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

Дистанционный репетитор — онлайн-репетиторы России и зарубежья

КАК ПРОХОДЯТ
ОНЛАЙН-ЗАНЯТИЯ?

Ученик и учитель видят и слышат
друг друга, совместно пишут на
виртуальной доске, не выходя из
дома!

КАК ВЫБРАТЬ репетитора

Выбрать репетитора самостоятельно

ИЛИ

Позвонить и Вам поможет специалист

8 (800) 333 58 91

* Звонок является бесплатным на территории РФ
** Время приема звонков с 10 до 22 по МСК

ПОДАТЬ ЗАЯВКУ

Россия +7Украина +380Австралия +61Белоруссия +375Великобритания +44Израиль +972Канада, США +1Китай +86Швейцария +41

Выбранные репетиторы

Заполните форму, и мы быстро и бесплатно подберем Вам дистанционного репетитора по Вашим пожеланиям.
Менеджер свяжется с Вами в течение 15 минут и порекомендует специалиста.

Отправляя форму, Вы принимаете Условия использования и даёте Согласие на обработку персональных данных

Вы также можете воспользоваться
расширенной формой подачи заявки

Как оплачивать и СКОЛЬКО ЭТО СТОИТ

от
800 до 5000 ₽

за 60 мин.

и зависит

ОТ ОПЫТА и
квалификации
репетитора

ОТ ПОСТАВЛЕННЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ
(например, подготовка к олимпиадам, ДВИ стоит дороже, чем подготовка к ЕГЭ)

ОТ ПРЕДМЕТА (например, услуги репетиторовиностранных языков дороже)

Оплата непосредственно репетитору, удобным для Вас способом

Почему я выбираю DisTTutor

БЫСТРЫЙ ПОДБОР

РЕПЕТИТОРА И
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПОДХОД

ОПТИМАЛЬНОЕ
СООТНОШЕНИЕ ЦЕНЫ И
КАЧЕСТВА

ПРОВЕРЕНЫ ДОКУМЕНТЫ ОБ ОБРАЗОВАНИИ У ВСЕХ РЕПЕТИТОРОВ

НАДЕЖНОСТЬ И ОПЫТ.
DisTTutor на рынке с 2008 года.

ПРОВЕДЕНИЕ БЕСПЛАТНОГО, ПРОБНОГО УРОКА

ЗАМЕНА РЕПЕТИТОРА, ЕСЛИ ЭТО НЕОБХОДИМО

376742 УЧЕНИКОВ ИЗ РАЗНЫХ СТРАН МИРА
уже сделали свой выбор

И вот, что УЧЕНИКИ ГОВОРЯТ
о наших репетиторах

Чулпан Равилевна Насырова

«

Я очень довольна репетитором по химии. Очень хороший подход к ученику,внятно объясняет. У меня появились сдвиги, стала получать хорошие оценки по химии. Очень хороший преподаватель. Всем , кто хочет изучать химию, советую только её !!!

«

Алина Крякина

Надежда Васильевна Токарева

«

Мы занимались с Надеждой Васильевной по математике 5 класса. Занятия проходили в удобное для обоих сторон время. Если необходимо было дополнительно позаниматься во внеурочное время, Надежда Васильевна всегда шла навстречу. Ей можно было позванить, чтобы просто задать вопрос по непонятной задачке из домашнего задания. Моя дочь существенно подняла свой уровень знаний по математике и начала демонстрировать хорошие оценки.

Мы очень благодарны Надежде Васильевне за помощь в этом учебном году, надеемся на продолжение отношений осенью.

«

Эльмира Есеноманова

Ольга Александровна Мухаметзянова

«

Подготовку к ЕГЭ по русскому языку мой сын начал с 10 класса. Ольга Александровна грамотный педагог, пунктуальный, ответственный человек. Она всегда старается построить занятие так, чтобы оно прошло максимально плодотворно и интересно. Нас абсолютно все устраивает в работе педагога. Сотрудничество приносит отличные результаты, и мы его продолжаем. Спасибо.

«

Оксана Александровна

Наталья Борисовна Карасева

«

Мы восторге от репетитора. Наталья Борисовна грамотный педагог, она любит свою профессию, любит учеников. Занятия с сыном (2 класс), он находится на домашнем обучении, проходят по скайпу в комфортной обстановке. Репетитор умеет заинтересовать ребенка и выстраивает занятие с учетом его способностей, доступно объясняя предметы русский язык и математику. По результатам занятий можно сразу заметить повышение уровня успеваемости ученика. Наталья Борисовна хороший педагог, умеет быстро найти общий язык с ребенком, внимательная, легко передающая знания ученику. С большим удовольствием будем продолжать наши занятия, т.к. мы всем довольны.

«

Елена Васильевна

Клиентам

• Репетиторы по математике
• Репетиторы по русскому языку
• Репетиторы по химии
• Репетиторы по биологии
• Репетиторы английского языка
• Репетиторы немецкого языка

Репетиторам

• Регистрация
• Публичная оферта
• Библиотека
• Бан-лист репетиторов

Партнеры

• ChemSchool
• PREPY. RU
• Class

учитель биологии — урок 9. Углеводы и их роль

Меню сайта Форма входа Новости Статистика сайта Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 Жизнь сайта счетчик Карта визитов Посетители сайта —> Друзья Презентации по биологии Кнопка моего сайта Архив записей «  Май 2023  » Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Тема урока: Углеводы. Цели урока:  отработать умение выделять общие свойства, на основе которых вещества объединяются в класс углеводов; обобщить сведения о зависимости свойств углеводов от их строения; формирование умений сравнивать, обобщать свойства изученных явлений и процессов. Оборудование: ТСО — компьютер, презентация, карточки с  тестами. План урока: I. Проверка знаний (тестирование, рассказ учащихся.) II. Новая тема:      Разнообразие углеводов и их свойства (рассказ учителя, заполнение таблицы). III. Роль углеводов в живой природе. IV. Информация о домашнем задании. Подведение итогов урока. Ход урока: В клетке встречается несколько видов биологических полимеров, важнейшие из них: — углеводы, — белки — нуклеиновые кислоты. Сегодня на уроке мы изучаем углеводы. Главными источниками углеводов из пищи являются: хлеб, картофель, макароны, крупы, сладости. Чистым углеводом является сахар. Мёд, в зависимости от своего происхождения, содержит 70—80 % сахара.К углеводной группе, кроме того, примыкают и плохо перевариваемые человеческим организмом клетчатка и пектины. Из всех потребляемых человеком пищевых веществ углеводы, несомненно, являются главным источником энергии. В среднем на их долю приходится от 50 до 70% калорийности дневных рационов. Несмотря на то, что человек потребляет значительно больше углеводов, чем жиров и белков, их резервы в организме невелики. Это означает, что снабжение ими организма должно быть регулярным. Потребности в углеводах в очень большой степени зависят от энергетических трат организма. В среднем у взрослого мужчины, занятого преимущественно умственным или легким физическим трудом, суточная потребность в углеводах колеблется от 300 до 500 г. У работников физического труда и спортсменов она значительно выше. В отличие от белков и в известной степени жиров, количество углеводов в рационах питания без вреда для здоровья может быть существенно снижено. Тем, кто хочет похудеть, стоит обратить на это внимание: углеводы имеют главным образом энергетическую ценность. При окислении 1 г углеводов в организме освобождается 4,0 – 4,2 ккал. Поэтому за их счет легче всего регулировать калорийность питания.   Обмен углеводов в организме человека и животных Ротовая полость (растворение под действием ферментов слюны амилаза)- 12-перстная кишка )ферменты поджелудочной железы)- всасывание в тонком кишечнике  глюкозы в кровь. Углеводы (сахариды) — общее название обширного класса природных органических соединений. Название происходит от слов «уголь» и «вода». Причиной этого является то, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cx(H2O)y, формально являясь соединениями углерода и воды. Общую формулу моносахаридов можно написать как Сn(Н2О)n. По своей химической природе они представляют собой альдегидоспирты или кетоспирты. В живых организмах наиболее распространены сахара с 5-ю (пентозы) и с 6-ю (гексозы) атомами углерода. По способности к гидролизу на мономеры углеводы делятся на группы: 1. простые (моносахариды) 2. олигосахариды 3. сложные ( полисахариды). Сложные углеводы, в отличие от простых,  способны гидролизоваться с образованием простых углеводов, мономеров. Простые углеводы легко растворяются в воде и синтезируются в зелёных растениях. Кроме небольших молекул, в клетке встречаются и крупные, они являются полимерами. Полимеры – это сложные молекулы, состоящие из отдельных «звеньев», соединенных друг с другом. Такие «звенья» называются мономерами. Такие вещества, как крахмал, целлюлоза и хитин, являются полисахаридами – биологическими полимерами, состоящими из ковалентно соединенных звеньев – моносахаридов. К моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза, придающие сладость фруктам и ягодам. Пищевой сахар сахароза состоит из ковалентно присоединенных друг к другу глюкозы и фруктозы. Подобные сахарозе соединения называются дисахаридами. Поли-, ди- и моносахариды называют общим термином – углеводы. К углеводам относятся соединения, обладающие разнообразными и часто совершенно различными свойствами. Таблица:   Многообразие углеводов и их свойства. Группа углеводов Примеры углеводов Где встречаются свойства моносахара рибоза РНК   Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические, дезоксирибоза ДНК   глюкоза Свекловичный сахар фруктоза Фрукты, мед   галактоза В состав лактозы молока олигосахариды мальтоза Солодовый сахар   Сладкие на вкус, растворимые в воде, кристаллические, сахароза Тростниковый сахар Лактоза Молочный сахар в молоке Полисахариды (построены из линейных или разветвленных моносахаров)  крахмал   Растительный запасной углевод Не сладкие, белого цвета, не растворяются в воде. гликоген Запасной животный крахмал в печени и мышцах Клетчатка (целлюлоза) Это строительный растительный углевод. Древесина растений хитин Это строительный животный углевод. Панцирь и наружный скелет членистоногих, грибы   муреин Строительный углевод в стенках бактерий     В организме углеводы выполняют ряд важных функций. 1. Энергетическая функция При распаде и окислении углеводов выделяется энергия, которую организм использует для своих нужд. В среднем при окислении 1 г углеводов выделяется 4,1 килокалории (17,6 кДж) и 0,4 гводы. Для многих клеток человека (например, клеток мозга и мышц) глюкоза, приносимая кровью, служит главным источником энергии.Крахмал и очень похожее на него вещество животных клеток – гликоген – являются полимерами глюкозы, они служат для запасания ее внутри клетки. 2. Структурная функция, то есть участвуют в построении разных клеточных структур. Полисахарид целлюлоза образует клеточные стенки растительных клеток, отличающиеся твердостью и жесткостью, она – один из главных компонентов древесины. Другими компонентами являются гемицеллюлоза, также принадлежащая к полисахаридам, и лигнин (он имеет не углеводную природу). Хитин тоже выполняет структурные функции. Хитин выполняет опорную и защитную функции.Клеточные стенки большинства бактерий состоят из пептидогликана муреина – в состав этого соединения входят остатки как моносахаридов, так и аминокислот. Углеводы выполняют защитную роль у растений (клеточные стенки, состоящие из клеточных стенок мертвых клеток защитные образования — шипы, колючки и др. ). Углеводы выполняют пластическую функцию — хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (например, пентозы (рибоза и дезоксирибоза) участвуют в построении АТФ, ДНК и РНК. Общая формула глюкозы – С6Н12О6, это альдегидоспирт. Глюкоза содержится во многих фруктах, соках растений и цветочном нектаре, а также в крови человека и животных. Содержание глюкозы в крови поддерживается на определенном уровне (0,65–1,1 г на л). Если искусственно снизить его, то клетки мозга начинают испытывать острое голодание, которое может закончиться обмороком, комой и даже смертельным исходом. Длительное повышение содержания глюкозы в крови тоже отнюдь не полезно: при этом развивается заболевание сахарный диабет. Млекопитающие, и человек в том числе, могут синтезировать глюкозу из некоторых аминокислот и продуктов расщепления самой глюкозы – например, молочной кислоты. Они не умеют получать глюкозу из жирных кислот, в отличие от растений и микробов. Взаимопревращения веществ. Избыток белка——углеводы Избыток жиров—————углеводы Домашнее задание.   Дополнительный материал: Крахмал – запасное питательное вещество у высших растений и зеленых водорослей (другие группы водорослей используют похожие, но несколько отличающиеся полисахариды). У животных эту функцию выполняет полисахарид гликоген. Он очень похож на крахмал по своему строению, но обладает еще большей разветвленностью – одна точка ветвления приходится на 8–12 глюкозных остатков. Главные запасы гликогена в организме человека содержатся в печени и мышцах. Запасать углеводы в виде полисахаридов выгоднее, чем накачивать в клетку большое количество глюкозы. Если бы глюкоза запасалась в виде отдельных молекул, то осмотическое давление резко возросло бы, и животная клетка, лишенная жесткой оболочки, просто лопнула бы из-за сильного набухания. Есть и еще одно преимущество крахмала и гликогена: их молекулы не содержат свободных альдегидных групп, которые вредны для клетки. Целлюлоза – самое распространенное в биосфере органическое соединение. Целлюлоза также является полисахаридом, состоящим из множества остатков глюкозы, однако в отличие от крахмала глюкоза находится в β-форме, а не в α.У млекопитающих (как и большинства других животных) нет ферментов, способных расщеплять целлюлозу. Однако многие травоядные животные (например, жвачные) имеют в пищеварительном тракте бактерий-симбионтов, которые расщепляют и помогают хозяевам усваивать этот полисахарид. Полисахаридом является также хитин. Он содержится в наружном скелете различных членистоногих, а также в клеточных стенках грибов. В организме человека хитин не синтезируется, но, тем не менее, у нас есть фермент, расщепляющий хитин – хитиназа. Возможно, он служит для защиты нашего организма от патогенных грибов с хитиновой клеточной стенкой, а также для разрушения панцирей случайно попавших в легкие насекомых. У человека тоже есть полисахариды, выполняющие структурную функцию. Например, гиалуроновая кислота, образующая основу межклеточного вещества тканей. Особенно много ее в стекловидном теле глаза и сухожилиях. Гиалуроновая кислота состоит из моносахаридных остатков, находящихся в β-форме. Эти структурные полисахариды находятся в межклеточном веществе, а также в хрящах. Они очень гидрофильны и связывают много воды. Такой набухший полисахарид выдерживает большие механические нагрузки на сжатие. Белок соединительной ткани коллаген хорошо выдерживает нагрузки на растяжение, так что сочетание этих двух биополимеров обеспечивает высокую механическую прочность. Углеводы часто соединяются с белками, образуя гликопротеины (т. е. белки, с которыми связаны небольшие олигосахаридные цепочки) и протеогликаны (так называют соединения, в которых углеводы составляют не меньше половины общего веса). Углеводы могут соединяться и с липидами, образуя гликолипиды. Разные классы этих веществ имеют различные углеводные остатки. На наружной мембране животных клеток углеводные части гликопротеинов и гликолипидов образуют гликокаликс – своего рода рыхлую углеводную оболочку, окружающую клетку. Гликокаликс может играть защитную роль для клеток пищеварительного тракта: пищеварительные ферменты не проникают через сеть, образованную полисахаридными цепочками, и не повреждают стенки желудка и кишечника. Интересными гликолипидами мембраны эритроцитов являются так называемые антигены групп крови. Врачи издавна пытались осуществлять переливание крови от человека к человеку, однако результаты этих медицинских экспериментов были обескураживающими: иногда переливание проходило вполне успешно и приносило пользу, а иногда пациент умирал прямо во время проведения процедуры. Разумеется, в те времена понятия не имели об антисептике или дезинфекции, но при неудачном переливании крови смерть наступала слишком быстро, чтобы ее можно было объяснить микробным заражением. В самом начале ХХ века было обнаружено, что у человека существует 4 различных группы крови: 0 (первая), A (вторая), B (третья) и AB (четвертая). Оказалось, что на поверхности эритроцитов находятся особые молекулы – антигены групп крови. В сыворотке крови имеются белки-антитела, которые могут связываться с антигенами групп крови и вызывать склеивание (агглютинацию) эритроцитов. Разумеется, в сыворотке живого человека не может быть антител к его собственным антигенам: иначе бы его эритроциты склеились, и он умер. У людей с первой группой крови на эритроцитах нет ни антигена А, ни антигена В, (поэтому этот вариант и был обозначен 0), в плазме их крови содержатся антитела к обоим антигенам: А и В. У людей со второй группой на поверхности эритроцитов есть антиген А, а в сыворотке имеются антитела к антигену В. У людей с третьей группой на эритроцитах имеется антиген В, а в сыворотке есть антитела к антигену А. Наконец, у людей с четвертой группой на поверхности эритроцитов содержатся оба антигена – и А, и В, а в их сыворотке не содержится антител к ним. Кровь первой группы можно переливать людям любой другой группы, их эритроциты не содержат антигенов А или В, антитела не свяжутся с ними, и склеивания (агглютинации) не произойдет. Кровь доноров второй группы можно переливать пациентам со второй и с четвертой группами крови – эритроциты второй группы содержат антиген А, а в сыворотке 2-й и 4-й групп нет антител к нему. А вот если перелить кровь второй группы людям с первой или третьей группами, то антитела к антигену А, содержащиеся в плазме этих людей, станут склеивать эритроциты донора друг с другом, образующийся сгусток закупоривает кровеносный сосуд, и пациент быстро умирает. Кровь от доноров третьей группы (В) можно переливать пациентам с третьей и с четвертой группами, поскольку на эритроцитах третьей группы есть антиген В, а у доноров третьей и четвертой групп нет антител к нему. А вот при попытке перелить эту кровь людям с первой или второй группами крови наступает склеивание эритроцитов и смерть – ведь в их сыворотке содержатся антитела к В. Наконец, кровь четвертой группы (АВ) можно переливать только людям с той же группой – их эритроциты несут оба антигена, и А, и В. Вскоре биохимики установили, что антигены групп крови АВ0 являются гликолипидами, различающимися всего лишь одним моносахаридным остатком. У людей с первой группой крови этот антиген (форма 0) на один остаток короче, чем у двух других групп. У людей с группой крови А гликолипид содержит на конце дополнительный остаток N-ацетилглюкозамина, а у людей с группой крови В вместо него имеется дополнительная галактоза. Такого небольшого отличия достаточно, чтобы белки-антитела могли специфически связываться только с одной из трех форм.

примеров углеводов | Biology Dictionary

Рецензировано: BD Editors

Углеводы считаются наиболее распространенными органическими веществами в природе. Их можно разделить на две основные группы; простые углеводы (или сахара ) и сложные углеводы (AKA крахмалы ).

Типичные примеры простых углеводов включают глюкозу, фруктозу, галактозу, сахарозу, лактозу и мальтозу. Примеры сложных углеводов включают крахмал, гликоген и целлюлозу.

Продукты, содержащие углеводы

Что такое углеводы?

Углеводы представляют собой класс органических соединений, в основном состоящих из атомов углерода (C), кислорода (O) и водорода (H). Они образуются в результате фотосинтеза, процесса, в котором зеленые растения используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в глюкозу (простой сахар).

Углеводы можно разделить на две основные группы. Это простые углеводы ( сахара ) и сложные углеводы ( крахмалы ).

Простые углеводы (сахара)

Пищевые продукты, содержащие простые сахара

Простые углеводы также известны как сахара. Они используются организмом как источник быстро высвобождаемой энергии и естественным образом содержатся в таких продуктах, как фрукты и молоко. Рафинированный сахар — это переработанный сахар, который содержится в пищевых продуктах, таких как столовый сахар, конфеты и газированные напитки.

Простейшие виды углеводов называются моносахаридами (буквально означает один сахар ). Моносахариды представляют собой углеводные мономеры и могут быть связаны друг с другом, образуя более сложные углеводы.

Примеры моносахаридов

Глюкоза, фруктоза и галактоза являются моносахаридами

Глюкоза

Глюкоза является наиболее распространенным типом моносахаридов в природе и содержится в хлебе, рисе, макаронах, картофеле, фруктах, овощах и рафинированном сахаре.

Фруктоза

Фруктоза — это «фруктовый сахар», который содержится во фруктах, овощах, меде и столовом сахаре.

Фруктоза содержится во фруктах

Галактоза

В природе галактоза обычно находится связанной с другими сахарами, например, лактоза ( молочный сахар ).

Дисахариды — еще один тип простых углеводов. Дисахарид означает два сахара; , следовательно, они состоят из двух моносахаридов, соединенных вместе гликозидная связь. Гликозидные связи образуются между сахарами в результате химической реакции, называемой реакцией конденсации (она же реакция дегидратации ).

Примеры дисахаридов

Дисахариды образуются в результате реакций конденсации

Лактоза

Лактоза содержится в молоке и состоит из одной молекулы глюкозы, связанной с одной молекулой галактозы.

Сахароза

Сахароза используется зелеными растениями в качестве молекулы для хранения энергии и состоит из одной молекулы фруктозы, связанной с одной молекулой глюкозы. Он извлекается из растений для использования в качестве столового сахара и содержится в конфетах, пирожных и других подслащенных продуктах.

Мальтоза

Мальтоза (или солодовый сахар ) естественным образом содержится в пшенице, ячмене, кукурузной муке и других злаках. Он также содержится в некоторых фруктах, таких как персики и груши. Мальтоза состоит из двух молекул глюкозы, соединенных вместе.

Мальтоза содержится в зернах

Сложные углеводы (крахмалы)

Сложные углеводы также известны как крахмалы. Они представляют собой полисахариды (что означает множество сахаров ) и состоят из большого количества молекул глюкозы, которые соединены вместе в длинные цепи гликозидными связями. Есть три основных типа полисахаридов; это крахмал, гликоген и целлюлоза.

Примеры полисахаридов

Крахмал

Крахмал вырабатывается зелеными растениями и состоит из избытка глюкозы, образующейся в процессе фотосинтеза. Он используется растениями в качестве запасной молекулы пищи и содержится в хлоропластах (где хранится в виде гранул) или в клубнях (например, картофеле) или корнях некоторых растений. ( как маниока).

Крахмалы содержатся во многих продуктах питания, включая зерновые и зерновые продукты (такие как хлеб, макароны, пшеница и овес), некоторые овощи (такие как картофель, кабачки и кукуруза) и бобовые (такие как горох, фасоль и чечевица) .

Продукты с высоким содержанием крахмала

Гликоген

В то время как крахмал используется для хранения энергии в растениях, гликоген используется для хранения энергии у высших животных (включая человека) и различных микроорганизмов (таких как бактерии и грибы). У людей он в основном находится в печени и мышцах.

Целлюлоза

Целлюлоза (она же волокно ) представляет собой структурный материал, содержащийся в стенках клеток растений. Он очень жесткий и используется для сохранения формы растительных клеток и защиты их содержимого.

Целлюлоза содержится в клеточных стенках.

Многие животные (например, коровы, лошади и коалы) могут переваривать целлюлозу, но у людей нет необходимого для этого фермента. Тем не менее, клетчатка необходима для здорового пищеварения у людей, так как помогает пище двигаться по пищеварительному тракту. Целлюлоза в рационе называется клетчатка ).

Как организм использует углеводы?

Как простые, так и сложные углеводы используются организмом в качестве источника энергии. Во время пищеварения гликозидные связи, удерживающие моносахариды вместе, разрушаются в результате реакций гидролиза. Молекулы глюкозы (известные также как «сахар в крови») высвобождаются и превращаются в энергию, которая затем используется для обеспечения реакций во всех клетках организма. Любой избыток глюкозы хранится в печени или мышцах в виде гликогена.

Процитировать эту статью

MLAAPAChicago

Редакторы Biologydictionary.net. «Примеры углеводов». Biology Dictionary , Biologydictionary.net, 12 января 2021 г., https://biologydictionary.net/examples-of-carbohydrates/.

Редакторы Biologydictionary.net. (2021, 12 января). Примеры углеводов. Получено с https://biologydictionary.net/examples-of-carbohydrates/

Biologydictionary.net Editors. «Примеры углеводов». Биологический словарь. Biologydictionary.net, 12 января 2021 г. https://biologydictionary.net/examples-of-carbohydrates/.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

3.2 Углеводы – Биология 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Обсуждать роль углеводов в клетках и внеклеточных материалах животных и растений
• Объяснить классификацию углеводов
• Перечислите распространенные моносахариды, дисахариды и полисахариды

Большинство людей знакомы с углеводами, одним из типов макромолекул, особенно когда речь идет о том, что мы едим. 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. Зерновые, фрукты и овощи являются естественными источниками углеводов, которые обеспечивают организм энергией, особенно за счет глюкозы, простого сахара, который является компонентом крахмала и ингредиентом многих основных продуктов питания. Углеводы также выполняют другие важные функции в организме человека, животных и растений.

Молекулярные структуры

Стехиометрическая формула (CH ₂ O) _n , где n — количество атомов углерода в молекуле представляет собой углеводы. 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»). Ученые классифицируют углеводы 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. Если сахар имеет альдегидную группу (функциональная группа со структурой R-CHO), это альдоза, а если он имеет кетоновую группу (функциональная группа со структурой RC(=O)R’), это альдоза. кетоза. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они могут быть триозами (три атома углерода), пентозами (пять атомов углерода) и/или гексозами (шесть атомов углерода). На рис. 3.4 показаны моносахариды.

Рисунок 3.4 Ученые классифицируют моносахариды на основе положения их карбонильной группы и количества атомов углерода в основной цепи. Альдозы имеют карбонильную группу (обозначена зеленым цветом) на конце углеродной цепи, а кетозы имеют карбонильную группу в середине углеродной цепи. Триозы, пентозы и гексозы имеют трех-, пяти- и шестиуглеродные скелеты соответственно.

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

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 являются изомерами) из-за различного расположения функциональных групп вокруг асимметрического углерода. . Все эти моносахариды имеют более одного асимметрического углерода (рис. 3.5).

Визуальная связь

Визуальная связь

Рисунок 3,5 Глюкоза, галактоза и фруктоза — все это гексозы. Они являются структурными изомерами, что означает, что они 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 являются изомерными моносахаридами (гексозами), что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но имеют несколько разные структуры. Глюкоза и галактоза относятся к альдозам, а фруктоза — к кетозе.

Моносахариды могут существовать в виде линейных цепочек или кольцеобразных молекул. В водных растворах они обычно имеют кольцевую форму (рис. 3.6). Глюкоза в кольцевой форме может иметь два разных расположения гидроксильных групп (ОН) вокруг аномерного углерода (углерод 1, который становится асимметричным в процессе образования кольца). Если гидроксильная группа находится ниже атома углерода номер 1 в сахаре, она находится в альфа-положении ( α ), а если выше плоскости, она находится в бета-положении ( β ).

Рисунок 3,6 Пяти- и шестиуглеродные моносахариды существуют в равновесии между линейной и кольцевой формами. Когда кольцо формируется, 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 (или реакции конденсации, или синтезу дегидратации). Во время этого процесса гидроксильная группа одного моносахарида соединяется с водородом другого моносахарида, высвобождая молекулу воды и образуя ковалентную связь. Ковалентная связь образуется между молекулой углевода и другой молекулой (в данном случае между двумя моносахаридами). Ученые называют это гликозидной связью (рис. 3.7). Гликозидные связи (или гликозидные связи) могут быть альфа- или бета-типа. Альфа-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 первой глюкозы находится ниже плоскости кольца, а бета-связь образуется, когда группа ОН на углероде-1 находится выше плоскости кольца.

Рисунок 3,7 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.

Распространенные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу (рис. 3.8). Лактоза – это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он естественно в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы. Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Рисунок 3,8 Общие дисахариды включают мальтозу (зерновой сахар), лактозу (молочный сахар) и сахарозу (столовый сахар).

Полисахариды

Длинная цепь моносахаридов, связанных гликозидными связями, представляет собой полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать различные типы моносахаридов. Молекулярная масса может составлять 100 000 дальтон или более в зависимости от количества присоединяемых мономеров. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются основными примерами полисахаридов.

Растения хранят сахара в виде крахмала. В растениях эти сахара содержатся в смеси амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы). Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы они запасают сверх своих непосредственных энергетических потребностей 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. Ферменты расщепляют крахмал, потребляемый человеком. Например, амилаза, присутствующая в слюне, катализирует или расщепляет этот крахмал на более мелкие молекулы, такие как мальтоза и глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Крахмал глюкозы включает мономеры, которые соединены α 1-4 или α 1-6 гликозидными связями. Числа 1-4 и 1-6 относятся к числу атомов углерода двух остатков, которые соединились, чтобы сформировать связь. Как показано на рис. 3.9, неразветвленные цепи мономеров глюкозы (только α 1-4 связей) образуют крахмал; тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид ( α 1-6 связей в точках разветвления).

Рисунок 3,9 Амилоза и амилопектин представляют собой две разные формы крахмала. Неразветвленные цепи мономеров глюкозы содержат амилозу на α 1-4 гликозидные связи. Разветвленные цепи мономеров глюкозы включают амилопектин за счет α 1-4 и α 1-6 гликозидных связей. Благодаря способу соединения субъединиц цепи глюкозы имеют спиральную структуру. Гликоген (не показан) похож по структуре на амилопектин, но более разветвлен.

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, который ученые называют гликогенолизом.

Целлюлоза является наиболее распространенным природным биополимером. Целлюлоза в основном состоит из клеточной стенки растений. Это обеспечивает структурную поддержку клетки. Древесина и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Мономеры глюкозы включают целлюлозу, которая связана β 1-4 гликозидными связями (рис. 3.10).

Рисунок 3.10 Целлюлоза представляет собой органическое соединение, состоящее из линейных цепочек, состоящих из сотен или тысяч связанных молекул глюкозы. Мономеры глюкозы образуют водород связи, прочно удерживая цепи вместе и образуя прочные микрофибриллы. Эта жесткость является важным структурным компонентом клеточных стенок. встречается в растениях. Авторы и права: Райан, К. Рао, А. и Хокинс, А. Факультет биологии, Техасский университет A&M.

Как показано на рис. 3.10, каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут, и мономеры плотно упакованы в виде вытянутых длинных цепей. Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на растяжение, что так важно для растительных клеток. В то время как пищеварительные ферменты человека не могут разрушить связь β 1-4, травоядные животные, такие как коровы, коалы и буйволы, способны с помощью специализированной флоры в их желудке переваривать растительный материал, богатый клетчаткой, и использовать его. это как источник пищи. У некоторых из этих животных определенные виды бактерий и простейших обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и выделяют фермент целлюлазу. Аппендикс пастбищных животных также содержит бактерии, переваривающие целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые животные используют в качестве источника энергии. Термиты также способны расщеплять целлюлозу из-за присутствия в их телах других организмов, выделяющих целлюлазы.

Углеводы выполняют различные функции у разных животных. Членистоногие (насекомые, ракообразные и другие) имеют внешний скелет, экзоскелет, который защищает их внутренние части тела (как мы видим у пчелы на рис. 3.11). Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы хитина, азотсодержащего полисахарида. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил- β -d-глюкозамина, которые представляют собой модифицированный сахар. Хитин также является основным компонентом клеточных стенок грибов. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют собственное царство в области Эукария.

Рисунок 3.11 Насекомые имеют жесткий внешний экзоскелет из хитина, типа полисахарида. (кредит: Луиза Докер)

Связь с карьерой

Карьерные связи

Зарегистрированный диетолог Ожирение является проблемой здравоохранения во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения. Это одна из причин, по которой люди все чаще обращаются за советом к зарегистрированным диетологам. 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 управлять уровнем сахара в крови, употребляя углеводы правильного типа и количества. Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных практиках.

Чтобы стать зарегистрированным диетологом, необходимо получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, зарегистрированные диетологи должны пройти стажировку под наблюдением 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).

Польза углеводов

Полезны ли углеводы? Некоторые люди считают, что углеводы вредны, и их следует избегать. Некоторые диеты полностью запрещают употребление углеводов, утверждая, что низкоуглеводная диета помогает людям быстрее похудеть. Однако углеводы были важной частью рациона человека на протяжении тысячелетий. Артефакты древних цивилизаций показывают наличие пшеницы, риса и кукурузы в хранилищах наших предков.

В рамках хорошо сбалансированной диеты мы должны дополнять углеводы белками, витаминами и жирами. Калорийность грамма углеводов составляет 4,3 ккал. Для сравнения, жиры обеспечивают 9 ккал/г, менее желательное соотношение. Углеводы содержат растворимые и нерастворимые элементы. Нерастворимая часть, клетчатка, в основном состоит из целлюлозы. Волокно имеет множество применений. Он способствует регулярному опорожнению кишечника, увеличивая его объем, и регулирует уровень потребления глюкозы в крови. Клетчатка также помогает выводить лишний холестерин из организма. Клетчатка связывается с холестерином в тонком кишечнике, затем присоединяется к холестерину и предотвращает попадание частиц холестерина в кровоток. Затем холестерин выходит из организма с фекалиями. Диеты, богатые клетчаткой, также играют защитную роль в снижении частоты возникновения рака толстой кишки. Кроме того, еда, содержащая цельнозерновые продукты и овощи, дает чувство сытости. Как непосредственный источник энергии, глюкоза расщепляется в процессе клеточного дыхания, в результате чего образуется АТФ, энергетическая валюта клетки. Не потребляя углеводов, мы уменьшаем доступность «моментальной энергии». Исключение углеводов из рациона может быть необходимо для некоторых людей, но такой шаг может быть полезен не для всех.