7.2. Обмен гликогена
Гликоген – главный резервный гомолисахарид человека, мономером которого является глюкоза. Остатки глюкозы соединены в линейных участках -1,4-гликозидными связями, в местах разветвления — -1,6-гликозидными связями. Разветвленная структура гликогена создает много концевых мономеров, способствующих работе ферментов при его распаде или синтезе. Гликоген депонируется в печени и скелетных мышцах и хранится в цитозоле в форме гранул. Метаболические пути синтеза и распада гликогена различны.
Синтез гликогена (гликогенез) происходит в течение 1-2 часа после приема углеводной пищи и требует затрат АТФ.
1). Фосфорилирование глюкозы при участии гексокиназы (в печени – глюкокиназы) с образованием глюкозо-6-фосфата, который переходит в глюкозо-1-фосфат (фермент – фосфоглюкомутаза):
2). При участии глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазы глюкозо-1-фосфат с УТФ образует УДФ-глюкозу и пирофосфат:
глюкозо-1-фосфат + УТФ УДФ-глюкоза + РРi.
3). Перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество), фермент — гликогенсинтаза:
Гликогенсинтаза катализирует образование -1,4-гликозидной связи.
Образование -1,6-гликозидной связи обеспечивает гликогенветвящий фермент, который переносит олигосахаридный фрагмент (6-7 остатков глюкозы) на 6-гидроксильную группу остатка глюкозы той же или другой цепи гликогена.
Распад гликогена (гликогенолиз) – процесс перехода гликогена из запасной формы в метаболическую (глюкоза).
В присутствии фосфорилаз гликоген распадается на глюкозо-1-фосфат без предварительного расщепления на более крупные остатки.Фосфорилаза существует в двух формах – фосфорилаза а (активна) и фосфорилаза b (неактивна). Обе формы могут диссоциировать на субъединицы. Фосфорилаза b состоит из 2 субъединиц, фосфорилаза а – из 4. Превращение фосфорилазы а в фосфорилазу b осуществляется фосфорилированием белка при участии киназы фосфорилазы:
2 фосфорилаза в + 4 АТФ → фосфорилаза а + 4 АДФ.
Неактивная киназа фосфорилазы превращается в активную под влиянием фермента цАМФ-зависимой протеинкиназы. цАМФ образуется из АТФ под действием аденилатциклазы, активируемой адреналином и глюкагоном. В результате гликоген распадается и образуется глюкозо-1-фосфат.
Глюкозо-1-фосфат под действием фосфоглюкомутазы превращается в глюкозо-6-фосфат. В печени из глюкозо-6-фосфата образуется глюкоза путем гидролитического отщепления фосфата (фермент – глюкозо-6-фосфатаза).
7.3. Гликолиз
Гликолиз – последовательность ферментативных реакций, приводящих к расщеплению глюкозы с образованием ПВК, сопровождающихся образованием АТФ (в цитозоле клетки).
Аэробный гликолиз: образуется ПВК, поступающая в митохондрии, и далее, в общем пути катаболизма, распадающаяся до СО2 и Н2О. Аэробный гликолиз – часть аэробного распада глюкозы.
Анаэробный гликолиз: образуется ПВК, которая затем превращается в лактат. Анаэробный распад глюкозы и анаэробный гликолиз – синонимы. Анаэробный гликолиз протекает в первые минуты мышечной работы, в эритроцитах (нет митохондрий), при недостаточном поступлении кислорода.
Реакции гликолиза:
1). Фосфорилирование глюкозы. Реакцию катализирует гексокиназа, в паренхиматозных клетках печени — глюкокиназа. Образование глюкозо-6-фосфата в клетке — ловушка для глюкозы, т.к. мембрана для фосфорилированной глюкозы непроницаема. Глюкозо-6-фосфат — аллостерический ингибитор реакции.
2). Реакция изомеризации при участии глюкозо-6-фосфатизомеразы:
3) — лимитирующая. Реакция фосфорилирования, катализируемая 6-фосфофруктокиназой. Этот фермент ингибируется АТФ и цитратом, активируется — АМФ.
4). Реакция альдольного расщепления при участии альдолазы.
5). Изомеризация диоксиацетонфосфата, фермент – триозофосфатизомераза:
1 молекула глюкозы превращается в 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата (реакции 4, 5).
6). Реакция окисления, фермент — глицеральдегидфосфатдегидрогеназа:
7). Субстратное фосфорилирование при участии фосфоглицераткиназы:
8). Внутримолекулярный перенос фосфатной группы, фермент — фосфоглицеромутаза:
9). Реакция дегидратации при участии енолазы:
10). Субстратное фосфорилирование, фермент — пируваткиназа:
11) В анаэробных условиях протекает реакция восстановления пирувата в лактат под действием фермента лактатдегидрогеназы:
Суммарное уравнение анаэробного гликолиза:
Анаэробный гликолиз не нуждается в дыхательной цепи.
Выход АТФ при анаэробном гликолизе: АТФ образуется за счет двух реакций субстратного фосфорилирования, где на 1 молекулу глюкозы образуется 4АТФ (реакции 7 и 10 гликолиза, расчет на 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата), 2АТФ расходуется (реакции 1 и 3 гликолиза) и
4АТФ — 2АТФ = 2АТФ.
Выход АТФ при аэробном распаде глюкозы:
— три реакции субстратного фосфорилирования (7-я, 10-я — гликолиз; 5-я — ЦТК) = 3АТФ;
— пять реакций дегидрирования с образованием НАДН (6-я — гликолиз; 3-я — окислительное декарбоксилирование ПВК; 3-я, 4-я, 8-я — ЦТК) 3х5 = 15АТФ;
— одна реакция дегидрирования с участием ФАД (6 — ЦТК) — образуется ФАДН2 = 2 АТФ;
итого: 3АТФ + 15 АТФ + 2АТФ = 20 АТФ.
Из реакций 4 и 5 гликолиза следует, что из 1 молекулы глюкозы образуется 2 молекулы глицеральдегид-3-фосфата, тогда 2х20АТФ = 40 АТФ.
В реакциях 1 и 3 гликолиза расходуется 2АТФ, и
40АТФ — 2АТФ = 38АТФ.
Глюкоза в моче
Глюкоза в моче
Глюкоза относится к классу углеводов (сахаров) и служит в организме универсальным источником энергии. Ее название происходит от греческого слова glykys – «сладкий».
Глюкоза является мономером, в природе и у человека встречается как в составе ди- и полимеров, так и отдельно. Основная роль глюкозы в организме – энергетическая – участие в биохимических реакциях, обеспечивающих клетки организма энергией, – также она выполняет структурную функцию, входя в состав различных молекул.
Углеводы поступают в организм с едой. На их долю при сбалансированном питании приходится 75 % объема и 50 % калорийности суточного рациона. Углеводы пищи представлены крахмалом (полимер глюкозы, содержащийся в растительной пище), гликогеном (полимер глюкозы, содержащийся в животной пище), сахарозой (димер, состоящий из фруктозы и сахарозы), моносахарами (лактозы молока, фруктозы и глюкозы меда и фруктов). Углеводы могут образовываться из липидов и аминокислот, но этот процесс приводит к появлению кетоновых тел и азотистых продуктов, в больших количествах и при длительном действии неблагоприятно сказывающихся на состоянии организма. Также в печени содержится резерв гликогена. В ротовой полости и кишечнике сахара расщепляются, всасываются и далее поступают в кровь. Концентрация глюкозы в крови поддерживается на постоянном уровне взаимодействием гормонов. Как повышение, так и понижение глюкозы в крови опасно – возможна гипер- и гипогликемическая кома. В почках глюкоза попадает в первичную мочу, образующуюся при прохождении крови через корковое вещество почек (почечные клубочки). В мозговом веществе почки (канальцевой части) происходит практически полный переход глюкозы из первичной мочи в кровь (реабсорбция) при условии, что уровень глюкозы крови ниже определенного порога. В мочу глюкоза не попадает.
Существует два основных фактора, обуславливающих появление глюкозы в моче: повышение глюкозы крови выше почечного порога (гипергликемия) и нарушение реабсорбции глюкозы в почках в связи с их поражением. Возможно сочетание этих причин.
При заболеваниях почек, нарушающих работу нефрона, происходит неполная реабсорбция глюкозы и она появляется в моче. Встречается первичное поражение канальцев (тубулопатия) – редкое наследственное заболевание, при котором страдает способность к реабсорции некоторых веществ в почечных канальцах (синдром де Тони – Дебре – Фанкони, первичная глюкозурия), и вторичное поражение, когда нарушается функция почек в целом (гломерулонефриты, почечная недостаточность, отравления). Глюкозурия, связанная с работой почек, может обнаруживаться у беременных, особенно на поздних сроках. В этом случае для предотвращения осложнений обязательно наблюдение врача.
Увеличение содержания глюкозы в крови ведет к его увеличению в первичной моче, при превышении определенного порога даже здоровые почки не полностью реабсорбируют глюкозу, так что она попадает в мочу. Глюкоза крови может повышаться у здоровых людей при чрезмерном употреблении углеводов в пищу, стрессе, эпизодическом употреблении некоторых лекарств. В целом уровень глюкозы крови зависит от гормональной регуляции, и его колебания свидетельствуют о патологии эндокринной системы.
Гормоны, влияющие на обмен углеводов, принято делить на инсулин и контринсулярные. Действие инсулина направлено на снижение уровня глюкозы в крови: он способствует переходу глюкозы в ткани, стимулирует синтез гликогена и угнетает его расщепление до глюкозы, угнетает образование глюкозы из аминокислот и липидов. Инсулин синтезируется эндокринными клетками поджелудочной железы. При сахарном диабете нарушается синтез инсулина (инсулинозависимый сахарный диабет) или реакция на него клеток организма (инсулинонезависимый сахарный диабет), при удалении поджелудочной железы или ее значительном повреждении при панкреатите также развивается недостаточность инсулина. Это ведет к повышению глюкозы в крови и появлению глюкозы в моче. При лечении диабета добиваются стабильного уровня глюкозы крови, а глюкозурия может являться сигналом к коррекции терапии.
Контринсулярные гормоны – это глюкагон поджелудочной железы, кортизол коркового вещества надпочечников, адреналин мозгового вещества надочечников, соматотропин передней доли гипофиза, гормоны щитовидной железы. Их действие имеет ряд особенностей, но в целом в том, что касается метаболизма глюкозы, оно противоположно инсулину: стимуляция распада гликогена и инсулина, глюкоза синтезируется из липидов и аминокислот, ее уровень в крови повышается. Действие контринсулярных гормонов направлено на удовлетворение энергетических потребностей в период стресса, мышечного напряжения. К гипергликемии и появлению глюкозы в моче ведет повышение уровня контринсулярных гормонов. Это происходит при длительном приеме соответствующих препаратов (глюкокортикоидов, гормонов щитовидной железы, соматотропного гормона), при гормонпродуцирующих опухолях щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы, гипофиза.
Для чего используется исследование?
- Для выявления сахарного диабета.
- Для контроля за течением сахарного диабета.
- Чтобы оценить эффективность лечения сахарного диабета.
- Для оценки функции почек.
- Чтобы оценить функционирование эндокринной системы (поджелудочной, щитовидной железы, гипофиза, надпочечников).
- Для контроля за состоянием беременной женщины.
Когда назначается исследование?
- При подозрении на сахарный диабет.
- Когда необходимо оценить течение сахарного диабета и эффективность его лечения.
- При подозрении на нарушение функции почек
- Если в семье были случаи тубулопатий.
- При подозрении на эндокринные нарушения в организме (гипертиреоз, синдром и болезнь Иценко – Кушинга, феохромоцитому, акромегалию).
- При ведении беременности, особенно на поздних сроках.
Dehydration Synthesis | Protocol (Translated to Russian)
3.5: Синтез дегидрирования
Обзор
Синтез обезвоживания – это химический процесс, в котором две молекулы ковалентно связаны с высвобождением молекулы воды. Многие физиологически важные соединения образуются в результате синтеза обезвоживания, например, сложные углеводы, белки, ДНК и РНК.
Синтез обезвоживания создает строительные блоки жизни
Молекулы сахара могут быть ковалентно связаны друг с другом синтезом обезвоживания, также называемым реакцией конденсации. Полученная стабильная связь называется гликозидной связью. Чтобы сформировать связь, гидроксил (-OH) группа из одного реагента и атом водорода из другого образуют воду, в то время как остальной кислород связывает эти два соединения. Для каждой дополнительной связи, которая образуется, высвобождается другая молекула воды, буквально обезвоживающая реагенты. Например, отдельные молекулы глюкозы (мономеры)могут подвергаться повторно синтезу обезвоживания для создания длинной цепи или разветвленного соединения. Такое соединение, с повторяющимися идентичными или аналогичными подразделениями, называется полимером. Учитывая разнообразный набор сахарных мономеров и различия в расположении связи, можно построить практически неограниченное количество сахарных полимеров.
Многочисленные функции углеводов в живых организмах
Растения производят простые углеводы из двуокиси углерода и воды в процессе, называемом фотосинтезом. Растения хранят полученные сахара (т.е. энергию) в качестве крахмала — полисахарида, который создается из молекул глюкозы путем синтеза обезвоживания. Целлюлоза также построена из мономеров глюкозы и является строительным блоком клеточной стенки в растениях.
Животные потребляют сложные углеводы и разбивают их. Моносахариды затем используются для производства энергии или хранятся в виде гликогена.. Гликоген — разветвленной полисахарид из мономеров глюкозы, получаемый путем синтеза обезвоживания. Кроме того, моносахариды используются в качестве сырья для небольших органических строительных блоков, таких как нуклеиновые кислоты, аминокислоты и жирные кислоты.
Большинство животных не могут переварить целлюлозу, которая синтезируется растениями. Вместо этого, нерастворимое волокно проходит через пищеварительную систему с очень полезными побочными эффектами: это помогает передвигать пищу и увеличивает количество воды, которая сохраняется в кишечнике. Некоторые животные, такие как коровы, имеют бактерии в кишечнике, которые производят ферменты, чтобы расщепить целлюлозу, тем самым делая глюкозу доступной для коровы.
Амилоза, гликоген и целлюлоза состоят из глюкозы
Как амилоза (линейная часть крахмала), гликоген и целлюлоза могут быть сделаны из одного базового компонента, но отличаются по своим свойствам? Разница заключается в типе связи между отдельными молекулами глюкозы. Целлюлоза имеет 1,4 связи глюкозы, а это означает, что мономер глюкозы с углеродом номер один в форме З (т.е. гидроксиловая группа на углерод номер один указывает вверх) связан с углеродом номер 4 в соседнем мономере глюкозы. Мономеры глюкозы в амилозе связаны с связями No1,4. Гликоген также имеет связи No 1,4, но дополнительные боковые цепи с связью No 1,6.
Разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном — Разница Между
Крахмал, целлюлоза и гликоген — это три типа полимерных углеводов, которые содержатся в живых клетках. Автотрофы производят глюкозу как простой сахар во время фотосинтеза. Все эти углеводные полимеры
Основное отличие — крахмал против целлюлозы против гликогена
Крахмал, целлюлоза и гликоген — это три типа полимерных углеводов, которые содержатся в живых клетках. Автотрофы производят глюкозу как простой сахар во время фотосинтеза. Все эти углеводные полимеры, крахмал, целлюлоза и гликоген состоят из соединения мономерных звеньев глюкозы вместе различными типами гликозидных связей. Они служат химическими источниками энергии, а также структурными компонентами клетки. главное отличие между крахмалом, целлюлозой и гликогеном крахмал является основным источником хранения углеводов в растениях в то время как клетчатка является основным структурным компонентом клеточной стенки растений а также Гликоген является основным источником накопления углеводной энергии грибов и животных.
Эта статья исследует,
1. Что такое крахмал
— структура, свойства, источник, функция
2. Что такое целлюлоза
— структура, свойства, источник, функция
3. Что такое гликоген
— структура, свойства, источник, функция
4. В чем разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном
Что такое крахмал
Крахмал — это полисахарид, синтезируемый зелеными растениями в качестве основного источника энергии. Глюкоза вырабатывается фотосинтезирующими организмами в виде простого органического соединения. Он превращается в нерастворимые вещества, такие как масла, жиры и крахмал для хранения. Нерастворимые вещества для хранения, такие как крахмал, не влияют на водный потенциал внутри клетки. Они не могут удаляться от складских помещений. В растениях глюкоза и крахмал превращаются в структурные компоненты, такие как целлюлоза. Они также превращаются в белки, которые необходимы для роста и восстановления клеточных структур.
Растения хранят глюкозу в основных продуктах питания, таких как фрукты, клубни, такие как картофель, семена, такие как рис, пшеница, кукуруза и маниока. Крахмал встречается в гранулах, называемых амилопластами, в виде полукристаллических структур. Крахмал состоит из двух типов полимеров: амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой линейную и спиральную цепь, но амилопектин представляет собой разветвленную цепь. Около 25% крахмала в растениях составляют амилоза, а остальные — амилопектин. 1-Фосфат глюкозы сначала превращается в АДФ-глюкозу. Затем АДФ-глюкоза полимеризуется через 1,4-альфа-гликозидную связь ферментом синтазой крахмала. Эта полимеризация образует линейный полимер амилозы. 1,6-альфа-гликозидные связи вводятся в цепь с помощью разветвляющего крахмала фермента, который продуцирует амилопектин. Крахмальные гранулы риса показаны в Рисунок 1.
Рисунок 1: крахмальные гранулы в рисе
Что такое целлюлоза
Целлюлоза — это полисахарид, который состоит из сотен или многих тысяч единиц глюкозы. Это основной компонент клеточной стенки растений. Многие водоросли и оомицеты также используют целлюлозу для формирования клеточной стенки. Целлюлоза представляет собой полимер с прямой цепью, в котором между молекулами глюкозы образуются 1,4-бета-гликозидные связи. Водородные связи образуются между несколькими гидроксильными группами одной цепи с соседними цепями. Это позволяет прочно удерживать две цепи. Аналогично, несколько целлюлозных цепей участвуют в образовании целлюлозных волокон. Целлюлозное волокно, состоящее из трех целлюлозных цепей, показано на фигура 2, Водородные связи между целлюлозными цепями показаны голубыми цветными линиями.
Рисунок 2: целлюлозное волокно
Что такое гликоген
Гликоген является накопительным полисахаридом животных и грибов. Это аналог крахмала у животных. Гликоген структурно похож на амилопектин, но сильно разветвлен, чем последний. Линейные цепные формы через 1,4-альфа-гликозидные связи и ответвления происходят через 1,6-альфа-гликозидные связи. Разветвление происходит в каждых 8-12 молекулах глюкозы в цепи. Его гранулы встречаются в цитозоле клеток. Клетки печени, а также мышечные клетки хранят гликоген у человека. При необходимости гликоген расщепляется на глюкозу под действием гликогенфосфорилазы. Процесс называется гликогенолизом. Глюкогон — это гормон, который стимулирует гликогенолиз. 1,4-альфа-гликозидные и 1,6-альфа-гликозидные связи гликогена показаны на рисунок 3.
Рисунок 3: Связи в гликогене
Разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном
Определение
Крахмал: Крахмал является основным источником углеводов в растениях.
Целлюлоза: Целлюлоза является основным структурным компонентом клеточной стенки растений.
Гликоген: Гликоген является основным источником накопления углеводной энергии грибов и животных.
мономер
Крахмал: Мономером крахмала является альфа-глюкоза.
Целлюлоза: Мономером целлюлозы является бета-глюкоза.
Гликоген: Мономером гликогена является альфа-глюкоза.
Связь между мономерами
Крахмал: 1,4-гликозидные связи в амилозе и 1,4- и 1,6-гликозидные связи в амилопектине происходят между мономерами крахмала.
Целлюлоза: 1,4-гликозидные связи возникают между мономерами целлюлозы.
Гликоген: 1,4 и 1,6 гликозидные связи возникают между мономерами гликогена.
Природа Цепи
Крахмал: Амилоза представляет собой неразветвленную спиральную цепь, а амилопектин представляет собой длинную разветвленную цепь, некоторые из которых являются спиральными.
Целлюлоза: Целлюлоза представляет собой прямую длинную неразветвленную цепь, которая образует Н-связи со смежными цепями.
Гликоген: Гликоген — это короткая, много разветвленных цепей, некоторые из которых скручены.
Молекулярная формула
Крахмал: Молекулярная формула крахмала (C6ЧАС10О5) п
Целлюлоза: Молекулярная формула целлюлозы является (C6ЧАС10О5) П.
Гликоген: Молекулярная формула гликогена является C24ЧАС42О21.
Молярная масса
Крахмал: Молярная масса крахмала является переменной.
Целлюлоза: Молярная масса целлюлозы составляет 162,1406 г / моль.
Гликоген: Молярная масса гликогена составляет 666,5777 г / моль.
Нашел в
Крахмал: Крахмал можно найти в растениях.
Целлюлоза: Целлюлоза содержится в растениях.
Гликоген: Гликоген встречается у животных и грибов.
функция
Крахмал: Крахмал служит хранилищем углеводов.
Целлюлоза: Целлюлоза участвует в создании клеточных структур, таких как клеточные стенки.
Гликоген: Гликоген служит источником энергии для углеводов.
Вхождение
Крахмал: Крахмал встречается в зернах.
Целлюлоза: Целлюлоза встречается в волокнах.
Гликоген: Гликоген встречается в небольших гранулах.
Заключение
Крахмал, целлюлоза и гликоген являются полисахаридами, обнаруженными в организмах. Крахмал содержится в растениях в качестве основной формы хранения углеводов. Линейные цепи крахмала называются амилозой, а разветвленные — амилопектином. Гликоген похож на амилопектин, но сильно разветвлен. Это основная форма хранения углеводов у животных и грибов. Целлюлоза представляет собой линейный полисахарид, который образует водородные связи между несколькими целлюлозными цепями, образуя волокнистую структуру. Это основной компонент клеточной стенки растений, некоторых водорослей и грибов. Таким образом, основным отличием крахмальной клетчатки от гликогена является их роль в каждом организме.
Ссылка:
1. Берг, Джереми М. «Сложные углеводы образуются в результате связывания моносахаридов». Биохимия. 5-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Веб. 17 мая 2017
Какой простой углевод служит мономером крахмала гликогена. Органические вещества
Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень Сивоглазов Владислав Иванович
8. Органические вещества. Углеводы. Белки
Вспомните!
Какие вещества называют биологическими полимерами?
Каково значение углеводов в природе?
Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?
Углеводы (сахара). Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5 % сухой массы, а в некоторых растительных (например, клуб ни картофеля) их содержание достигает 90 % сухого остатка. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (рис. 15). Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из основных источников энергии для животных. Широко распространена в природе фруктоза – фруктовый сахар, который значительно слаще других сахаров. Этот моносахарид придаёт сладкий вкус плодам растений и мёду.
Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом . Самый распространённый в природе дисахарид – сахароза , или тростниковый сахар, – состоит из глюкозы и фруктозы (рис. 16). Её получают из сахарного тростника или сахарной свёклы. Именно она и есть тот самый сахар, который мы покупаем в магазине.
Сложные углеводы – полисахариды , состоящие из простых сахаров, выполняют в организме несколько важных функций (рис. 17). Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии.
Рис. 15. Структурные формулы моносахаридов
Рис. 16. Структурная формула сахарозы (дисахарида)
Рис. 17. Строение полисахаридов
Крахмал запасается в растительных клетках в виде так называемых крахмальных зёрен. Больше всего его откладывается в клубнях картофеля и в семенах бобовых и злаков. Гликоген у позвоночных содержится главным образом в клетках печени и мышцах. Крахмал, гликоген и целлюлоза построены из молекул глюкозы.
Целлюлоза и хитин выполняют в организмах структурную и защитную функции. Целлюлоза, или клетчатка, образует стенки растительных клеток. По общей массе она занимает первое место на Земле среди всех органических соединений. По своему строению очень близок к целлюлозе хитин, который составляет основу наружного скелета членистоногих и входит в состав клеточной стенки грибов.
Белки (полипептиды). Одними из наиболее важных органических соединений в живой природе являются белки. В каждой живой клетке присутствует одновременно более тысячи видов белковых молекул. И у каждого белка своя особая, только ему свойственная функция. О первостепенной роли этих сложных веществ догадывались ещё в начале XX в., именно поэтому им дали название протеины (от греч. protos – первый). В различных клетках на долю белков приходится от 50 до 80 % сухой массы.
Строение белков . Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала (R) (рис. 18). Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи (рис. 19).
Рис. 18. Общая структурная формула аминокислот, входящих в состав белков
Рис. 19. Образование пептидной связи между двумя аминокислотами
Две полипептидные цепи, из которых состоит гормон поджелудочной железы – инсулин, содержат 21 и 30 аминокислотных остатков. Это одни из самых коротких «слов» в белковом «языке». Миоглобин – белок, связывающий кислород в мышечной ткани, состоит из 153 аминокислот. Белок коллаген, составляющий основу коллагеновых волокон соединительной ткани и обеспечивающий её прочность, состоит из трёх полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков.
Последовательное расположение аминокислотных остатков, соединённых пептидными связями, является первичной структурой белка и представляет собой линейную молекулу (рис. 20). Закручиваясь в виде спирали, белковая нить приобретает более высокий уровень организации – вторичную структуру . И наконец, спираль полипептида сворачивается, образуя клубок (глобулу). Именно такая третичная структура белка и является его биологически активной формой, обладающей индивидуальной специфичностью. Однако для ряда белков третичная структура не является окончательной.
Может существовать четвертичная структура – объединение нескольких белковых глобул в единый рабочий комплекс. Так, например, сложная молекула гемоглобина состоит из четырёх полипептидов, и только в таком виде она может выполнять свою функцию.
Функции белков . Огромное разнообразие белковых молекул подразумевает столь же широкое разнообразие их функций (рис. 21, 22). Около 10 тыс. белков-ферментов служат катализаторами химических реакций. Они обеспечивают слаженную работу биохимического ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.
Рис. 20. Строение белковой молекулы: А – первичная; Б – вторичная; В – третичная; Г – четвертичная структуры
Вторая по величине группа белков выполняет структурную и двигательную функции. Белки участвуют в образовании всех мембран и органоидов клетки. Коллаген входит в состав межклеточного вещества соединительной и костной ткани, а основным компонентом волос, рогов и перьев, ногтей и копыт является белок кератин. Сократительную функцию мышц обеспечивают актин и миозин.
Транспортные белки связывают и переносят различные вещества и внутри клетки, и по всему организму.
Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию.
Например, соматотропный гормон, вырабатываемый гипофизом, регулирует общий обмен веществ и влияет на рост. Недостаток или избыток этого гормона в детском возрасте приводит соответственно к развитию карликовости или гигантизма.
Рис. 21. Основные группы белков
Чрезвычайно важна защитная функция белков. При попадании в организм человека чужеродных белков, вирусов или бактерий на защиту встают иммуноглобулины – защитные белки. Фибриноген и протромбин обеспечивают свёртываемость крови, предохраняя организм от кровопотери. Есть у белков и защитная функция несколько иного рода. Многие членистоногие, рыбы, змеи и другие животные выделяют токсины – сильные яды белковой природы. Белками являются и самые сильные микробные токсины, например ботулиновый, дифтерийный, холерный.
При нехватке пищи в организме животных начинается активный распад белков до конечных продуктов, и тем самым реализуется энергетическая функция этих полимеров. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Рис. 22. Синтезированные белки или остаются в клетке для внутриклеточного применения, или выводятся наружу для использования на уровне организма
Рис. 23. Денатурация белка
Денатурация и ренатурация белков. Денатурация – это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жёстких условиях – и первичной структуры (рис. 23). В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжёлых металлов и органических растворителей.
Дезинфицирующее свойство этилового спирта основано на его способности вызывать денатурацию бактериальных белков, что приводит к гибели микроорганизмов.
Денатурация может быть обратимой и необратимой, частичной и полной. Иногда, если воздействие денатурирующих факторов оказалось не слишком сильным и разрушение первичной структуры молекулы не произошло, при наступлении благоприятных условий денатурированный белок может вновь восстановить свою трёхмерную форму. Этот процесс называют ренатурацией , и он убедительно доказывает зависимость третичной структуры белка от последовательности аминокислотных остатков, т. е. от его первичной структуры.
Вопросы для повторения и задания
1. Какие химические соединения называют углеводами?
2. Что такое моно– и дисахариды? Приведите примеры.
3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?
4. Из каких органических соединений состоят белки?
5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?
6. Назовите известные вам функции белков. Чем вы можете объяснить существующее многообразие функций белков?
7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Подумайте! Выполните!
1. Используя знания, полученные при изучении биологии растений, объясните, почему в растительных организмах углеводов значительно больше, чем в животных.
2. К каким заболеваниям может привести нарушение превращения углеводов в организме человека?
3. Известно, что, если в рационе отсутствует белок, даже несмотря на достаточную калорийность пищи, у животных останавливается рост, изменяется состав крови и возникают другие патологические явления. Какова причина подобных нарушений?
4. Объясните трудности, возникающие при пересадке органов, опираясь на знания специфичности белковых молекул в каждом организме.
Работа с компьютером
Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.
Узнайте больше
К настоящему времени выделено и изучено более тысячи ферментов, каждый из которых способен влиять на скорость той или иной биохимической реакции.
Молекулы одних ферментов состоят только из белков, другие включают белок и небелковое соединение, или кофермент. В качестве коферментов выступают различные вещества, как правило, витамины и неорганические – ионы различных металлов.
Как правило, ферменты строго специфичны, т. е. ускоряют только определённые реакции, хотя встречаются ферменты, которые катализируют несколько реакций. Такая избирательность действия ферментов связана с их строением. Активность фермента определяется не всей его молекулой, а определённым участком, который называют активным центром фермента. Форма и химическое строение активного центра таковы, что с ним могут связываться только определённые молекулы, которые подходят ферменту, как ключ замку. Вещество, с которым связывается фермент, называют субстратом. Иногда одна молекула фермента имеет несколько активных центров, что, естественно, ещё более ускоряет скорость катализируемого биохимического процесса.
На заключительном этапе химической реакции комплекс «фермент – субстрат» распадается на конечные продукты и свободный фермент. Освободившийся при этом активный центр фермента может снова принимать новые молекулы вещества-субстрата (рис. 24).
Рис. 24. Схема образования комплекса «фермент – субстрат»
Повторите и вспомните!
Человек
Обмен углеводов. В организм углеводы попадают в виде различных соединений: крахмал, гликоген, сахароза, фруктоза, глюкоза. Сложные углеводы начинают перевариваться уже в ротовой полости. В двенадцатиперстной кишке они расщепляются окончательно – до глюкозы и других простых углеводов. В тонком кишечнике простые углеводы всасываются в кровь и направляются в печень. Здесь избыток углеводов задерживается и превращается в гликоген, а оставшаяся часть глюкозы распределяется между всеми клетками тела. В организме глюкоза, прежде всего, является источником энергии. Расщепление 1 г глюкозы сопровождается выделением 17,6 кДж (4,2 ккал) энергии. Продукты распада углеводов (углекислый газ и вода) выводятся через лёгкие или с мочой. Главная роль в регуляции концентрации глюкозы в крови принадлежит гормонам поджелудочной железы и надпочечников.
Больше всего углеводов содержится в продуктах растительного происхождения. Обычно в пище человека встречаются такие углеводы, как крахмал, свекловичный сахар (сахароза) и фруктовый сахар. Особенно богаты крахмалом различные крупы, хлеб, картофель. Очень полезен фруктовый сахар, он легко усваивается организмом. Этого сахара много в мёде, фруктах и ягодах. Взрослому человеку необходимо получать с пищей не менее 150 г углеводов в сутки. При выполнении физически тяжёлых работ это количество необходимо увеличить в 1,5–2 раза. С точки зрения процессов обмена веществ введение в организм полисахаридов более рационально, чем моно– и дисахаридов. Действительно, относительно медленный распад крахмала в пищеварительной системе приводит к постепенному поступлению глюкозы в кровь. В случае же переедания сладкого концентрация глюкозы в крови растёт резко, скачкообразно, что негативно влияет на работу многих органов (в том числе поджелудочной железы).
Обмен белков. Попадая в организм, пищевые белки под действием ферментов расщепляются в желудочно-кишечном тракте до отдельных аминокислот и в таком виде всасываются в кровь. Главная функция этих аминокислот – пластическая, т. е. из них строятся все белки нашего организма. Реже белки используются как источники энергии: при распаде 1 г выделяется 17,6 кДж (4,2 ккал). Аминокислоты, входящие в состав белков нашего организма, подразделяют на заменимые и незаменимые. Заменимые аминокислоты могут синтезироваться в нашем организме из других аминокислот, поступающих с пищей. К ним относятся глицин, серин и другие. Однако многие необходимые нам аминокислоты не синтезируются в нашем организме и поэтому должны постоянно поступать в организм в составе белков пищи. Такие аминокислоты называют незаменимыми . Среди них, например, валин, метионин, лейцин, лизин и некоторые другие. В случае дефицита незаменимых аминокислот возникает состояние «белкового голодания», приводящее к замедлению роста организма, ухудшению процессов самовозобновления клеток и тканей. Пищевые белки, содержащие все необходимые человеку аминокислоты, называют полноценными . К ним относят животные и некоторые растительные белки (бобовых растений). Пищевые белки, в составе которых отсутствуют какие-либо незаменимые аминокислоты, называют неполноценными (например, белки кукурузы, ячменя, пшеницы).
Большинство продуктов питания содержит белок. Богаты белком мясо, рыба, сыр, творог, яйца, горох, орехи. Особенно важны животные белки молодому растущему организму. Недостаток полноценных белков в пище приводит к замедлению роста. В сутки человеку необходимо съедать с пищей 100–120 г белка.
Распадаясь, аминокислоты образуют воду, углекислый газ и ядовитый аммиак, который в печени превращается в мочевину. Конечные продукты обмена белков выводятся из организма с мочой, по?том и в составе выдыхаемого воздуха.
Данный текст является ознакомительным фрагментом. Из книги О происхождении видов путем естественного отбора или сохранении благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь автора Дарвин ЧарльзО природе родства, связывающего органические существа. Так как модифицированные потомки доминирующих видов, принадлежащих к обширным родам, склонны унаследовать преимущества, делавшие группы, к которым они принадлежат, обширными и их прародителей доминирующими, то тем
Из книги Заводи кого угодно, только НЕ КРОКОДИЛА! автора Орсаг МихайНу а белки? В шестидесятых годах я неоднократно пытался завести в доме и белок, но каждая такая попытка кончалась самым печальным образом. Через некоторое время белки слабели, задние конечности у них отнимались и несчастные животные в судорогах погибали. Поначалу я
Из книги Новейшая книга фактов. Том 1 [Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина] автора Из книги Диагностика и коррекция отклоняющегося поведения у собак автора Никольская Анастасия Всеволодовна3.1. Органические поражения ЦНС В рамках онтогенетического подхода к причинам возникновения поведенческих расстройств следует отметить, что органические поражения ЦНС могут быть вызваны неправильно протекавшей беременностью, сложными родами, осложненным послеродовым
Из книги Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы автора Глазко Валерий ИвановичГМ растения с заданным химическим составом и структурой молекул (аминокислоты, белки, углеводы) Основной закон рационального питания диктует необходимость соответствия уровней поступления и расхода энергии. Уменьшение энерготрат современного человека ведет к
Из книги Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ] автора Лернер Георгий Исаакович Из книги Новейшая книга фактов. Том 1. Астрономия и астрофизика. География и другие науки о Земле. Биология и медицина автора Кондрашов Анатолий ПавловичЧто такое углеводы, зачем они нужны организму и в каких продуктах содержатся? Углеводы (сахара) – обширная группа природных соединений, химическая структура которых часто отвечает общей формуле Cm(h3O)n (то есть углерод плюс вода, отсюда название). Углеводы являются
Из книги Гены и развитие организма автора Нейфах Александр Александрович2. Белки хроматина Мы уже знаем, что хроматин состоит из ДНК и гистонов в равном весовом количестве и негистоновых белков (НГБ), которых в неактивных районах хромосомы всего 0,2 веса ДНК, а в активных — более чем 1,2 (в среднем НГБ мепьше, чем ДНК). Мы знаем также, что гистоны
Из книги Биология. Общая биология. 10 класс. Базовый уровень автора Сивоглазов Владислав Иванович7. Органические вещества. Общая характеристика. Липиды Вспомните!В чём особенность строения атома углерода?Какую связь называют ковалентной?Какие вещества называют органическими?Какие продукты питания содержат большое количество жира?Общая характеристика
Из книги Антропология и концепции биологии автора Курчанов Николай Анатольевич9. Органические вещества. Нуклеиновые кислоты Вспомните!Почему нуклеиновые кислоты относят к гетерополимерам?Что является мономером нуклеиновых кислот?Какие функции нуклеиновых кислот вам известны?Какие свойства живого определяются непосредственно строением и
Из книги Биологическая химия автора Лелевич Владимир Валерьянович2.1. Органические соединения в составе живых организмов Органические соединения характерны только для живых организмов. Можно сказать, что жизнь на Земле построена на основе углерода, который обладает рядом уникальных свойств. Основное значение для выполнения роли
Из книги автораУглеводы Углеводы – это наиболее распространенная в природе группа органических веществ. Основная их функция – энергетическая. Все углеводы содержат гидроксильные группы (-ОН) вместе с альдегидной или кетогруппой. Выделяют три группы углеводов (табл. 2.1).Наибольшее
Из книги автораБелки Белки имеют первостепенное значение в жизни организмов. Огромное разнообразие живых существ в значительной степени определяется различиями в составе имеющихся в их организме белков. Например, в организме человека их известно более 5 млн.Белки – это полимеры,
Из книги автораБелки Пищевая ценность белка обеспечивается наличием незаменимых аминокислот, углеводородные скелеты которых не могут синтезироваться в организме человека, и они соответственно должны поступать с пищей. Они также являются основными источниками азота. Суточная
Из книги автораУглеводы Основными углеводами пищи являются моносахариды, олигосахариды и полисахариды, которые должны поступать в количестве 400–500 г в сутки. Углеводы пищи являются основным энергетическим материалом клетки, обеспечивают 60–70% суточного энергопотребления. Для обмена
Из книги автораГлава 16. Углеводы тканей и пищи – обмен и функции Углеводы входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. Углеводы участвуют во многих метаболических процессах, но прежде
Ответьте на следующие вопросы: Какие органеллы клетки выполняют пищеварительную функцию у простейших? Какое простейшее имеет клеточный «рот»? Какиеорганоиды движения характерны для саркодовых? Назовите приспособление, при помощи которого одноклеточные животные переносят неблагоприятные условия. Из тел каких простейших образовались отложения известняков на морском дне?
. Химические элементы, входящие в состав углеродов 21. Количество молекул в моносахаридах 22. Количество мономеров в полисахаридах 23. Глюкозу, фруктозу,галактозу, рибозу и дезоксирибозу относят к типу веществ 24. Мономер полисахаридах 25. Крахмал, хитин, целлюлоза, гликоген относится к группе веществ 26. Запасной углерод у растений 27. Запасной углерод у животных 28. Структурный углерод у растений 29. Структурный углерод у животных 30. Из глицерина и жирных кислот состоят молекулы 31. Самое энергоемкое органическое питательное вещество 32. Количество энергии, выделяемое при распаде белков 33. Количество энергии, выделяемое при распаде жиров 34. Количество энергии, выделяемое при распаде углеродов 35. Вместо одной из жирных кислот фосфорная кислота участвует в формирование молекулы 36. Фосфолипиды входят в состав 37. Мономером белков являются 38. Количество видов аминокислот в составе белков существует 39. Белки – катализаторы 40. Разнообразие молекул белков 41. Кроме ферментативной, одна из важнейших функций белков 42. Этих органических веществ в клетке больше всего 43. По типу веществ ферменты являются 44. Мономер нуклеиновых кислот 45. Нуклеотиды ДНК могут отличаться друг от друга только 46. Общее вещество Нуклеотиды ДНК и РНК 47. Углевод в Нуклеотидах ДНК 48. Углевод в Нуклеотидах РНК 49. Только для ДНК характерно азотистое основание 50. Только для РНК характерно азотистое основание 51. Двуцепочная Нуклеиновая кислота 52. Одноцепочная Нуклеиновая кислота 53. Типы химической связи между нуклеотидами в одной цепи ДНК 54. Типы химической связи между цепями ДНК 55. Двойная водородная связь в ДНК возникает между 56. Аденину комплемементарен 57. Гуанину комплемементарен 58. Хромосомы состоят из 59. Всего видов РНК существует 60. РНК в клетке находиться 61. Роль молекулы АТФ 62. Азотистое основание в молекуле АТФ 63. Тип углевода АТФ
Молекулярный уровень» 9 класс1.Как называется органическое вещество,в молекулах которого содержатся атомы С,О,Н,выполняющее энегретическую и строительную функцию?
А-нуклеиновая кислота В-белок
Б-углевод Г-АТФ
2.Какие углеводы относятся к полимерам?
А-моносахариды Б-дисахариды В-полисахариды
3.К группе моносахаридов относят:
А-глюкозу Б-сахарозу В-целлюлозу
4.Какие из углеводов нерастворимы в воде?
А-глюкоза,фруктоза Б-крахмал В-рибоза,дезоксирибоза
5.Молекулы жиров образуются:
А-из глицерина,высших карбоновых кислот В-из глюкозы
Б-из аминокислот,воды Г-из этилового спирта,высших карбоновых кислот
6.Жиры выполняют в клетке функцию:
А-транспортную В-энергетическую
Б-каталитическую Г-информационную
7.К каким соединениям по отношению к воде относятся липиды?
А-гидрофильным Б-гидрофобным
8.Какое значение имеют жиры у животных?
А-структура мембран В-теплорегуляция
Б-источник энергии Г-источник воды Д-все перечисленное
9.Мономерами белков являются:
А-нуклеотиды Б-аминокислоты В-глюкоза Г-жиры
10. Важнейшее органическое вещество,входящее в состав клеток всех царств живой природы,обладающее первичной линейной конфигурацией,относится:
А-к полисахаридам В-к липидам
Б-к АТФ Г-к полипептидам
2. Напишите функции белков,приведите примеры.
3. Задача: По цепочки ДНК ААТГЦГАТГЦТТАГТТТАГГ, необходимо достроить комплементарную цепочку,и определить длину ДНК
1. Дайте определение терминама) гидрофильные веществаб) полимер в) редупликация
2. Какие из перечисленных веществ являются гетерополимерами:а) инсулин б) крахмал в) РНК
3. Уберите лишнее из списка:C, Zn, O, N, H. Объясните свой выбор.
4. Установите соответствие между веществами и их функциямиВещества: Функции:а) белки 1. двигательнаяб) углеводы 2. запас пит. веществ 3. транспортная 4. регуляторная
5. Дана одна цепочка ДНК ААЦ- ГЦТ- ТАГ- ТГГ. Постройте комплементарную вторую цепочку.6. Выберите правильный ответ:1) Мономером белков являетсяа) нуклеотид б) аминокислотав) глюкоза г) глицерин2) Мономером крахмала являетсяа) нуклеотид б) аминокислотав) глюкоза г) глицерин3) Белки, регулирующие скорость и направление химических реакций в клетке а) гормоны б) ферменты в) витамины г) протеины
Вспомните!
Какие вещества называют биологическими полимерами?
Каково значение углеводов в природе?
Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?
Углеводы (сахара). Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5 % сухой массы, а в некоторых растительных (например, клубни картофеля) их содержание достигает 90 % сухого остатка. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (рис. 11). Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из основных источников энергии для животных. Широко распространена в природе фруктоза – фруктовый сахар, который значительно слаще других Сахаров. Этот моносахарид придает сладкий вкус плодам растений и меду.
Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Самый распространенный в природе дисахарид – сахароза, или тростниковый сахар, – состоит из глюкозы и фруктозы (рис. 12). Ее получают из сахарного тростника или сахарной свеклы. Именно она и есть тот самый «сахар», который мы покупаем в магазине.
Рис. 11. Структурные формулы моносахаридов
Рис. 12. Структурная формула сахарозы (дисахарида)
Рис. 13. Строение полисахаридов
Сложные углеводы – полисахариды, состоящие из простых Сахаров, выполняют в организме несколько важных функций (рис. 13). Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии.
Крахмал запасается в растительных клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Больше всего его откладывается в клубнях картофеля и в семенах бобовых и злаков. Гликоген у позвоночных содержится главным образом в клетках печени и мышцах. Крахмал, гликоген и целлюлоза построены из молекул глюкозы.
Целлюлоза и хитин выполняют в живых организмах структурную и защитную функции. Целлюлоза, или клетчатка, образует стенки растительных клеток. По общей массе она занимает первое место на Земле среди всех органических соединений. По своему строению очень близок к целлюлозе хитин, который составляет основу наружного скелета членистоногих и входит в состав клеточной стенки грибов.
Белки (полипептиды). Одними из наиболее важных органических соединений в живой природе являются белки. В каждой живой клетке присутствует одновременно более тысячи видов белковых молекул. И у каждого белка своя особая, только ему свойственная функция. О первостепенной роли этих сложных веществ догадывались еще в начале XX в., именно поэтому им дали название протеины (от греч. protos – первый). В различных клетках на долю белков приходится от 50 до 80 % сухой массы.
Рис. 14. Общая структурная формула аминокислот, входящих в состав белков
Строение белков. Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала (R) (рис. 14). Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи (рис. 15).
Две полипептидные цепи, из которых состоит гормон поджелудочной железы – инсулин, содержат 21 и 30 аминокислотных остатков. Это одни из самых коротких «слов» в белковом «языке». Миоглобин – белок, связывающий кислород в мышечной ткани, состоит из 153 аминокислот. Белок коллаген, составляющий основу коллагеновых волокон соединительной ткани и обеспечивающий ее прочность, состоит из трех полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков.
Последовательное расположение аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями, является первичной структурой белка и представляет собой линейную молекулу (рис. 16). Закручиваясь в виде спирали, белковая нить приобретает более высокий уровень организации – вторичную структуру. И наконец, спираль полипептида сворачивается, образуя клубок (глобулу) или фибриллу. Именно такая третичная структура белка и является его биологически активной формой, обладающей индивидуальной специфичностью. Однако для ряда белков третичная структура не является окончательной.
Рис. 15. Образование пептидной связи между двумя аминокислотами
Рис. 16. Строение белковой молекулы: А – первичная; Б – вторичная; В – третичная; Г – четвертичная структуры
Может существовать четвертичная структура – объединение нескольких белковых глобул или фибрилл в единый рабочий комплекс. Так, например, сложная молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидов, и только в таком виде она может выполнять свою функцию.
Функции белков. Огромное разнообразие белковых молекул подразумевает столь же широкое разнообразие их функций (рис. 17, 18). Около 10 тыс. белков-ферментов служат катализаторами химических реакций. Они обеспечивают слаженную работу биохимического ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.
Рис. 17. Основные группы белков
Вторая по величине группа белков выполняет структурную и двигательную функции. Белки участвуют в образовании всех мембран и органоидов клетки. Коллаген входит в состав межклеточного вещества соединительной и костной ткани, а основным компонентом волос, рогов и перьев, ногтей и копыт является белок кератин. Сократительную функцию мышц обеспечивают актин и миозин.
Транспортные белки связывают и переносят различные вещества и внутри клетки, и по всему организму.
Рис. 18. Синтезированные белки или остаются в клетке для внутриклеточного применения, или выводятся наружу для использования на уровне организма
Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию.
Например, соматотропный гормон, вырабатываемый гипофизом, регулирует общий обмен веществ и влияет на рост. Недостаток или избыток этого гормона в детском возрасте приводит, соответственно, к развитию карликовости или гигантизма.
Чрезвычайно важна защитная функция белков. При попадании в организм человека чужеродных белков, вирусов или бактерий на защиту встают иммуноглобулины – защитные белки. Фибриноген и протромбин обеспечивают свертываемость крови, предохраняя организм от кровопотери. Есть у белков и защитная функция несколько иного рода. Многие членистоногие, рыбы, змеи и другие животные выделяют токсины – сильные яды белковой природы. Белками являются и самые сильные микробные токсины, например ботулиновый, дифтерийный, холерный.
При нехватке пищи в организме животных начинается активный распад белков до конечных продуктов, и тем самым реализуется энергетическая функция этих полимеров. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Денатурация и ренатурация белков. Денатурация – это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жестких условиях – и первичной структуры (рис. 19). В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов и органических растворителей.
Рис. 19. Денатурация белка
Дезинфицирующее свойство этилового спирта основано на его способности вызывать денатурацию бактериальных белков, что приводит к гибели микроорганизмов.
Денатурация может быть обратимой и необратимой, частичной и полной. Иногда, если воздействие денатурирующих факторов оказалось не слишком сильным и разрушение первичной структуры молекулы не произошло, при наступлении благоприятных условий денатурированный белок может вновь восстановить свою трехмерную форму. Этот процесс называется ренатурацией, и он убедительно доказывает зависимость третичной структуры белка от последовательности аминокислотных остатков, т. е. от его первичной структуры.
Вопросы для повторения и задания
1. Какие химические соединения называют углеводами?
2. Что такое моно– и дисахариды? Приведите примеры.
3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?
4. Из каких органических соединений состоят белки?
5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?
6. Назовите известные вам функции белков.
7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Введение в биологию (VIa) — caenogenesis — LiveJournal
Тема VIУГЛЕВОДЫ (продолжение)
Все углеводы делятся на моносахариды (простые сахара), олигосахариды (цепочки, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков) и полисахариды (полимеры, в которых число моносахаридных остатков может достигать многих тысяч). Один из самых известных полисахаридов — крахмал, представляющий собой длинную цепь остатков глюкозы, соединенных гликозидными связями. Это важнейшее запасное вещество у растений.
Животный аналог крахмала — гликоген, тоже важный запасной углевод. У нас он накапливается в первую очередь в печени и в случае надобности быстро расщепляется до мономеров глюкозы, которые уходят в кровь. Гликоген тоже состоит из остатков глюкозы, соединенных гликозидными связями. Серьезное отличие гликозидных связей, например, от пептидных — в том, что образованный с их помощью полимер может гораздо легче ветвиться. «По умолчанию» гликозидная связь образуется между гидроксилами 1-го и 4-го атомов углерода глюкозы (1-4-гликозидная связь), и тогде получается линейная цепочка. Но в глюкозе есть и другие гидроксилы, между которыми образование гликозидной связи тоже запросто возможно. На 1-6-гликозидной связи полимерная цепочка обычно как раз и разветвляется. В гликогене такое ветвление выражено сильнее, чем в крахмале, хотя оно есть и там и там.
Цвета на этой картинке, на самом деле, никакого значения сейчас не имеют, она просто красивая. Это — структура гликогена. Зеленым тут обозначен остаток глюкозы, с которого начинается боковая цепь, красным — концевые остатки, ну а все остальное нам сейчас уже должно быть понятно и так.
Совершенно особый интерес представляют полисахариды, участвующие в образовании клеточных стенок. Ни в коем случае нельзя путать клеточную стенку с клеточной мембраной! Клеточная стенка — это внеклеточная структура, состоящая из полимеров, расположенная снаружи от мембраны и заключающая в себе клетку целиком (не считая отверстий, обеспечивающих межклеточные контакты, если организм многоклеточный). Клеточная стенка может состоять из целлюлозы (у растений), из хитина (у грибов), из сложных полимеров, в состав которых входят углеводы и аминокислоты (у бактерий) или из белков (у архей). У некоторых организмов, например у животных, клеточных стенок нет вообще — это позволяет их клеткам легко менять форму.
Основной компонент клеточных стенок растений — целлюлоза — это полимер глюкозы, так же как и крахмал. Но, в отличие от крахмала, она состоит не из α-глюкозы, а из β-глюкозы. Кроме того, молекулы целлюлозы не ветвятся. Образующиеся между остатками β-глюкозы β-гликозидные связи — на схеме молекулы целлюлозы они выглядят зигзагообразными — гораздо прочнее α-гликозидных и расщепляются только очень немногими ферментами. Например, никто из животных, питающихся растениями, не может самостоятельно переваривать целлюлозу; тем, кто берется ее усваивать, приходится заводить для этой цели симбионтов-бактерий, у которых есть нужный фермент — целлюлаза (Гиляров, 2008).
Растительная клеточная стенка может быть гораздо толще мембраны. Если растение многоклеточное, то между клетками обычно есть плазмодесмы — проходящие сквозь отверстия в клеточных стенках цитоплазматические мостики (цитоплазмой называется все внутреннее содержимое клетки, кроме ядра). Через плазмодесмы растительные клетки общаются и обмениваются разными веществами.
На самом деле клеточная стенка растений вовсе не состоит из чистой целлюлозы. Во-первых, в нее еще входят короткие ветвящиеся полимеры, включающие не только глюкозу, но и другие моносахариды (эти полимеры собирательно называются гемицеллюлозами), а во-вторых — некоторые структурные белки. Целлюлоза вместе с гемицеллюлозами и белками образует сложную сеть, усиленную к тому же водородными связями — между длинными молекулами целлюлозы, в которых много гидроксильных групп, они возникают очень легко.
С точки зрения жизни на Земле в целом самая интересная составляющая клеточной стенки растений — это лигнин. Он не имеет никакой общей формулы. Лигнин — сложный полимер, сшитый из нескольких разновидностей спиртов с ароматическими ядрами и углеводородными цепочками. Все мономеры лигнина синтезируются из аминокислоты фенилаланина, которая превращается сначала в коричную кислоту — вещество, входящее в состав масла корицы, — а потом в разнообразные спирты (на схеме показаны только два из них):
Образование лигнина — признак сосудистых растений, то есть папоротников, плаунов, хвощей, хвойных и цветковых. Это эволюционное «изобретение», сделанное только после выхода растений на сушу, и то далеко не сразу. Дело в том, что лигнин придает клеточным стенкам огромную механическую прочность. Он необходим, чтобы сделать ствол наземного растения высоким, вплоть до многометрового, и создать транспортную систему из микроскопических трубочек, качающую воду на всю эту высоту. Именно с «изобретением» биосинтеза лигнина связано одно из крупнейших событий, поменявших лик Земли — появление лесов (Еськов, 2000).
Кроме того, появление лигнина сильно изменило глобальный круговорот углерода. Тут дело в том, что лигнин с его разнообразными мономерами и перепутанными химическими связями исключительно неподатлив к действию ферментов. Поэтому растительной тканью, в которой много лигнина, почти невозможно питаться. Из всех земных живых организмов эффективно разлагать лигнин «научились» только грибы, причем не все и не сразу (Robinson, 1990). Именно они и стали разрушителями мертвых деревьев. До этого вся огромная биомасса лигнифицированной древесины просто захоранивалась как есть, создавая залежи каменного угля, в честь которых получил название целый геологический период — каменноугольный, или карбон.
Карбоновые леса непрерывно вели фотосинтез и выделяли в атмосферу огромное, немыслимое в более ранние эпохи количество кислорода, который не расходовался на окисление стволов погибших деревьев, потому что перерабатывать их было еще некому. В результате доля кислорода в атмосфере достигла уникальной в истории Земли цифры 35% (Beerling et al., 2002). Как известно, современная атмосфера Земли содержит «всего» 21% кислорода. На самом деле по космическим меркам и это очень много, но в карбоне было в полтора раза больше. Связано это именно с тем, что огромная биомасса стволов деревьев со всеми содержащимися там полимерами не съедалась никакими живыми существами, в отличие от современной ситуации, когда упавшие стволы измельчаются насекомыми, перерабатываются грибами и в итоге их углеродные соединения окисляются дыханием до углекислого газа (CO2) — при этом расходуется кислород (O2), а углекислый газ уходит в атмосферу. А вот до той биомассы, которая успела захорониться в виде каменного угля до возникновения эффективных деструкторов, биосфера смогла «добраться» только с появлением человека, который неутомимо откапывает каменный уголь и жжет его. Процессы дыхания и горения описываются одним и тем же суммарным уравнением: C6H12O6 (глюкоза) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O. Так что в итоге получается тот же самый углекислый газ, из которого фотосинтезирующие организмы (то есть растения) могут заново создать более сложные углеродные соединения, пригодные для построения тел живых существ.
Еще один очень распространенный в природе полисахарид — хитин, из которого состоят клеточные стенки грибов и наружные панцири очень многих многоклеточных животных. Это полимер, во многом похожий на целлюлозу. Он тоже состоит из остатков β-глюкозы, но только модифицированных. Хитин — азотсодержащий полисахарид. Его мономер — строго говоря, не глюкоза, а ацетилглюкозамин, производное глюкозы, где ко 2-му атому углерода вместо гидроксила присоединена аминоацетильная группа -NH-CO-CH3.
В состав клеточных стенок бактерий входят еще более сложные азотсодержащие производные глюкозы, к которым дополнительно ковалентно «пришиты» цепочки аминокислот. Такой многокомпонентный полимер называется пептидогликаном. Запоминать детали тут не имеет никакого смысла, единственное, что стоит обязательно отметить — в состав пептидогликанов входят не только L-, но и D-аминокислоты. Это тот редкий случай, когда D-аминокислоты в живых организмах все-таки встречаются. Пептидные цепочки, входящие в пептидогликан — именно пептиды, но не белки.
Со времен работавшего еще в XIX веке ученого-медика Ганса Христиана Грама (Hans Christian Joachim Gram) бактерий делят на грамположительных и грамотрицательных, в зависимости от того, окрашиваются ли они определенным химическим методом, который Грам изобрел. Чем они отличаются по строению клеток — показано на картинке; из еще не встречавшихся нам слов здесь стоит пояснить липопротеин (белок с липидной частью), липотейхоевую кислоту (спиртовой полимер, связанный с липидами) и порины — транспортные белки, создающие в мембране как бы поры для воды и растворенных в ней мелких молекул. Но эти детали не должны заслонять от нас интереснейшую проблему. У грамположительных бактерий снаружи от мембраны находится толстая пептидогликановая клеточная стенка — в этом плане их клетка похожа, скажем, на растительную, не считая того, что материал клеточной стенки другой. А вот у грамотрицательных бактерий есть две полноценные билипидные мембраны — внутренняя и наружная — и относительно тонкая пептидогликановая клеточная стенка между ними! Так не устроены никакие другие клетки. Есть гипотеза, что первые на Земле живые организмы были именно грамотрицательными бактериями, и только у их потомков вторая — наружная — мембрана исчезла (Cavalier-Smith, 2006). Независимо от того, верна эта гипотеза или нет, эволюционный зигзаг тут получился очень занятный.
Какой простой углевод служит мономером крахмала,гликогена,целлюлозы? Характеристика углеводов и белков их роль в клетке Простой углевод глюкоза является мономером
9. Органические вещества. Нуклеиновые кислоты Вспомните!Почему нуклеиновые кислоты относят к гетерополимерам?Что является мономером нуклеиновых кислот?Какие функции нуклеиновых кислот вам известны?Какие свойства живого определяются непосредственно строением и
автора Лелевич Владимир Валерьянович2.1. Органические соединения в составе живых организмов Органические соединения характерны только для живых организмов. Можно сказать, что жизнь на Земле построена на основе углерода, который обладает рядом уникальных свойств. Основное значение для выполнения роли
Из книги автораУглеводы Углеводы – это наиболее распространенная в природе группа органических веществ. Основная их функция – энергетическая. Все углеводы содержат гидроксильные группы (-ОН) вместе с альдегидной или кетогруппой. Выделяют три группы углеводов (табл. 2.1).Наибольшее
Из книги автораБелки Белки имеют первостепенное значение в жизни организмов. Огромное разнообразие живых существ в значительной степени определяется различиями в составе имеющихся в их организме белков. Например, в организме человека их известно более 5 млн.Белки – это полимеры,
Из книги автораБелки Пищевая ценность белка обеспечивается наличием незаменимых аминокислот, углеводородные скелеты которых не могут синтезироваться в организме человека, и они соответственно должны поступать с пищей. Они также являются основными источниками азота. Суточная
Из книги автораУглеводы Основными углеводами пищи являются моносахариды, олигосахариды и полисахариды, которые должны поступать в количестве 400–500 г в сутки. Углеводы пищи являются основным энергетическим материалом клетки, обеспечивают 60–70% суточного энергопотребления. Для обмена
Из книги автораГлава 16. Углеводы тканей и пищи – обмен и функции Углеводы входят в состав живых организмов и вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами определяют специфичность их строения и функционирования. Углеводы участвуют во многих метаболических процессах, но прежде
Вопрос 1. Какие химические соединения назы-вают углеводами?
Углеводы — это обширная группа природ-ных органических соединений. Углеводы под-разделяют на три основных класса: моносаха-риды, дисахариды и полисахариды. Дисахарид представляет собой соединение двух моносаха-ридов; полисахариды являются полимерами моносахаридов. Углеводы выполняют в живых организмах энергетическую, запасающую и строительную функции. Последняя особенно важна для растений, клеточная стенка которых в основном состоит из полисахарида целлюло-зы. Именно углеводы древних живых существ (прокариотов и растений) стали основой для об-разования ископаемого топлива — нефти, газа, угля.
Вопрос 2. Что такое моно- и дисахариды? При-ведите примеры.
Моносахариды — это углеводы, количест-во атомов углерода (n) в которых относительно невелико (от 3 до 6-10). Моносахариды обыч-но существуют в циклической форме; наибо-лее важны среди них гексозы (n = 6) и пентозы (n = 5). К гексозам относится глюкоза, кото-рая является важнейшим продуктом фотосин-теза растений и одним из основных источни-ков энергии для животных; широко распрост-ранена также фруктоза — фруктовый сахар, придающий сладкий вкус плодам и меду. Пен-тозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соеди-нение называют дисахаридом. Составные части (мономеры) дисахарида могут быть оди-наковыми либо разными. Так, две глюкозы об-разуют мальтозу, а глюкоза и фруктоза — са-харозу. Мальтоза является промежуточным продуктом переваривания крахмала; сахаро-за — тем самым сахаром, который можно ку-пить в магазине.
Вопрос 3. Какой простой углевод служит моно-мером крахмала, гликогена, целлюлозы?
Моносахариды, соединяясь друг с другом, могут образовывать полисахариды. Наиболее распространенные полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) представляют собой длинные цепи особым образом соединенных молекул глюкозы. Глюкоза является гексозой (химическая формула С 6 Н 12 0 6) и обладает не-сколькими ОН-группами. За счет установле-ния связей между ними отдельные молекулы глюкозы способны формировать линейные (целлюлоза) либо ветвящиеся (крахмал, гли-коген) полимеры. Средний размер такого по-лимера — несколько тысяч молекул глюкозы.
Вопрос 4. Из каких органических соединений состоят белки?
Белки — это гетерополимеры, состоящие из 20 типов аминокислот, соединенных между собой особыми, так называемыми, пептидны-ми связями. Аминокислоты — органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кис-лотной группой (-СООН), аминогруппой (-NH 2) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Образование пеп-тидной связи происходит за счет соединения кислотной группы и аминогруппы двух ами-нокислот, расположенных рядом в молекуле белка.
Вопрос 5. Как образуются вторичная и третич-ная структуры белка?
Цепь аминокислот, составляющая основу молекулы белка, является его первичной структурой. Между положительно заряжен-ными аминогруппами и отрицательно заря-женными кислотными группами аминокис-лот возникают водородные связи. Образование этих связей вызывает сворачивание белковой молекулы в спираль.
Белковая спираль — вторичная структура белка. На следующем этапе за счет взаимодей-ствий между радикалами аминокислот белок сворачивается в клубок (глобулу) или нить (фибриллу). Такую структуру молекулы назы-вают третичной; именно она является биоло-гически активной формой белка, обладающей индивидуальной специфичностью и опреде-ленной функцией.
Вопрос 6. Назовите известные вам функции белков.
Белки выполняют в живых организмах чрезвычайно разнообразные функции.
Одна из самых многочисленных групп бел-ков — ферменты. Они выполняют функцию катализаторов химических реакций и уча-ствуют во всех биологических процессах.
Многие белки выполняют структурную функцию, участвуя в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и со-единительной ткани, а кератин является ос-новным компонентом волос, ногтей, перьев.
Сократительная функция белков обес-печивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц. Эта функция присуща таким белкам, как актин и миозин.
Транспортные белки связывают и пере-носят различные вещества как внутри клетки, так и по всему организму. К ним относится, например, гемоглобин, который транспорти-рует молекулы кислорода и углекислого газа.
Белки-гормоны обеспечивают регулятор-ную функцию. Белковую природу имеет гор-мон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), инсулин, гормоны, регулирую-щие работу почек, и др.
Чрезвычайно важны белки, выполняющие защитную функцию. Иммуноглобулины (антитела) — основные участники иммунных реакций; они защищают организм от бактерий и вирусов. Фибриноген и ряд других белков плазмы крови обеспечивают свертывание кро-ви, останавливая кровопотерю. Материал с сайта
Энергетическую функцию белки начи-нают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Ча-ще мы наблюдаем, как пищевой белок, перева-риваясь, расщепляется до аминокислот, из ко-торых затем создаются белки, необходимые организму.
Вопрос 7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Денатурация — это утрата белковой мо-лекулой своего нормального («природного») строения: третичной, вторичной и даже пер-вичной структуры. При денатурации белко-вый клубок и спираль раскручиваются; водо-родные, а затем и пептидные связи разруша-ются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денату-рации являются высокая температура, ультра-фиолетовое излучение, действие сильных кис-лот и щелочей, тяжелых металлов, органиче-ских растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сы-рого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина — денатурация яичного белка альбу-мина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском
На этой странице материал по темам:
- углеводы кратко
- что такое моно и дисахариды приведите примеры
Вопрос 1. Какие химические соединения называют углеводами?
Углеводы — большая группа органических соединений, входящих в состав живых клеток. Термин «углеводы» введен впервые отечественным ученым К.Шмидтом в середине прошлого столетия (1844 г.). В нем отражены представления о группе веществ, молекула которых отвечает общей формуле: Сn(Н2О)n -углерод и вода.
Углеводы принято делить на 3 группы: моносахариды (например, глюкоза, фруктоза, манноза), олигосахариды (включают от 2 до 10 остатков моносахаридов: сахароза, лактоза), полисахариды (высокомолекулярные соединения, например, гликоген, крахмал).
Угленоды выполняют две основные функции: строительную и энергетическую. Например, целлюлоза образует стенки растительных клеток: сложный полисахарид хитин — главный структурный компонент наружного скелета членистоногих. Строительную функцию хитин выполняет и у грибов. Углеводы играют роль основного источника энергии в клетке. В процессе окисления 1 г углеводов освобождается
17,6 кДж энергии. Крахмал у растенийй и гликоген у животных, откладываясь в клетках, служит энергетическим резервом.
Именно углеводы древних живых существ (прокариотов и растений) стали основой для образования ископаемого топлива — нефти, газа, угля.
Вопрос 2. Что такое моно- и дисахариды? Приведите примеры.
Моносахариды — это углеводы, количество атомов углерода (n) в которых относительно невелико (от 3 до 6-10). Моносахариды обычно существуют в циклической форме; наиболее важны среди них гексозы
(n = 6) и пентозы (n = 5). К гексозам относится глюкоза, кото¬nрая является важнейшим продуктом фотосинтеза растений и одним из основных источников энергии для животных; широко распространена также фруктоза — фруктовый сахар, придающий сладкий вкус плодам и меду. Пентозы рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот. Тетрозы содержат 4 (n = 4), а триозы, соответственно, 3(n =3) атомов углерода. Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Составные части (мономеры) дисахарида могут быть одинаковыми либо разными. Так, две глюкозы образуют мальтозу, а глюкоза и фруктоза — сахарозу. Мальтоза является промежуточным продуктом переваривания крахмала; Сахароза — тем самым сахаром, который можно купить в магазине.
Все они хорошо растворимы в воде и растворимость их значительно увеличивается с повышением температуры.
Вопрос 3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?
Моносахариды, соединяясь друг с другом, могут образовывать полисахариды. Наиболее распространенные полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) представляют собой длинные цепи особым образом соединенных молекул глюкозы. Глюкоза является гексозой (химическая формула С6Н12О6) и обладает несколькими -ОН — группами. За счет установления связей между ними отдельные молекулы глюкозы способны формировать линейные (целлюлоза) либо ветвящиеся (крахмал, гликоген) полимеры. Средний размер такого полимера — несколько тысяч молекул глюкозы.
Вопрос 4.Из каких органических соединений состоят белки?
Белки — высокомолекулярные полимерные органические вещества, определяющие структуру и жизнедеятельность клетки и организма в целом. Структурной единицей, мономером их биополимерной молекулы является аминокислота. В образовании белков принимают участие 20 аминокислот. В состав молекулы каждого белка входят определенные аминокислоты в свойственном этому белку количественном соотношении и порядке расположения в полипептидной цепи. Аминокислоты — органические молекулы, имеющие общий план строения: атом углерода, соединенный с водородом, кислотной группой (-СООН), аминогруппой
(-NН 2) и радикалом. Разные аминокислоты (каждая имеет свое название) различаются лишь строением радикала. Аминокислоты — амфотерные соединения, соединяющиеся друг с другом в молекуле белка с помощью пептидных связей. Этим обусловлена их способность взаимодействовать друг с другом. Две аминокислоты соединяются в одну молекулу путем установления связи между углеродом кислотной и азотом основной групп (- NH — СО -) с выделением молекулы воды. Связь между аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой ковалентная. В данном случае она называется пептидной связью.
Соединение двух аминокислот называется дипептидом, трех — трипептидом и т. д., а соединение, состоящее из 20 аминокислотных остатков и более, — полипептидом.
Белки, входящие в состав живых организмов, включают сотни и тысячи аминокислот. Порядок их соединения в молекулах белков самый разнообразный, чем и определяется различие их свойств.
Вопрос 5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?
Порядок, количество и качество аминокислот, входящих в состав молекулы белка, определяют его первичную структуру (например, инсулин). Белки первичной структуры могут с помощью водородных связей соединяться в спираль и образовывать вторичную структуру (например, кератин). Многие белки, например коллаген, функционируют в форме закрученной спирали. Полипептидные цепи, скручиваясь определенным образом в компактную структуру, образуют глобулу (шар), представляющую собой третичную структуру белка. Замена даже одной аминокислоты в полипептидной цепочке может привести к изменению конфигурации белка и к снижению или утрате способности к участию в биохимических реакциях. Большинство белков имеют третичную структуру. Аминокислоты активны только на поверхности глобулы.
Вопрос 6. Назовите известные вам функции белков.
Белки выполняют следующие функции:
ферментативную (например, амилаза, расщепляет углеводы). Ферменты выполняют функцию катализаторов химических реакций и участвуют во всех биологических процессах.
структурную (например, входят в состав мембран клетки). Структурные белки участвуют в образовании мембран и органоидов клетки. Белок коллаген входит в состав межклеточного вещества костной и соединительной ткани, а кератин является основным компонентом волос, ногтей, перьев.
рецепторную (например, родопсин, способствует лучшему зрению).
транспортную (например, гемоглобин, переносит кислород или диоксид углерода).
защитную (например, иммуноглобулины, участвуют в образовании иммунитета).
двигательную (например, актин, миозин, участвуют в сокращении мышечных волокон). Сократительная функция белков обеспечивает организму возможность двигаться посредством сокращения мышц.
гормональную (например, инсулин, превращает глюкозу в гликоген). Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию. Белковую природу имеет гормон роста (его избыток у ребенка приводит к гигантизму), гормоны, регулирующие работу почек, и др.
энергетическую (при расщеплении 1 г белка выделяется 4,2 ккал энергии). Энергетическую функцию белки начинают выполнять при их избытке в пище либо, напротив, при сильном истощении клеток. Чаще мы наблюдаем, как пищевой белок, перевариваясь, расщепляется до аминокислот, из которых затем создаются белки, необходимые организму.
Вопрос 7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Денатурация — это утрата белковой молекулой своего нормального («природного») строения: третичной, вторичной и даже первичной структуры. При денатурации белковый клубок и спираль раскручиваются; водородные, а затем и пептидные связи разрушаются. Денатурированный белок не способен выполнять свои функции. Причинами денатурации являются высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов, органических растворителей. Примером денатурации служит варка куриного яйца. Содержимое сырого яйца жидкое и легко растекается. Но уже через несколько минут нахождения в кипятке оно меняет свою консистенцию, уплотняется. Причина — денатурация яичного белка альбумина: его клубковидные, растворимые в воде молекулы-глобулы раскручиваются, а затем соединяются друг с другом, образуя жесткую сеть.
При улучшении условий денатурированный белок способен восстановить свою структуру вновь, если не разрушается его первичная структура. Этот процесс называется ренатурацией.
Вспомните!
Какие вещества называют биологическими полимерами?
Каково значение углеводов в природе?
Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?
Углеводы (сахара). Это обширная группа природных органических соединений. В животных клетках углеводы составляют не более 5 % сухой массы, а в некоторых растительных (например, клубни картофеля) их содержание достигает 90 % сухого остатка. Углеводы подразделяют на три основных класса: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеиновых кислот (рис. 11). Глюкоза присутствует в клетках всех организмов и является одним из основных источников энергии для животных. Широко распространена в природе фруктоза – фруктовый сахар, который значительно слаще других Сахаров. Этот моносахарид придает сладкий вкус плодам растений и меду.
Если в одной молекуле объединяются два моносахарида, такое соединение называют дисахаридом. Самый распространенный в природе дисахарид – сахароза, или тростниковый сахар, – состоит из глюкозы и фруктозы (рис. 12). Ее получают из сахарного тростника или сахарной свеклы. Именно она и есть тот самый «сахар», который мы покупаем в магазине.
Рис. 11. Структурные формулы моносахаридов
Рис. 12. Структурная формула сахарозы (дисахарида)
Рис. 13. Строение полисахаридов
Сложные углеводы – полисахариды, состоящие из простых Сахаров, выполняют в организме несколько важных функций (рис. 13). Крахмал для растений и гликоген для животных и грибов являются резервом питательных веществ и энергии.
Крахмал запасается в растительных клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Больше всего его откладывается в клубнях картофеля и в семенах бобовых и злаков. Гликоген у позвоночных содержится главным образом в клетках печени и мышцах. Крахмал, гликоген и целлюлоза построены из молекул глюкозы.
Целлюлоза и хитин выполняют в живых организмах структурную и защитную функции. Целлюлоза, или клетчатка, образует стенки растительных клеток. По общей массе она занимает первое место на Земле среди всех органических соединений. По своему строению очень близок к целлюлозе хитин, который составляет основу наружного скелета членистоногих и входит в состав клеточной стенки грибов.
Белки (полипептиды). Одними из наиболее важных органических соединений в живой природе являются белки. В каждой живой клетке присутствует одновременно более тысячи видов белковых молекул. И у каждого белка своя особая, только ему свойственная функция. О первостепенной роли этих сложных веществ догадывались еще в начале XX в., именно поэтому им дали название протеины (от греч. protos – первый). В различных клетках на долю белков приходится от 50 до 80 % сухой массы.
Рис. 14. Общая структурная формула аминокислот, входящих в состав белков
Строение белков. Длинные белковые цепи построены всего из 20 различных типов аминокислот, имеющих общий план строения, но отличающихся друг от друга по строению радикала (R) (рис. 14). Соединяясь, молекулы аминокислот образуют так называемые пептидные связи (рис. 15).
Две полипептидные цепи, из которых состоит гормон поджелудочной железы – инсулин, содержат 21 и 30 аминокислотных остатков. Это одни из самых коротких «слов» в белковом «языке». Миоглобин – белок, связывающий кислород в мышечной ткани, состоит из 153 аминокислот. Белок коллаген, составляющий основу коллагеновых волокон соединительной ткани и обеспечивающий ее прочность, состоит из трех полипептидных цепей, каждая из которых содержит около 1000 аминокислотных остатков.
Последовательное расположение аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями, является первичной структурой белка и представляет собой линейную молекулу (рис. 16). Закручиваясь в виде спирали, белковая нить приобретает более высокий уровень организации – вторичную структуру. И наконец, спираль полипептида сворачивается, образуя клубок (глобулу) или фибриллу. Именно такая третичная структура белка и является его биологически активной формой, обладающей индивидуальной специфичностью. Однако для ряда белков третичная структура не является окончательной.
Рис. 15. Образование пептидной связи между двумя аминокислотами
Рис. 16. Строение белковой молекулы: А – первичная; Б – вторичная; В – третичная; Г – четвертичная структуры
Может существовать четвертичная структура – объединение нескольких белковых глобул или фибрилл в единый рабочий комплекс. Так, например, сложная молекула гемоглобина состоит из четырех полипептидов, и только в таком виде она может выполнять свою функцию.
Функции белков. Огромное разнообразие белковых молекул подразумевает столь же широкое разнообразие их функций (рис. 17, 18). Около 10 тыс. белков-ферментов служат катализаторами химических реакций. Они обеспечивают слаженную работу биохимического ансамбля клеток живых организмов, ускоряя во много раз скорость химических реакций.
Рис. 17. Основные группы белков
Вторая по величине группа белков выполняет структурную и двигательную функции. Белки участвуют в образовании всех мембран и органоидов клетки. Коллаген входит в состав межклеточного вещества соединительной и костной ткани, а основным компонентом волос, рогов и перьев, ногтей и копыт является белок кератин. Сократительную функцию мышц обеспечивают актин и миозин.
Транспортные белки связывают и переносят различные вещества и внутри клетки, и по всему организму.
Рис. 18. Синтезированные белки или остаются в клетке для внутриклеточного применения, или выводятся наружу для использования на уровне организма
Белки-гормоны обеспечивают регуляторную функцию.
Например, соматотропный гормон, вырабатываемый гипофизом, регулирует общий обмен веществ и влияет на рост. Недостаток или избыток этого гормона в детском возрасте приводит, соответственно, к развитию карликовости или гигантизма.
Чрезвычайно важна защитная функция белков. При попадании в организм человека чужеродных белков, вирусов или бактерий на защиту встают иммуноглобулины – защитные белки. Фибриноген и протромбин обеспечивают свертываемость крови, предохраняя организм от кровопотери. Есть у белков и защитная функция несколько иного рода. Многие членистоногие, рыбы, змеи и другие животные выделяют токсины – сильные яды белковой природы. Белками являются и самые сильные микробные токсины, например ботулиновый, дифтерийный, холерный.
При нехватке пищи в организме животных начинается активный распад белков до конечных продуктов, и тем самым реализуется энергетическая функция этих полимеров. При полном расщеплении 1 г белка выделяется 17,6 кДж энергии.
Денатурация и ренатурация белков. Денатурация – это утрата белковой молекулой своей структурной организации: четвертичной, третичной, вторичной, а при более жестких условиях – и первичной структуры (рис. 19). В результате денатурации белок теряет способность выполнять свою функцию. Причинами денатурации могут быть высокая температура, ультрафиолетовое излучение, действие сильных кислот и щелочей, тяжелых металлов и органических растворителей.
Рис. 19. Денатурация белка
Дезинфицирующее свойство этилового спирта основано на его способности вызывать денатурацию бактериальных белков, что приводит к гибели микроорганизмов.
Денатурация может быть обратимой и необратимой, частичной и полной. Иногда, если воздействие денатурирующих факторов оказалось не слишком сильным и разрушение первичной структуры молекулы не произошло, при наступлении благоприятных условий денатурированный белок может вновь восстановить свою трехмерную форму. Этот процесс называется ренатурацией, и он убедительно доказывает зависимость третичной структуры белка от последовательности аминокислотных остатков, т. е. от его первичной структуры.
Вопросы для повторения и задания
1. Какие химические соединения называют углеводами?
2. Что такое моно– и дисахариды? Приведите примеры.
3. Какой простой углевод служит мономером крахмала, гликогена, целлюлозы?
4. Из каких органических соединений состоят белки?
5. Как образуются вторичная и третичная структуры белка?
6. Назовите известные вам функции белков.
7. Что такое денатурация белка? Что может явиться причиной денатурации?
Гликоген — Chemistry LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Введение
- Функциональная группа ацеталя
- Крахмал по сравнению с гликогеном
- Содействующие факторы
Полисахариды — это углеводные полимеры, состоящие из десятков, сотен и нескольких тысяч моносахаридных единиц.Все обычные полисахариды содержат глюкозу в качестве моносахаридной единицы. Полисахариды синтезируются растениями, животными и людьми для хранения в пищу, структурной поддержки или метаболизма для получения энергии.
Введение
Гликоген — это форма хранения глюкозы у животных и людей, которая аналогична крахмалу в растениях. Гликоген синтезируется и хранится в основном в печени и мышцах. Структурно гликоген очень похож на амилопектин с альфа-ацетальными связями, однако он имеет еще большее разветвление и присутствует больше единиц глюкозы, чем в амилопектине.В различных образцах гликогена было определено 1700-600000 единиц глюкозы.
Структура гликогена состоит из длинных полимерных цепей единиц глюкозы, соединенных связью альфа-ацеталя . На графике слева показана очень небольшая часть цепи гликогена. Все мономерные звенья представляют собой альфа-D-глюкозу, и все альфа-ацетальные связи соединяют C # 1 одной глюкозы с C # 4 следующей глюкозы.
Ветви образуются путем связывания C # 1 с C # 6 через ацетальные связи.В гликогене ветви расположены с интервалом в 8-10 единиц глюкозы, тогда как в амилопектине ветви разделены 12-20 единицами глюкозы.
Функциональная группа ацеталь
Углерод№1 называется аномерным углеродом и является центром ацетальной функциональной группы. Углерод, к которому присоединены два атома кислорода простого эфира, является ацеталем. Положение Alpha определяется как кислород эфира, находящийся на противоположной стороне кольца, как C # 6. В структуре кресла это приводит к выступу вниз .Это то же определение, что и -ОН в полуацетале.
Крахмал против гликогена
Растения вырабатывают крахмал и целлюлозу в процессе фотосинтеза. Животные и люди, в свою очередь, едят растительные материалы и продукты. Пищеварение — это процесс гидролиза, при котором крахмал в конечном итоге расщепляется на различные моносахариды. Основным продуктом, конечно же, является глюкоза, которую можно сразу же использовать для обмена веществ для получения энергии. Глюкоза, которая не используется немедленно, превращается в печени и мышцах в гликоген для хранения в процессе гликогенеза.Любая глюкоза, превышающая потребности в энергии и накоплении, поскольку гликоген превращается в жир.
типов мономеров | Sciencing
Мономеры составляют основу макромолекул, поддерживающих жизнь и обеспечивающих искусственные материалы. Мономеры группируются вместе, образуя длинные цепи макромолекул, называемых полимерами. Различные реакции приводят к полимеризации, обычно через катализаторы. Многочисленные примеры мономеров существуют в природе или используются в промышленности для создания новых макромолекул.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Мономеры — это небольшие одиночные молекулы. В сочетании с другими мономерами посредством химических связей они образуют полимеры. Полимеры существуют как в природе, например, в белках, так и могут быть созданы руками человека, например, в пластмассах.
Что такое мономеры?
Мономеры представлены в виде небольших молекул. Они образуют основу более крупных молекул за счет химических связей. Когда эти единицы соединяются повторно, образуется полимер. Ученый Герман Штаудингер обнаружил, что мономеры образуют полимеры.Жизнь на Земле зависит от связей мономеров с другими мономерами. Из мономеров можно искусственно сконструировать полимеры, которые впоследствии соединяются с другими молекулами в процессе, называемом полимеризацией. Люди используют эту способность для производства пластмасс и других искусственных полимеров. Мономеры также становятся естественными полимерами, из которых состоят живые организмы в мире.
Мономеры в природе
Полимеры, встречающиеся в природе, состоят из мономеров, содержащих углерод, который легко связывается с другими молекулами.Методы, используемые в природе для создания полимеров, включают дегидратационный синтез, который объединяет молекулы вместе, но приводит к удалению молекулы воды. С другой стороны, гидролиз представляет собой метод расщепления полимеров на мономеры. Это происходит за счет разрыва связей между мономерами с помощью ферментов и добавления воды. Ферменты работают как катализаторы для ускорения химических реакций и сами представляют собой большие молекулы. Примером фермента, используемого для разрушения полимера на мономер, является амилаза, которая превращает крахмал в сахар.Этот процесс используется в пищеварении. Люди также используют натуральные полимеры для эмульгирования, загущения и стабилизации пищевых продуктов и лекарств. Некоторые дополнительные примеры природных полимеров включают:
- коллаген
- кератин
- ДНК
- каучук
- шерсть
- среди других
Простые мономеры сахара
Простые сахара представляют собой мономеры, называемые моносахаридами. Моносахариды содержат молекулы углерода, водорода и кислорода.Эти мономеры могут образовывать длинные цепи, из которых состоят полимеры, известные как углеводы, молекулы, накапливающие энергию, которые содержатся в пище. Глюкоза представляет собой мономер с формулой C 6 H 12 O 6 , что означает, что он имеет шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода в своей основной форме. Глюкоза вырабатывается в основном в результате фотосинтеза в растениях и является основным топливом для животных. Клетки используют глюкозу для клеточного дыхания. Глюкоза составляет основу многих углеводов. Другие простые сахара включают галактозу и фруктозу, и они также имеют ту же химическую формулу, но являются структурно разными изомерами.Пентозы — это простые сахара, такие как рибоза, арабиноза и ксилоза. Объединение мономеров сахара создает дисахариды (состоящие из двух сахаров) или более крупные полимеры, называемые полисахаридами. Например, сахароза (столовый сахар) представляет собой дисахарид, который образуется в результате добавления двух мономеров, глюкозы и фруктозы. Другие дисахариды включают лактозу (сахар в молоке) и мальтозу (побочный продукт целлюлозы).
Огромный полисахарид, состоящий из множества мономеров, крахмал служит основным хранилищем энергии для растений, и он не может быть растворен в воде.Крахмал состоит из огромного количества молекул глюкозы в качестве основного мономера. Крахмал входит в состав семян, зерна и многих других продуктов, которые потребляют люди и животные. Протеиновая амилаза превращает крахмал обратно в основной мономер глюкозу.
Гликоген — это полисахарид, используемый животными для хранения энергии. Как и крахмал, основным мономером гликогена является глюкоза. Гликоген отличается от крахмала большим количеством ответвлений. Когда клеткам нужна энергия, гликоген может быть расщеплен путем гидролиза обратно на глюкозу.
Длинные цепи мономеров глюкозы также составляют целлюлозу, линейный гибкий полисахарид, который встречается во всем мире в качестве структурного компонента в растениях. Целлюлоза содержит как минимум половину углерода Земли. Многие животные не могут полностью переваривать целлюлозу, за исключением жвачных и термитов.
Другой пример полисахарида, более хрупкая макромолекула хитина, кует панцири многих животных, таких как насекомые и ракообразные. Таким образом, простые сахарные мономеры, такие как глюкоза, составляют основу живых организмов и дают энергию для их выживания.
Мономеры жиров
Жиры представляют собой тип липидов, полимеров, которые являются гидрофобными (водоотталкивающими). Основным мономером жиров является глицерин спирта, который содержит три атома углерода с гидроксильными группами в сочетании с жирными кислотами. Жиры дают в два раза больше энергии, чем простой сахар — глюкоза. По этой причине жиры служат для животных своего рода хранилищем энергии. Жиры с двумя жирными кислотами и одним глицерином называются диацилглицеринами или фосфолипидами. Липиды с тремя жирными кислотными хвостами и одним глицерином называются триацилглицеринами, жирами и маслами.Жиры также обеспечивают изоляцию тела и нервов в нем, а также плазматических мембран в клетках.
Аминокислоты: мономеры белков
Аминокислота — это субъединица белка, полимера, встречающегося в природе. Следовательно, аминокислота является мономером белка. Основная аминокислота состоит из молекулы глюкозы с аминогруппой (NH 3 ), карбоксильной группой (COOH) и R-группой (боковой цепью). Существует 20 аминокислот, которые используются в различных комбинациях для создания белков.Белки выполняют множество функций для живых организмов. Несколько мономеров аминокислот соединяются пептидными (ковалентными) связями с образованием белка. Две связанные аминокислоты составляют дипептид. Три соединенные аминокислоты образуют трипептид, а четыре аминокислоты составляют тетрапептид. В соответствии с этим соглашением белки с более чем четырьмя аминокислотами также носят название полипептиды. Из этих 20 аминокислот основные мономеры включают глюкозу с карбоксильными и аминогруппами. Поэтому глюкозу также можно назвать мономером белка.
Аминокислоты образуют цепочки в качестве первичной структуры, а дополнительные вторичные формы возникают с водородными связями, ведущими к альфа-спиралям и бета-складчатым листам. Сворачивание аминокислот приводит к появлению активных белков в третичной структуре. Дополнительное сворачивание и изгибание дает стабильные сложные четвертичные структуры, такие как коллаген. Коллаген обеспечивает структурную основу для животных. Протеин-кератин обеспечивает животных кожей, волосами и перьями. Белки также служат катализаторами реакций в живых организмах; они называются ферментами.Белки служат коммуникаторами и переносчиками материала между клетками. Например, белок актин играет роль переносчика для большинства организмов. Различные трехмерные структуры белков определяют их соответствующие функции. Изменение структуры белка приводит непосредственно к изменению функции белка. Белки производятся в соответствии с инструкциями генов клетки. Взаимодействия и разнообразие белков определяются его основным мономером белка, аминокислотами на основе глюкозы.
Нуклеотиды как мономеры
Нуклеотиды служат в качестве основы для построения аминокислот, которые, в свою очередь, содержат белки.Нуклеотиды хранят информацию и передают энергию организмам. Нуклеотиды — это мономеры природных линейных полимерных нуклеиновых кислот, таких как дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК несут генетический код организма. Нуклеотидные мономеры состоят из пятиуглеродного сахара, фосфата и азотистого основания. Основания включают аденин и гуанин, которые являются производными пурина; и цитозин и тимин (для ДНК) или урацил (для РНК), полученные из пиримидина.
Комбинированный сахар и азотистая основа имеют разные функции.Нуклеотиды составляют основу многих молекул, необходимых для жизни. Одним из примеров является аденозинтрифосфат (АТФ), главная система доставки энергии для организмов. Аденин, рибоза и три фосфатные группы составляют молекулы АТФ. Фосфодиэфирные связи соединяют вместе сахара нуклеиновых кислот. Эти связи обладают отрицательными зарядами и образуют стабильную макромолекулу для хранения генетической информации. РНК, которая содержит сахарную рибозу и аденин, гуанин, цитозин и урацил, различными способами работает внутри клеток.РНК служит ферментом и помогает репликации ДНК, а также созданию белков. РНК существует в форме одной спирали. ДНК является более стабильной молекулой, образующей конфигурацию двойной спирали, и поэтому является преобладающим полинуклеотидом для клеток. ДНК содержит дезоксирибозу сахара и четыре азотистых основания аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые составляют нуклеотидное основание молекулы. Большая длина и стабильность ДНК позволяют хранить огромные объемы информации. Жизнь на Земле обязана своим продолжением нуклеотидным мономерам, которые составляют основу ДНК и РНК, а также энергетической молекуле АТФ.
Мономеры для пластика
Мономеры винилового спирта образуют полимерный поливиниловый спирт. Этот ингредиент входит в состав детской замазки. Мономеры поликарбоната состоят из ароматических колец, разделенных углеродом. Поликарбонат обычно используется в очках и музыкальных дисках. Полистирол, используемый в пенополистироле и изоляции, состоит из мономеров полиэтилена с ароматическим кольцом, замещенным атомом водорода. Поли (хлорэтен), также известный как поливинилхлорид или ПВХ, образуется из нескольких мономеров хлорэтилена.Из ПВХ изготавливаются такие важные элементы, как трубы и сайдинг для зданий. Из пластика можно найти бесконечно полезные материалы для повседневных вещей, таких как:
- фары автомобиля
- контейнеры для пищевых продуктов
- краска
- трубы
- ткань
- медицинское оборудование
- более
углеводы | Биология I
Большинство людей знакомы с углеводами, одним типом макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим.Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружают углеводы» перед важными соревнованиями, чтобы у них было достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, в частности, через глюкозу, простой сахар, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.
Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH 2 O) n , где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («углевод») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы подразделяются 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), он известен как альдоза, а если у него есть кетонная группа (функциональная группа со структурой RC (= O) R ‘), он известен как кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они также могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и / или гексозы (шесть атомов углерода).См. Рисунок для иллюстрации моносахаридов.
Моносахариды классифицируются на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют три, пять и шесть углеродных скелетов соответственно.Химическая формула глюкозы: C 6 H 12 O 6 .У человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыток глюкозы часто хранится в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, которые питаются растениями.
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 известны как изомеры) из-за разного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметричного углерода (рисунок).
АРТ-СОЕДИНЕНИЕ
Глюкоза, галактоза и фруктоза — это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C 6 H 12 O 6 ), 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 кольцевых формах (рисунок). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильной группы (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца).Если гидроксильная группа находится ниже углерода номер 1 в сахаре, говорят, что она находится в положении альфа ( α ), а если она выше плоскости, говорят, что она находится в положении бета ( β ). .
Моносахариды из пяти и шести атомов углерода находятся в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо образуется, боковая цепь, которую оно замыкает, фиксируется в положении α или β . Фруктоза и рибоза также образуют кольца, хотя они образуют пятичленные кольца в отличие от шестичленного кольца глюкозы.Дисахариды
Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь, образованная между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами), известна как гликозидная связь (рисунок).Гликозидные связи (также называемые гликозидными связями) могут быть альфа- или бета-типа.
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. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.
Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).Полисахариды
Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»).Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100000 дальтон или более в зависимости от количества соединенных мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.
Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы, превышающий непосредственные потребности растения в энергии, хранится в виде крахмала в различных частях растения, включая корни и семена.Крахмал в семенах обеспечивает питание зародыша во время его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Крахмал, потребляемый людьми, расщепляется ферментами, такими как амилазы слюны, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.
Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились с образованием связи.Как показано на рисунке, амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связей), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках ветвления).
Амилоза и амилопектин — две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 гликозидными связями. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы, соединенных α 1,4 и α 1,6 гликозидными связями.Из-за способа соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но имеет более сильную разветвленность.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 с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.
Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны β 1-4 гликозидными связями (рисунок).
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 связь β 1-4 не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать богатый растительный материал. в целлюлозе и использовать ее в качестве источника пищи.У этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу. В аппендиксе пасущихся животных также содержатся бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.
Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как показано на рисунке пчелы). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, представляющей собой полисахаридсодержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, модифицированного сахара. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов; грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукарии.
У насекомых есть твердый внешний скелет из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)КАРЬЕРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Зарегистрированный диетолог Ожирение является проблемой для здоровья во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения. Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать 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 в смежных областях. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека.Диетологи должны стать экспертами в области химии и физиологии (биологических функций) пищи (белков, углеводов и жиров).
Полезны ли углеводы? Людям, желающим похудеть, часто говорят, что углеводы вредны для них, и их следует избегать. 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.
Углеводы следует дополнять белками, витаминами и жирами, чтобы они были частью хорошо сбалансированной диеты. 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 известна как клетчатка, которая в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений; он способствует регулярному опорожнению кишечника за счет увеличения объема и регулирует скорость потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает удалить излишки холестерина из организма: клетчатка связывается с холестерином в тонком кишечнике, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток, а затем холестерин выходит из организма через кал.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. Без потребления углеводов доступность «мгновенной энергии» была бы уменьшена. 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, исследуйте «Биомолекулы: углеводы» с помощью этой интерактивной анимации.
Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки и обеспечивают структурную поддержку растительным клеткам, грибам и всем членистоногим, включая омаров, крабов, креветок, насекомых и пауков.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды в зависимости от количества мономеров в молекуле. Моносахариды связаны гликозидными связями, которые образуются в результате реакций дегидратации, образуя дисахариды и полисахариды с удалением молекулы воды для каждой образованной связи. Глюкоза, галактоза и фруктоза являются обычными моносахаридами, тогда как общие дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Крахмал и гликоген, примеры полисахаридов, являются формами хранения глюкозы у растений и животных соответственно.Длинные полисахаридные цепи могут быть разветвленными или неразветвленными. Целлюлоза является примером неразветвленного полисахарида, тогда как амилопектин, составляющий крахмал, представляет собой сильно разветвленную молекулу. Хранение глюкозы в виде полимеров, таких как крахмал или гликоген, делает ее немного менее доступной для метаболизма; однако это предотвращает его утечку из клетки или создание высокого осмотического давления, которое может вызвать чрезмерное поглощение воды клеткой.
Рисунок Что это за сахара, альдоза или кетоза?
Пример моносахарида ________.
- фруктоза
- глюкоза
- галактоза
- все вышеперечисленное
Примеры целлюлозы и крахмала:
- моносахариды
- дисахариды
- липидов
- полисахариды
Стенки растительных клеток содержат что из перечисленного в избытке?
- крахмал
- целлюлоза
- гликоген
- лактоза
Лактоза представляет собой дисахарид, образующийся в результате образования ________ связи между глюкозой и ________.
- гликозидный; лактоза
- гликозидный; галактоза
- водород; сахароза
- водород; фруктоза
Опишите сходства и различия между гликогеном и крахмалом.
Почему люди не могут переваривать пищу, содержащую целлюлозу?
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, составляющий 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 связаны между собой гликозидной связью
- гликоген
- запаса углеводов у животных
- гликозидная связь
- связь, образованная реакцией дегидратации между двумя моносахаридами с отщеплением молекулы воды
- моносахарид
- единичное звено или мономер углеводов
- полисахарид
- длинных цепочек моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными
- крахмал
- запаса углеводов в растениях
макромолекул
макромолекул МакромолекулыДо сих пор мы рассматривали только небольшие молекулы.Многие молекулы, важные для биологических процессов, ОГРОМНЫ. Эти известны как макромолекулы. Большинство макромолекул представляют собой полимеры, которые длинные цепочки субъединиц, называемые мономерами. Эти субъединицы часто очень похожи друг на друга, и при всем разнообразии полимеров (и живых вещи вообще) всего около 40-50 обычных мономеров.
Изготовление и разрушение полимеров
Соединение двух мономеров достигается с помощью процесса, известного как дегидратационный синтез.Один мономер отдает гидроксильную (ОН) группу, а один отдает (H). Они объединяются в молекулу воды. Отсюда и название дегидратация синтез.
Полимеры распадаются на части в процессе, известном как гидролиз . Связи между мономерами разрываются при добавлении воды. (3.3, стр. 36)
Существует четыре основных категории обнаруженных органических соединений. в живых клетках.
Углеводы
Углеводы — это сахара и их полимеры.Простой сахара называются моносахаридами. Они могут быть объединены с образованием полисахаридов (3.5, стр. 38). Глюкоза — важный моносахарид. Сахароза, дисахарид (состоящий из двух моносахаридов), представляет собой столовый сахар. (Обратите внимание на окончание «ose» обычен для большинства сахаров.)
Полисахариды могут быть получены из тысяч простых сахаров связаны вместе. Эти большие молекулы могут использоваться для хранения энергии. или для структуры. Сначала пара примеров хранения:
Крахмал — запасной полисахарид растений.Его это гигантская цепочка глюкоз. Растение может использовать энергию крахмала. сначала гидролизуя его, делая доступной глюкозу. Большинство животных могут также гидролизуют крахмал. Вот почему мы его едим.
Животные хранят гликогена в качестве запаса глюкозы. Он хранится в печени и мышцах. (3,7, стр. 39)
И несколько примеров структурных углеводов:
Целлюлоза — это полисахарид, производимый растениями. Это компонент клеточных стенок. Целлюлоза — это также нить глюкозы. молекулы.Потому что глюкозы соединяются по-разному, целлюлоза имеет другую форму и, следовательно, другие свойства, чем крахмал или гликоген. Используемые ферменты (мы скоро узнаем о них больше) гидролизовать крахмал не работают с целлюлозой. Большинство организмов не могут переваривать целлюлоза и проходит сквозь них (грубые корма). Козы и термиты на самом деле не переваривают целлюлозу, у них есть бактерии, которые делают это за них.
Хитин — важный полисахарид, используемый для экзоскелеты членистоногих.
Липиды
Все липиды похожи в том, что они (по крайней мере частично) гидрофобный . Есть три важных семейства липидов: жиры, фосфолипиды и стероиды.
Жиры
Жиры — это большие молекулы, состоящие из двух типов молекул, глицерин и некоторые жирные кислоты. Жирная кислота имеет длинную цепочку углерод и водород, обычно называемые углеводородным хвостом, с головка карбоксильной группы. (Карбоксильная группа поэтому называется кислотой).Глицерин имеет три атома углерода (3,8b, пг 40), поэтому он может получить три жирные кислоты. Это могут быть одинаковые три или разные. Это расположение трех почему жиры называются триглицеридами.
Жиры могут быть насыщенными и ненасыщенными. Это связано с количество водорода в хвосте. Ненасыщенные жирные кислоты содержат водород. отсутствует, с заменой двойных связей. Двойная связь дает жирную кислота перегиб (3.8c, pg 40). Насыщенные жиры остаются твердыми при комнатной температуре. и происходят от животных, ненасыщенные жиры поступают из растений и являются жидкими при комнатной температуре.
Жиры используются в качестве накопителей энергии высокой плотности у животных и в растениях (семенах). Его также можно использовать для изоляции животных.
фосфолипиды
Фосфолипиды похожи на жиры, но содержат две жирные кислоты. и фосфатная группа, присоединенная к глицерину. Хвосты жирных кислот гидрофобны. но фосфатная часть гидрофильна. Это важная особенность эти молекулы.
Подробнее о фосфолипидах, когда речь идет о структуре мембраны.
Стероиды
Стероиды также являются липидами, но имеют углеродный скелет. четырех связанных колец (без глицерина) (3.9, стр.41). Разные свойства различных стероидов обусловлены присоединенными функциональными группами. Холестерин — это стероид, который можно модифицировать для образования многих гормонов.
Белки
Белки чрезвычайно важны. Они большие, сложные молекулы, которые используются для структурной поддержки, хранения, транспортировки веществ, и как ферменты. Это сложная, разнообразная группа молекул, и тем не менее, все они представляют собой полимеры, состоящие всего из 20 аминокислот.
Аминокислоты имеют углерод, присоединенный к водороду, амино группа, карбоксильная группа и что-то еще (R).Это что-то еще которые придают аминокислоте ее характеристики (3.12a и b, стр. 42).
Аминокислоты соединены пептидными связями (дегидратация синтез) (3.13, стр. 43). Полипептидные цепи — это цепочки аминокислот, соединены пептидными связями.
Белки образуются путем скручивания одного или нескольких полипептидов. цепи. Это форма или конформация белка, который придает ему его свойства. Есть четыре уровня белковой структуры.
Первичная структура — уникальная серия аминокислотных остатков. кислоты.Вторичная структура является результатом водородных связей вдоль цепь, которая вызывает повторяющиеся спиральные или складчатые узоры. высшее структура накладывается на вторичную структуру. Это нерегулярный искривления, образованные связью между R-группами. Некоторые R-группы амино кислоты имеют сульфгидрильные группы, которые соединяются вместе, образуя дисульфидные мостики. Четвертичная структура получается, когда белок состоит из более чем одна полипептидная субъединица (например, гемоглобин, у которого четыре полипептида субъединицы).Четвертичная структура — это взаимосвязь этих субъединиц. (Рисунок на стр. 45 для обобщения) Когда структура белка была изменена мы говорим, что он денатурирован. Денатурация происходит, когда водородные связи которые удерживают части молекулы с другими частями, разваливаются. Как правило в результате воздействия экстремальных значений pH или тепла. Некоторая денатурация обратима некоторые необратимы. Приготовление яиц денатурирует белки в яичных белках. Они не могут быть сырыми. Высокая температура может денатурировать белки (ферменты) в человеческое тело, которое может быть фатальным.
Нуклеиновые кислоты
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) представляют собой полимеры нуклеотидов (3.20a, стр. 47). Позже мы узнаем больше подробно описать роль этих нуклеиновых кислот в синтезе белка.
Нуклеотиды состоят из трех частей: фосфата и пентозы. сахар и азотистое основание. Пентозный сахар ДНК — дезоксирибоза. Пентозный сахар РНК — рибоза.
ЯЧЕЙКИ
Все организмы состоят из клеток .Субклеточные структуры называются органеллами . Цитология — это исследование клеточной структуры. «Анатомия» клетки обозначается как ее ультраструктура .
Есть два типа клеток: прокариотических клеток и эукариотических клеток . Четыре из пяти царств, протисты, растения, грибы и животные состоят из эукариотических клеток. Другое королевство, Monera (бактерии и цианобактерии) состоит из прокариотических клеток. Прокариотический клетки не имеют истинного ядра.У них есть генетический материал (ДНК), но он в области нуклеоида . ДНК эукариот находится в ядре который заключен в мембранную ядерную оболочку . Ядро эукариот окружен в клетке цитоплазмой . В органеллы расположены в цитоплазме. Многие органеллы, найдены у эукариот, не найдены у прокариот.
Ячейки обычно очень маленькие. Размер самого маленького клеток ограничено минимальным количеством необходимого генетического материала чтобы клетка продолжала работать.В конечном итоге размер ячейки ограничен прохождение материалов через плазматическую мембрану . Все ячейки заключены в плазматическую мембрану, и именно через эту мембрану все питательные вещества и отходы должны пройти. Как трехмерный объект растет по размеру его поверхность не поспевает за объемом. Таким образом клетки достигают ограничение на их максимальный размер. Разделение различных клеточных функций в другие структуры, закрытые мембраной, позволяет использовать более крупные клетки. Это почему эукариотические клетки обычно больше прокариотических клеток.Другой Фактором, ограничивающим размер ячеек, является то, что ячейка должна контролироваться ядром. Вы должны посмотреть раздел 4.2 о различных размерах ячеек.
Разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном
Основное различие — крахмал против целлюлозы против гликогена
Крахмал, целлюлоза и гликоген — это три типа полимерных углеводов, обнаруженных в живых клетках. Автотрофы производят глюкозу в виде простого сахара во время фотосинтеза. Все эти углеводные полимеры, крахмал, целлюлоза и гликоген состоят из соединения мономерных единиц глюкозы с помощью различных типов гликозидных связей.Они служат источниками химической энергии, а также структурными компонентами клетки. Основное различие между крахмалом, целлюлозой и гликогеном заключается в том, что крахмал является основным источником запаса углеводов в растениях , тогда как целлюлоза является основным структурным компонентом клеточной стенки растений и гликоген является основным источником энергии углеводов для хранения грибы и животные.
В данной статье исследуется,
1. Что такое крахмал
— Структура, свойства, источник, функции
2.Что такое целлюлоза
— Структура, свойства, источник, функция
3. Что такое гликоген
— Структура, свойства, источник, функция
4. В чем разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном
Что такое крахмал
Крахмал — это полисахарид, синтезируемый зелеными растениями в качестве основного запаса энергии. Глюкоза производится фотосинтезирующими организмами как простое органическое соединение.Для хранения он превращается в нерастворимые вещества, такие как масла, жиры и крахмал. Нерастворимые запасные вещества, такие как крахмал, не влияют на водный потенциал внутри клетки. Они не могут отходить от мест хранения. В растениях глюкоза и крахмал превращаются в структурные компоненты, такие как целлюлоза. Они также превращаются в белки, необходимые для роста и восстановления клеточных структур.
Растения хранят глюкозу в основных продуктах питания, таких как фрукты, клубни, например картофель, семена, такие как рис, пшеница, кукуруза и маниока.Крахмал находится в гранулах, называемых амилопластами, которые образуют полукристаллические структуры. Крахмал состоит из двух типов полимеров: амилозы и амилопектина. Амилоза представляет собой линейную и спиральную цепь, а амилопектин — разветвленную. Около 25% крахмала в растениях составляет амилоза, а остальное — амилопектин. Глюкозо-1-фосфат сначала превращается в АДФ-глюкозу. Затем АДФ-глюкоза полимеризуется через 1,4-альфа-гликозидную связь ферментом крахмал-синтазой. В результате этой полимеризации образуется линейный полимер амилоза.1,6-альфа-гликозидные связи вводятся в цепь ферментом разветвления крахмала, который продуцирует амилопектин. Гранулы крахмала из риса показаны на цифре 1 .
Рисунок 1: Гранулы крахмала в рисе
Что такое целлюлоза
Целлюлоза — это полисахарид, который состоит из сотен и многих тысяч единиц глюкозы. Это основной компонент клеточной стенки растений. Многие водоросли и оомицеты также используют целлюлозу для формирования своей клеточной стенки.Целлюлоза представляет собой полимер с прямой цепью, в котором 1,4-бета-гликозидные связи образуются между молекулами глюкозы. Водородные связи образуются между несколькими гидроксильными группами одной цепи с соседними цепями. Это позволяет прочно удерживать две цепи вместе. Точно так же несколько цепей целлюлозы участвуют в образовании целлюлозных волокон. Целлюлозное волокно, состоящее из трех целлюлозных цепей, показано на рис. 2 . Водородные связи между цепями целлюлозы показаны линиями голубого цвета.
Рисунок 2: Целлюлозное волокно
Что такое гликоген
Гликоген — запасной полисахарид животных и грибов. Это аналог крахмала у животных. Гликоген структурно похож на амилопектин, но сильно разветвлен, чем последний. Формы линейных цепей через 1,4-альфа-гликозидные связи и разветвления происходят через 1,6-альфа-гликозидные связи. Ветвление происходит в каждых 8–12 молекулах глюкозы в цепи. Его гранулы находятся в цитозоле клеток. Клетки печени, а также мышечные клетки хранят гликоген у человека.При необходимости гликоген расщепляется на глюкозу с помощью гликогенфосфорилазы. Этот процесс называется гликогенолизом. Глюкогон — это гормон, стимулирующий гликогенолиз. 1,4-альфа-гликозидные и 1,6-альфа-гликозидные связи гликогена показаны на фиг.3 .
Рисунок 3: Связи в гликогене
Разница между крахмальной целлюлозой и гликогеном
Определение
Крахмал: Крахмал является основным источником углеводов в растениях.
Целлюлоза: Целлюлоза является основным структурным компонентом клеточной стенки растений.
Гликоген: Гликоген является основным запасным углеводным источником энергии для грибов и животных.
Мономер
Крахмал: Мономер крахмала — альфа-глюкоза.
Целлюлоза: Мономер целлюлозы — бета-глюкоза.
Гликоген: Мономером гликогена является альфа-глюкоза.
Связь между мономерами
Крахмал: 1,4-гликозидные связи в амилозе и 1,4- и 1,6-гликозидные связи в амилопектине возникают между мономерами крахмала.
Целлюлоза: 1,4-гликозидные связи возникают между мономерами целлюлозы.
Гликоген: 1,4- и 1,6-гликозидные связи возникают между мономерами гликогена.
Природа цепи
Крахмал: Амилоза представляет собой неразветвленную спиралевидную цепь, а амилопектин — длинную разветвленную цепь, некоторые из которых имеют спиральную форму.
Целлюлоза: Целлюлоза представляет собой прямую длинную неразветвленную цепь, которая образует водородные связи с соседними цепями.
Гликоген: Гликоген — это короткие, много разветвленные цепи, некоторые из которых скручены в спираль.
Молекулярная формула
Крахмал: Молекулярная формула крахмала (C 6 H 10 O 5 ) n
Целлюлоза: Молекулярная формула целлюлозы (C 6 H 10 O 5 ) n.
Гликоген: Молекулярная формула гликогена: C 24 H 42 O 21 .
Молярная масса
Крахмал: Молярная масса крахмала варьируется.
Целлюлоза: Молярная масса целлюлозы составляет 162,1406 г / моль.
Гликоген: Молярная масса гликогена составляет 666,5777 г / моль.
Найдено в
Крахмал: Крахмал содержится в растениях.
Целлюлоза: Целлюлоза содержится в растениях.
Гликоген: Гликоген содержится в животных и грибах.
Функция
Крахмал: Крахмал служит хранилищем энергии для углеводов.
Целлюлоза: Целлюлоза участвует в построении клеточных структур, таких как клеточные стенки.
Гликоген: Гликоген служит углеводным хранилищем энергии.
появление
Крахмал: Крахмал содержится в зернах.
Целлюлоза: Целлюлоза содержится в волокнах.
Гликоген: Гликоген находится в небольших гранулах.
Заключение
Крахмал, целлюлоза и гликоген — это полисахариды, обнаруженные в организмах.Крахмал содержится в растениях как основная форма хранения углеводов. Линейные цепи крахмала называются амилозой, а разветвленные — амилопектином. Гликоген похож на амилопектин, но сильно разветвлен. Это основная форма хранения углеводов у животных и грибов. Целлюлоза — это линейный полисахарид, который образует водородные связи между несколькими цепями целлюлозы, образуя волокнистую структуру. Это основной компонент клеточной стенки растений, некоторых водорослей и грибов. Таким образом, основное различие между крахмальной целлюлозой и гликогеном заключается в их роли в каждом организме.
Ссылка:
1. Берг, Джереми М. «Сложные углеводы образуются путем связывания моносахаридов». Биохимия. 5-е издание. Национальная медицинская библиотека США, 1 января 1970 г. Web. 17 мая 2017 г.
Изображение предоставлено:
1. «Рисовый крахмал — микроскопия» Автор MKD — собственная работа (CC BY-SA 3.0) через Commons Wikimedia
2. «Модель заполнения целлюлозным пространством» CeresVesta (обсуждение) (загрузка) — собственная работа (Public Domain ) через Commons Wikimedia
3.«Гликоген» (общественное достояние) через Commons Wikimedia
Какой углеводный мономер? © глюкоза • сахароза © глюкагон © гликоген
А.
Пояснение:
Моносахариды состоят из углерода, водорода и кислорода (CHO). Они являются мономерами углеводов. Любой сахар — это мономер.
A. Глюкоза — углеводный мономер.
Дальнейшее объяснение Углеводы — это большие молекулы, состоящие из углерода, водорода и кислорода.Углеводы могут быть простыми или сложными. Простые углеводы, также называемые простыми сахарами, состоят из отдельных молекул сахара, называемых моносахаридами, или комбинаций двух моносахаридов, называемых дисахаридами. Примерами моносахаридов являются глюкоза и фруктоза, в то время как лактоза (комбинация глюкозы и галактозы) и сахароза (комбинация глюкозы и фруктозы) являются примерами дисахаридов. С другой стороны, сложные углеводы состоят из длинных цепочек повторяющихся сахарных единиц. Эта длинная цепочка молекул называется полимером, а повторяющиеся звенья — мономерами.Примерами углеводных полимеров являются целлюлоза, крахмал и гликоген. Углеводы — это источник и хранилище энергии для клеток организма. Некоторые углеводы, такие как целлюлоза, также передаются структурам живых существ. Оценка вариантов
A. Глюкоза
TRUE Глюкоза — моносахарид. Он может существовать в виде одного сахара, быть частью дисахарида или быть мономером полисахарида, такого как крахмал и гликоген, которые состоят из повторяющихся единиц глюкозы. Крахмал содержится в таких растениях, как рис, пшеница и картофель.
B.Сахароза
FALSE Сахароза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и фруктозы.
C. Глюкагон
FALSE Глюкагон не является углеводом. Это гормон, который выделяется поджелудочной железой для повышения уровня сахара в крови.
D. Гликоген
FALSE Гликоген — это полисахарид, состоящий из мономеров глюкозы. Как крахмал в растениях, гликоген сохраняет энергию для клеток животных. Это углевод, который содержится в клетках печени и расщепляется на глюкозу в процессе, называемом гликогенолизом.
Узнать больше Сбалансированная диета с липидами и белками
Ключевые слова: мономер, углевод, моносахарид.
глюкоза
Пояснение:
глюкоза — моносахарид
Правильный ответ:
А. глюкоза
Пояснение:
Глюкоза — это простой сахар с молекулярной формулой C₆H₁₂O₆. Глюкоза перемещается в крови животных в виде сахара в крови. Он вырабатывается путем фотосинтеза из воды и углекислого газа с использованием энергии солнечного света.Углеводы — одна из четырех основных макромолекул жизни. Они представляют собой полимер, полученный из мономеров, описываемых как моносахариды. Эти строительные блоки представляют собой простые сахара, например глюкозу
. Мономеры этих органических групп: Углеводы … моносахариды. Липиды … гликоген и жирные кислоты … нуклеиновые кислоты … нуклеотиды.Я думаю
гликоген
Пояснение:
крахмал превращается в гликоген в нашем организме и сохраняется в виде энергии
Разница между гликогеном и крахмалом (с таблицей)
Гликоген и крахмал — это два полимера глюкозы, которые обнаруживаются в живых клетках.Глюкоза вырабатывается в процессе фотосинтеза в растениях и представляет собой простейшую форму сахара. Глюкоза образует полимеры для дальнейшего производства сложных сахаров или углеводов, гликогена и крахмала. Во время образования этих полимеров мономерная единица глюкозы удерживается вместе гликозидными связями.
Гликоген против крахмалаРазница между гликогеном и крахмалом заключается в том, что гликоген — это полимер глюкозы, который является основным энергетическим компонентом для грибов и животных, тогда как глюкоза — это полимер глюкозы, который является важным энергетическим компонентом для растений.
Гликоген является важным компонентом хранения и источником энергии для животных и грибов. Мономерным звеном при образовании гликогена является альфа-глюкоза. Он находится в форме небольших гранул в цитозоле клетки. У человека гликоген хранится в клетках печени и мышечных клетках.
Крахмал — жизненно важный компонент производства энергии на заводах. Глюкоза, производимая растениями, превращается в нерастворимые запасные вещества, такие как крахмал и жиры. Крахмал содержится в амилопластах и является основным пищевым компонентом различных растений и фруктов.
Таблица сравнения гликогена и крахмала (в табличной форме)
| Параметры для сравнения | Гликоген | Крахмал | |
|---|---|---|---|
| Полимерный углевод, который представляет собой полимерный углевод | , является глюкозой Глюкоза Глюкоза | Определение глюкозы основной компонент для животных и грибов. | Крахмал — это сложный сахар глюкозы, который является основным запасным углеводом для растений. |
| Мономерные цепи | Гликоген — это полимер, в котором мономерные звенья образуют короткие разветвленные цепи.Он состоит из мономерного звена, известного как альфа-глюкоза, удерживаемого гликозидными связями. | Крахмал состоит из двух дополнительных полимеров — амилозы и амилопектина, где первый образует линейные и спиральные цепи, а второй — разветвленные. | |
| Молекулярная формула | C24h52O21 — это молекулярная формула гликогена. | (C6h20O5) n — это молекулярная формула крахмала. | |
| Встречается в | Гликоген встречается в форме маленьких гранул. | Крахмал встречается в форме зерен. | |
| Функция | Он служит в качестве запаса энергии углеводов у животных. | Он служит в качестве углеводов, запасающих энергию в растениях. |
Гликоген — это углевод, запасающий энергию, который содержится только в животных и растениях. Это полимер простого сахара, называемого альфа-глюкозой. Мономерные звенья глюкозы удерживаются прочными гликозидными связями с образованием полимерного гликогена.
Он также известен как животный крахмал и содержится в клетках печени, мышечных клетках и желудке. Он накапливает глюкозу, чтобы обеспечить ее организм при дефиците энергии. Он очень похож на амилопектин, но имеет сильно разветвленную структуру.
Когда организму требуется энергия, гликоген мгновенно расщепляется на глюкозу, чтобы обеспечить организм необходимой энергией. Этот процесс известен как гликогенолиз. Этот процесс стимулируется с помощью гормона глюкагона.
Некоторые важные факты о гликогене:
- Это углевод, запасающий энергию, особенно для животных и грибов.
- В организме человека гликоген накапливается в виде жира в жировых тканях для обеспечения энергии, когда это необходимо.
- Доступ к сахару в крови глюкоза также хранится в виде гликогена под действием поджелудочной железы, предотвращающего сахарный диабет.
- Накопление гликогена в мышечных клетках помогает держать тело готовым к напряженным упражнениям и действиям, когда это необходимо.
Крахмал является важным компонентом хранения энергии в растениях. Именно полимер имеет чрезвычайно важное значение для предприятий по хранению и производству энергии.Некоторые растения, содержащие крахмал в больших количествах, — это картофель, рис, кукуруза и т.д. Амилоза имеет присоединенные мономерные звенья в линейной и спиральной структуре, тогда как амилопектин образует разветвленные цепи.
Крахмал содержится в гранулах, называемых амилопластами, в растительных клетках. В растениях крахмал преобразуется в целлюлозу, которая помогает в производстве энергии, росте и восстановлении клеток.
Некоторые важные аспекты крахмала следующие:
- Крахмал — это полисахаридный углевод, образованный мономером, называемым альфа-глюкозой.
- Он состоит из 2 молекул амилозы и амилопектина.
- Крахмал используется в различных коммерческих целях, например, в бумажной и текстильной промышленности.
Основные различия между гликогеном и крахмалом
- Гликоген — это углевод, запасающий энергию, который содержится в основном в животных и грибах, тогда как крахмал — это углевод, запасающий энергию, который преимущественно содержится в растениях.
- Гликоген состоит из одной молекулы, тогда как крахмал состоит из двух молекул, а именно амилозы и амилопектина.
- Гликоген образует структуру с разветвленной цепью, тогда как крахмал образует линейную, спиральную и разветвленную структуру.
- Крахмал используется в коммерческих целях, например, в бумажной и текстильной промышленности, тогда как гликоген не используется в коммерческих целях.
- Гликоген хранится в клетках печени и мышечных клетках, тогда как крахмал хранится в амилопластах растительных клеток.
Гликоген и крахмал — это полимеры мономера альфа-глюкозы, но они различаются по-разному. Гликоген — это углевод, запасающий энергию, который в основном содержится в животных и грибах, тогда как крахмал — это углевод, запасающий энергию, который содержится в клетках растений.
