, то их можно ввести. При укусе той же змеи спасают жизнь человеку, вводя специфический антитоксин. Но только специфический. То есть для каждой змеи свой.

Запасающая функция. В первую очередь эту функцию выполняют, как мы уже сказали, углеводы и жиры. Но в семенах растений запасаются именно резервные белки. Зачем? Для прорастания зародыша нужен азот. А углеводы и липиды азота, как известно, не содержат. Вот почему семена некоторых растений (бобовые) содержат даже полноценные белки, заменяющие мясо.

Энергетическая функция. Несмотря на свою ценность, в крайних случаях белки могут выступать и всего лишь источником энергии для организма. Но происходит это только тогда, когда расходовались все углеводы и жиры. Как и углеводы, белки при расщеплении 1 грамма дают 17,6 кДж энергии.

Тест Углеводы 10 класс с ответами ( Выберите неверное утверждение об углеводах …)

Рубрика: Биология

Тесты по биологии 10 класс. Тема: “Углеводы”

Правильный вариант ответа отмечен знаком +

1) Выберите неверное утверждение об углеводах:

А) содержание углеводов в животных клетках составляет от 1 до 5 %;

Б) содержание углеводов в некоторых растительных клетках составляет до 90 %;

В) различают три класса углеводов: моносахариды; олигосахариды, полисахариды;

+Г) все утверждения верны.

2) Выберите верную сортировку признаков углеводов с приведенными в таблице классами:

+А) А-3, Б-1, 2;

Б) А-1, 2; Б-3;

В) А-1, Б-2, 3;

Г) А-2, Б-1, 3.

3) Укажите моносахариды, наиболее значимые для живых организмов:

А) рибоза, дезоксирибоза;

Б) глюкоза;

В) фруктоза, галактоза;

+Г) все ответы верны.

4) Важной функциональной структурой какой макромолекулы является сахарид рибоза? Выберите верный ответ:

А) ДНК;

+Б) РНК;

В) остаток фосфорной кислоты;

Г) все ответы верны.

5) Укажите класс углеводов, о которых идет речь в предложении: в основе этого класса углеводов мономеры соединены друг с другом ковалентно, с помощью гликозидной связи.

А) полисахариды;

+Б) олигосахариды;

В) моносахариды;

Г) все ответы верны.

6) Укажите класс углеводов, о которых идет речь в предложении: в основе этого класса углеводов лежит ковалентная связь, соединяющая мономеры.

+А) полисахариды;

Б) олигосахариды;

В) моносахариды;

Г) все ответы верны.

7) Укажите запасающие вещества, в виде которых откладываются избытки углеводов в живых организмах:

А) крахмал, липиды;

+Б) гликоген, крахмал;

В) целлюлоза, хитин;

Г) гликоген, мальтоза.

8) Укажите углеводы и производные углеводов, выполняющие защитные функции:

А) камеди, гликоген;

Б) гликоген, крахмал;

В) крахмал, целлюлоза;

+Г) камеди, хитин.

9) Укажите основные составляющие элементы углеводов:

А) вода, сахар;

Б) углерод, водород, азот;

+В) углерод, водород, кислород;

Г) углерод, многоатомные спирты.

тест 10) Что изображено на рисунке?

+А) все ответы верны;

Б) общая формула сахаридов;

В) общая формула углеводов.

11) Как называют углеводы, образующие комплексы с белками? Выберите верный ответ:

А) гликоамилазы;

Б) гликоуредазы;

В) гликолипиды;

+Г) гликопротеиды.

12) Как называют углеводы, образующие комплексы с жирами? Выберите верный ответ:

А) гликоамилазы;

Б) гликоуредазы;

+В) гликолипиды;

Г) гликопротеиды.

13) Укажите неверное утверждение об углеводах:

+А) основная функция углеводов – образование воды при окислении;

Б) основная функция углеводов – энергетическая;

В) углеводы выполняют запасающую функцию;

Г) важные функции углеводов: строительная, структурная.

14) О каком классе углеводов идет речь в предложении: образованы двумя или несколькими моносахаридами, растворимы в воде. Укажите верный ответ:

+А) олигосахариды;

Б) моносахариды;

В) полисахариды;

Г) гликопротеиды.

15) О каком классе углеводов идет речь в предложении: являются полимерами и состоят из неопределенно большого числа остатков моносахаридов. Укажите верный ответ:

А) олигосахариды;

Б) моносахариды;

+В) полисахариды;

Г) гликопротеиды.

16) Что изображено на рисунке?

+А) схема строения полисахаридов;

Б) схема строения дисахаридов;

В) схема строения моносахаридов;

Г) все ответы верны.

17) К группе каких веществ относятся углеводы? Укажите верный ответ:

А) неорганические вещества;

+Б) органические вещества;

В) минеральные вещества;

Г) витамины.

18) Укажите основные функции углеводов:

А) источник воды, амортизационная, транспортная;

Б) энергетическая, наследственная,

+В) энергетическая, запасающая, структурная, строительная;

Г) все ответы верны.

19) Укажите верное утверждение об углеводах:

А) углеводы еще называют сложными аминокислотами;

Б) углеводы – важные минеральные соединения;

В) углеводы состоят из водорода и кислорода;

+Г) соотношение водорода и кислорода в углеводах такое же, как в молекуле воды.

тест-20) Укажите неверное утверждение об углеводах:

+А) все утверждения верны;

Б) крахмал, гликоген, целлюлоза – примеры углеводов из класса полисахаридов;

В) с увеличение количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается;

Г) при расщеплении 1 г углеводов высвобождается 17,6 Кдж.

Углеводы представляют собой натуральные органические вещества. В их формуле присутствуют углерод и вода. Благодаря этим элементам организм черпает энергию, которая требуется для поддержания нормальной работы. В зависимости от химической структуры углеводы бывают простыми и сложными. Углеводы Что такое углеводы

Углеводы – кислородсодержащие органические вещества, в которых водород и кислород находятся, как правило, в соотношении 2:1 (как и в молекуле воды).

Общая формула большинства углеводов – C_n(H₂O)_m. Но этой общей формуле отвечают и некоторые другие соединения, не являющиеся углеводами, например: C(H₂O) то есть HCHO или C₂(H₂O)₂ то есть CH₃COOH.

В линейных формах молекул углеводов всегда присутствует карбонильная группа (как таковая, или в составе альдегидной группы). И в линейной, и в циклической формах молекул углеводов присутствуют несколько гидроксильных групп. Поэтому углеводы относят к двуфункциональным соединениям.

Углеводы по их способности гидролизоваться делятся на три основных группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды. Моносахариды (например, глюкоза) не гидролизуется, молекулы дисахаридов (например, сахарозы) гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов, а молекулы полисахаридов (наример, крахмала) гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов.

Моносахариды

Если в линейной форме молекулы моносахарида есть альдегидная группа, то такой углевод относится к альдозам, т. е. представляет собой альдегидоспирт (альдозу), если же карбонильная группа в линейной форме молекулы не связана с атомом водорода, то это кетоноспирт (кетоза)

По числу атомов углерода в молекуле моносахариды делятся на триозы (n = 3), тетрозы (n = 4), пентозы (n =5), гексозы (n = 6) и т. д. В природе чаще всего встречаются пентозы и гексозы.

Если в линейной форме молекулы гексозы есть альдегидная группа, то такой углевод относится к альдогексозам (например, глюкоза), а если только карбонильная, то – к кетогексозам (например, фруктоза)

Сложность химического и пространственного строения моносахаридов приводит к тому, что у них существует множество изомеров, так, например, существует несколько десятков изомерных гексоз.

Картина осложняется еще и тем, что при растворении моносахаридов у части молекул происходит обратимое раскрытие цикла, а обратная циклизация может привести к образованию другого изомера. Для -глюкозы (обычной кристаллической формы глюкозы) этот процесс выражается следующим уравнением:

Физические свойства моносахаридов: бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде, на вкус сладкие.

Химические свойства глюкозы

Являясь двуфункциональным соединением, глюкоза проявляет свойства многоатомного спирта и альдегида (в растворе) – качественная реакция.

1. Горение (а также полное окисление в живом организме): C₆H₁₂O₆ + 6O₂ 6CO₂ +6H₂O

   а) Как многоатомный спирт при комнатной температуре реагирует с Cu(OH)₂, образуя раствор синего цвета.

   б) Как альдегид окисляется аммиачным раствором оксида серебра (реакция серебряного зеркала) или гидроксидом меди(II) (качественные реакции):
   HOCH₂—(CHOH)₄—CHO + Ag₂O HOCH₂—(CHOH)₄—COOH + 2Ag глюкоза глюконовая кислота
   HOCH₂—(CHOH)₄—CHO + Cu(OH)₂ HOCH₂—(CHOH)₄—COOH + Cu₂O + 2H₂O
   в) Как альдегид вступает в реакции присоединения (восстанавливается):
   HOCH₂—(CHOH)₄—CHO + H₂ HOCH₂—(CHOH)₄—CH₂OH глюкоза сорбит (гексангексаол-1,2,3,4,5,6)

2. Спиртовое брожение: C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂
3. Молочнокислое брожение: C₆H₁₂O₆ 2CH₃—CH(OH)—COOH

Дисахариды

Из дисахаридов наибольшее значение имеет сахароза C₁₂H₂₂O₁₁:

Молекула сахарозы состоит из остатков молекул глюкозы и фруктозы.

Физические свойства: бесцветное кристаллическое вещество, очень хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус.

Химические свойства

В растворе сахарозы не происходит раскрытие циклов, поэтому она не обладает свойствами альдегидов.

1. Гидролиз (в кислотной среде):
   C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆ сахароза глюкозафруктоза
2. Являясь многоатомным спиртом, сахароза дает синее окрашивание раствора при реакции с Cu(OH)₂.

Полисахариды

Целлюлоза – полимер (—C₆H₁₀O₅—)_n с элементарным звеном, представляющим собой остаток -глюкозы

Молекулы целлюлозы имеют линейное строение и большую молекулярную массу. Между молекулами – прочные водородные связи. Целлюлоза нерастворима в воде и других растворителях.

Крахмал – полимер такого же состава, что и целлюлоза, но с элементарным звеном, представляющим собой остаток -глюкозы

Молекулы крахмала свернуты в спираль, большая часть молекул разветвлена. Молекулярная масса крахмала меньше молекулярной массы целлюлозы. Крахмал – аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде, но частично растворимое в горячей.

Химические свойства

1. Горение (практическое значение имеет для целлюлозы):
   (C₆H₁₀O₅)_n + 6O₂ 6nCO₂ + 5nH₂O
2. Гидролиз:
   (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆

   При гидролизе крахмала образуется -глюкоза, а при гидролизе целлюлозы – -глюкоза.

3. Качественная реакция на крахмал: с йодом возникает синее окрашивание.
4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха приводит к образованию метанола, уксусной кислоты, ацетона и др. продуктов.
5. С уксусной и азотной кислотой целлюлоза образует сложные эфиры [C₆H₇O₂(ONO₂)₃]_n и [C₆H₇O₂(OCOCH₃)₃]_n.

органические вещества, их роль в организме. Углеводы и липиды».

УРОК № 5

Дата проведения____________

Биология 9 класс

Тема: «Особенности химического состава организмов: органические вещества, их роль в организме. Углеводы и липиды».

Цели занятия:

— образовательные: продолжить углубление знаний учащихся с особенностями химического состава и строения углеводов и липидов, их классификацией и биологической ролью, охарактеризовать их многообразие;

— развивающие: способствовать развитию навыков самостоятельной работы, анализировать, сравнивать, делать выводы;

— воспитательные: совершенствовать способы самоорганизации учебной деятельности, упражнять навыки работы в паре и малых группах, формировать коммуникативность обучающихся.

Вид занятия: комбинированное занятие 90минут (лекция с элементами беседы и самостоятельной работы).

Обеспечение занятия: презентация, тесты, карточки задания.

Планируемый результат:

Предметные: углубить знания о составе, строении и функции органических веществ (углеводов, липидов), входящих в состав живых организмов.

Личностные: овладение интеллектуальными умениями: доказывать, строить рассуждения, анализировать, сравнивать, делать выводы

Метапредметные:

Регулятивные:

овладение способами самоорганизации учебной деятельности

Коммуникативные:

ставить цели, задачи и планировать личную учебную деятельность

Познавательные:

формирование приемов работы с разными источниками информации: текстом учебника,

научно-популярной литературой, словарями и справочниками; находить биологическую информацию в различных источниках, анализировать и оценивать информацию, преобразовывать информацию из одной формы в другую форму

Тип урока: комбинированный

Основные термины и понятия урока: углеводы, сахариды, моносахариды, дисахариды, полисахариды, липиды, жиры, функции углеводов, функции жиров.

Ход урока

1. Организационный момент

Приветствие.

— Здравствуйте, ребята! Присаживайтесь. Проверка отсутствующих.

2. Проверка домашнего задания

1. Какие вещества относятся к макроэлементам? (кислород, водород, азот, углерод)

2. Какие вещества относятся к микроэлементам? (натрий, кальций, фосфор, калий, сера, железо и др.)

3. Какова роль кальция в организме? (свертываемость крови, формирование костной ткани)

4. Какова роль железа и магния? (перенос кислорода и участие в фотосинтезе соответственно)

5. Назовите свойства воды (полярность, диполь, теплопроводность, теплоемкость)

6. Приведите примеры солей, содержащихся в клетке …(катионы калия, натрия и кальция)

3. Самоопределение к изучению нового материала и целеполагание

Определение цели и учебных задач урока.

Ребята, сегодня на уроке мы будем продолжать рассматривать химический состав клетки, изучим органические вещества, которые содержатся в клетке, их структуру, функции и взаимосвязь. Давайте запишем тему урока «Органические вещества. Углеводы. Липиды»

4. Изучение нового материала

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

Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.

Общая формула углеводов:

Cn(h3O)m .

Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.

Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды

Пример:

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

Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.

Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.

Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).

Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.

Пример:

сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:

сахароза (глюкоза + фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях.

Лактоза (глюкоза + галактоза) — входит в состав молока млекопитающих.

Мальтоза (глюкоза + глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.

Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.

Нерастворимые в воде полисахариды

Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

Пример:

полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.

Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.

Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.

Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.

Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.

Гликоген — запасное вещество животной клетки.

Известны также сложные полисахариды, выполняющие структурные функции в опорных тканях животных (они входят в состав межклеточного вещества кожи, сухожилий, хрящей, придавая им прочность и эластичность).

Функции углеводов:

Энергетическая – одна из основных функций углеводов. Углеводы (глюкоза) – основные источники энергии в животном организме. Обеспечивают до 67% суточного энергопотребления (не менее 50%). При расщеплении 1 г углевода выделяется 17,6 кДж, вода и углекислый газ. 

Запасающая функция выражается в накоплении крахмала клетками растений и гликогена клетками животных, которые играют роль источников глюкозы, легко высвобождая ее по мере необходимости.

Опорно-строительная. Углеводы входят в состав клеточных мембран и клеточных стенок (целлюлоза входит в состав клеточной стенки растений, из хитина образован панцирь членистоногих, муреин образует клеточную стенку бактерий). Соединяясь с липидами и белками, образуют гликолипиды и гликопротеины. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав мономеров нуклеотидов.

Рецепторная. Олигосахаридные фрагменты гликопротеинов и гликолипидов клеточных стенок выполняют рецепторную функцию, воспринимая сигналы, поступающие из внешней среды.

Защитная. Слизи, выделяемые различными железами, богаты углеводами и их производными (например, гликопротеинами). Они предохраняют пищевод, кишечник, желудок, бронхи от механических повреждений, препятствуют проникновению в организм бактерий и вирусов.

Липиды — обширная группа жироподобных веществ (сложных эфиров жирных кислот и трёхатомного спирта глицерина), нерастворимых в воде. К липидам относят жиры, воски, фосфолипиды и стероиды (липиды, не содержащие жирных кислот).

Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода.

Липиды присутствуют во всех без исключения клетках, но их содержание в разных клетках сильно варьирует (от 2–3 до 50–90 %).

Липиды могут образовывать сложные соединения с веществами других классов, например с белками (липопротеины) и с углеводами (гликолипиды).

Функции липидов:

• запасающая — жиры являются основной формой запасания липидов в клетке.

• Энергетическая — половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров (при окислении они дают более чем в два раза больше энергии по сравнению с углеводами).

• Жиры используются и как источник воды (при окислении 1 г жира образуется более 1 г воды).

• Защитная — подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений.

• Структурная — фосфолипиды входят в состав клеточных мембран.

• Теплоизоляционная — подкожный жир помогает сохранить тепло.

• Электроизоляционная — миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов.

• Гормональная (регуляторная) — гормон надпочечников (кортизон) и половые гормоны (прогестерон и тестостерон) являются стероидами.

• Смазывающая — воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налётом покрыты листья многих растений, воск используется при строительстве пчелиных сот.

ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ   

Часть А

А1. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота 
2) глюкоза 
3) нуклеотид 
4) целлюлоза

А2. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза 
2) крахмал 
3) хитин 
4) гликоген

А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка 
2) 10 г глюкозы 
3) 10 г жира 
4) 10 г аминокислоты

А4. Какую из функций липиды не выполняют?
1) энергетическую 
2)каталитическую 
3) изоляционную 
4) запасающую

А5. Липиды можно растворить в:
1) воде 
2) растворе поваренной соли 
3) соляной кислоте 
4) ацетоне

Часть В

В1. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов

В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая 
2) транспортная 
3) сигнальная 
4)строительная     
5) защитная        
6) энергетическая

ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная        
2) энергетическая 
3) запасающая 
4) ферментативная  
5) сигнальная       
6) транспортная

В4. Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке:

Тест «Углеводы и липиды»

Вариант 1

2)  запасающую 3)  энергетическую 4)  каталитическую

5. Запасным углеводом в животной клетке являются

1)  хитин 2)  целлюлоза 3)  крахмал 4)  гликоген

6. К каким соединениям по отношению к воде относятся липиды?
А) гидрофильные; Б) гидрофобные.

Выберите три правильных ответа из шести.

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

А) выполняют структурную и запасающую функции

Б) выполняют каталитическую и транспортную функции

В) состоят из остатков молекул моносахаридов

Г) Выберите один правильный ответ

1. Какие вещества образуют основу клеточных мембран?

1. Жиры 2. Фосфолипиды 3. Воски 4. Липиды

2. Остатки какого моносахарида входят в состав молекулы ДНК?

1. Рибозы 2. Дезоксирибозы 3. Глюкозы 4. Фруктозы

3. Остатки какого моносахарида входят в состав молекулы РНК?

1. Рибозы 2. Дезоксирибозы 3. Глюкозы 4. Фруктозы

4. В результате какого процесса органические вещества образуются из неорганических?

1. Биосинтез белка 2. Фотосинтез 3. Синтез АТФ 4. Энергетический обмен

5. При сгорании 1 г вещества выделилось 38,9 кДж энергии. Какое вещество сгорело?

1. Углеводы 2. Белки 3. Жиры 4. И углеводы и липиды

6. Какой из углеводов нерастворим в воде
А) глюкоза; Б) фруктоза; В) рибоза; Г) крахмал.

Выберите 3 правильных ответа

7. Какие функции выполняют углеводы?

А) Структурную

Б) Энергетическую

В) Каталитическую

Г) Являются гормонами

Д) Защитную

Е) Источник метаболической воды (образуется при окислении)

8. Какие функции выполняют липиды?

А) Некоторые являются ферментами

Б) Энергетическую

В) Каталитическую

Г) Являются гормонами

Д) Источник метаболической воды (образуется при окислении)

Е) Сигнальную

Вариант 2

Выберите один правильный ответ.

1.Молекула клетчатки в отличие от молекулы липида

1) органическое вещество 3) мономер

2) биополимер 4) неорганическое вещество

2. Углевод дезоксирибоза входит в состав молекулы

1)  хлорофилла 2)  гемоглобина 3)  инсулин 4)  ДНК

3. Медведи во время продолжительного зимнего сна необходимую для жизни воду получают за счет

1)  расщепления белков 2)  талого снега

3)  окисления жира 4)  окисления аминокислот

4. Липиды в плазматической мембране выполняют функцию

1)  структурную состоят из остатков молекул аминокислот

Д) растворяются в воде
Е) не растворяются в воде

8. Какие углеводы относятся к моносахаридам?

А) рибозу
Б) глюкозу
В) целлюлозу
Г) фруктозу

Д) крахмал
Е) гликоген

9. Жиры в организме животных и человека
А) расщепляются в кишечнике
Б) участвуют в построении мембран клетки
В) откладываются в запас в подкожной клетчатке,в области почек, сердца
Г) превращаются в белки

Д) расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот
Е) синтезируются из аминокислот

Домашнее задание: конспект, параграф 5,6

Карточки для индивидуальной работы

Карточка № 1

1. Глюкоза хорошо растворима в воде, а крахмал — практически нерастворим. В какие периоды жизни растения (и в связи с какой ситуацией) будет активизироваться процесс превращения крахмала в глюкозу?

2. Выписать моносахариды из перечня: хитин, целлюлоза, крахмал, фруктоза, сахароза, дезоксирибоза, галактоза, мальтоза, рибоза.

Карточка № 2

1. Почему именно в семенах, плодах и клубнях растений накапливается большое количество включений в виде углеводов и жиров?

2. Выписать дисахариды из перечня: хитин, целлюлоза, крахмал, фруктоза, сахароза, дезоксирибоза, галактоза, мальтоза, рибоза.

Карточка № 3

1. Почему опасна углеводная диета? Дайте аргументированный ответ.

2. Выписать полисахариды из перечня: хитин, целлюлоза, крахмал, фруктоза, сахароза, дезоксирибоза, галактоза, мальтоза, рибоза.

Карточка № 4

1. Как и где идет образование углеводов в организме человека?

2. Выписать углеводы, входящие в состав ДНК и РНК из перечня: хитин, целлюлоза, крахмал, фруктоза, сахароза, дезоксирибоза, галактоза, мальтоза, рибоза.

Карточка № 5

1. Как и где идет образование углеводов в организме растений? Каково практическое значение крахмала?

2. Выписать углеводы, входящие в состав АТФ из перечня: хитин, целлюлоза, крахмал, фруктоза, сахароза, дезоксирибоза, галактоза, мальтоза, рибоза.

Вопросы на закрепление

1. В какой клетке животной или растительной углеводов больше? Почему?

2. Какие элементы входят в состав молекул углеводов

3. Какова общая формула углеводов?

4. На какие группы делятся углеводы?

5. Какие функции выполняют углеводы в клетке?

6. В каких продуктах питания содержится большое количество углеводов?

7. Какие вещества относятся к липидам?

8. Соединения молекул каких веществ образует молекулы жира?

9. Объясните причины нерастворимости (гидрофобности) молекул жира и жировых веществ.

10. На какие группы делятся липиды?

11. Какое строение имеют нейтральные жиры?

12. Раскройте взаимосвязь строения и функции жира.

13. Какие функции выполняют жир?

14. В каких клетках наибольшее количество жиров?

Функции углеводов в организме

4.3 Функции углеводов в организме

Цель обучения

1. Перечислите четыре основные функции углеводов в организме человека.

Углеводы в организме человека выполняют пять основных функций. Они производят энергию, накапливают энергию, строят макромолекулы, экономят белок и способствуют метаболизму липидов.

Производство энергии

Основная роль углеводов — снабжать энергией все клетки тела.Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как красные кровяные тельца, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозы для выработки энергии и функционирования (если только он не находится в условиях крайнего голодания). Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями.Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы поступает из химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки нашего тела разрывают эти связи и захватывают энергию для клеточного дыхания. Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных этапах, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую в химических связях в глюкозе.

Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом. Гликолиз — первая стадия распада глюкозы; Десятиступенчатый ферментативный процесс, который расщепляет глюкозу на две трехуглеродные молекулы и дает две молекулы АТФ, или расщепление глюкозы, происходит в сложной серии из десяти этапов ферментативных реакций. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах энергетической фабрики, называемых митохондриями. Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии.Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в той форме, которую клетки могут использовать.

Клеточное дыхание — это процесс извлечения энергии из глюкозы.

Накопитель энергии

Рисунок 4.5

Структура гликогена делает возможным его быструю мобилизацию в свободную глюкозу для питания клеток.

Если у тела уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы сохраняется в виде гликогена (большая часть которого хранится в мышцах и печени).Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что обеспечивает быстрое распространение глюкозы, когда она необходима для выработки клеточной энергии (рис. 4.5).

Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалорий — 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Продолжительное использование мышц (например, упражнения более нескольких часов) может истощить запас энергии гликогена. Помните также из главы 3 «Питание и человеческое тело», что это называется «удар о стену» или «удар по стене» и характеризуется утомляемостью и снижением работоспособности.Ослабление мышц наступает потому, что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для глюкозы. После продолжительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки как на источник энергии. Спортсмены могут незначительно увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнований. Людям, которые не тренируются жестко и предпочитают пробегать 5-километровый забег ради развлечения, не нужно есть большую тарелку макарон перед гонкой, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации повышенного гликогена в мышцах.

Печень, как и мышца, может накапливать энергию глюкозы в виде гликогена, но в отличие от мышечной ткани она жертвует накопленную энергию глюкозы другим тканям тела, когда уровень глюкозы в крови низкий. Примерно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена как способ поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи.Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза образуется из аминокислот, полученных в результате разрушения белков, чтобы поддерживать метаболический гомеостаз.

Строительные макромолекулы

Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторая часть глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ (рис. 4.6). Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, который важен для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме.Если вся энергия, способность накапливать гликоген и потребности организма в наращивании удовлетворяются, избыток глюкозы может быть использован для производства жира. Вот почему диета с слишком высоким содержанием углеводов и калорий может прибавить лишнего веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

Рисунок 4.6

Дезоксирибоза из молекулы сахара используется для построения основы ДНК.

Экономный белок

В ситуации, когда недостаточно глюкозы для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот.Поскольку молекулы для хранения аминокислот отсутствуют, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Наличие достаточного количества глюкозы в основном предохраняет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

Липидный метаболизм

По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно «сберегает жир». Это связано с тем, что повышение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии.Достаточный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза. Кетоз — это нарушение обмена веществ, возникающее в результате повышения содержания кетоновых тел в крови. Кетоновые тела — это альтернативный источник энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела являются кислыми, и высокое содержание в крови может привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей с недостаточным питанием и у людей с диабетом 1 типа.Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.

Углеводы имеют решающее значение для поддержки самой основной функции жизни — производства энергии. Без энергии не происходит ни один из других жизненных процессов. Хотя наш организм может синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и все питательные вещества, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.

Ключевые выводы

• Четыре основных функции углеводов в организме — обеспечивать энергию, накапливать энергию, строить макромолекулы и сберегать белок и жир для других целей.
• Энергия глюкозы хранится в виде гликогена, большая часть которого находится в мышцах и печени. Печень использует свой запас гликогена, чтобы поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи. Некоторая глюкоза также используется в качестве строительных блоков важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ.
• Наличие достаточного количества глюкозы в организме предохраняет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

Обсуждение стартеров

1. Обсудите две причины, по которым важно включать углеводы в свой рацион.
2. Почему организму необходимо экономить белок?

Функции углеводов в организме — питание человека [УСТАРЕЛО]

Углеводы в организме человека выполняют пять основных функций.Они производят энергию, накапливают энергию, строят макромолекулы, экономят белок и способствуют метаболизму липидов.

Производство энергии

Основная роль углеводов — снабжать энергией все клетки тела. Многие клетки предпочитают глюкозу в качестве источника энергии по сравнению с другими соединениями, такими как жирные кислоты. Некоторые клетки, такие как красные кровяные тельца, способны производить клеточную энергию только из глюкозы. Мозг также очень чувствителен к низким уровням глюкозы в крови, потому что он использует только глюкозу для выработки энергии и функционирования (если только он не находится в условиях крайнего голодания).Около 70 процентов глюкозы, поступающей в организм в результате пищеварения, перераспределяется (печенью) обратно в кровь для использования другими тканями. Клетки, которым требуется энергия, удаляют глюкозу из крови с помощью транспортного белка в своих мембранах. Энергия глюкозы поступает из химических связей между атомами углерода. Энергия солнечного света требовалась для образования этих высокоэнергетических связей в процессе фотосинтеза. Клетки нашего тела разрывают эти связи и захватывают энергию для клеточного дыхания.Клеточное дыхание — это в основном контролируемое сжигание глюкозы по сравнению с неконтролируемым сжиганием. Клетка использует множество химических реакций на нескольких ферментативных этапах, чтобы замедлить высвобождение энергии (без взрыва) и более эффективно улавливать энергию, удерживаемую в химических связях в глюкозе.

Первая стадия распада глюкозы называется гликолизом. Гликолиз или расщепление глюкозы происходит в запутанной серии из десяти стадий ферментативных реакций. Второй этап распада глюкозы происходит в органеллах энергетической фабрики, называемых митохондриями.Один атом углерода и два атома кислорода удаляются, что дает больше энергии. Энергия этих углеродных связей переносится в другую область митохондрий, делая клеточную энергию доступной в той форме, которую клетки могут использовать.

Рисунок 4.10 Клеточное дыхание

Накопитель энергии

Если в организме уже достаточно энергии для поддержания своих функций, избыток глюкозы откладывается в виде гликогена (большая часть которого откладывается в мышцах и печени).Молекула гликогена может содержать более пятидесяти тысяч отдельных единиц глюкозы и сильно разветвлена, что обеспечивает быстрое распространение глюкозы, когда она необходима для выработки клеточной энергии.

Количество гликогена в организме в любой момент времени эквивалентно примерно 4000 килокалорий — 3000 в мышечной ткани и 1000 в печени. Продолжительное использование мышц (например, упражнения более нескольких часов) может истощить запас энергии гликогена. Помните, что это называется «ударом о стену» или «ударом о стену» и характеризуется утомляемостью и снижением работоспособности.Ослабление мышц наступает потому, что для преобразования химической энергии жирных кислот и белков в полезную энергию требуется больше времени, чем для глюкозы. После продолжительных упражнений гликоген уходит, и мышцы должны больше полагаться на липиды и белки как на источник энергии. Спортсмены могут незначительно увеличить свой запас гликогена, снизив интенсивность тренировок и увеличив потребление углеводов до 60-70 процентов от общего количества калорий за три-пять дней до соревнований. Людям, которые не тренируются жестко и предпочитают пробегать 5-километровый забег ради развлечения, не нужно есть большую тарелку макарон перед гонкой, поскольку без длительных интенсивных тренировок не произойдет адаптации повышенного гликогена в мышцах.

Печень, как и мышца, может накапливать энергию глюкозы в виде гликогена, но в отличие от мышечной ткани она жертвует накопленную энергию глюкозы другим тканям тела, когда уровень глюкозы в крови низкий. Примерно четверть общего содержания гликогена в организме находится в печени (что эквивалентно примерно четырехчасовому запасу глюкозы), но это сильно зависит от уровня активности. Печень использует этот запас гликогена как способ поддерживать уровень глюкозы в крови в узком диапазоне между приемами пищи.Когда запасы гликогена в печени истощаются, глюкоза образуется из аминокислот, полученных в результате разрушения белков, чтобы поддерживать метаболический гомеостаз.

Строительные макромолекулы

Хотя большая часть поглощаемой глюкозы используется для производства энергии, некоторая часть глюкозы превращается в рибозу и дезоксирибозу, которые являются важными строительными блоками важных макромолекул, таких как РНК, ДНК и АТФ. Глюкоза дополнительно используется для образования молекулы НАДФН, который важен для защиты от окислительного стресса и используется во многих других химических реакциях в организме.Если вся энергия, способность накапливать гликоген и потребности организма в наращивании удовлетворяются, избыток глюкозы может быть использован для производства жира. Вот почему диета с слишком высоким содержанием углеводов и калорий может прибавить лишнего веса — тема, которая будет обсуждаться в ближайшее время.

Рисунок 4.11 Химическая структура дезоксирибозы

Рис. 4.12 Двухцепочечная ДНК

В ситуации, когда недостаточно глюкозы для удовлетворения потребностей организма, глюкоза синтезируется из аминокислот.Поскольку молекулы для хранения аминокислот отсутствуют, этот процесс требует разрушения белков, в первую очередь из мышечной ткани. Наличие достаточного количества глюкозы в основном предохраняет расщепление белков от использования для производства глюкозы, необходимой организму.

По мере повышения уровня глюкозы в крови использование липидов в качестве источника энергии подавляется. Таким образом, глюкоза дополнительно «сберегает жир». Это связано с тем, что повышение уровня глюкозы в крови стимулирует высвобождение гормона инсулина, который заставляет клетки использовать глюкозу (вместо липидов) для производства энергии.Достаточный уровень глюкозы в крови также предотвращает развитие кетоза. Кетоз — это нарушение обмена веществ, возникающее в результате повышения содержания кетоновых тел в крови. Кетоновые тела — это альтернативный источник энергии, который клетки могут использовать при недостаточном поступлении глюкозы, например, во время голодания. Кетоновые тела являются кислыми, и высокое содержание в крови может привести к тому, что она станет слишком кислой. Это редко встречается у здоровых взрослых, но может возникать у алкоголиков, людей с недостаточным питанием и у людей с диабетом 1 типа.Минимальное количество углеводов в рационе, необходимое для подавления кетоза у взрослых, составляет 50 граммов в день.

Углеводы имеют решающее значение для поддержки самой основной функции жизни — производства энергии. Без энергии не происходит ни один из других жизненных процессов. Хотя наш организм может синтезировать глюкозу, это происходит за счет разрушения белка. Однако, как и все питательные вещества, углеводы следует потреблять в умеренных количествах, поскольку их слишком много или слишком мало в рационе может привести к проблемам со здоровьем.

Каковы функции углеводов у растений и животных?

Углеводы — важнейшее соединение всей органической жизни на этой планете. И растения, и животные используют углеводы в качестве основного источника энергии, которая поддерживает работу организма на самом базовом уровне. Углеводы также удовлетворяют другие потребности, помогая синтезировать другие химические вещества и обеспечивая структуру клеток в организме.

Источник энергии

И растения, и животные используют углеводы в качестве источника энергии, необходимого для выполнения обычных функций, таких как рост, движение и обмен веществ.Углеводы хранят энергию в виде крахмала, который, в зависимости от типа углеводов, дает простые или сложные сахара. Сложные сахара, известные как полисахариды, дают стабильный запас энергии, в то время как более простые сахара, моносахариды и дисахариды обеспечивают более быстрый толчок перед растворением. Животные получают этот крахмал с пищей, особенно с растительной, такой как зерно и хлеб. Растения производят собственные углеводы посредством фотосинтеза, используя энергию, поглощаемую от света, для объединения углекислого газа и воды в более сложные органические молекулы.

Биохимический синтез

Переработка углеводов имеет побочный эффект, помогая перерабатывать другие химические вещества, присутствующие в организме. При расщеплении углеводов они высвобождают атомы углерода. Они служат сырьем для большей части биохимии организма, поскольку затем углерод может соединяться с другими химическими веществами в организме. Сложная полисахаридная структура некоторых углеводов, обработка которой требует времени, таким образом, помогает обеспечивать атомы углерода в течение длительного периода времени, позволяя выполнять функции регулярно.

Структурная функция

Различные углеводы, особенно в форме полисахаридов, способствуют построению клеточной структуры. В частности, у растений целлюлоза создает прочную стену вокруг растительных клеток, придающую растению его структуру; углеводный обмен выделяет химические вещества, которые помогают укрепить эту структуру. Поскольку у растений нет скелета или другой несущей формы, эти клеточные стенки обеспечивают основу, на которой растения могут стоять и расширяться.В некотором смысле это переработка углеводов, которые не дают растениям упасть и не лежать на земле.

Другие функции

Помимо основных функций углеводов, различные полисахариды выполняют другие функции в органической жизни. Гепарин, сложный углевод, обычно используется в качестве инъекционного антикоагулянта, расщепление сахаров которого помогает предотвратить образование тромбов. Углеводы также служат антигенами, веществами, запускающими выработку антител для иммунной системы.Другие углеводы содержат гормоны, такие как фолликулярный стимулирующий гормон (ФСГ), который способствует овуляции, и гликопротеин, который способствует межклеточному взаимодействию, например, между антигенами и антителами.

Углеводы | Базовая биология

Что вы узнаете на этой странице

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

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

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

Почему углеводы важны?

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

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

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

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

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

Структура углеводов

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

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

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

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

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

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

Моносахариды — простые сахара

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

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

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

Дисахариды

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

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

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

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

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

глюкоза + фруктоза = сахароза

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

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

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

Полисахариды

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

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

мономер = моносахарид; полимер = полисахарид

мономер + мономер + мономер = полимер

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

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

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

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

Резюме

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

Последняя редакция: 23 апреля 2016 г.

БЕСПЛАТНЫЙ 6-недельный курс

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

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

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

Углеводы | OpenStax Biology 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Обсудить роль углеводов в клетках и во внеклеточном материале животных и растений
• Объясните классификацию углеводов
• Перечислить общие моносахариды, дисахариды и полисахариды

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

Молекулярные структуры

Стехиометрическая формула (CH ₂ O) _n , где n — количество атомов углерода в молекуле, представляющих углеводы. 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»). Ученые классифицируют углеводы на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до семи. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), это альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), это кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они могут быть триозами (три атома углерода), пентозами (пятью атомами углерода) и / или гексозами (шестью атомами углерода).(Рисунок) иллюстрирует моносахариды.

Рисунок 1. Ученые классифицируют моносахариды на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют трех-, пяти- и шестиуглеродные скелеты соответственно.

Химическая формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆ .У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, и эта энергия помогает вырабатывать аденозинтрифосфат (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, обеспечивает потребности растений в энергии. Люди и другие животные, которые питаются растениями, часто хранят избыток глюкозы в виде катаболизированного (клеточное разрушение более крупных молекул) крахмала.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится в сахарозе, во фруктах) — другие распространенные моносахариды.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆ ), они различаются структурно и химически (и являются изомерами) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричного углерода. . Все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода ((рисунок)).

Art Connection

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

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул. В водных растворах они обычно находятся в кольцевой форме ((рисунок)). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильных групп (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).Если гидроксильная группа находится ниже углерода номер 1 в сахаре, она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, она находится в положении бета ( β ).

Рисунок 3. Пять и шесть углеродных моносахаридов находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь замыкается 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 (или реакции конденсации или синтеза дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь образуется между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами). Ученые называют это гликозидной связью ((Рисунок)).Гликозидные связи (или гликозидные связи) 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 ((рисунок)). Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Это естественно в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

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

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, представляет собой 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.

Растения хранят крахмал в виде сахаров. В растениях эти сахара содержат амилоза и смесь амилопектов (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, и они накапливают избыток глюкозы сверх своих непосредственных энергетических потребностей в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена. Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Ферменты расщепляют крахмал, потребляемый людьми.Например, амилаза, присутствующая в слюне, катализирует или расщепляет этот крахмал на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Глюкозный крахмал состоит из мономеров, 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, неразветвленные цепи мономера глюкозы (только α, 1-4 связи) образуют крахмал; тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α, 1-6 связей в точках ветвления).

Рис. 6. Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Неразветвленные мономерные цепи глюкозы содержат амилозу посредством α 1-4 гликозидных связей. Неразветвленные мономерные цепи глюкозы содержат амилопектин за счет гликозидных связей 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 у людей и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы.Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется, чтобы высвободить глюкозу — процесс, который ученые называют гликогенолизом.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Целлюлоза в основном состоит из клеточной стенки растений. Это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Мономеры глюкозы содержат целлюлозу, которую связывают гликозидные связи β 1-4 ((рисунок)).

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, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде вытянутых длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток.В то время как пищеварительные ферменты человека не могут разрушить связь β 1-4, травоядные животные, такие как коровы, коалы и буйволы, могут с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать растительный материал, богатый целлюлозой, и использовать его. это как источник пищи. У некоторых из 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 животные используют в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, экзоскелет, который защищает их внутренние части тела (как мы видим у пчелы на (Рисунок)). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, представляющей собой полисахаридсодержащий азот.Он состоит из повторяющихся звеньев N-ацетил- β -d-глюкозамина, которые представляют собой модифицированный сахар. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукарии.

Рис. 8. У насекомых есть твердый внешний скелет, сделанный из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Карьерные связи

Дипломированный диетолог

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

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

Преимущества углеводов

Полезны ли углеводы? Некоторые часто говорят людям, которые хотят похудеть, что углеводы — это плохо, и им следует избегать их. Некоторые диеты полностью запрещают потребление углеводов, утверждая, что низкоуглеводная диета помогает людям быстрее похудеть. Однако углеводы были важной частью рациона человека на протяжении тысячелетий. Артефакты древних цивилизаций свидетельствуют о наличии пшеницы, риса и кукурузы в хранилищах наших предков.

В рамках хорошо сбалансированной диеты мы должны дополнять углеводы белками, витаминами и жирами. С точки зрения калорийности грамм углеводов обеспечивает 4,3 ккал. Для сравнения, жиры дают 9 Ккал / г, менее желательное соотношение. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы. Нерастворимая часть, клетчатка, в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений. Он способствует регулярному опорожнению кишечника за счет увеличения объема и регулирует уровень потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает вывести из организма лишний холестерин.Волокно связывается с холестерином в тонкой кишке, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток. Затем холестерин покидает организм с калом. Богатые клетчаткой диеты также играют защитную роль в снижении риска рака толстой кишки. Кроме того, еда, содержащая цельнозерновые и овощи, дает ощущение сытости. В качестве непосредственного источника энергии глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая валюта клетки.Не потребляя углеводы, мы сокращаем доступность «мгновенной энергии». Исключение углеводов из рациона — не лучший способ похудеть. Низкокалорийная диета, богатая цельнозерновыми, фруктами, овощами и нежирным мясом, вместе с большим количеством упражнений и большим количеством воды — более разумный способ похудеть.

Ссылка на обучение

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

Сводка раздела

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. Ученые классифицируют углеводы 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 — обычные моносахариды; тогда как обычные 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 привести к поглощению клеткой чрезмерного количества воды.

Art Connections

(Рисунок) Что это за сахара, альдоза или кетоза?

(Рисунок) Глюкоза и галактоза — альдозы. Фруктоза — это кетоза.

Контрольные вопросы

Пример моносахарида ________.

1. фруктоза
2. глюкоза
3. галактоза
4. все вышеперечисленное

Примеры целлюлозы и крахмала:

1. моносахариды
2. дисахаридов
3. липидов
4. полисахариды

Стенки растительных клеток содержат что из перечисленного в избытке?

1. крахмал
2. целлюлоза
3. гликоген
4. лактоза

Лактоза представляет собой дисахарид, образующийся в результате образования ________ связи между глюкозой и ________.

1. гликозидный; лактоза
2. гликозидный; галактоза
3. водород; сахароза
4. водород; фруктоза

Что из перечисленного не является ролью углеводов во внеклеточном матриксе?

1. защищает внутренние органы насекомого от внешних травм
2. предотвращает лизис растительных клеток после полива растений
3. сохраняет форму спор грибка
4. обеспечивает энергию для движения мышц

Бесплатный ответ

Опишите сходства и различия между гликогеном и крахмалом.

Гликоген и крахмал — полисахариды. Они являются формой хранения глюкозы. Гликоген хранится у животных в печени и мышечных клетках, тогда как крахмал хранится в корнях, семенах и листьях растений. Крахмал имеет две разные формы: неразветвленную (амилоза) и разветвленную (амилопектин), тогда как гликоген представляет собой один тип сильно разветвленной молекулы.

Почему люди не могут переваривать пищу, содержащую целлюлозу?

Гликозидная связь β 1-4 в целлюлозе не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека.Травоядные животные, такие как коровы, коалы и буйволы, способны переваривать траву, богатую целлюлозой, и использовать ее в качестве источника пищи, потому что бактерии и простейшие в их пищеварительной системе, особенно в рубце, выделяют фермент целлюлазу. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии.

Изобразите кетозную и альдозную формы моносахарида с химической формулой C ₃ H ₆ O ₃ . Как структура моносахарида меняется от одной формы к другой в организме человека?

Альдоза называется глицеральдегидом и может иметь кислород, связанный двойной связью с первым или третьим углеродом молекулы:

Глоссарий

углевод

биологическая макромолекула, в которой соотношение углерода к водороду и кислороду составляет 1: 2: 1; углеводы служат источниками энергии и структурной опорой в клетках и образуют клеточный экзоскелет членистоногих

целлюлоза

Полисахарид

, который включает клеточную стенку растений; обеспечивает структурную поддержку ячейки

хитин

тип углеводов, образующий внешний скелет всех членистоногих, включая ракообразных и насекомых; он также образует клеточные стенки грибов

дисахарид

два мономера сахара, которые связывает гликозидная связь

гликоген

запаса углеводов у животных

гликозидная связь

связь, образованная реакцией дегидратации между двумя моносахаридами с удалением молекулы воды

моносахарид

одно звено или мономер углеводов

полисахарид

длинная цепь моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными

крахмал

запаса углеводов в растениях

Важность углеводов в клеточной мембране — стенограмма видео и урока

Что такое углеводы?

Углеводы состоят из молекул сахара.Простые углеводы включают глюкозу и фруктозу, которые являются моносахаридами (одна молекула сахара). Они могут соединяться, образуя сахарозу, дисахарид (два сахарных кольца).

Сложные углеводы — это крахмалы, содержащиеся в таких продуктах, как пшеница, картофель и бобы, и часто они состоят из большого количества связанных вместе молекул сахара (полисахаридов).

Защита клетки

Давайте подробнее рассмотрим роль углеводов. Одна из наиболее важных функций углеводов — формирование структуры, называемой гликокаликсом .Это плащ вокруг камеры. Если клеточная мембрана похожа на городскую стену, то гликокаликс — это еще одна внешняя стена, которая используется в качестве первого слоя защиты.

Известно, что у бактерий гликокаликс особенно силен. Это позволяет бактериям слипаться, создавая биопленку. Одна только бактерия со своим гликокаликсом устойчива. Но если бактерии объединяются и образуют единую прочную оболочку из гликокаликса (биопленку), они становятся сильнее.

Биопленки устойчивы к вредным факторам, что мешает нам, людям, бороться с бактериальными инфекциями и зубным налетом, поскольку они содержат биопленки.Люди бросают чистящие средства, такие как отбеливатель, на биопленки в ванне, но при этом у них все еще возникают проблемы с удалением бактерий из нежелательных участков.

Гликокаликс также выполняет важные функции у человека. Он позволяет клеткам внутри кровеносных сосудов противостоять сильному потоку жидкости по их поверхностям. Он защищает микроворсинки в кишечнике, которые поглощают питательные вещества, а гликокаликс даже помогает в расщеплении пищи для этого поглощения, удерживая пищеварительные ферменты в своей оболочке.

Распознавание клеток

Углеводы в мембране также играют роль в распознавании клеток.Углеводные цепи несут сигнатуру, как флаг, которая говорит, к какому организму принадлежит клетка (хозяину или нарушителю).

Вернемся к аналогии с нашим городом. Если рыцарь посещает город, у него будет герб на щите или доспехах. Если этот герб совпадает с гербом города, его впустят. Если нет, на него могут напасть. То же самое и с клетками. Клетки-нарушители, у которых нет такого же гребня, как у клетки-хозяина, могут вызвать иммунный ответ и подвергнуться атаке. В случае клетки гребень состоит (частично) из углевода.

Различные углеводы в мембране

Подобно мифическому зверю «химера», который может быть наполовину львом или наполовину змеей, типы молекул иногда смешиваются. Итак, мы можем добавить несколько новых типов молекул к нашей картине клеточной мембраны.

Гликолипиды, гликопротеины и протеогликаны являются компонентами клеточной мембраны.

• Гликолипиды — это углевод плюс липид. («Глико» означает «сахар» и относится к углеводу, потому что углевод состоит из одного или нескольких сахарных колец).Гликолипиды помогают поддерживать стабильность клеточной мембраны и облегчают межклеточные взаимодействия.
• Гликопротеин — это смесь углеводов и белков, но в основном это белок. Гликопротеины являются компонентом некоторых антигенов, например сигнала (рыцарский герб), который маркирует другую клетку как чужеродную или знакомую. Это очень важно для иммунной системы, чтобы реагировать на захватчиков.
• Протеогликан представляет собой смесь углеводов и белков, но в основном это углеводы.Гликопротеины и протеогликаны образуют гликокаликс, ту прочную «клеточную оболочку», о которой мы говорили.

Краткое содержание урока

Клеточная мембрана заполнена белками, липидами и углеводами. Углеводы состоят из молекул сахара и могут быть соединены с белками ( гликопротеинов и протеогликанов ) или липидами ( гликолипидов ). Углеводы защищают клетку, образуя гликокаликс , который особенно силен у бактерий и позволяет образовываться биопленкам.Гликокаликс также важен для человека; он защищает клетки в артериях и венах от силы кровотока, защищает микроворсинки в кишечнике от суровых, кислых условий и способствует процессу пищеварения. Углеводы играют важную роль в качестве антигенов, позволяя клетке дифференцировать другие клетки как хозяина или как нарушителя.

Обзорные заметки

Результаты обучения

Когда вы закончите, вы сможете:

• Описать клеточную мембрану
• Обсудить важность углеводов в клеточной мембране и в распознавании клеток
• Список компонентов клеточной мембраны

Углеводы — определение, структура, типы, примеры, функции

Что такое углеводы?

• Углеводы — это группа встречающихся в природе карбонильных соединений (альдегидов или кетонов), которые также содержат несколько гидроксильных групп.
• Он также может включать их производные, которые образуют такие соединения при гидролизе.
• Это самые распространенные в природе органические молекулы, также называемые «сахаридами».
• Углеводы, растворимые в воде и имеющие сладкий вкус, называются «сахарами».

• Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.
• Общая эмпирическая структура углеводов: (CH ₂ O) _n .
• Это органические соединения, организованные в форме альдегидов или кетонов с несколькими гидроксильными группами, отходящими от углеродной цепи.
• Строительными блоками всех углеводов являются простые сахара, называемые моносахаридами.
• Моносахарид может быть полигидроксиальдегидом (альдозой) или полигидроксикетоном (кетозой).

Углеводы могут быть структурно представлены в любой из трех форм:

• Открытая цепная структура.
• Структура полуацеталя.
• Структура Хэворта.

Структура с открытой цепью — Это длинноцепочечная форма углеводов.

Полуацетальная структура — Здесь 1-й углерод глюкозы конденсируется с -ОН-группой 5-го углерода с образованием кольцевой структуры.

Структура Хаворта — Наличие пиранозной кольцевой структуры.

Физические свойства углеводов

• Стереоизомерия — Состав, имеющий одинаковую структурную формулу, но различающийся пространственной конфигурацией.Пример: Глюкоза имеет два изомера по отношению к предпоследнему атому углерода. Это D-глюкоза и L-глюкоза.
• Оптическая активность — Это вращение плоско-поляризованного света, образующего (+) глюкозу и (-) глюкозу.
• Диастереоизомеры — Конфигурационные изменения в отношении C2, C3 или C4 в глюкозе. Пример: манноза, галактоза.
• Анномерия — Это пространственная конфигурация относительно первого атома углерода в альдозах и второго атома углерода в кетозах.

Химические свойства углеводов

• Образование осазона : Осазон представляет собой производное углеводов, когда сахара вступают в реакцию с избытком фенилгидразина. например. Глюкозазон
• Тест Бенедикта: Восстанавливающие сахара при нагревании в присутствии щелочи превращаются в мощные восстанавливающие соединения, известные как эндиолы. Когда раствор реагента Бенедикта и редуцирующие сахара нагревают вместе, раствор меняет свой цвет на оранжево-красный / кирпично-красный.
• Окисление: Моносахариды представляют собой восстанавливающие сахара, если их карбонильные группы окисляются с образованием карбоновых кислот. В тесте Бенедикта D-глюкоза окисляется до D-глюконовой кислоты, поэтому глюкоза считается редуцирующим сахаром.
• Восстановление до спиртов: Группы C = O в формах углеводов с открытой цепью могут быть восстановлены до спиртов с помощью боргидрида натрия, NaBH ₄ или каталитического гидрирования (h3, Ni, EtOH / h3O). Эти продукты известны как «альдиты».

Свойства моносахаридов

• Большинство моносахаридов имеют сладкий вкус (фруктоза самая сладкая; на 73% слаще сахарозы).
• При комнатной температуре они представляют собой твердые вещества.
• Они чрезвычайно растворимы в воде: — Несмотря на их высокую молекулярную массу, присутствие большого количества групп ОН делает моносахариды гораздо более растворимыми в воде, чем большинство молекул с аналогичной молекулярной массой.
• Глюкоза может растворяться в незначительных количествах воды, чтобы получился сироп (1 г / 1 мл ч3О).

Простые углеводы включают отдельные сахара (моносахариды) и полимеры, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды

• Простейшая группа углеводов, которую часто называют простыми сахарами, поскольку они не могут подвергаться дальнейшему гидролизу.
• Бесцветное кристаллическое твердое вещество, растворимое в воде и нерастворимое в неполярном растворителе.
• Это соединения, содержащие свободную альдегидную или кетонную группу.
• Общая формула: C _n (h3O) _n или C _n H _2n O _n .
• Они классифицируются по количеству содержащихся в них атомов углерода, а также по присутствующей функциональной группе.
• Моносахариды с 3,4,5,6,7… атомами углерода называются триозами, тетрозами, пентозами, гексозами, гептозами и т.д., а также альдозами или кетозами в зависимости от того, содержат ли они альдегидную или кетоновую группу.
• Примеры: Глюкоза, фруктоза, эритрулоза, рибулоза.

Олигосахариды

• Олигосахариды представляют собой сложные сахара, которые при гидролизе дают от 2 до 10 молекул одного и того же или разных моносахаридов.
• Моносахаридные звенья соединены гликозидной связью.
• В зависимости от количества моносахаридных единиц он далее классифицируется как дисахарид, трисахарид, тетрасахарид и т. Д.
• Олигосахариды, дающие 2 молекулы моносахаридов при гидролизе, известны как дисахариды, а те, которые дают 3 или 4 моносахарида, известны как трисахариды и тетрасахариды соответственно и так далее.
• Общая формула дисахаридов — C _n (h3O) _n-1 , а трисахаридов — C _n (h3O) _n-2 и так далее.
• Примеры: Дисахариды включают сахарозу, лактозу, мальтозу и т. Д.
• Трисахариды — это рафиноза, рабиноза.

Полисахариды

• Их еще называют «гликаны».
• Полисахариды содержат более 10 моносахаридных единиц и могут составлять сотни единиц сахара в длину.
• При гидролизе они дают более 10 молекул моносахаридов.
• Полисахариды отличаются друг от друга идентичностью повторяющихся моносахаридных единиц, длиной их цепей, типами связующих звеньев и степенью разветвления.
• Они в первую очередь связаны с двумя важными функциями, т. Е. Структурные функции и хранение энергии.
• Далее они классифицируются в зависимости от типа молекул, образующихся в результате гидролиза.
• Они могут быть гомополисахаридами e, содержащими моносахариды одного типа, или гетерополисахаридами , то есть моносахаридами разных типов.
• Примерами гомополисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза, пектин.
• Гетерополисахариды — Гиалуроновая кислота, Хондроитин.

Углеводы — это молекулы, широко распространенные в тканях растений и животных. У растений и членистоногих углеводы из структур скелета также служат запасами пищи для растений и животных. Они являются важным источником энергии, необходимой для различных метаболических процессов, энергия получается путем окисления.

Некоторые из их основных функций включают:

• Живые организмы используют углеводы в качестве доступной энергии для подпитки клеточных реакций.Они являются наиболее богатым пищевым источником энергии (4 ккал / грамм) для всех живых существ.
• Углеводы не только являются основным источником энергии для многих животных, но и являются мгновенными источниками энергии. Глюкоза расщепляется гликолизом / циклом Креба с образованием АТФ.
• Служат накопителями энергии, топливом и промежуточными продуктами метаболизма. Он хранится в виде гликогена у животных и крахмала в растениях.
• Накопленные углеводы действуют как источник энергии вместо белков.
• Они образуют структурные и защитные компоненты, как в клеточной стенке растений и микроорганизмов.Структурные элементы в клеточных стенках бактерий (пептидогликан или муреин), растений (целлюлоза) и животных (хитин).
• Углеводы являются промежуточными продуктами биосинтеза жиров и белков.
• Углеводы регулируют работу нервной ткани и являются источником энергии для мозга.
• Углеводы связываются с липидами и белками с образованием поверхностных антигенов, рецепторных молекул, витаминов и антибиотиков.
• Формирование структурного каркаса РНК и ДНК (рибонуклеиновая кислота и дезоксирибонуклеиновая кислота).
• Они связаны со многими белками и липидами. Такие связанные углеводы важны для межклеточной коммуникации и взаимодействия между клетками и другими элементами клеточной среды.
• У животных они являются важным компонентом соединительной ткани.
• Углеводы с высоким содержанием клетчатки помогают предотвратить запор.
• Кроме того, они помогают в модуляции иммунной системы.

1. Ленингер, А.Л., Нельсон Д. Л. и Кокс М. М. (2000). Принципы биохимии Ленингера. Нью-Йорк: Издательство Worth.
2. Мэдиган, М. Т., Мартинко, Дж. М., Бендер, К. С., Бакли, Д. Х., и Шталь, Д. А. (2015). Биология Брока микроорганизмов (Четырнадцатое издание). Бостон: Пирсон.
3. Родуэлл, В. В., Ботам, К. М., Кеннелли, П. Дж., Вейл, П. А., и Бендер, Д. А. (2015). Иллюстрированная биохимия Харпера (30-е изд.