Углеводы это биология: Состав, свойства и функции углеводов

Содержание

Биология Углеводы

Наиболее распространенной на Земле группой органических соединений являются углеводы, или сахариды. Они входят в состав клеток всех живых организмов.

Углеводы — это соединения углерода, водорода и кислорода, причём на 1 атом кислорода, как правило, приходится 2 атома водорода, иначе говоря, соотношение водорода и кислорода в молекуле углевода равно 2:1, как в воде.

Мономерами сложных углеводов является глюкоза. Несколько остатков простых сахаров могут объединяться между собой и образовывать молекулы сложных углеводов.

Общая формула таких углеводов

Углеводы являются первичным продуктом фотосинтеза. Животные и человек не синтезируют углеводы и получают их с пищей. Поэтому в клетках животных содержание глюкозы невелико — от 1 до 5%, а в растительных клетках может достигать 90%.

По строению молекулы углеводы разделяют на 3 класса:

моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды, или простые сахара – хорошо растворимые в воде бесцветные кристаллы, имеющие ярко выраженный сладкий вкус. Молекулы моносахаридов могут находиться в природе как в свободной форме, так и служить мономерами для более сложные углеводов.

Наиболее важными для организмов являются простые сахара:

-молекулы глюкозы являются мономерами таких полисахаридов, как крахмал, гликоген, целлюлоза;

-фруктоза, входящая в состав клеток растений;

-галактоза – мономер лактозы, или молочного сахара;

-рибоза, входящая в состав РНК, АТФ, некоторых ферментов и витаминов,

—

дезоксирибОза – важный компонент молекул ДНК.

Олигосахариды образованы двумя или несколькими моносахаридами. Большинство из них растворимы в воде и имеют сладкий вкус. Если сахариды образованы двумя моносахаридами, то их называют дисахариды. Они имеют наиболее широкое распространение. Это сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар) и лактоза (молочный сахар).

Полисахариды — высокомолекулярные соединения, содержат в составе своей молекулы десятки и даже тысячи моносахаридных звеньев. Полисахаридами являются крахмал, гликоген, хитин, целлюлоза и другие. Эти вещества не имеют сладкого вкуса и не растворимы в воде. Сладкий вкус и растворимость понижаются с увеличением числа мономеров в молекуле углевода.

Углеводы входят в состав всех без исключения клеток живых организмов и выполняют в них жизненно важные функции.

Основная функция углеводов – энергетическая. При окислении 1 г углеводов выделяется 17,6 кДж энергии, которая расходуется на процессы жизнедеятельности организма.

В отличие от жиров, углеводы окисляются с выделением энергии значительно быстрее. За счет углеводов обеспечивается 56-58% потребности организма в энергии.

Строительная (или структурная) функция заключается в том, что углеводы используются в качестве строительного материала.

Например, целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений и придаёт им прочность.

Хитин укрепляет клеточные стенки грибов и некоторых животных, а членистоногие используют хитин как компонент внешнего скелета.

Такие углеводы, как крахмал и гликоген (животный крахмал), могут накапливаться в клетках, а затем использоваться в качестве источника энергии. Таким образом выполняя запасающую функцию.

Углеводы, входящие в состав клеточных мембран, позволяют клеткам одного типа распознавать друг друга, выполняют сигнальную функцию. Клетки злокачественных опухолей утрачивают способность узнавать друг друга. Выяснение механизмов сигнальной функции клеток может иметь важное значение для разработки лекарств от рака.

Некоторые растения (вишни, сливы) при повреждении веток или стволов выделяют камЕдь – смолы, являющиеся производными углеводов. Камедь препятствует проникновению в рану микроорганизмов. В этом заключается

защитная функция углеводов.

определение, структура, типы, примеры, функции

Сурав Био

| Опубликован в: 22 июня 2023

Что такое углевод?

Углеводы являются важными макроэлементами, которые содержатся в самых разных продуктах и являются основным источником энергии для человеческого организма. Они состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, обычно в соотношении 1:2:1. Углеводы можно разделить на три основные группы: моносахариды, дисахариды и полисахариды.
Моносахариды представляют собой простейшую форму углеводов и не могут быть далее гидролизованы до более мелких единиц сахара. Общие примеры моносахаридов включают глюкозу, фруктозу и галактозу. Эти сахара часто называют одиночными сахарами, и они легко усваиваются организмом для получения быстрой энергии.
Дисахариды образуются, когда две моносахаридные единицы объединяются в результате реакции дегидратации, что приводит к образованию гликозидной связи. Некоторые хорошо известные дисахариды включают сахарозу (столовый сахар), лактозу (содержится в молоке) и мальтозу (содержится в соложеном зерне). Дисахариды расщепляются на отдельные моносахаридные единицы во время пищеварения, что позволяет поглощать и усваивать их организмом.
Полисахариды представляют собой сложные углеводы, состоящие из длинных цепочек моносахаридных звеньев. Они служат в качестве запасных и структурных соединений в растениях и животных. Примеры полисахаридов включают крахмал, гликоген и целлюлозу. Крахмал является основной молекулой для хранения энергии у растений, а гликоген служит запасной формой глюкозы у животных. Целлюлоза, с другой стороны, образует структурный компонент клеточных стенок растений и не переваривается человеком.
Углеводы играют решающую роль в обеспечении энергией функций организма. При употреблении углеводы расщепляются до глюкозы, которая является предпочтительным источником энергии для клеток. Глюкоза может быть легко использована клетками или сохранена в виде гликогена в печени и мышцах для последующего использования. Адекватное потребление углеводов важно для поддержания правильной работы мозга, физической работоспособности и общего жизненного тонуса.
Кроме того, углеводы могут по-разному влиять на уровень сахара в крови в зависимости от их химической структуры и скорости их переваривания и усвоения. Углеводы с высоким гликемическим индексом, такие как рафинированный сахар и обработанное зерно, быстро перевариваются, вызывая быстрое повышение уровня сахара в крови. Напротив, углеводы с низким гликемическим индексом, такие как цельнозерновые продукты, фрукты и овощи, перевариваются медленнее, что приводит к более постепенному высвобождению глюкозы в кровь.
Стоит отметить, что хотя углеводы являются жизненно важным источником энергии, чрезмерное потребление рафинированных углеводов и добавленных сахаров может способствовать увеличению веса и различным проблемам со здоровьем, включая диабет 2 типа и болезни сердца. Поэтому важно сосредоточиться на потреблении углеводов из цельных, необработанных источников и поддерживать сбалансированную диету, включающую различные питательные вещества.
В заключение, углеводы представляют собой органические соединения, содержащиеся во многих продуктах питания, и являются основным источником энергии для организма. Они подразделяются на моносахариды, дисахариды и полисахариды, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики и функции. Понимание роли углеводов в нашем рационе может помочь нам сделать осознанный выбор для поддержания нашего общего состояния здоровья и благополучия.

Определение углеводов

Углеводы представляют собой органические соединения, состоящие из атомов углерода, водорода и кислорода, и служат основным источником энергии для организма.

Структура углеводовs

Структура углеводов основана на их составе атомов углерода, водорода и кислорода. Эмпирическая формула углеводов обычно представляется как (Ch3O)n, где «n» представляет собой количество атомов углерода в молекуле.

Углеводы представляют собой органические соединения, которые могут существовать в форме альдегидов или кетонов с несколькими гидроксильными (ОН) группами, присоединенными к углеродной цепи. Эти гидроксильные группы играют значительную роль в химических свойствах и реакционной способности углеводов.

Основными единицами или строительными блоками углеводов являются моносахариды, которые представляют собой простые сахара. Моносахариды можно классифицировать как альдозы или кетозы, в зависимости от того, являются ли они полигидроксиальдегидами или полигидроксикетонами соответственно.

Углеводные структуры могут быть представлены в разных формах:

Структура с открытой цепью: это форма углеводов с линейной или прямой цепью. Он показывает углеродную основу с различными присоединенными гидроксильными группами.
Полуацетальная структура: в этой форме первый углерод моносахарида конденсируется с гидроксильной группой пятого углерода, образуя внутримолекулярную связь. Это приводит к образованию кольцевой структуры с одним общим атомом кислорода между двумя атомами углерода.
Структура Хаворта: Структура Хаворта представляет собой циклическую или кольцевую форму углеводов, в частности кольцевую структуру пиранозы. На нем изображена молекула моносахарида, свернутая в кольцо, с атомами кислорода, образующими мостики между определенными атомами углерода.

Эти различные структурные представления помогают нам понять различные конформации и пространственное расположение, которые могут принимать углеводы. Специфическая конфигурация и расположение функциональных групп в молекуле углевода способствуют ее биологической активности и функции.

Таким образом, углеводы имеют различные структуры, включая открытую цепь, полуацеталь и структуру Хаворта. Эти структуры определяются наличием альдегидных или кетоновых функциональных групп и образованием внутримолекулярных связей. Понимание структурных аспектов углеводов имеет решающее значение для понимания их роли в биологических процессах и их взаимодействия с другими молекулами.

Свойства углеводов

Углеводы обладают различными физическими и химическими свойствами, которые способствуют их уникальным характеристикам и функциям. Здесь мы исследуем свойства углеводов с точки зрения стереохимии, оптической активности, изомерии, аномерии и их химической активности.

Физические свойства:

Стереоизомерия: углеводы могут существовать в виде стереоизомеров, которые имеют одинаковую структурную формулу, но различаются по пространственной конфигурации. Например, глюкоза имеет два изомера: D-глюкоза и L-глюкоза, в зависимости от расположения вокруг предпоследнего атома углерода.
Оптическая активность: Углеводы могут вращать плоскость поляризованного света. Глюкоза, например, может образовывать два оптических изомера: (+) глюкоза и (-) глюкоза, которые различаются направлением вращения.
Диастереоизомеры: углеводы также могут иметь диастереоизомеры, в которых конфигурация изменяется на определенных атомах углерода, таких как C2, C3 или C4. Примеры диастереоизомеров включают маннозу и галактозу.
Аномерия: Аномерия относится к пространственной конфигурации вокруг первого атома углерода в альдозах и второго атома углерода в кетозах. Эта конфигурация влияет на свойства и реакционную способность углеводов.

Химические свойства:

Образование озазона: углеводы могут реагировать с избытком фенилгидразина с образованием производных озазона. Например, глюкоза реагирует с образованием глюкозазона. Эта реакция часто используется для идентификации и характеристики конкретных углеводов.
Тест Бенедикта: восстанавливающие сахара при нагревании в присутствии щелочи могут превращаться в сильнодействующие восстанавливающие соединения, известные как энедиолы. Реактив Бенедикта при смешивании с восстанавливающими сахарами и нагревании меняет цвет на оранжево-красный или кирпично-красный, что указывает на присутствие восстанавливающих сахаров.
Окисление: моносахариды считаются восстанавливающими сахарами, поскольку их карбонильные группы могут окисляться до карбоновых кислот. Например, D-глюкоза может быть окислена до D-глюконовой кислоты. Это свойство используется в таких тестах, как тест Бенедикта, для определения редуцирующих сахаров.
Восстановление до спиртов: Карбонильные группы в формах углеводов с открытой цепью могут быть восстановлены до спиртов с помощью восстановителей, таких как боргидрид натрия (NaBh5) или каталитического гидрирования. Образующиеся продукты называются альдитами.

Свойства моносахаридов:

Сладкий вкус: большинство моносахаридов имеют сладкий вкус, причем фруктоза является самой сладкой среди них, примерно на 73% слаще сахарозы (столового сахара).
Твердые при комнатной температуре: моносахариды обычно твердые при комнатной температуре, существующие в виде кристаллических веществ.
Растворимость в воде: несмотря на относительно высокую молекулярную массу, моносахариды хорошо растворяются в воде благодаря наличию нескольких гидроксильных (ОН) групп. Это свойство позволяет им образовывать сиропы даже в незначительном количестве воды.

Свойства дисахаридов:

Сладость: дисахариды обычно имеют сладкий вкус, хотя их сладость может варьироваться. Например, сахароза, состоящая из глюкозы и фруктозы, широко известна как столовый сахар и имеет сладкий вкус.
Растворимость: дисахариды, как и моносахариды, также растворимы в воде благодаря наличию гидроксильных (ОН) групп. Эта растворимость позволяет им легко растворяться в воде, что делает их подходящими для использования в различных пищевых продуктах и напитках.
Восстанавливающая способность: некоторые дисахариды, такие как мальтоза и лактоза, являются восстанавливающими сахарами. Они обладают способностью вступать в реакции окисления, как и моносахариды. Это свойство обусловлено наличием в их структуре свободного аномерного углерода.
Гидролиз: дисахариды могут быть гидролизованы, то есть они могут быть расщеплены на составляющие их моносахариды посредством химической реакции с водой. Этому процессу способствуют ферменты, такие как сахараза, мальтаза и лактаза, которые присутствуют в пищеварительной системе.

Свойства полисахаридов:

Молекулярная масса и размер. Полисахариды обычно представляют собой высокомолекулярные соединения, состоящие из многочисленных моносахаридных звеньев. Их большой размер и сложная структура придают им уникальные физические свойства, такие как высокая вязкость и способность образовывать гели.
Нерастворимость: многие полисахариды, такие как целлюлоза и хитин, нерастворимы в воде из-за обширных водородных связей и кристаллической природы. Эта нерастворимость способствует их структурным ролям в организмах, таким как обеспечение жесткости клеточных стенок растений и формирование экзоскелета членистоногих.
Хранение и запас энергии: некоторые полисахариды, такие как крахмал и гликоген, служат формами хранения глюкозы в растениях и животных соответственно. Они имеют разветвленную структуру, что способствует эффективному хранению и быстрой мобилизации глюкозы при необходимости.
Структурная целостность: Полисахариды, такие как целлюлоза, хитин и пектин, обеспечивают структурную поддержку и целостность различных биологических структур. Например, целлюлоза является основным компонентом клеточных стенок растений, обеспечивая жесткость и защиту.
Функциональность в пищевой промышленности: некоторые полисахариды, такие как пектин и агар, обладают уникальными свойствами, которые делают их полезными в пищевой промышленности. Они могут действовать как загустители, стабилизаторы и желирующие агенты в пищевых продуктах, способствуя текстуре и стабильности.

Классификация углеводов – типы углеводов

Углеводы можно разделить на различные типы в зависимости от их молекулярной структуры и состава. Основные типы углеводов включают моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды: Моносахариды являются простейшей формой углеводов и не могут быть далее гидролизованы до более мелких единиц. Это бесцветные кристаллические вещества, растворимые в воде и нерастворимые в неполярных растворителях. Моносахариды имеют общую формулу Cn(h3O)n или Cnh3nOn, где «n» представляет собой количество атомов углерода в молекуле. Они классифицируются на основе количества атомов углерода и присутствующей функциональной группы. Например, триозы имеют три атома углерода, пентозы — пять атомов углерода, а гексозы — шесть атомов углерода. Моносахариды далее классифицируются как альдозы или кетозы, в зависимости от того, содержат ли они альдегидную или кетоновую группу. Примеры моносахаридов включают глюкозу, фруктозу, эритрулозу и рибулозу.
Олигосахариды: Олигосахариды представляют собой сложные сахара, которые при гидролизе дают от 2 до 10 молекул моносахаридов. Они образуются, когда моносахаридные звенья соединяются вместе гликозидными связями. В зависимости от количества моносахаридных звеньев олигосахариды далее классифицируются как дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и так далее. Дисахариды при гидролизе дают две моносахаридные единицы, трисахариды — три и так далее. Дисахариды, такие как сахароза, лактоза и мальтоза, являются широко известными примерами олигосахаридов.
Полисахариды: Полисахариды представляют собой сложные углеводы, состоящие из более чем 10 единиц моносахаридов, и они могут состоять из сотен единиц сахара в длину. Полисахариды также называют гликанами. При гидролизе они дают более 10 молекул моносахаридов. Полисахариды могут различаться по идентичности своих моносахаридных звеньев, длине их цепей, типам связей, соединяющих звенья, и степени разветвления. Они выполняют важные функции в организме, включая структурную поддержку и хранение энергии. Полисахариды можно дополнительно классифицировать в зависимости от типа молекул, образующихся при гидролизе. Гомополисахариды состоят из моносахаридов одного типа, а гетерополисахариды содержат моносахариды разных типов. Примеры гомополисахаридов включают крахмал, гликоген, целлюлозу и пектин, тогда как примеры гетерополисахаридов включают гиалуроновую кислоту и хондроитин.

МоносахаридыдисахаридовПолисахариды

Таким образом, углеводы можно разделить на моносахариды, олигосахариды и полисахариды на основе их молекулярной структуры и состава. Эта классификация позволяет лучше понять разнообразную природу и функции углеводов в различных биологических процессах.

Функции углеводов

Углеводы играют решающую роль в различных биологических функциях и необходимы для правильного функционирования живых организмов. Некоторые из ключевых функций углеводов:

Источник энергии: Углеводы являются основным источником энергии для организма. При потреблении они расщепляются на глюкозу, которая затем используется клетками в качестве топлива для различных метаболических процессов. Глюкоза особенно важна для мозга и нервной системы, так как они в значительной степени зависят от углеводов для получения энергии.
Хранение энергии: избыток глюкозы превращается в гликоген и хранится в печени и мышцах. Когда потребность в энергии высока, например, во время физической активности или голодания, гликоген расщепляется на глюкозу и высвобождается в кровоток для поддержания стабильного уровня сахара в крови.
Структурная поддержка: углеводы играют структурную роль в организмах. У растений целлюлоза образует клеточные стенки, обеспечивая жесткость и поддержку. У животных хитин содержится в экзоскелете членистоногих, таких как насекомые и ракообразные, обеспечивая защитный каркас.
Биосинтез: Углеводы служат промежуточными продуктами в биосинтезе других важных молекул. Они участвуют в производстве липидов, белков и нуклеиновых кислот, играя жизненно важную роль в росте, восстановлении и поддержании клеток.
Клеточная связь: углеводы присоединяются к белкам и липидам на поверхности клетки, образуя гликопротеины и гликолипиды. Эти богатые углеводами молекулы действуют как поверхностные антигены, молекулы-рецепторы и сигнальные молекулы, обеспечивая межклеточную связь и взаимодействие с окружающей средой.
Иммунная модуляция: некоторые углеводы, такие как определенные виды пищевых волокон, могут модулировать иммунную систему. Они помогают поддерживать здоровую микробиоту кишечника, усиливают функцию иммунных клеток и способствуют общей регуляции иммунной системы.
Соединительная ткань: углеводы, особенно гликозаминогликаны, являются важными компонентами соединительной ткани. Они способствуют структуре, эластичности и гидратации тканей, таких как хрящи, сухожилия и кожа.
Пищеварительное здоровье. Углеводы, богатые клетчаткой, такие как цельнозерновые продукты, фрукты и овощи, способствуют здоровому пищеварению. Они увеличивают объем стула, предотвращают запоры и поддерживают здоровье пищеварительной системы.
Молекулярное распознавание: углеводы участвуют в процессах молекулярного распознавания. Они участвуют в распознавании патогенов иммунной системой, способствуют адгезии и миграции клеток, вносят свой вклад в специфичность биологических взаимодействий.

В целом, углеводы представляют собой многофункциональные молекулы, которые обеспечивают энергию, поддерживают структуру, облегчают общение и участвуют в основных биологических процессах. Включение в рацион разнообразных углеводов важно для поддержания оптимального здоровья и хорошего самочувствия.

FAQ

Что такое углеводы?

Углеводы – это органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они являются основным источником энергии для организма и играют важную роль в различных биологических процессах.

Каковы примеры углеводов?

Общие примеры углеводов включают сахара (глюкоза, фруктоза), крахмалы, волокна и гликоген.

Какова функция углеводов в организме?

Углеводы обеспечивают энергию для функций организма, поддерживают работу мозга, служат структурным компонентом в тканях и играют роль в клеточной коммуникации и распознавании.

Углеводы вредны для вас?

Углеводы по своей природе не вредны для вас. Важно различать полезные углеводы (цельное зерно, фрукты, овощи) и нездоровые (рафинированный сахар, обработанные пищевые продукты). Сбалансированное потребление углеводов имеет решающее значение для общего состояния здоровья.

Сколько калорий дают углеводы?

Углеводы обеспечивают примерно 4 калории на грамм. Это та же энергетическая ценность, что и у белков, а жиры дают 9 калорий на грамм.

Важны ли углеводы в рационе?

Углеводы не считаются незаменимыми питательными веществами, поскольку организм может получать энергию из других источников. Тем не менее, они являются важным и эффективным источником энергии и обеспечивают различные преимущества для здоровья при употреблении в соответствующих количествах.

Какова рекомендуемая суточная доза углеводов?

Рекомендуемое потребление углеводов варьируется в зависимости от таких факторов, как возраст, пол, уровень активности и общее состояние здоровья. В целом углеводы должны составлять 45-65% от общего суточного потребления калорий.

Все ли углеводы одинаковы?

Углеводы можно разделить на простые (сахара) и сложные (крахмалы, клетчатка). Сложные углеводы обычно считаются более полезными, поскольку они обеспечивают устойчивую энергию и сопровождаются дополнительными питательными веществами и пищевыми волокнами.

Могут ли углеводы вызывать увеличение веса?

Потребление избыточных калорий из любого макроэлемента, включая углеводы, может способствовать увеличению веса. Тем не менее, управление весом больше связано с общим балансом калорий и качеством рациона, а не исключительно с углеводами.

Следует ли избегать углеводов при низкоуглеводной диете?

Низкоуглеводные диеты могут иметь определенные преимущества для здоровья некоторых людей, например, снижение веса или лечение определенных заболеваний. Тем не менее, важно проконсультироваться с врачом или диетологом, прежде чем вносить существенные изменения в свой рацион.

Углеводы — Биология MHCC 112: Биология для медицинских работников

Углеводы представляют собой макромолекулы, с которыми большинство потребителей знакомы. Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «загружаются углеводами» перед важными соревнованиями, чтобы убедиться, что у них достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Углеводы, по сути, являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи являются естественными источниками углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, в частности, через глюкозу, простой сахар. Углеводы также выполняют другие важные функции в организме человека, животных и растений.

Рисунок 1 Хлеб, макаронные изделия и сахар содержат большое количество углеводов. («Продукты из пшеницы» Министерства сельского хозяйства США находятся в общественном достоянии)

Углеводы могут быть представлены стехиометрической формулой (CH ₂ O) _n , где n — количество атомов углерода в молекуле.

Другими словами, отношение углерода к водороду и кислороду составляет 1:2:1 в молекулах углеводов. Эта формула также объясняет происхождение термина «углевод»: компонентами являются углерод («карбо») и компоненты воды (отсюда «гидрат»). Углеводы делятся на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды

Моносахариды (моно- = «один»; сахар- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза. В моносахаридах число атомов углерода обычно колеблется от трех до семи. Большинство названий моносахаридов заканчиваются суффиксом -ose.

Химическая формула глюкозы C ₆ H ₁₂ O ₆

. Для человека глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания энергия высвобождается из глюкозы, и эта энергия используется для производства аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения энергетических потребностей растения.

Избыток глюкозы часто откладывается в виде крахмала, который катаболизируется (расщепление более крупных молекул клетками) людьми и другими животными, питающимися растениями.

Галактоза (часть лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержащаяся в сахарозе во фруктах) являются другими распространенными моносахаридами. 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 различного расположения функциональных групп вокруг асимметричный углерод; все эти моносахариды имеют более одного асимметрического углерода. В пределах одного моносахарида все атомы связаны друг с другом прочными ковалентными связями.

Рисунок 2 Глюкоза, галактоза и фруктоза — все это гексозы. Они являются структурными изомерами, то есть имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆), но другое расположение атомов.

Линии между атомами представляют собой ковалентные связи.

Дисахариды

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (также известной как реакция конденсации или синтез дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная (ОН) группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь, которая соединяет два моносахарида вместе.

Распространенные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 3). Лактоза – это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он образуется в результате реакции дегидратации между молекулами глюкозы и галактозы, в результате которой удаляется молекула воды и образуется ковалентная связь. связаны ковалентной связью. В природе содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, состоящий из двух молекул глюкозы, соединенных ковалентной связью. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза, или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы, также связанных ковалентной связью.

Рисунок 3 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 различные типы моносахаридов. Все моносахариды связаны между собой ковалентными связями. Молекулярная масса может составлять 100 000 дальтон или более в зависимости от количества присоединяемых мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Крахмал представляет собой запасенную форму сахаров в растениях и состоит из смеси амилозы и амилопектина (оба полимеры глюкозы). По сути, крахмал представляет собой длинную цепь мономеров глюкозы. Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы сверх непосредственных энергетических потребностей растений хранится в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена.

Крахмал в семенах обеспечивает пищу для зародыша по мере его прорастания, а также может служить источником пищи для людей и животных. Крахмал, потребляемый человеком, расщепляется ферментами, такими как слюнные амилазы, на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Гликоген представляет собой запасную форму глюкозы у человека и других позвоночных и состоит из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц. Всякий раз, когда уровень глюкозы в крови снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы в процессе, известном как гликогенолиз.

Рисунок 4 Амилоза и амилопектин представляют собой две разные формы крахмала. Амилоза состоит из неразветвленных цепей мономеров глюкозы. Амилопектин состоит из разветвленных цепей мономеров глюкозы. Благодаря способу соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру.

Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

Целлюлоза — самый распространенный природный биополимер. Клеточная стенка растений в основном состоит из целлюлозы; это обеспечивает структурную поддержку клетки. Древесина и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы (рис. 5).

Рисунок 5 В целлюлозе мономеры глюкозы связаны в неразветвленные цепи. Из-за способа соединения субъединиц глюкозы каждый мономер глюкозы переворачивается по отношению к следующему, что приводит к линейной волокнистой структуре.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела (как у пчелы на рис. 6). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, который представляет собой полисахарид, содержащий азот. Он состоит из повторяющихся звеньев 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 Эукария.

Рисунок 6 Насекомые имеют твердый внешний скелет, состоящий из хитина, разновидности полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Энергия может храниться в связях молекулы. Связи, соединяющие два атома углерода или соединяющие атом углерода с атомом водорода, являются высокоэнергетическими связями. Разрыв этих связей высвобождает энергию. Вот почему наши клетки могут получать энергию из молекулы глюкозы (C ₆ H ₁₂ O _6).

Полисахариды образуют длинные волокнистые цепи, способные создавать прочные структуры, такие как клеточные стенки.

Если не указано иное, изображения на этой странице лицензированы OpenStax в соответствии с CC-BY 4. 0.

OpenStax, Биология. OpenStax CNX. 27 мая 2016 г. http://cnx.org/contents/[email protected]:QhGQhr4x@6/Biological-Molecules

Углеводы — Биология, уровень A

Структура углеводов

Моносахариды
Все углеводы образуются из элементов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O). Формула углевода всегда (CH ₂ О) _n . Число n представляет собой количество повторений основной единицы CH ₂ O, т.е. где n = 6 молекулярная формула C ₆ H ₁₂ O ₆ . Это формула, общая для глюкозы и других простых сахаров, таких как фруктоза. Эти простые сахара известны как моносахаридов.

Молекулярная формула C ₆ H ₁₂ O ₆ не указывает, как атомы связаны друг с другом. К атомам углерода присоединены группы –H и –OH. Разное положение этих групп в углеродной цепи отвечает за разные свойства молекул. Структурные формулы α и β глюкозы показаны ниже.

Глюкоза настолько мала, что может проникать через ворсинки и капилляры в нашу кровь. Молекулы впоследствии высвобождают энергию в результате дыхания. Простые молекулы глюкозы способны на гораздо большее. Они могут объединяться с другими, образуя более крупные молекулы.

Дисахариды
Каждая единица глюкозы известна как мономер и способна связывать другие. На этой диаграмме показаны две молекулы β-глюкозы, образующие дисахарид.

При обследовании обратите внимание на различные моносахариды, такие как фруктоза или альфа-глюкоза. Вас могут попросить показать, как они связаны друг с другом. Принцип будет точно таким же.

Реакция конденсации означает, что при соединении двух молекул углеводов образуется молекула воды. Связь, образованная между двумя молекулами глюкозы, известна как гликозидная связь .

Гликозидная связь также может быть разрушена с высвобождением отдельных мономерных звеньев. Это противоположно реакции, показанной выше. Вместо выделения воды для разрыва каждой гликозидной связи требуется молекула воды. это называется гидролиз , потому что вода необходима для разделения большей молекулы.

Полисахариды
Как и дисахариды, они состоят из мономерных звеньев, связанных гликозидной связью. Однако вместо двух мономерных звеньев их может быть много. Цепи этих «сахарных» звеньев известны как полимеров . Эти более крупные молекулы играют важную структурную и накопительную роль.

Крахмал представляет собой полимер сахара, глюкозы. На приведенной ниже схеме показана часть молекулы крахмала.

Таблица классифицирует углеводы

Насколько полезны полисахариды?

Крахмал хранится в организмах как будущий источник энергии, т.е. Картофель имеет высокое содержание крахмала, который обеспечивает рост почек энергией на более позднем этапе.

Рубрики

Углеводы это биология: Состав, свойства и функции углеводов — урок. Биология, 9 класс.

Биология Углеводы