Биология углеводы это: Состав, свойства и функции углеводов

Содержание

Биология для студентов — 118. Углеводы, их строение, свойства, классификация, биологическая роль

Углеводы, или сахара, — это органические соединения, которые содержат в молекуле одновременно карбонильную (альдегидную или кетонную) и несколько гидроксильных (спиртовых) групп. Другими словами, углеводы — это альдегидоспирты (полиоксиальдегиды) или кетоноспирты (полиоксикетоны). Углеводы являются неотъемлемым компонентом клеток и тканей всех живых организмов представителей растительного и животного мира, составляя (по массе) основную часть органического вещества на Земле. Источником углеводов для всех живых организмов является процесс фотосинтеза, осуществляемый растениями. Углеводы играют чрезвычайно важную роль в живой природе, и являются самыми распространенными веществами в растительном мире, составляя до 80 % сухой массы растений. Важное значение углеводы имеют и для промышленности, поскольку они в составе древесины широко используются в строительстве, производстве бумаги, мебели и других товаров.

Основные функции:

Энергетическая. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50 – 60 % суточного энергопотребления организма, а при мышечной деятельности на выносливость — до 70 %.
Пластическая. Углеводы (рибоза, дезоксирибоза) используются для построения АТФ, АДФ и других нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот. Они входят в состав некоторых ферментов. Отдельные углеводы являются структурными компонентами клеточных мембранУглеводы накапливаются (запасаются) в скелетных мышцах, печени и других тканях в виде гликогена.
Специфическая. Отдельные углеводы участвуют в обеспечении специфичности групп крови, исполняют роль антикоагулянтов (вызывающие свертывание), являясь рецепторами цепочки гормонов или фармакологических веществ, оказывая противоопухолевое действие.
Защитная. Сложные углеводы входят в состав компонентов иммунной системы; мукополисахариды находятся в слизистых веществах, которые покрывают поверхность сосудов носа, бронхов, пищеварительного тракта, мочеполовых путей и защищают от проникновения бактерий и вирусов, а также от механических повреждений.
Регуляторная. Клетчатка пищи не поддается процессу расщепления в кишечнике, однако активирует перистальтику кишечного тракта, ферменты, использующиеся в пищеварительном тракте, улучшая пищеварение и усвоение питательных веществ.

Классификация углеводов. Все углеводы можно разделить на две большие группы:

простые углеводы (моносахариды, или монозы),
сложные углеводы (полисахариды, или полиозы).

Простые углеводы не подвергаются гидролизу с образованием других, еще более простых углеводов. При разрушении молекул моносахаридов можно получить молекулы лишь других классов химических соединений. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле, различают тетрозы (четыре атома), пентозы (пять атомов), гексозы (шесть атомов), и т.д. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную — к классу кетоз (кетоноспиртов).

Сложные углеводы, или полисахариды, при гидролизе распадаются на молекулы простых углеводов. Сложные углеводы, в свою очередь, делятся на:

олигосахариды,
полисахариды.

Олигосахариды — это низкомолекулярные сложные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Полисахариды — это высокомолекулярные углеводы, образованные более чем из 20 остатков моносахаридов, нерастворимые в воде и не сладкие на вкус.

В зависимости от состава, сложные углеводы можно разделить на две группы:

гомополисахариды, состоящие из остатков одного и того же моносахарида;
гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов.

Моносахариды. Общая формула моносахаридов — СпН2пОп. Названия моносахаридов образуют из греческого числительного, соответствующего числу углеродных атомов в данной молекуле, и окончания -оза. Чаще всего в живой природе встречаются моносахариды с пятью и шестью углеродными атомами — пентозы и гексозы. В зависимости от характера карбонильной группы, входящей в состав моносахаридов (альдегидная или кетонная), моносахариды делятся на:

альдозы (альдегидоспирты),
кетозы (кетоноспирты).

Из гексоз наиболее широко распространены глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза — это представитель альдоз, а фруктоза — кетоз. Глюкоза и фруктоза являются

изомерами, т.е. они имеют один и тот же атомарный состав и их молекулярная формула одинакова (С6Н12О6). Однако пространственное строение их молекул различается:
СН2ОН-СНОН-СНОН-СНОН-СНОН-СНО Глюкоза (альдогексоза)

СН2ОН-СНОН-СНОН-СНОН-СО-СН2ОН Фруктоза (кетогексоза).

Э.Фишер разработал пространственные формулы, названные его именем. В этих формулах углеродные атомы нумеруют с того конца цепи, к которому ближе карбонильная группа. В частности, в альдозах первый номер присваивается углероду альдегидной группы.
Однако моносахариды существуют не только в виде открытых форм, но и в виде циклов. Эти две формы — цепная и циклическая — являются таутомерными и способны самопроизвольно переходить одна в другую в водных растворах. Представители моносахаридов:

D-рибоза — компонент РНК и коферментов нуклеотидной природы.
D-глюкоза (виноградный сахар) — кристаллическое белое вещество, хорошо растворимое в воде, температура плавления равна 146°С. Полимеры глюкозы, прежде всего
D-галактоза — кристаллическое вещество, составная часть молочного сахара, важнейший компонент пищевого рациона. Достаточно хорошо растворяется в воде, сладкое на вкус, температура плавления равна 165°С. Наряду с D-маннозой, этот моносахарид входит в состав многих гликолипидов и гликопротеинов.
D-манноза — кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде, температура плавления равна 132°С. Встречается в природе в виде полисахаридов — маннанов, из которых может быть получено гидролизом.
D-фруктоза (фруктовый сахар) — кристаллическое вещество, температура плавления равна 132°С. Хорошо растворима в воде, сладкая на вкус, сладость превосходит сладость сахарозы в два раза. В свободной форме содержится во фруктовых соках (фруктовый сахар) и меде. В связанной форме фруктоза присутствует в сахарозе и растительных полисахаридах (например, в инулине).

При окислении альдоз образуется три класса кислот: альдоновые, альдаровые и альдуроновые.

Наиболее важными полисахаридами являются следующие:

Целлюлоза — линейный полисахарид, состоящий из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных между собой водородными связями. Каждая цепь образована остатками β-D-глюкозы. Такая структура препятствует проникновению воды, очень прочна на разрыв, что обеспечивает устойчивость оболочек клеток растений, в составе которых 26—40 % целлюлозы. Целлюлоза служит пищей для многих животных, бактерий и грибов. Однако большинство животных, в том числе и человек, не могут усваивать целлюлозу, поскольку в их желудочно-кишечном тракте отсутствует фермент целлюлаза, расщепляющий целлюлозу до глюкозы. В то же время целлюлозные волокна играют важную роль в питании, поскольку они придают пище объемность и грубую консистенцию, стимулируют перистальтику кишечника.

Крахмал и гликоген. Эти полисахариды являются основными формами запасания глюкозы у растений (крахмал), животных, человека и грибов (гликоген). При их гидролизе в организмах образуется глюкоза, необходимая для процессов жизнедеятельности.
Хитин образован молекулами β-глюкозы, в которой спиртовая группа при втором атоме углерода замещена азотсодержащей группой NHCOCh4. Его длинные параллельные цепи так же, как и цепи целлюлозы, собраны в пучки. Хитин — основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Классификация углеводов

Углеводы — клетчатка, крахмалы и сахара — являются важными пищевыми питательными веществами, которые организм превращает в глюкозу, чтобы дать ему энергию.

Что такое углеводы?

Углеводы — это тип макронутриентов, содержащихся в определенных продуктах питания и напитках. Углеводы – это большой класс органических соединений со значительно различающимися свойствами. Все они состоят из отдельных единиц – сахаридов.

Типы углеводов

Моносахариды – простейшие углеводы, не распадающаяся до еще более простых.

Это самая простая форма сахара. Например, глюкоза, галактоза, фруктоза. Моносахариды представляют собой блоки («единицы»), из которых могут синтезироваться более сложные углеводы – дисахариды, олигосахариды и полисахариды.

Олигосахариды – более сложные соединения, построенные из нескольких (от 2-х до 10) остатков моносахаридов. Ее типичный представитель – трисахарид рафиноза в большом количестве содержится в сахарной свекле.

Дисахариды – сложные соединения, частный случай олигосахаридов. Они построены из 2-х остатков моносахаридов. В зависимости от строения делятся на две группы – 1) восстанавливающие – мальтоза, лактоза, целлобиоза; 2) невосстанавливающие – сахароза. Примерами являются солодовый сахар (мальтоза), молочный сахар (лактоза), тростниковый сахар (сахароза).

Полисахариды – сложные органические соединения, состоящие из большого количества (десятков, сотен или тысяч) моносахаридов. Они бывают растительного (крахмал, целлюлоза, пектиновые вещества), животного (гликоген, хитин) и бактериального (декстраны) происхождения. По части употребления в пищу делятся на перевариваемые (крахмал) и не перевариваемые (клетчатка).

Полисахариды необходимы для жизни животных и растений. Они являются один из основных источников энергии организма в результате обмена веществ, принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях.

Сахара, крахмалы и клетчатка являются углеводами – пищевыми питательными веществами, которые организм превращает в глюкозу, чтобы дать ему энергию для функционирования.

Продукты и напитки могут содержать три типа углеводов: сахара, крахмалы и клетчатку. Слова «общее количество углеводов» на этикетке пищевых продуктов относятся к комбинации всех трех типов.

Две группы углеводов: простые (быстрые) и сложные (медленные)

Моносахариды и дисахариды называют простыми углеводами и быстрыми углеводами
Углеводы, состоящие из трех или более «блоков», называют сложными углеводами и медленными углеводами.

В чем разница между простыми и сложными углеводами?

Химическая структура пищи и то, как быстро организм ее переваривает, определяют, какой вид углеводов она содержит – сложные или простые.

Простые углеводы легко перерабатываются организмом, поэтому их называют также быстрыми углеводами. Им требуется всего несколько минут, чтобы разложиться до простых молекул, попасть в кровь и снабдить организм энергией. Слишком много простых углеводов может способствовать увеличению веса. Они также могут увеличить риск диабета, сердечных заболеваний и высокого уровня холестерина.

Сложные углеводы расщепляются организмом гораздо медленнее простых углеводов. Поэтому их называют также медленными углеводами. В результате медленного расщепления таких углеводов уровень сахара в крови остается стабильным, а сытость сохраняется дольше.

Возможно, вам знаком термин хорошие углеводы, но лучше думать о них как о продуктах, содержащих полезные углеводы. Они также содержат необходимые организму витамины, минералы и клетчатку.

Простые и сложные углеводы в питании человека

Рассмотрим более подробно типы углеводов, относящихся к простым и сложным.

Сахара

Сахара включают в себя следующие виды углеводов, относящихся к простым:

глюкоза – во фруктах, меде и некоторых овощах;
фруктоза — во фруктах и меде;
сахароза – в сахарном тростнике;
лактоза — во всех видах молока, включая грудное молоко;
мальтоза — в намоченных пророщенных семенах злаков (солодовый сахар).

Организм быстро расщепляет простые углеводы. В результате уровень сахара в крови повышается, а затем быстро падает. После употребления сладких продуктов вы можете заметить прилив энергии, за которым следует чувство усталости.

Сахара бывают двух видов:

Встречающиеся в природе, например, содержащиеся в молоке и свежих фруктах.
Добавленные в продукты – те, которые содержатся в сладостях, консервированных фруктах, варенье, джеме, соках и газированных напитках. К такого рода сладостям относятся выпечка, шоколадные батончики, мороженое.

Отдавайте предпочтение первому виду этих простых углеводов. Организм обрабатывает все сахара одинаково. Он не может отличить натуральный сахар от добавленного. Но, наряду с энергией, продукты с натуральным сахаром содержат витамины, минералы и иногда клетчатку.

Ограничение сахара необходимо для поддержания уровня сахара в крови в здоровом диапазоне. Кроме того, сладкие продукты и напитки часто содержат много калорий, что может способствовать увеличению веса.

Ограничьте рафинированные продукты и продукты, содержащие добавленный сахар – выпечку, десерты, конфеты, соки, морсы, газированные и подслащенные напитки.

Крахмалы

Крахмалы — это сложные углеводы. Многие крахмалы (но не все) подходят под эту категорию. Они обеспечивают организм витаминами и минералами.

Вы можете найти крахмалы в следующих продуктах:

Овощи – бобовые (например, фасоль, нут, чечевица), кукуруза, картофель, рис, орехи и т. д.
Фрукты и ягоды – яблоки, дыни и др.
Продукты – коричневый рис, овсянка, цельнозерновой хлеб, зерновые продукты: макаронные изделия, полента (каша из кукурузной муки), блюда из дробленого зерна (кускус, бургул и т.д.)

Клетчатка

Клетчатка относится к категории полезных сложных углеводов. Организм не может расщепить клетчатку. Большая часть его проходит через кишечник, стимулируя и помогая пищеварению. Клетчатка также регулирует уровень сахара в крови, снижает уровень холестерина и дольше сохраняет чувство сытости.

Клетчатку содержат продукты растительного происхождения – фрукты, овощи и цельнозерновые продукты.
Клетчатку не содержат продукты животного происхождения, включая молочные продукты и мясо.

Эксперты рекомендуют взрослым употреблять от 25 до 30 граммов клетчатки каждый день. Большинство из нас получает лишь половину этого.

К продуктам с высоким содержанием клетчатки относятся:

Фрукты и ягоды, особенно со съедобной кожицей (яблоки и персики) или семенами, как у многих ягод.
Орехи и семена – миндаль, арахис, грецкие орехи, семена тыквы, подсолнечника.
Овощи – бобовые (фасоль, нут, чечевица), кукуруза, брокколи, брюссельская капуста, кабачки.
Цельнозерновые продукты – коричневый рис, овсянка, зерновой и цельнозерновой хлеб, макаронные изделия.

Выводы и рекомендации

Моносахариды и дисахариды называют простыми углеводами. Так как они быстро повышают содержание сахара в крови и обладают высоким гликемическим индексом, их называют также быстрыми углеводами

Углеводы, состоящие из трех или более «блоков», называют сложными. Так как они медленно повышают содержание глюкозы и имеют низкий гликемический индекс, их называют также медленными углеводами.

Как и в случае со всеми продуктами, секрет углеводов заключается в том, чтобы принимать разумные решения и ограничивать те, которые не так полезны для вас. Лучше всего выбирать богатые питательными веществами углеводы, содержащие клетчатку, витамины и минералы.

Во фруктах и молоке недостаточно сахара, чтобы быть проблемой. Но сахара и крахмалы во многих закусках очень рафинированы. Продукты с добавлением сахара ешьте в умеренных количествах.

Физиология, углеводы — PubMed

Книга

Джули Э. Холеш, Сана Аслам ¹ , Эндрю Мартин ²

Источник: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2023 янв.

2022 25 июля .

Принадлежности

¹ Университет здравоохранения Огасты
² Университет Кэмпбелла

PMID: 29083823
Идентификатор книжной полки: НБК459280

Бесплатные книги и документы

Книга

Джули Э. Холеш и др.

Бесплатные книги и документы

Источник: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2023 янв.

2022 25 июля .

Авторы

Джули Э. Холеш, Сана Аслам ¹ , Эндрю Мартин ²

Принадлежности

¹ Университет здравоохранения Огасты
² Университет Кэмпбелла

PMID: 29083823
Идентификатор книжной полки: НБК459280

Выдержка

Углеводы являются одним из трех макроэлементов в рационе человека, наряду с белками и жирами. Эти молекулы содержат атомы углерода, водорода и кислорода. Углеводы играют важную роль в организме человека. Они действуют как источник энергии, помогают контролировать уровень глюкозы в крови и метаболизм инсулина, участвуют в метаболизме холестерина и триглицеридов, а также помогают при брожении. Пищеварительный тракт начинает расщеплять углеводы до глюкозы, которая используется для получения энергии при употреблении. Любая дополнительная глюкоза в кровотоке сохраняется в печени и мышечной ткани до тех пор, пока не потребуется дополнительная энергия. Углеводы — это общий термин, который включает в себя сахар, фрукты, овощи, клетчатку и бобовые. Несмотря на то, что существует множество видов углеводов, в рационе человека больше всего пользы от определенного подмножества.

Конструкции

Моносахарид : Самая основная, фундаментальная единица углевода. Это простые сахара с общей химической структурой C6h22O6.

Примеры: глюкоза, галактоза, фруктоза

Дисахарид: Сложные сахара, содержащие два моносахарида с отщеплением молекулы воды, с общей химической структурой C12h32O11

Примеры: сахароза, лактоза

Олигосахарид: Полимер содержит от трех до десяти моносахаридов.

Примеры: мальтодекстрины, раффиноза

полисахаридов: Полимеры, содержащие длинные цепи моносахаридов, соединенные гликозидными связями

Примеры: амилоза, целлюлоза

Типы

Простые углеводы: Один или два сахара (моносахариды или дисахариды), объединенные в простую химическую структуру. Они легко используются для получения энергии, вызывая быстрое повышение уровня сахара в крови и секрецию инсулина поджелудочной железой.

Примеры: фруктоза, лактоза, мальтоза, сахароза, глюкоза, галактоза, рибоза
Пищевые продукты: конфеты, газированные напитки, кукурузный сироп, фруктовые соки, мед, столовый сахар

Сложные углеводы: Три или более сахаров (олигосахаридов или полисахаридов), связанных друг с другом в более сложную химическую структуру. Они дольше перевариваются и, следовательно, имеют более постепенный эффект на повышение уровня сахара в крови.

Примеры: целлобиоза, рутинулоза, амилоза, целлюлоза, декстрин
Продукты питания: яблоки, брокколи, чечевица, шпинат, неочищенные цельные зерна, коричневый рис Крахмалы: Сложные углеводы содержат большое количество молекул глюкозы. Эти полисахариды вырабатывают растения.
1. Примеры включают картофель, нут, макаронные изделия и пшеницу.
Волокно: Неперевариваемые сложные углеводы, которые способствуют здоровому росту бактерий в толстой кишке и действуют как наполнитель, облегчая дефекацию. Основные компоненты включают целлюлозу, гемицеллюлозу и пектин.
1. Нерастворимый: абсорбирует воду в кишечнике, тем самым смягчая и увеличивая объем стула. Преимущества включают регулярность дефекации и снижение риска дивертикулеза.
2. 1. Примеры: отруби, семена, овощи, коричневый рис, кожура картофеля.
3. Растворимый: Помогает снизить уровень холестерина и ЛПНП в крови, уменьшает напряжение при дефекации и снижает уровень глюкозы в крови после приема пищи.
4. 1. Примерами являются мясистые фрукты, овес, брокколи и сушеные бобы.
Авторское право © 2023, StatPearls Publishing LLC.
Разделы
- Введение
- Проблемы, вызывающие озабоченность
- Сотовый уровень
- Функция
- Клиническое значение
- Обзорные вопросы
- Рекомендации
Похожие статьи
- Фруктоза, галактоза и глюкоза — В здравии и болезни.
  Ци Х, Тестер РФ. Ци Х и др. Клин Nutr ESPEN. 2019 окт;33:18-28. doi: 10.1016/j.clnesp.2019.07.004. Epub 2019 19 июля. Клин Nutr ESPEN. 2019. PMID: 31451258 Обзор.
- Структура и характеристики углеводов в рационах свиней: обзор.
  Наварро DMDL, Abelilla JJ, Stein HH. Наварро DMDL и др. J Anim Sci Biotechnol. 2019 17 апр;10:39. doi: 10.1186/s40104-019-0345-6. Электронная коллекция 2019. J Anim Sci Biotechnol. 2019. PMID: 31049199 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
- Доказательства влияния насыщенных жиров и сахара на ишемическую болезнь сердца.
  ДиНиколантонио Дж.Дж., Лукан СК, О’Киф Дж.Х. ДиНиколантонио Дж. Дж. и др. Prog Cardiovasc Dis. 2016 март-апрель;58(5):464-72. doi: 10.1016/j.pcad.2015.11.006. Epub 2015 14 ноября. Prog Cardiovasc Dis. 2016. PMID: 26586275 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
- Глобальный транскрипционный анализ переносчиков сахара Streptococcus mutans с использованием микрочипов.
  Айдич Д., Фам В.Т. Айдич Д. и др. J Бактериол. 2007 г., июль; 189 (14): 5049-59. doi: 10.1128/JB.00338-07. Epub 2007 11 мая. J Бактериол. 2007. PMID: 17496079 Бесплатная статья ЧВК.
- Плазменная глюкоза.
  Гурунг П., Зубаир М., Джалал И. Гурунг П. и др. 2023, 18 января. В: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2023 янв.–. 2023, 18 января. В: StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2023 янв.–. PMID: 31082125 Бесплатные книги и документы.
Посмотреть все похожие статьи
Рекомендации
1. 1. Шах Р., Сабир С., Алхавадж А.Ф. StatPearls [Интернет] StatPearls Publishing; Остров сокровищ (Флорида): 2022. 19 сентября, физиология, грудное молоко. — пабмед
2. 1. Болла А.М., Каретто А., Лауренци А., Скавини М., Пьемонти Л. Низкоуглеводная и кетогенная диеты при диабете 1 и 2 типа. Питательные вещества. 201926 апр;11(5) — ЧВК — пабмед
3. 1. Миллс С. , Стэнтон С., Лейн Дж. А., Смит Г. Дж., Росс Р. П. Точное питание и микробиом, часть I: современное состояние науки. Питательные вещества. 201924 апр;11(4) — ЧВК — пабмед
4. 1. Хеви Р. Стратегии разработки гликомиметических препаратов-кандидатов. Фармацевтика (Базель) 201911 апр;12(2) — ЧВК — пабмед
5. 1. Уриг М. Л., Лантаньо Б., Постиго А. Синтетические стратегии фторирования углеводов. Орг Биомол Хим. 201929 мая; 17 (21): 5173-5189. — пабмед
Типы публикаций
Углеводы — Учебник по биологии
Моносахариды
Углеводы — это сахара, которые могут состоять из одного или нескольких моносахариды. Сахара сильно различаются по химической структуре и форме, но все они состоят из углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). Существует несколько различных моносахаридов, но все они содержат пропорциональные количества углерода, водорода и кислорода (1C:2H:1O). Например, глюкоза представляет собой гексозный сахар, который имеет 6 атомов углерода, 12 водорода и 6 кислорода, записанных в виде молекулярной формулы (C6h22O6). Другими словами, все моносахариды соответствуют выражению n (C1h3O1).
В то время как моносахариды могут варьироваться в зависимости от количества доступных атомов углерода, может существовать несколько различных физических расположений сахаров с одной и той же молекулярной формулой. Молекулы с одинаковой молекулярной формулой, но различным пространственным расположением атомов известны как изомеры . Например, глюкоза представляет собой гексозный сахар (моносахарид, содержащий 6 атомов углерода, C6h22O6). В водном растворе глюкоза превращается в кольцевую молекулу, которая может ориентироваться двумя способами: α-глюкоза и β-глюкоза.
Атомы углерода сахаров пронумерованы особым образом. Углерод в направлении по часовой стрелке от кислорода, содержащегося в кольцевой структуре глюкозы, идентифицируется как 1′-углерод. Углерод, расположенный по часовой стрелке от углерода 1′, является углеродом 2′, и так далее. Два мономера глюкозы различаются ориентацией гидроксила (ОН) и водорода (Н), присоединенных к атому углерода 1’. В α-глюкозе водород ближе к кислороду, находящемуся внутри кольца, а в β-глюкозе гидроксильная группа ближе всего к кислороду. Хотя оба изомера глюкозы находятся в равновесии, β-глюкоза несколько более стабильна.
Глюкоза используется непосредственно клетками в процессе клеточного дыхания или ферментации. Энергия, содержащаяся в химических связях глюкозы, высвобождается в ходе ряда реакций, которые используются в синтезе аденозинтрифосфатов ( АТФ ). АТФ — это молекула с высокой потенциальной энергией, которая при высвобождении может использоваться всеми живыми организмами для выполнения клеточной работы. АТФ является универсальной энергетической валютой клетки, используемой всеми известными организмами. Когда клетки имеют избыток глюкозы, они могут связывать молекулы глюкозы вместе для краткосрочного или долгосрочного хранения с помощью ковалентных связей, известных как 9.0302 гликозидные связи .
Гликозидные связи и дисахариды
Когда в клетках присутствует избыток глюкозы, моносахариды связываются друг с другом через ковалентные связи, известные как гликозидные связи. Гликозидная связь образуется в результате реакции конденсации двух гидроксильных (ОН) групп между любыми двумя моносахаридами. Две молекулы α-глюкозы образуют гликозидную связь, образуя дисахарид , известный как мальтоза . Гидроксильная группа (ОН), присоединенная к атому углерода 1’ одной α-глюкозы, реагирует с гидроксильной группой, присоединенной к атому углерода 4’ второй гидроксильной группы. Один из атомов кислорода остается и образует связь между двумя молекулами α-глюкозы, образуя дисахарид мальтозу 9.0302 . Водородная (H) и гидроксильная (OH) группы, которые удаляются из сахаров, образуют ковалентную связь, образуя воду (h3O). Этот тип связи известен как α-1,4-гликозидная связь.
Запасные полисахариды
Когда клетке требуется больше глюкозы, мальтоза может быть снова расщеплена на два компонента α-глюкозы, которые затем способны подвергаться клеточному дыханию или ферментации. Однако, когда клетки имеют избыток глюкозы, они образуют запасные полисахариды 9. 0303, длинные цепи глюкозы, связанные вместе гликозидными связями.
Крахмал представляет собой запасной полисахарид, вырабатываемый растениями, полностью состоящими из α-глюкозы. Крахмал может храниться растениями от нескольких дней до нескольких лет. Существует два варианта крахмала: амилоза и амилопектин . Амилоза представляет собой неразветвленный полисахарид глюкозы, связанный между собой α-1,4-гликозидными связями. Амилопектин представляет собой полисахарид глюкозы, который разветвляется примерно на каждый 30-й мономер. Ветвление в амилопектине происходит между углеродом 1′ одной глюкозы и углеродом 6′ соседней глюкозы.
Гликоген представляет собой запасной полисахарид, вырабатываемый животными, который хранится в их мышцах и печени. Гликоген представляет собой молекулу краткосрочного хранения, которая сохраняется от нескольких часов до нескольких дней. Подобно крахмалу, гликоген может расщепляться до мономеров глюкозы, способных к клеточному дыханию. Подобно амилопектину, гликоген является разветвленным полисахаридом α-глюкозы. Однако гликоген разветвляется примерно через каждый 10-й мономер.
Структурные полисахариды
Организмы могут связывать моносахариды с образованием слоев полисахаридов, полезных для повышения структурной целостности. Эти структурные полисахариды распространены во многих организмах от бактерий до растений и животных. Растения связывают вместе мономеры β-глюкозы, образуя структурный полисахарид, целлюлозу . Гликозидные связи образуются между соседними мономерами β-глюкозы, образуя линейные цепи. Соседние линейные цепи соединяются друг с другом посредством водородных связей между кислородом 2′-углерода β-глюкозы одной цепи с водородом, присоединенным к 6′-углероду соседней цепи. Эти линейные цепи соединяются друг с другом, образуя листы.
Хитин представляет собой полисахарид, обнаруженный в животных и клеточных стенках грибов. Хитин образует экзоскелет насекомых и ракообразных и содержится в волосах и ногтях человека. Подобно целлюлозе, он образует листы полисахаридов, соединенных водородными связями. В отличие от целлюлозы, мономер хитина отличается и известен как N -ацетилглюкозамин (НАГ).
Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из структурного полисахарида другого типа, пептидогликан. Мономер пептидогликана аналогичен NAG. Однако пептидогликан отличается от хитина способом образования связей. В то время как хитин образует водородные связи между параллельными полисахаридными цепями, пептидогликаны имеют дополнительную цепь из четырех аминокислот к одному из своих атомов углерода. Четыре аминокислоты на одном мономере образуют ковалентную связь (известную как пептидная связь) с группой из четырех аминокислот на другом мономере в параллельной полисахаридной цепи.
Лаборатория: Тест Бенедикта на сахар
Реакция Бенедикта на сахара — это простой анализ, определяющий концентрацию восстанавливающих моносахаридов в растворе. Некоторые дисахариды обнаруживаются с помощью теста Бенедикта, но сахароза (столовый сахар) является нереакционноспособным дисахаридом. Раствор Бенедикта представляет собой реагент , химическое вещество, которое меняет цвет в присутствии другого химического вещества. В этом тесте у вас будет две контрольные группы. Положительный контроль — это вещество, о котором известно, что оно содержит химическое вещество, которое вы пытаетесь обнаружить. Вы будете использовать 4% глюкозу в качестве положительного контроля. А отрицательный контроль — это вещество, о котором известно, что оно отсутствует в химическом веществе, которое вы пытаетесь обнаружить. В качестве отрицательного контроля обычно используют воду. В этом анализе вы проверите три экспериментальные группы с неизвестными концентрациями сахара.
Лаборатория: Амиопласты
Амиопласты представляют собой специализированные органеллы в растительных клетках, которые хранят крахмал. Они распространены в клетках картофеля, которые вы будете изучать в этой лаборатории. Йод — реагент, превращающий крахмал из темно-фиолетового в черный.